stringtranslate.com

Гидроксид калия

Гидроксид калия — неорганическое соединение с формулой KOH , обычно называемое едким поташем .

Наряду с гидроксидом натрия (NaOH) КОН является прототипом сильного основания . Он имеет множество промышленных и нишевых применений, в большинстве из которых используется его едкая природа и реакционная способность по отношению к кислотам . По оценкам, в 2005 году было произведено от 700 000 до 800 000 тонн . КОН примечателен как предшественник большинства мягких и жидких мыл , а также многочисленных калийсодержащих химикатов. Это белое твердое вещество, которое является опасным для коррозии. [11]

Свойства и структура

КОН обладает высокой термической стабильностью . Из-за этой высокой стабильности и относительно низкой температуры плавления его часто отливают из расплава в виде таблеток или стержней, форм с малой площадью поверхности и удобными в обращении. Эти гранулы становятся липкими на воздухе, поскольку КОН гигроскопичен . Большинство коммерческих образцов имеют размер ок. Чистота 90%, остальное вода и карбонаты. [11] Его растворение в воде сильно экзотермично . Концентрированные водные растворы иногда называют калиевыми щелочами . Даже при высоких температурах твердый КОН не подвергается дегидратации. [12]

Состав

При более высоких температурах твердый КОН кристаллизуется в кристаллической структуре NaCl . Группа OH - либо быстро, либо случайно разупорядочена, так что она фактически представляет собой сферический анион радиуса 1,53 Å ( по размеру между Cl - и F - ). При комнатной температуре группы OH- упорядочиваются, а окружение вокруг центров K + искажается, при этом расстояния K + -OH- составляют от 2,69 до 3,15 Å в зависимости от ориентации группы OH. КОН образует ряд кристаллогидратов , а именно моногидрат КОН· Н 2 О , дигидрат КОН·2 Н 2 О и тетрагидрат КОН·4 Н 2 О. [13] 

Реакции

Растворимость и высушивающие свойства

Около 112 г КОН растворяется в 100 мл воды при комнатной температуре, в отличие от 100 г/100 мл NaOH. [14] Таким образом, в молярном выражении КОН немного более растворим, чем NaOH. Спирты с более низкой молекулярной массой, такие как метанол , этанол и пропанол , также являются отличными растворителями . Они участвуют в кислотно-щелочном равновесии. В случае метанола метоксид (метилат) калия образуется: [15]

КОН + СН 3 ОН → СН 3 ОК + Н 2 О

Благодаря своему высокому сродству к воде КОН служит в лаборатории осушителем . Его часто используют для сушки основных растворителей, особенно аминов и пиридинов .

Как нуклеофил в органической химии

КОН, как и NaOH, служит источником OH - , высоконуклеофильного аниона, который разрушает полярные связи как в неорганических, так и в органических материалах . Водный раствор КОН омыляет сложные эфиры :

KOH + RCOOR' → RCOOK + R'OH

Когда R представляет собой длинную цепь, продукт называется калиевым мылом . Эта реакция проявляется ощущением «жирности», которое дает КОН при прикосновении; жиры на коже быстро превращаются в мыло и глицерин .

Расплавленный КОН используется для вытеснения галогенидов и других уходящих групп . Реакция особенно полезна для ароматических реагентов с образованием соответствующих фенолов . [16]

Реакции с неорганическими соединениями

В дополнение к своей реакционной способности по отношению к кислотам КОН атакует оксиды . Таким образом, SiO 2 подвергается воздействию КОН с образованием растворимых силикатов калия. КОН реагирует с углекислым газом с образованием бикарбоната калия :

КОН + СО 2 → KHCO 3

Производство

Исторически КОН получали путем добавления карбоната калия к крепкому раствору гидроксида кальция (гашеной извести). Реакция солевого обмена приводит к осаждению твердого карбоната кальция , оставляя гидроксид калия в растворе:

Са(ОН) 2 + К 2 СО 3 → СаСО 3 + 2 КОН

Отфильтровав выпавший карбонат кальция и упарив раствор, получают гидроксид калия («кальцинированный или едкий поташ»). Этот метод получения гидроксида калия оставался доминирующим до конца 19 века, когда он был в значительной степени заменен нынешним методом электролиза растворов хлорида калия . [11] Способ аналогичен производству гидроксида натрия (см. хлорщелочной процесс ):

2 KCl + 2 H 2 O → 2 KOH + Cl 2 + H 2

Газообразный водород образуется как побочный продукт на катоде ; одновременно происходит анодное окисление иона хлорида , в результате чего в качестве побочного продукта образуется газообразный хлор . Для этого процесса необходимо разделение анодного и катодного пространств в электролизере. [17]

Использование

КОН и NaOH могут использоваться взаимозаменяемо для ряда применений, хотя в промышленности предпочтение отдается NaOH из-за его более низкой стоимости.

