Хлорат калия

Хлорат калия представляет собой соединение, содержащее калий , хлор и кислород , с молекулярной формулой KClO ₃ . В чистом виде это белое кристаллическое вещество. После хлората натрия это второй по распространенности хлорат в промышленном использовании. Это сильный окислитель , и наиболее важным его применением является производство безопасных спичек . ^[6] В других приложениях он по большей части устарел и в последние десятилетия был заменен более безопасными альтернативами. Он был использован

в фейерверках , топливе и взрывчатых веществах ,
для приготовления кислорода как в лаборатории, так и в химических генераторах кислорода ,
в качестве дезинфицирующего средства , например, в медицинских ополаскивателях для рта ,
в сельском хозяйстве как гербицид .

Производство

В промышленных масштабах хлорат калия получают реакцией солевого обмена хлората натрия и хлорида калия :

{\ce {NaClO3 + KCl -> NaCl + KClO3}}

Реакция обусловлена низкой растворимостью хлората калия в воде. Равновесие реакции смещается в правую сторону из-за непрерывного осаждения продукта ( принцип Ле Шателье ). Прекурсор хлората натрия производится в промышленных масштабах в очень больших количествах электролизом хлорида натрия , поваренной соли. ^[6]

Иногда применяют также прямой электролиз KCl в водном растворе, при котором образующийся на аноде элементарный хлор реагирует с КОН in situ . Низкая растворимость KClO ₃ в воде позволяет соли легко изолироваться от реакционной смеси путем простого осаждения из раствора.

Хлорат калия можно получить в небольших количествах путем диспропорционирования в растворе гипохлорита натрия с последующей реакцией метатезиса с хлоридом калия: ^[7]

{\ce {3 NaOCl -> 2 NaCl + NaClO3}}

{\ce {KCl + NaClO3 -> NaCl + KClO3}}

Его также можно получить, пропуская газообразный хлор в горячий раствор едкого поташа: ^[8]

{\ce {3 Cl2 + 6 KOH -> KClO3 + 5 KCl + 3 H2O}}

Использование

Хлорат калия, сжигающий сахар

Хлорат калия был одним из ключевых ингредиентов первых капсюлей (каспелей) для огнестрельного оружия . Он продолжается и в том применении, где не заменяется перхлоратом калия .

Пороха на основе хлората более эффективны, чем традиционный порох , и менее подвержены повреждению водой. Однако они могут быть крайне нестабильными в присутствии серы или фосфора и стоят гораздо дороже. Хлоратные пропелленты следует использовать только в оборудовании, предназначенном для них; несоблюдение этой меры предосторожности является частым источником несчастных случаев. Хлорат калия, часто в сочетании с гремучим серебром , используется в устройствах для создания трюков, известных как «крекеры», «луцианы», «поп-ит», «кэпы» или «хлопки», популярный тип новых фейерверков.

Другое применение хлората калия – это использование его в качестве окислителя в дымовых композициях , например, в дымовых гранатах . С 2005 года картридж с хлоратом калия, смешанным с лактозой и канифолью , используется для образования белого дыма, сигнализирующего об избрании папским конклавом нового Папы . ^[9]

В лабораториях средних школ и колледжей часто используют хлорат калия для получения газообразного кислорода. ^{[ нужна цитата ]} Это гораздо более дешевый источник, чем баллон с кислородом под давлением или криогенный кислород. Хлорат калия легко разлагается при нагревании при контакте с катализатором , обычно диоксидом марганца(IV) (MnO ₂ ). Таким образом, его можно просто поместить в пробирку и нагреть на горелке. Если пробирка снабжена пробкой с одним отверстием и шлангом, можно откачивать теплый кислород. Реакция следующая:

{\ce {2 KClO3(s) ->[\Delta][MnO_2] 3 O2(g) + 2 KCl(s)}}

Нагревание в отсутствие катализатора превращает его в перхлорат калия : ^[8]

