Гидроксид калия — неорганическое соединение с формулой K OH , обычно называемое едким кали .
Наряду с гидроксидом натрия (NaOH), KOH является прототипом сильного основания . Он имеет множество промышленных и нишевых применений, большинство из которых используют его едкую природу и его реактивность по отношению к кислотам . По оценкам, в 2005 году было произведено от 700 000 до 800 000 тонн . KOH примечателен тем, что является предшественником большинства мягких и жидких мыл , а также многочисленных калийсодержащих химикатов. Это белое твердое вещество, которое является опасно едким. [11]
KOH проявляет высокую термическую стабильность . Из-за этой высокой стабильности и относительно низкой температуры плавления его часто отливают в виде гранул или стержней, форм, которые имеют малую площадь поверхности и удобны в обращении. Эти гранулы становятся липкими на воздухе, поскольку KOH гигроскопичен . Большинство коммерческих образцов имеют чистоту около 90%, остальное — вода и карбонаты. [11] Его растворение в воде сильно экзотермично . Концентрированные водные растворы иногда называют калиевыми щелоками . Даже при высоких температурах твердый KOH не дегидратируется легко. [12]
При более высоких температурах твердый KOH кристаллизуется в кристаллической структуре NaCl . Группа OH − быстро или случайно разупорядочивается, так что она фактически является сферическим анионом радиусом 1,53 Å (между Cl − и F − по размеру). При комнатной температуре группы OH − упорядочены, а окружение вокруг центров K + искажено, при этом расстояния K + −OH − составляют от 2,69 до 3,15 Å в зависимости от ориентации группы OH. KOH образует ряд кристаллических гидратов , а именно моногидрат KOH · H 2 O , дигидрат KOH · 2 H 2 O и тетрагидрат KOH · 4 H 2 O. [13]
Около 112 г KOH растворяются в 100 мл воды при комнатной температуре, что контрастирует с 100 г/100 мл для NaOH. [14] Таким образом, на молярной основе KOH немного более растворим, чем NaOH. Низкомолекулярные спирты, такие как метанол , этанол и пропанолы , также являются отличными растворителями . Они участвуют в кислотно-щелочном равновесии. В случае метанола образуется метоксид калия (метилат): [15]
Из-за своего высокого сродства к воде KOH служит в качестве осушителя в лаборатории. Его часто используют для сушки основных растворителей, особенно аминов и пиридинов .
KOH, как и NaOH, служит источником OH − , высоконуклеофильного аниона, который атакует полярные связи как в неорганических , так и в органических материалах. Водный KOH омыляет сложные эфиры :
Если R — длинная цепь, продукт называется калиевым мылом . Эта реакция проявляется в ощущении «жирности», которое дает КОН при прикосновении; жиры на коже быстро преобразуются в мыло и глицерин .
Расплавленный KOH используется для вытеснения галогенидов и других уходящих групп . Реакция особенно полезна для ароматических реагентов, чтобы дать соответствующие фенолы . [16]
В дополнение к своей реакционной способности по отношению к кислотам, KOH атакует оксиды . Таким образом, SiO 2 атакуется KOH, давая растворимые силикаты калия. KOH реагирует с диоксидом углерода, давая бикарбонат калия :
Исторически KOH изготавливался путем добавления карбоната калия к крепкому раствору гидроксида кальция (гашеной извести). Реакция метатезиса соли приводит к осаждению твердого карбоната кальция , оставляя гидроксид калия в растворе:
Фильтрация осажденного карбоната кальция и кипячение раствора дает гидроксид калия («кальцинированный или едкий калий»). Этот метод производства гидроксида калия оставался доминирующим до конца 19 века, когда он был в значительной степени заменен современным методом электролиза растворов хлорида калия . [11] Метод аналогичен производству гидроксида натрия (см. хлорщелочной процесс ):
В качестве побочного продукта на катоде образуется водородный газ; одновременно происходит анодное окисление иона хлора , в результате чего в качестве побочного продукта образуется газообразный хлор . Разделение анодного и катодного пространства в электролизной ячейке имеет важное значение для этого процесса. [17]
KOH и NaOH можно использовать взаимозаменяемо для ряда применений, хотя в промышленности предпочтение отдается NaOH из-за его более низкой стоимости.