Катализатор процесса гидротермальной газификации

В промышленности КОН является хорошим катализатором процесса гидротермальной газификации. В этом процессе он используется для улучшения выхода газа и количества водорода в процессе. Например, при производстве кокса (топлива) из угля часто образуется много коксовых сточных вод. Чтобы разложить его, используется сверхкритическая вода для преобразования его в синтез-газ, содержащий окись углерода , диоксид углерода , водород и метан . Используя адсорбцию с переменным давлением , мы могли бы разделять различные газы, а затем использовать технологию преобразования энергии в газ для преобразования их в топливо. [18] С другой стороны, процесс гидротермальной газификации может привести к разложению других отходов, таких как осадки сточных вод и отходы пищевых заводов.

Прекурсор других соединений калия

Многие калийные соли получают реакциями нейтрализации с участием КОН. Калиевые соли карбоната , цианида , перманганата , фосфата и различных силикатов получают обработкой оксидов или кислот КОН. [11] В удобрениях желательна высокая растворимость фосфата калия .

Производство мягкого мыла

Омыление жиров КОН используется для приготовления соответствующих «калиевых мыл », которые мягче, чем более распространенные мыла, полученные из гидроксида натрия . Из-за своей мягкости и большей растворимости калиевое мыло требует меньше воды для разжижения и, таким образом, может содержать больше чистящего средства, чем сжиженное натриевое мыло. [19]

В качестве электролита

Карбонат калия, образовавшийся из раствора гидроксида, вытекшего из щелочной батареи.
Карбонат калия, образовавшийся из раствора гидроксида, вытекшего из щелочной батареи.

Водный гидроксид калия применяется в качестве электролита в щелочных батареях на основе никель - кадмия , никель - водорода и диоксида марганца - цинка . Гидроксид калия предпочтительнее гидроксида натрия , поскольку его растворы обладают большей проводимостью. [20] В никель-металлогидридных аккумуляторах Toyota Prius используется смесь гидроксида калия и гидроксида натрия. [21] В никель-железных батареях также используется электролит гидроксида калия.

Пищевая промышленность

В пищевых продуктах гидроксид калия действует как пищевой загуститель, агент регулирования pH и пищевой стабилизатор. FDA считает его в целом безопасным в качестве прямого пищевого ингредиента при использовании в соответствии с надлежащей производственной практикой . [22] В системе счисления E он известен как E525 .

Нишевые приложения

Как и гидроксид натрия, гидроксид калия находит множество специализированных применений, практически все из которых основаны на его свойствах как сильного химического основания с последующей способностью разрушать многие материалы. Например, в процессе, обычно называемом «химической кремацией» или « ресомацией », гидроксид калия ускоряет разложение мягких тканей, как животных, так и человека, оставляя после себя только кости и другие твердые ткани. [23] Энтомологи , желающие изучить тонкую структуру анатомии насекомых , могут использовать для этого процесса 10% водный раствор КОН. [24]

В химическом синтезе выбор между использованием КОН и использованием NaOH определяется растворимостью или сохраняемостью полученной соли .

Коррозионные свойства гидроксида калия делают его полезным ингредиентом в средствах и препаратах, которые очищают и дезинфицируют поверхности и материалы, которые сами могут противостоять коррозии КОН. [17]

КОН также используется для изготовления полупроводниковых чипов (например, анизотропное влажное травление ).

Гидроксид калия часто является основным активным ингредиентом химических средств для удаления кутикулы, используемых при маникюре .

Поскольку агрессивные основания, такие как КОН, повреждают кутикулу стержня волоса , гидроксид калия используется для химического удаления волос со шкур животных. Шкуры замачивают на несколько часов в растворе КОН с водой, чтобы подготовить их к обезволосенной стадии процесса дубления . Этот же эффект также используется для ослабления человеческих волос при подготовке к бритью. Средства для бритья и некоторые кремы для бритья содержат гидроксид калия, который открывает кутикулу волоса и действует как гигроскопичный агент, притягивая и нагнетая воду в стержень волоса, вызывая дальнейшее повреждение волос. В этом ослабленном состоянии волосы легче подстригаются лезвием бритвы.

Гидроксид калия используется для идентификации некоторых видов грибов . На мякоть гриба наносят 3–5%-ный водный раствор КОН и наблюдают, меняется ли цвет мякоти. Некоторые виды жаберных грибов , подберезовиков , полипор и лишайников [25] можно идентифицировать по этой реакции изменения цвета. [26]

