Перхлорат калия — это неорганическая соль с химической формулой KClO4 . Как и другие перхлораты , эта соль является сильным окислителем, когда твердое вещество нагревается при высокой температуре , хотя обычно оно очень медленно реагирует в растворе с восстановителями или органическими веществами. Это бесцветное кристаллическое твердое вещество является обычным окислителем, используемым в фейерверках , капсюлях боеприпасов , взрывчатых веществах и используется по-разному в ракетном топливе , вспышках , звездах и бенгальских огнях . Он использовался в качестве твердого ракетного топлива, хотя в этом применении он в основном был заменен более эффективным перхлоратом аммония .
KClO 4 имеет относительно низкую растворимость в воде (1,5 г в 100 мл воды при 25 °C). [1]
Перхлорат калия получают промышленным способом, обрабатывая водный раствор перхлората натрия хлоридом калия . Эта единственная реакция осаждения использует низкую растворимость KClO 4 , которая составляет около 1/100 растворимости NaClO 4 (209,6 г/100 мл при 25 °C). [8]
Его также можно получить путем барботирования газообразного хлора через раствор хлората калия и гидроксида калия [ требуется ссылка ] и путем реакции хлорной кислоты с гидроксидом калия; однако этот метод не получил широкого распространения из-за опасностей, связанных с хлорной кислотой.
Другой способ приготовления включает электролиз раствора хлората калия, в результате чего на аноде образуется и выпадает в осадок KClO 4. Эта процедура осложняется низкой растворимостью как хлората калия, так и перхлората калия, последний из которых может осаждаться на электродах и препятствовать току.
KClO 4 является окислителем в том смысле, что он экзотермически «переносит кислород » в горючие материалы, значительно увеличивая скорость их горения по сравнению с воздухом . Таким образом, он реагирует с глюкозой, давая углекислый газ , молекулы воды и хлорид калия :
Превращение твердой глюкозы в горячий газообразный CO 2 является основой взрывной силы этой и других подобных смесей. С сахаром KClO 4 дает слабое взрывчатое вещество при условии необходимого ограничения. В противном случае такие смеси просто дефлагрируют с интенсивным фиолетовым пламенем, характерным для калия . Вспышечные составы, используемые в петардах, обычно состоят из смеси алюминиевого порошка и перхлората калия. Эта смесь, иногда называемая вспышечным порошком, также используется в наземных и воздушных фейерверках .
В качестве окислителя перхлорат калия можно безопасно использовать в присутствии серы , тогда как хлорат калия — нет. Характерна большая реакционная способность хлората — перхлораты являются кинетически более слабыми окислителями. Хлорат производит хлорную кислоту ( HClO 3 ), которая крайне нестабильна и может привести к преждевременному возгоранию состава. Соответственно, хлорная кислота ( HClO 4 ) довольно стабильна. [9]
Для коммерческого использования перхлорат калия смешивают в соотношении 50/50 с нитратом калия для изготовления Pyrodex , заменителя черного пороха , и когда он не сжат в дульнозарядном оружии или в патроне, он горит с достаточно медленной скоростью, что позволяет не относить его вместе с черным порохом к категории «слабовзрывчатых веществ» и понизить его статус до «легковоспламеняющихся» материалов.
Перхлорат калия может использоваться в качестве антитиреоидного агента, используемого для лечения гипертиреоза , обычно в сочетании с одним другим лекарством. Это применение использует схожий ионный радиус и гидрофильность перхлората и йодида .
