Гідроксид калію

Гідрокси́д ка́лію, ка́лій гідрокси́д — неорганічна сполука ряду гідроксидів складу KOH. Білі, дуже гігроскопічні кристали, але гігроскопічність менша, ніж в гідроксиду натрію. Водні розчини КОН мають сильнолужну реакцію.

Гідроксид калію
Назва за IUPAC	Калій гідроксид
Інші назви	їдке калі, каустичний поташ
Ідентифікатори
Номер CAS	1310-58-3
PubChem	14797
Номер EINECS	215-181-3
DrugBank	11153
KEGG	C12568 і D01168
ChEBI	32035
RTECS	TT2100000
SMILES	[K+].[OH-]
InChI	1/K.H2O/h;1H2/q+1;/p-1
Номер Гмеліна	100448
Властивості
Молекулярна формула	KOH
Молярна маса	56,1056 г/моль
Зовнішній вигляд	біла тверда речовина, зріджується
Запах	без запаху
Густина	2,044 г/см³
Тпл	406 °C
Ткип	1327 °C
Розчинність (вода)	97 г/100 мл (0 °C) 121 г/100 мл (25 °C) 178 г/100 мл (100 °C)
Розчинність	розчинний у спиртах, гліцерині нерозчинний в етерах, рідкому амоніаку
Кислотність (pKa)	13,5 (0,1 M)
Показник заломлення (nD)	1,409
Структура
Кристалічна структура	ромбоедрична
Термохімія
Ст. ентальпія утворення ΔfH^o 298	-425 кДж/моль
Ст. ентропія S^o 298	79 Дж/(моль·K)
Небезпеки
ЛД50	273 мг/кг (щури, орально)
MSDS	ICSC 0357
Індекс ЄС	019-002-00-8
(Класифікація ЄС)	Corrosive (C) Harmful (Xn)
R-фрази	R22, R35
S-фрази	(S1/2), S26, S36/37/39, S45
NFPA 704	0 3 1
Температура спалаху	Не займистий
Пов'язані речовини
Інші аніони
Інші катіони	гідроксид літію гідроксид натрію гідроксид рубідію гідроксид цезію
Пов'язані речовини	оксид калію
Якщо не зазначено інше, дані наведено для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Примітки картки

Гідроксид отримують електролізом розчинів KCl. Речовина застосовуються у виробництві скла, рідкого мила, для одержання різних сполук калію.

Фізичні властивості

Гідроксид калію є білими, майже прозорими ромбічними кристалами, які легко поглинають вологу з повітря та утворюють ряд гідратів: KOH·4H₂O, KOH·2H₂O, KOH·H₂O, KOH·0,5H₂O.

KOH легко розчиняється у воді, спиртах (55 г у 100 г метанолу; приблизно 14 г у 100 г ізопропанолу), етерах.

Розчинність KOH у воді

Температура, °C	0	10	20	25	30	40	50	60	70	80	90	100
Розчинність, %	48,7	50,8	53,2	54,7	56,1	57,9	58,6	59,5	60,6	61,8	63,1	64,6

Гідроксид калію є термічно стійким (не розкладається навіть при високих температурах). У газоподібному стані існує переважно у формі димерів.

Отримання

Історично КОН отримували із розчинів поташу (карбонату калію), який добували із деревної золи, та гашеного вапна (гідроксиду кальцію). В результаті реакції метатези в осад випадає малорозчинний карбонат кальцію, залишаючи гідроксид калію в розчині:

${\displaystyle \mathrm {Ca(OH)_{2}+K_{2}CO_{3}\longrightarrow CaCO_{3}\downarrow +2KOH} }$

Сучасним методом отримання гідроксиду є електроліз водного розчину хлориду калію (інколи також карбонату калію), який широко розповсюджений у мінералах сильвіні, карналіті. Аналогічно до способів отримання (гідроксиду натрію), застосовуються ртутний, діафрагменний та мебранний методи електролізу, однак суттєво більше значення має ртутний метод — він дає змогу отримувати практично чисті розчини KOH концентрацією до 50 %.