Безопасность

Гидроксид калия и его растворы являются сильными раздражителями кожи и других тканей. [27]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ аб Лиде, Д.Р., изд. (2005). Справочник CRC по химии и физике (86-е изд.). Бока-Ратон (Флорида): CRC Press. п. 4-80. ISBN 0-8493-0486-5.
  2. ^ abcdef «гидроксид калия». chemister.ru . Архивировано из оригинала 18 мая 2014 года . Проверено 8 мая 2018 г.
  3. ^ Отто, HW; Сьюард, Р.П. (1964). «Фазовые равновесия в системе гидроксид калия-гидроксид натрия». Дж. Хим. англ. Данные . 9 : 507. дои : 10.1021/je60023a009.
  4. ^ Сьюард, Р.П.; Мартин, К.Е. (1949). «Температура плавления гидроксида калия». Варенье. хим. Соц . 71 : 3564. дои : 10.1021/ja01178a530.
  5. ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений. Ван Ностранд . Проверено 29 мая 2014 г.
  6. ^ Попов, К.; и другие. (2002). «Сравнительное исследование равновесия комплексов гидроксидов катионов щелочных металлов в водных растворах с помощью ЯМР 7Li, 23Na, 39K и 133Cs. Первое численное значение образования CsOH». Неорганическая химия . 3 (5): 223–225. дои : 10.1016/S1387-7003(02)00335-0. ISSN  1387-7003 . Проверено 20 октября 2018 г.
  7. ^ Аб Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Хоутон Миффлин. п. А22. ISBN 978-0-618-94690-7.
  8. ^ abc Sigma-Aldrich Co. , Гидроксид калия. Проверено 18 мая 2014 г.
  9. ^ abc Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0523». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  10. ^ Чемберс, Майкл. «ChemIDplus - 1310-58-3 - KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M - Гидроксид калия [JAN:NF] - Поиск подобных структур, синонимы, формулы, ссылки на ресурсы и другая химическая информация». chem.sis.nlm.nih.gov . Архивировано из оригинала 12 августа 2014 года . Проверено 8 мая 2018 г.
  11. ^ abcd Шульц, Хайнц; Бауэр, Гюнтер; Шахль, Эрих; Хагедорн, Фриц; Шмиттингер, Питер (2005). «Соединения калия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a22_039. ISBN 978-3-527-30673-2.
  12. ^ Холлеман, AF; Виберг, Э. (2001). Неорганическая химия . Сан-Диего: Академическая пресса. ISBN 978-0-12-352651-9.
  13. ^ Уэллс, AF (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Кларендон Пресс. ISBN 978-0-19-855370-0.
  14. ^ Зейделл, Атертон; Линке, Уильям Ф. (1952). Растворимость неорганических и органических соединений. Ван Ностранд . Проверено 29 мая 2014 г.
  15. ^ Платонов, Андрей Ю.; Курзин Александр В.; Евдокимов, Андрей Н. (2009). «Состав паровой и жидкой фаз в реакционной системе гидроксид калия + метанол при 25 °С». J. Solution Chem . 39 (3): 335–342. doi : 10.1007/s10953-010-9505-1. S2CID  97177429.
  16. ^ WW Хартман (1923). «п-крезол». Органические синтезы . 3 : 37. doi : 10.15227/orgsyn.003.0037.; Коллективный том , том. 1, с. 175
  17. ^ ab Römpp Chemie-Lexikon, 9-е изд. (на немецком)
  18. ^ Чен, Фу; Ли, Сяосяо; Цюй, Цзюньфэн; Ма, Цзин; Чжу, Цяньлинь; Чжан, Шаолян (13 января 2020 г.). «Газификация сточных вод коксования в сверхкритической воде с добавлением щелочного катализатора». Международный журнал водородной энергетики . 45 (3): 1608–1614. doi : 10.1016/j.ijhydene.2019.11.033 . ISSN  0360-3199. S2CID  213336330.
  19. ^ К. Шуман; К. Зикманн (2005). «Мыло». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a24_247. ISBN 978-3527306732.
  20. ^ Д. Берндт; Д. Шпарбье (2005). «Батарейки». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a03_343. ISBN 978-3527306732.
  21. ^ «Руководство по реагированию на аварийные ситуации для модели Toyota Prius Hybrid 2010» (PDF) . Тойота Мотор Корпорейшн. 2009. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2012 г.
  22. ^ «Краткая информация о соединениях для CID 14797 - гидроксид калия» . ПабХим.
  23. ^ Грин, Маргарет (январь 1952 г.). «БЫСТРЫЙ МЕТОД ОЧИСТКИ И ОКРАШИВАНИЯ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ КОСТЕЙ». Научный журнал Огайо . 52 (1): 31–33. hdl : 1811/3896.
  24. ^ Томас Эйснер (2003). Из любви к насекомым . Издательство Гарвардского университета. п. 71.
  25. ^ Эликс, Дж.А .; Стокер-Вёргёттер, Эльфи (2008). «Глава 7: Биохимия и вторичные метаболиты». В Нэше III, Томас Х. (ред.). Биология лишайников (2-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета . стр. 118–119. ISBN 978-0-521-69216-8.
  26. ^ Тестирование химических реакций. Архивировано 15 октября 2009 г. в Wayback Machine на MushroomExpert.com.
  27. ^ Гидроксид калия, Отчет о первоначальной оценке СВДС для SIAM 13. Берн, Швейцария, 6-9 ноября 2001 г. Архивировано 3 января 2018 г. в Wayback Machine доктором Тали ЛАХАНИСКИ. Дата последнего обновления: февраль 2002 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме гидроксида калия .