В промышленности KOH является хорошим катализатором для процесса гидротермальной газификации. В этом процессе он используется для улучшения выхода газа и количества водорода в процессе. Например, производство кокса (топлива) из угля часто производит много коксовых сточных вод. Чтобы разложить его, используется сверхкритическая вода для преобразования его в синтез-газ, содержащий оксид углерода , диоксид углерода , водород и метан . Используя адсорбцию при переменном давлении , мы могли бы разделить различные газы, а затем использовать технологию «энергия-газ» для преобразования их в топливо. [18] С другой стороны, процесс гидротермальной газификации может разлагать другие отходы, такие как осадок сточных вод и отходы пищевых заводов.
Многие соли калия получаются путем нейтрализации с участием KOH. Соли калия карбоната , цианида , перманганата , фосфата и различных силикатов получаются путем обработки оксидов или кислот с помощью KOH. [11] Высокая растворимость фосфата калия желательна в удобрениях .
Омыление жиров с помощью KOH используется для приготовления соответствующих «калиевых мыл », которые мягче , чем более распространенные мыла, полученные из гидроксида натрия . Благодаря своей мягкости и большей растворимости, калиевые мыла требуют меньше воды для разжижения и, таким образом, могут содержать больше чистящего средства, чем разжиженные натриевые мыла. [19]
Водный гидроксид калия используется в качестве электролита в щелочных батареях на основе никель - кадмиевых , никель - водородных и диоксида марганца - цинковых . Гидроксид калия предпочтительнее гидроксида натрия , поскольку его растворы более проводящие. [20] Никель -металл-гидридные батареи в Toyota Prius используют смесь гидроксида калия и гидроксида натрия. [21] Никель-железные батареи также используют электролит на основе гидроксида калия.
В пищевых продуктах гидроксид калия действует как пищевой загуститель, регулятор pH и пищевой стабилизатор. FDA считает его в целом безопасным в качестве прямого пищевого ингредиента при использовании в соответствии с надлежащей производственной практикой . [22] Он известен в системе E-номеров как E525 .
Как и гидроксид натрия, гидроксид калия привлекает многочисленные специализированные применения, практически все из которых полагаются на его свойства как сильного химического основания с его последующей способностью разлагать 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 10% водный раствор КОН для применения этого процесса. [24]
В химическом синтезе выбор между использованием KOH и использованием NaOH определяется растворимостью или сохраняемостью получаемой соли .
Коррозионные свойства гидроксида калия делают его полезным ингредиентом в средствах и препаратах, которые очищают и дезинфицируют поверхности и материалы, которые сами по себе могут противостоять коррозии под воздействием КОН. [17]
КОН также используется для изготовления полупроводниковых чипов (например, анизотропное жидкостное травление ).
Гидроксид калия часто является основным действующим веществом в химических «средствах для удаления кутикулы», используемых при маникюре .
Поскольку агрессивные основания, такие как KOH, повреждают кутикулу волосяного стержня , гидроксид калия используется для химической помощи в удалении волос со шкур животных. Шкуры замачиваются на несколько часов в растворе KOH и воды, чтобы подготовить их к стадии обезволашивания в процессе дубления . Этот же эффект используется для ослабления человеческих волос перед бритьем. Средства для бритья и некоторые кремы для бритья содержат гидроксид калия, который заставляет открыть кутикулу волоса и действует как гигроскопический агент, притягивая и нагнетая воду в стержень волоса, что приводит к дальнейшему повреждению волос. В этом ослабленном состоянии волосы легче срезать лезвием бритвы.
Гидроксид калия используется для идентификации некоторых видов грибов . 3–5% водный раствор КОН наносится на мякоть гриба, и исследователь отмечает, изменился ли цвет мякоти. Определенные виды пластинчатых грибов , подберезовиков , полипор и лишайников [25] можно идентифицировать на основе этой реакции изменения цвета. [26]
Гидроксид калия является едкой щелочью, и его растворы могут быть как раздражающими для кожи и других тканей в низких концентрациях, так и крайне едкими в высоких концентрациях. Глаза особенно уязвимы, а пыль или туман сильно раздражают легкие и могут вызвать отек легких . [27] Соображения безопасности аналогичны соображениям безопасности для гидроксида натрия .
Едкие эффекты возникают из-за высокой щелочности, но если гидроксид калия нейтрализовать нетоксичной кислотой, то он становится нетоксичной калиевой солью. Он одобрен как пищевая добавка под кодом E525.
