Гідроксид калію

Шаблон:Chembox 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 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:

$\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{a}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\downarrow }\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$

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 катода (рідка ртуть у залізній трубці), де утворюють рідкі амальгами перемінного складу:

$\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{\rightleftarrows }{\mathrm{K}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}}$

${\mathrm{K}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{+}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{n}}\mathrm{\to }\mathrm{K}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{n}}$

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

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{n}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}{\mathrm{g}}_{\mathrm{n}}$

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:

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{\mathrm{-}}\mathrm{-}\mathrm{2}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\to }\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$

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:

$\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{e}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\to }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}$

${\mathrm{K}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{O}{\mathrm{H}}^{\mathrm{-}}\mathrm{\rightleftarrows }\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}$

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:

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{30-40^{o}C,vacuum}{\to }\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{550^{o}C}{\to }\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{⟶}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Також взаємодіє із амфотерними оксидами і гідроксидами:

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{A}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{900-1100^{o}C}{\to }\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\stackrel{1000^{o}C}{\to }\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{K}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{c}\mathrm{o}\mathrm{n}\mathrm{c}\mathrm{.}\mathrm{)}}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{K}\mathrm{[}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{4}}\mathrm{]}$

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

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{6}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{t}{\to }\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Окрім галогенів, KOH реагує також із фосфором, сіркою:

$\mathrm{6}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{S}\mathrm{\to }\mathrm{2}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{+}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{3}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{P}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{P}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{K}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

KOH окиснюється озоном до озоніду калію:

$\mathrm{4}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\stackrel{20^{o}C}{\to }\mathrm{4}\mathrm{K}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

При відновленні пероксидом водню із наступною дегідратацією утворюється пероксид калію:

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{(}\mathrm{2}\mathrm{-}\mathrm{4}\mathrm{)}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{0^{o}C}{\to }{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\cdot }\mathrm{(}\mathrm{2}\mathrm{-}\mathrm{4}\mathrm{)}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

${\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\cdot }\mathrm{(}\mathrm{2}\mathrm{-}\mathrm{4}\mathrm{)}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\stackrel{conc.H_{2}S{O}_4}{\to }{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{(}\mathrm{2}\mathrm{-}\mathrm{4}\mathrm{)}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

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

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{C_2{H}_{5}OH}{\to }\mathrm{K}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\downarrow }$

При нагріванні реагує також із деякимим металами:

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\stackrel{400-450^{o}C}{\to }\mathrm{2}{\mathrm{K}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\cdot }\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}\stackrel{400-500^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{g}\stackrel{t}{\to }\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Взаємодіє з солями, які відповідають слабким основам:

$\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\downarrow }\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{K}\mathrm{I}$

$\mathrm{3}\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{(}\mathrm{O}\mathrm{H}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\downarrow }\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}$

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:

$\mathrm{R}-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{R})-\mathrm{C}\mathrm{H}(\mathrm{R})-\mathrm{H}\mathrm{a}\mathrm{l}+\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}\stackrel{\mathrm{C}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_5\mathrm{O}\mathrm{H}}{\to }\mathrm{R}-\mathrm{C}\mathrm{H}=\mathrm{C}\mathrm{H}-\mathrm{R}+\mathrm{K}\mathrm{H}\mathrm{a}\mathrm{l}+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

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

$\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2-\mathrm{C}\mathrm{h}{\phantom{A}}_2-\mathrm{B}\mathrm{r}+\mathrm{K}\mathrm{O}\mathrm{H}⟶\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2-\mathrm{C}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2-\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{K}\mathrm{B}\mathrm{r}$

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.
• У харчовій промисловості застосовується як харчова добавка E525.

Див. також

• Пероксид калію
• Озонід калію

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• 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. ISBN 978-966-335-206-0
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• О. Я. Нейланд. Органическая химия. — М.: Высшая школа, 1990. — 751 с. — 35 000 экз. — ISBN 5-06-001471-1.

Посилання

• КАЛІЮ ГІДРОКСИД Шаблон:Webarchive //Фармацевтична енциклопедія