{\ce {4 KClO3 -> 3 KClO4 + KCl}}

При дальнейшем нагревании перхлорат калия разлагается на хлорид калия и кислород:

{\ce {KClO4 -> KCl + 2O2}}

Безопасное проведение этой реакции требует очень чистых реагентов и тщательного контроля температуры. Расплавленный хлорат калия является чрезвычайно мощным окислителем и самопроизвольно реагирует со многими распространенными материалами, такими как сахар. Взрывы происходили в результате попадания жидких хлоратов в латексные или ПВХ-трубки генераторов кислорода, а также в результате контакта хлоратов с углеводородными уплотнительными смазками. Примеси в самом хлорате калия также могут вызвать проблемы. При работе с новой партией хлората калия желательно взять небольшую пробу (~1 грамм) и сильно нагреть ее на открытой стеклянной пластинке. Загрязнение может привести к взрыву этого небольшого количества, что означает, что хлорат следует выбросить.

Хлорат калия используется в химических генераторах кислорода (также называемых хлоратными свечами или кислородными свечами), используемых в качестве систем подачи кислорода, например, в самолетах, космических станциях и подводных лодках, и стал причиной как минимум одной авиакатастрофы . Пожар на космической станции «Мир» был связан с свечами для генерации кислорода, в которых используется аналогичный перхлорат лития. Разложение хлората калия также использовалось для снабжения кислородом прожекторов .

Хлорат калия используется также как пестицид . В Финляндии он продавался под торговой маркой Fegabit.

Хлорат калия может реагировать с серной кислотой с образованием высокореактивного раствора хлорной кислоты и сульфата калия:

{\ce {2 KClO3 + H2SO4 -> 2 HClO3 + K2SO4}}

Полученный таким образом раствор достаточно реакционноспособен и самопроизвольно воспламеняется при наличии горючих материалов (сахар, бумага и т. д.).

В школах расплавленный хлорат калия используется при демонстрации конфет «Кричащие желейные младенцы» , «Мармеладные мишки» , «Харибо » и « Тролли », когда конфеты бросают в расплавленную соль.

В химических лабораториях его используют для окисления HCl и выделения небольших количеств газообразного хлора.

Повстанцы в Афганистане также широко используют хлорат калия в качестве ключевого компонента при производстве самодельных взрывных устройств . Когда были предприняты значительные усилия по сокращению доступности аммиачно-нитратных удобрений в Афганистане, производители СВУ начали использовать хлорат калия как дешевую и эффективную альтернативу. В 2013 году в 60% СВУ в Афганистане использовался хлорат калия, что делает его наиболее распространенным ингредиентом, используемым в СВУ. ^[10] Хлорат калия также был основным ингредиентом заминированного автомобиля, использованного во время взрывов на Бали в 2002 году , в результате которых погибло 202 человека.

Хлорат калия используется для ускорения стадии цветения дерева лонган , заставляя его давать плоды в более теплом климате. ^[11]

Безопасность

С хлоратом калия следует обращаться осторожно. Он бурно реагирует, а в некоторых случаях самопроизвольно воспламеняется или взрывается при смешивании со многими горючими материалами. Он энергично горит в сочетании практически с любыми горючими материалами, даже с теми, которые обычно слабо воспламеняются (включая обычную пыль и ворс). Смеси хлората калия и топлива могут воспламениться при контакте с серной кислотой, поэтому их следует хранить вдали от этого реагента. Следует избегать использования серы в пиротехнических составах, содержащих хлорат калия, так как эти смеси склонны к самопроизвольному возгоранию . Большая часть серы содержит следовые количества серосодержащих кислот, которые могут вызвать самовозгорание - «Цветы серы» или «сублимированная сера», несмотря на общую высокую чистоту, содержат значительные количества серных кислот. Кроме того, очень опасно готовить смеси хлората калия с любым соединением, способствующим воспламенению (например, сульфидом сурьмы (III) ), поскольку они чрезвычайно чувствительны к ударам.

Смотрите также

Хлорная кислота

Внешние ссылки