Введение известных струмогенных веществ также может быть использовано в качестве профилактики для снижения биологического усвоения йода (будь то пищевой нерадиоактивный йод-127 или радиоактивный йод, чаще всего йод-131 ( период полураспада = 8,02 дня), поскольку организм не может различать различные изотопы йода ). Было показано, что ионы перхлората , распространенный загрязнитель воды в США из-за аэрокосмической промышленности , снижают усвоение йода и, таким образом, классифицируются как струмогенные вещества . Ионы перхлората являются конкурентным ингибитором процесса, посредством которого йодид активно накапливается в фолликулярных клетках щитовидной железы. Исследования с участием здоровых взрослых добровольцев определили, что при уровнях выше 7 микрограммов на килограмм в день (мкг/(кг·д)) перхлорат начинает временно подавлять способность щитовидной железы поглощать йод из кровотока («ингибирование поглощения йодида», таким образом, перхлорат является известным струмогенным веществом). [10] Сокращение пула йодида перхлоратом имеет двойной эффект — снижение избыточного синтеза гормонов и гипертиреоза , с одной стороны, и снижение синтеза ингибиторов щитовидной железы и гипотиреоза , с другой. Перхлорат остается очень полезным в качестве однократного применения в тестах, измеряющих выброс радиоактивного йодида, накопленного в щитовидной железе в результате множества различных нарушений в дальнейшем метаболизме йодида в щитовидной железе. [11]
Лечение тиреотоксикоза (включая болезнь Грейвса ) с помощью 600-2000 мг перхлората калия (430-1400 мг перхлората) ежедневно в течение нескольких месяцев или дольше было когда-то обычной практикой, особенно в Европе, [10] [12] и использование перхлората в более низких дозах для лечения проблем со щитовидной железой продолжается и по сей день. [13] Хотя изначально использовалась доза 400 мг перхлората калия, разделенная на четыре или пять ежедневных доз, и была признана эффективной, были введены более высокие дозы, когда было обнаружено, что 400 мг/день не контролирует тиреотоксикоз у всех субъектов. [10] [11]
Современные схемы лечения тиреотоксикоза (включая болезнь Грейвса), когда пациент подвергается воздействию дополнительных источников йода, обычно включают 500 мг перхлората калия два раза в день в течение 18–40 дней. [10] [14]
Профилактика с использованием воды, содержащей перхлорат, в концентрации 17 ppm , что соответствует потреблению 0,5 мг/(кг·д) для человека весом 70 кг, потребляющего 2 литра воды в день, как было обнаружено, снижает базовый уровень поглощения радиоактивного йода на 67% [10] Это эквивалентно потреблению в общей сложности всего 35 мг ионов перхлората в день. В другом связанном исследовании субъекты выпивали всего 1 литр воды, содержащей перхлорат, в день в концентрации 10 ppm, т.е. ежедневно потреблялось 10 мг ионов перхлората, наблюдалось среднее снижение поглощения йода на 38%. [15]
Однако, когда среднее поглощение перхлората у рабочих завода по производству перхлората, подвергающихся наибольшему воздействию, оценивается примерно в 0,5 мг/(кг·д), как в предыдущем абзаце, можно было бы ожидать снижения поглощения йода на 67%. Исследования хронически подвергавшихся воздействию рабочих до сих пор не обнаружили никаких отклонений в функции щитовидной железы, включая поглощение йода. [16] Это вполне может быть связано с достаточным ежедневным воздействием или потреблением стабильного йода-127 среди этих рабочих и коротким 8-часовым биологическим периодом полураспада перхлората в организме. [10]
Таким образом, для полной блокировки поглощения йода-131 (период полураспада = 8,02 дня) путем целенаправленного добавления ионов перхлората в общественное водоснабжение, нацеленное на дозировку 0,5 мг/(кг·д) или концентрацию воды 17 ppm, будет совершенно недостаточно для реального снижения поглощения радиоактивного йода. Концентрации ионов перхлората в региональном водоснабжении должны быть намного выше, по крайней мере 7,15 мг/кг веса тела в день или концентрация воды 250 ppm , предполагая, что люди выпивают 2 литра воды в день, чтобы быть действительно полезными для населения в предотвращении биоаккумуляции при воздействии загрязнения йодом-131, [10] [14] независимо от доступности соединений йодата или йодида .
Распространение таблеток перхлората или добавление перхлората в водоснабжение должно продолжаться в течение 80–90 дней (~10 период полураспада 8,02 дня) после выброса йода-131. По истечении этого времени радиоактивный йод-131 распадется до менее чем 1/1000 своей первоначальной активности, и в это время опасность от биологического поглощения йода-131 по существу исчезнет. [17]
Таким образом, введение перхлората может представлять собой возможную альтернативу распространению таблеток йода в случае крупномасштабной ядерной аварии, выбрасывающей в атмосферу значительные количества йода-131. Однако преимущества не всегда очевидны и будут зависеть от масштаба гипотетической ядерной аварии. Что касается приема стабильного йода для быстрого насыщения щитовидной железы до того, как она накопит радиоактивный йод-131, органы ядерной безопасности должны сначала провести тщательный анализ затрат и выгод. Действительно, блокирование активности щитовидной железы у всего населения на три месяца также может иметь негативные последствия для здоровья человека, особенно для маленьких детей.
Таким образом, решение об использовании перхлората или стабильного йода не может быть оставлено на усмотрение отдельных лиц и входит в компетенцию правительства в случае крупной ядерной аварии.
Впрыскивание перхлората или йодида непосредственно в питьевую воду, вероятно, также является ограничительным фактором, как и распространение таблеток.
