Хлорид калия

Хлорид калия ( KCl или калиевая соль ) — это галогенидная соль металла , состоящая из калия и хлора . Она не имеет запаха и имеет вид белого или бесцветного стекловидного кристалла . Твердое вещество легко растворяется в воде, а его растворы имеют соленый вкус. Хлорид калия можно получить из древних высохших озерных отложений. ^[7] KCl используется в качестве удобрения, ^[8] в медицине , в научных целях, в бытовых смягчителях воды (в качестве замены соли хлорида натрия ) и в пищевой промышленности , где он может быть известен как добавка с номером E E508 .

В природе встречается в виде минерала сильвина , который назван в честь исторических обозначений соли sal degistivum Sylvii и sal febrifugum Sylvii , ^[9] а в сочетании с хлоридом натрия — в виде сильвинита . ^[10]

Использует

Удобрение

Большая часть производимого хлорида калия используется для производства удобрения , называемого поташем , поскольку рост многих растений ограничен доступностью калия. Хлорид калия, продаваемый в качестве удобрения, известен как хлорид калия. Подавляющее большинство калийных удобрений во всем мире продается как хлорид калия. ^{[ необходима цитата ]}

Медицинское применение

Калий жизненно важен для организма человека , и хлорид калия перорально является стандартным средством для лечения низкого уровня калия в крови , хотя его также можно вводить внутривенно. Он включен в Список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения . ^[11] Передозировка вызывает гиперкалиемию , которая может нарушить клеточную сигнализацию до такой степени, что сердце остановится, обратимо в случае некоторых операций на открытом сердце .

Кулинарное использование

Хлорид калия может использоваться в качестве заменителя соли в пище , но из-за его слабого, горького, несоленого вкуса его часто смешивают с обычной поваренной солью (хлоридом натрия) для улучшения вкуса , образуя соль с низким содержанием натрия . Добавление 1 ppm тауматина значительно уменьшает эту горечь. ^[12] Жалобы на горечь или химический или металлический привкус также сообщаются при использовании хлорида калия в пище. ^[13]

Исполнение

В Соединенных Штатах хлорид калия используется в качестве последнего препарата в трехинъекционной последовательности смертельной инъекции как формы смертной казни . Он вызывает остановку сердца , в конечном итоге убивая заключенного. ^[14]

Промышленный

В качестве химического сырья соль используется для производства гидроксида калия и металлического калия . Она также используется в медицине, смертельных инъекциях , научных приложениях, пищевой промышленности , мыле и как безнатриевый заменитель поваренной соли для людей, обеспокоенных влиянием натрия на здоровье.

Используется в качестве добавки в корм для животных для повышения уровня калия в корме. Известно, что он также увеличивает производство молока.

Иногда его используют в растворе в качестве жидкости для заканчивания скважин при добыче нефти и природного газа , а также в качестве альтернативы хлориду натрия в бытовых установках смягчения воды .

Производители стекла используют гранулированный поташ в качестве флюса , снижая температуру плавления смеси. Поскольку поташ придает стеклу отличную прозрачность, его обычно используют в очках, стеклянной посуде, телевизорах и компьютерных мониторах.

Поскольку природный калий содержит небольшое количество изотопа калия-40 , хлорид калия используется в качестве источника бета-излучения для калибровки оборудования радиационного контроля . Он также испускает относительно низкий уровень гамма-лучей 511 кэВ от аннигиляции позитронов, что может использоваться для калибровки медицинских сканеров.

Хлорид калия используется в некоторых антиобледенительных продуктах, разработанных для большей безопасности для домашних животных и растений, хотя они уступают по качеству плавления хлориду кальция . Он также используется в различных марках бутилированной воды .

Хлорид калия когда-то использовался в качестве огнетушащего вещества , а также в переносных и колесных огнетушителях . Известный как сухой химикат Super-K, он был более эффективен, чем сухие химикаты на основе бикарбоната натрия , и был совместим с протеиновой пеной . Этот агент вышел из употребления с появлением сухого химиката бикарбоната калия ( Purple-K ) в конце 1960-х годов, который был гораздо менее едким , а также более эффективным. Он рассчитан на пожары B и C.

Наряду с хлоридом натрия и хлоридом лития хлорид калия используется в качестве флюса при газовой сварке алюминия .

Хлорид калия также является оптическим кристаллом с широким диапазоном пропускания от 210 нм до 20 мкм. Несмотря на свою дешевизну, кристаллы KCl гигроскопичны . Это ограничивает их применение защищенными средами или краткосрочным использованием, таким как прототипирование. Подвергаясь воздействию открытого воздуха, оптика KCl «сгниет». В то время как компоненты KCl ранее использовались для инфракрасной оптики , они были полностью заменены гораздо более прочными кристаллами, такими как селенид цинка .

Хлорид калия используется в качестве скотофора с обозначением P10 в ЭЛТ с темным следом , например, в Skiatron .