Повна дегідратація для отримання абсолютно безводного гідроксиду калію не проводиться через велику ресурсоємність цього процесу. Максимально безводним вважається гідроксид калію із вмістом води 5—10 % — наявна вода зв'язана у моногідрат KOH·H₂O, який розкладається лише при 550 °C.

Ртутний метод

У ртутному методі застосовується особливо чистий розчин хлориду калію, бо навіть незначні домішки металів (хрому, вольфраму, молібдену, ванадію), аж до мільйонних часток, можуть спричинити появу побічних процесів на катоді.

У водному розчині хлорид калію дисоціює на іони K⁺, які мігрують до ртутного катоду (рідка ртуть у залізній трубці), де утворюють рідкі амальгами перемінного складу:

${\displaystyle \mathrm {KCl\rightleftarrows K^{+}+Cl^{-}} }$

${\displaystyle \mathrm {K^{+}+e^{-}+Hg_{n}\rightarrow KHg_{n}} }$

Амальгами виділяються з реакційної системи та переводяться в іншу, де відбувається розкладання їх водою з утворенням гідроксиду калію:

${\displaystyle \mathrm {2KHg_{n}+2H_{2}O\rightarrow 2KOH+H_{2}\uparrow +2Hg_{n}} }$

За цим методом утворюється розчин KOH концентрацією понад 50 % та практично чистий від забруднюючих домішок (хлору, хлориду калію). Подальше концентрування розчину відбувається шляхом упарювання у вакуумі за високої температури. Утворена в результаті розкладання ртуть повертається в електрод.

На аноді (графітовому чи іншому) відбувається окиснення хлорид-іонів з утворенням вільного хлору:

${\displaystyle \mathrm {2Cl^{-}-2e^{-}\rightarrow Cl_{2}} }$

Діафрагменний метод

У діафрагменному методі простір між катодом та анодом розмежований перегородкою, яка не пропускає розчини і гази, однак не перешкоджає проходженню електричного струму та міграції іонів. Зазвичай, для таких перегородок використовується азбестова тканина, пористі цементи, порцеляна тощо.

В анодний простір подається розчин KCl: на аноді (графітовому або магнетитовому) відновлюються хлорид-іони, а катіони K⁺ (та, частково, аніони Cl⁻) мігрують крізь діафрагму до катодного простору. Там катіони де сполучаються із гідроксид-іонами, утвореними відновленням води на залізному або мідному катоді:

${\displaystyle \mathrm {2H_{2}O+2e^{-}\rightarrow H_{2}\uparrow +2OH^{-}} }$

${\displaystyle \mathrm {K^{+}+OH^{-}\rightleftarrows KOH} }$

З катодного простору в результаті виділяється суміш гідроксиду та хлориду натрію із вмістом KOH 8—10 %. Шляхом випаровування вдається збільшити концентрацію гідроксиду до 50 %, але вміст хлориду все одно залишається суттєвим — близько 1,0—1,5 %. Подальше очищення є економічно недоцільним.

Мембранний метод

Мембранний метод вважається найбільш досконалим з існуючих, але, в той же час, і найбільш енергоємним. За цим методом в реакторі встановлюється катіонообмінна мембрана, яка є проникною для іонів K⁺, що рухаються у катодний простір, і пригнічує міграцію гідроксид-іонів, які рухаються у зворотньому напрямку — таким чином у катодному просторі збільшується концентрація складових KOH. За цим методом утворюється розчин гідроксиду концентрацією 32 %, а подальшим випарювання це значення вдається підвищити до 45—50 %.

Хлорид калію при цьому теоретично не утворюється, але проникнення хлорид-іонів крізь мембрану усе ж має місце — у кінцевому розчині концентрація KCl становить близько 10—50 мільйонних часток.

Хімічні властивості

Реакції з неорганічними речовинами

Гідроксид калію активно поглинає з повітря вологу, утворюючи гідрати різного складу, які розкладаються при нагріванні:

${\displaystyle \mathrm {KOH\cdot 2H_{2}O{\xrightarrow {30-40^{o}C,vacuum}}KOH\cdot H_{2}O+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {KOH\cdot H_{2}O{\xrightarrow {550^{o}C}}KOH+H_{2}O} }$

Взаємодіє з кислотами та кислотними оксидами, утворюючи відповідні солі калію:

${\displaystyle \mathrm {KOH+HCl\longrightarrow KCl+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {2KOH+H_{2}SO_{4}\longrightarrow K_{2}SO_{4}+2H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {2KOH+CO_{2}\longrightarrow K_{2}CO_{3}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {2KOH+SO_{3}\longrightarrow K_{2}SO_{4}+H_{2}O} }$

Також взаємодіє із амфотерними оксидами і :

${\displaystyle \mathrm {KOH+Al_{2}O_{3}{\xrightarrow {900-1100^{o}C}}KAlO_{2}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {KOH+Al(OH)_{3}{\xrightarrow {1000^{o}C}}KAlO_{2}+2H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {KOH_{(conc.)}+Al(OH)_{3}\rightarrow K[Al(OH)_{4}]} }$

При пропусканні крізь розчин гідроксиду галогенів, утворюється суміш солей: галогенід та, в залежності від температури розчину, гіпогалогеніт або галогенат:

${\displaystyle \mathrm {KOH+Cl_{2}\rightarrow KClO+KCl+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {6KOH+3Cl_{2}{\xrightarrow {t}}\ KClO_{3}+5KCl+3H_{2}O} }$

Окрім галогенів, KOH реагує також із фосфором, сіркою:

${\displaystyle \mathrm {6KOH+4S\rightarrow 2K_{2}S+K_{2}S_{2}O_{3}+3H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {3KOH+4P+3H_{2}O\rightarrow PH_{3}+3KH_{2}PO_{2}} }$

KOH окиснюється озоном до :

${\displaystyle \mathrm {4KOH+4O_{3}{\xrightarrow {20^{o}C}}\ 4KO_{3}+O_{2}+2H_{2}O} }$

При відновленні пероксидом водню із наступною дегідратацією утворюється :

${\displaystyle \mathrm {KOH+(2-4)H_{2}O_{2}{\xrightarrow {0^{o}C}}\ K_{2}O_{2}\cdot (2-4)H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {K_{2}O_{2}\cdot (2-4)H_{2}O{\xrightarrow {conc.H_{2}SO_{4}}}K_{2}O_{2}+(2-4)H_{2}O} }$

Гідроксид поглинає CO₂ та SO₂, а в етанолі утворює малорозчинні сполуки:

${\displaystyle \mathrm {2KOH+CO_{2}\rightarrow K_{2}CO_{3}+H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {KOH+SO_{2}{\xrightarrow {C_{2}H_{5}OH}}KHSO_{3}\downarrow } }$

При нагріванні реагує також із деякимим металами:

${\displaystyle \mathrm {2KOH+2K{\xrightarrow {400-450^{o}C}}2K_{2}O+H_{2}} }$

${\displaystyle \mathrm {2(KOH\cdot 2H_{2}O)+Al{\xrightarrow {400-500^{o}C}}2KAlO_{2}+3H_{2}\uparrow +2H_{2}O} }$

${\displaystyle \mathrm {2KOH+2Mg{\xrightarrow {t}}2K+2MgO+H_{2}} }$

Взаємодіє з солями, які відповідають слабким основам:

${\displaystyle \mathrm {2KOH+FeI_{2}\rightarrow Fe(OH)_{2}\downarrow +2KI} }$

${\displaystyle \mathrm {3KOH+AlCl_{3}\rightarrow Al(OH)_{3}\downarrow +3KCl} }$

Реакції з органічними речовинами

Гідроксид калію може вступати у реакції з органічними речовинами, що мають кислотні властивості — карбоновими кислотами та алкінами. Також взаємодіє з галогенорганічними сполуками, відриваючи від них галогеноводень:

${\displaystyle {\ce {R-CH(R)-CH(R)-Hal + KOH->[C_2H_5OH]R-CH=CH-R + KHal +H2O}}}$

Також може відривати тільки галоген. Цим способом отримують одноатомні спирти, наприклад, пропан-1-ол:

${\displaystyle {\ce {CH3-CH2-Ch2-Br + KOH ->CH3-CH2-CH2-OH + KBr}}}$

Застосування

Відклади гідроксиду калію, утворені внаслідок протікання розчину з лужного акумулятора

• Як електроліт в лужних акумуляторах (наприклад, нікель-кадмієвих, нікель-водневих, марганцево-цинкових елементах). Гідроксид калію вважається кращим за гідроксид натрію, бо його розчин має більшу провідність. Нікель-метал-гідридні акумулятори в автомобілях Toyota Prius використовують суміш обох речовин.
• Для отримання рідкого мила — при взаємодії гідроксиду калію з пальмітиновою і стеариновою кислотами утворюються рідкі аддукти.
• Для мерсеризації деревної целюлози в процесі отримання віскозних волокон і ниток.
• Для обробки бавовняних тканин з метою підвищення гігроскопічності.
• Як абсорбент «кислих» газів (сірководню, діоксиду сірки, вуглекислого газу тощо).
• Як осушувальний агент для газів, що не взаємодіють з KOH, наприклад, аміаку, закису азоту N₂O, фосфіну PH₃.
• Як осушувальний агент для рідин в синтетичній органічній хімії.
• Для визначення концентрації кислот шляхом титрування.
• Як агент проти вспінювання при виробництві паперу.
• Входить до складу побутових засобів для очищення посуду з нержавіючої сталі.
• Для анізотропного травлення кристалічного кремнію.
• Як каталізатор при виробництві біодизелю.
• У лабораторіях використовують для отримання одноатомних спиртів.

Див. також

Примітки

1. Калия гидроксид // Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — М. : Сов. энцикл., 1990. — Т. 2 : Даффа реакция — Меди сульфат. — Стб. 287. — Библиогр. в конце ст. — .(рос.)
2. Zumdahl, Steven S. (2009). Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company. с. A22. ISBN .
3. Значення розчинності у відсотках розраховується як відношення маси розчиненої речовини до маси усього розчину
4. Molecular Physics [ 2 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)
5. D. Berndt, D. Spahrbier, «Batteries» in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a03_343
6. Toyota Prius Hybrid 2010 Model Emergency Response Guide (PDF). Toyota Motor Corporation. 2009. Архів оригіналу (PDF) за 29 жовтня 2011. {{}}: Cite має пустий невідомий параметр: |df= ()
7. Chemindistry.ru — Гидроксид калия [ 24 січня 2011 у Wayback Machine.] (рос.)
8. Catalysts for Biodiesel [ 13 жовтня 2018 у Wayback Machine.](англ.)

Джерела

• Schmittinger P. Potassium compounds // Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 6th. — Weinheim : Wiley-VCH, 2005. — P. 59-60. — DOI:10.1002/14356007.a22_039. (англ.)
• CRC Handbook of Chemistry and Physics / D. R. Lide. — 86th. — Boca Raton (FL) : CRC Press, 2005. — 2656 p. — . (англ.)
• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Інстит-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с.
• Глінка М. Л. Загальна хімія. — К. : Вища школа, 1982. — 608 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия: Химия металлов / В. И. Спицын. — М. : «Мир», 1971. — Т. 1. — 561 с. (рос.)
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.
• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин. — 3-е. — М. : «Химия», 2000. — 480 с. — . (рос.)
• О. Я. Нейланд. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1990. — 751 с. — 35 000 экз. — .

Посилання

• КАЛІЮ ГІДРОКСИД [ 14 березня 2016 у Wayback Machine.] //Фармацевтична енциклопедія