Токсичность

Типичные количества хлорида калия, содержащиеся в рационе, в целом безопасны. ^[15] Однако в больших количествах хлорид калия токсичен. LD ₅₀ перорально принятого хлорида калия составляет приблизительно 2,5 г/кг или 190 граммов (6,7 унций) для массы тела 75 килограммов (165 фунтов). Для сравнения, LD ₅₀ хлорида натрия (поваренной соли) составляет 3,75 г/кг.

Внутривенно LD50 хлорида калия намного меньше, примерно от 57,2 мг/кг до 66,7 мг/кг; это определяется путем деления летальной концентрации положительных ионов калия (примерно от 30 до 35 мг/кг) [^16] на массовую долю ионов калия в хлориде калия (примерно 0,52445 мг K ^{+ /мг KCl)}^[17] .

Химические свойства

Растворимость

KCl растворяется в различных полярных растворителях.

Растворы KCl являются общепринятыми стандартами, например, для калибровки электропроводности ( ионных ) растворов, поскольку растворы KCl стабильны, что позволяет проводить воспроизводимые измерения. В водном растворе он по существу полностью ионизирован в сольватированные ионы K ⁺ и Cl ^{− .}

Окислительно-восстановительный процесс и превращение в металлический калий

Хотя калий более электроположителен , чем натрий , KCl можно восстановить до металла путем реакции с металлическим натрием при 850 °C, поскольку более летучий калий можно удалить путем перегонки (см. принцип Ле Шателье ):

{\ce {KCl_{(l)}{}+ Na_{(l)}<=> NaCl_{(l)}{}+ K_{(g)}}}

Этот метод является основным методом получения металлического калия. Электролиз (используемый для натрия) не удается из-за высокой растворимости калия в расплавленном KCl. ^[10]

Другие стехиометрии хлорида калия

Было предсказано, что хлориды калия с формулами, отличными от KCl, становятся стабильными при давлениях 20 ГПа и более. ^[19] Среди них были синтезированы и охарактеризованы две фазы KCl _3. При 20-40 ГПа получается тригональная структура, содержащая K ⁺ и Cl ₃⁻ ; выше 40 ГПа это дает фазу, изоструктурную с интерметаллическим соединением Cr ₃ Si.

Физические свойства

В условиях окружающей среды кристаллическая структура хлорида калия похожа на структуру NaCl. Она принимает гранецентрированную кубическую структуру, известную как фаза B1 с постоянной решетки примерно 6,3 Å. Кристаллы легко раскалываются в трех направлениях. Другие полиморфные и гидратированные фазы принимаются при высоких давлениях. ^[20]

Некоторые другие свойства

Диапазон передачи: от 210 нм до 20 мкм
Пропускаемость = 92% при 450 нм и линейно возрастает до 94% при 16 мкм
Показатель преломления = 1,456 при 10 мкм
Потери на отражение = 6,8% при 10 мкм (две поверхности)
d N /d T (коэффициент расширения) = −33,2×10 ⁻⁶ /°C
d L /d T (градиент показателя преломления) = 40×10 ⁻⁶ /°C
Теплопроводность = 0,036 Вт/(см·К)
Порог повреждения (Ньюман и Новак): 4 ГВт/см2 ^или 2 Дж/см2 ⁽ частота импульсов 0,5 или 1 нс); 4,2 Дж/см2 ⁽ частота импульсов 1,7 нс Ковалев и Файзуллов)

Как и другие соединения, содержащие калий, KCl в порошкообразном виде дает сиреневое пламя .

Производство

Хлорид калия извлекается из минералов сильвина , карналлита и поташа . Он также извлекается из соленой воды и может быть получен путем кристаллизации из раствора, флотации или электростатического разделения из подходящих минералов. Он является побочным продуктом производства азотной кислоты из нитрата калия и соляной кислоты .

Большая часть хлорида калия производится в качестве сельскохозяйственного и промышленного калия в Саскачеване, Канаде , России и Беларуси. Только на Саскачеван пришлось более 25% мирового производства калия в 2017 году. ^[21]

Лабораторные методы

Хлорид калия доступен по низкой цене и редко готовится намеренно в лаборатории. Его можно получить путем обработки гидроксида калия (или других оснований калия) соляной кислотой :

{\ce {KOH + HCl -> KCl + H2O}}

Это преобразование представляет собой реакцию кислотно-щелочной нейтрализации . Полученную соль затем можно очистить перекристаллизацией. Другой метод — дать калию сгореть в присутствии газообразного хлора, также очень экзотермическая реакция:

{\ce {2 K + Cl2 -> 2 KCl}}

Ссылки

^ "Хлорид калия (PIM 430)". Международная программа по химической безопасности . 3.3.1 Свойства вещества . Получено 2011-01-17 .
^ "periodic-table-of-elements.org". Архивировано из оригинала (на сайте значения указаны в г/100 мл) 29 октября 2020 г. Получено 4 октября 2019 г.
^ Сирдешмукх ДБ, Сирдешмукх Л, Субхадра КГ (2001). Щелочные галогениды: Справочник по физическим свойствам . Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-42180-1.
^ ab Zumdahl SS (2009). Химические принципы 6-е изд . Houghton Mifflin Company. стр. A22. ISBN 978-0-618-94690-7.
^ "Обзор соединений для хлорида калия". PubChem . Национальная медицинская библиотека США. CID 4873. Получено 17 октября 2015 г.
^ Chambers M. "7447-40-7 - WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M - Хлорид калия [USP:JAN]". ChemIDplus . Национальная медицинская библиотека США. Архивировано из оригинала 15 июля 2015 г. Получено 22 декабря 2017 г.
^ Rayner-Canham G (22 декабря 2013 г.). Описательная неорганическая химия . Овертон, Тина (шестое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. ISBN 978-1-4641-2557-7. OCLC 882867766.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
^ "Калийные удобрения (Penn State Agronomy Guide)". Penn State Agronomy Guide (Penn State Extension) . Архивировано из оригинала 2016-12-20 . Получено 10-12-2016 .
^ Уоттс, Генри (1883). Словарь химии и смежных разделов других наук. Longmans, Green, and Company.
^ ab Burkhardt ER (2006). "Калий и калиевые сплавы". Энциклопедия промышленной химии Ульмана . doi :10.1002/14356007.a22_031.pub2. ISBN 978-3-527-30673-2.
^ Всемирная организация здравоохранения (2019). Примерный список основных лекарственных средств Всемирной организации здравоохранения: 21-й список 2019 г. Женева: Всемирная организация здравоохранения. hdl : 10665/325771 . WHO/MVP/EMP/IAU/2019.06. Лицензия: CC BY-NC-SA 3.0 IGO.
^ Лориент Д., Линден Г. (1999). Новые ингредиенты в пищевой промышленности: биохимия и сельское хозяйство . Бока-Ратон: CRC Press. стр. 357. ISBN 978-1-85573-443-2. ... в диетических продуктах питания, содержащих хлорид калия, тауматин, добавленный в соотношении 1 ppm, значительно снижает ощущение горечи. ...
^ Sinopoli DA, Lawless HT (сентябрь 2012 г.). «Вкусовые свойства хлорида калия отдельно и в смесях с хлоридом натрия с использованием метода проверки всего применимого». Журнал пищевой науки . 77 (9): S319–S322. doi :10.1111/j.1750-3841.2012.02862.x. PMID 22901084.
^ "Обзор протоколов смертельных инъекций". Информационный центр по смертной казни . Получено 28.02.2024 .
^ Центр по безопасности пищевых продуктов и прикладному питанию. "База данных веществ GRAS (SCOGS) - Мнение Специального комитета по веществам GRAS (SCOGS): Хлорид калия". www.fda.gov . Архивировано из оригинала 31 октября 2017 г. . Получено 21 июля 2019 г. .
^ Bhatkhande CY, Joglekar VD (1977-01-01). «Смертельное отравление калием у человека и кролика». Судебная медицина . 9 (1): 33–36. doi :10.1016/0300-9432(77)90062-0. PMID 838413.
^ "Молекулярный вес KCl". www.convertunits.com . Получено 2018-11-04 .
^ Берджесс Дж (1978). Ионы металлов в растворе . Нью-Йорк: Эллис Хорвуд. ISBN 978-0-85312-027-8.^{[ нужна страница ]}
^ Чжан, Вэйвэй; Оганов, Артем Р.; Чжу, Цян; Лобанов, Сергей С.; Ставру, Элиссаиос; Гончаров, Александр Ф. (23 мая 2016 г.). "Устойчивость многочисленных новых хлоридов калия при высоком давлении". Sci Rep . 6 : 26265. Bibcode :2016NatSR...626265Z. doi :10.1038/srep26265. PMC 4876327 . PMID 27211847.
^ Ямашита К, Комацу К, Каги Х (декабрь 2022 г.). «Кристаллическая структура моногидрата хлорида калия: интеркаляция воды в структуру B1 KCl под высоким давлением». Acta Crystallographica Section C. 78 ( Pt 12): 749–754. Bibcode : 2022AcCrC..78..749Y. doi : 10.1107/S2053229622011135. PMC 9720884. PMID 36468558 .
^ "Mineral Commodity Summarys" (PDF) . Геологическая служба США. Январь 2018 г. Архивировано из оригинала (PDF) 10 января 2019 г.

Дальнейшее чтение

Lide DR, ред. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86-е изд.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
Гринвуд НН , Эрншоу А (1984). Химия элементов. Оксфорд: Pergamon Press . ISBN 978-0-08-022057-4.