Гидроксид калия, характеристика, свойства и получение, химические реакции

Сферы применения гидроксида калия

Гидроксид калия – это не только достаточно востребованная в современном мире пищевая добавка. Данное соединение применяется в самых разных сферах: диапазон настолько широк, что начинается промышленными масштабами и заканчивается бытовыми нуждами обычных людей.

Производство бумаги и уходовой косметики

Так, например, гидроксид калия востребован при производстве бумаги и картона, ещё его используют для улучшения протекания процесса омыления жиров. Благодаря этому свойству вещество часто используется производителями уходовой косметики и бытовой химии. Применять гидроксид калия в мыловарении начали очень и очень давно – примерно в 385 году до нашей эры. Тогда мыло варили из различных ароматных масел, соды и гидроксида калия.

Химическая промышленность

В химической промышленности вещество нужно для нейтрализации кислот, даже самых сильных, а также для ускорения протекания различных реакций. В нефтеперерабатывающей промышленности гидроксид калия важен для производства жиров.

Производство биодизельного топлива

Огромную популярность гидроксид калия получил в производстве биодизельного топлива, основой которого сложат растительные масла.

Устранение засоров в трубах

Гидроксид калия необходим для устранения засоров в трубах – он ускоряет процесс движения содержимого труб, частично растворяя его.

Гражданская оборона

В гражданской обороне гидроксид калия необходим для нейтрализации отравляющих веществ – он позволяет очистить вдыхаемый воздух и предотвратить отравление людей.

Развлекательная сфера (фокусы)

У рассматриваемого соединения есть и менее серьезные способы использования. Так, например, его часто применяют фокусники: благодаря способности изменять цвет меди, гидроксид натрия пользуется большой популярностью в фокусе с монеткой.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности гидроксид калия необходим для правильного мытья и очистки плодов. Ещё его используют в ходе производства

кондитерских изделий, размягчения маслин и оливок, выпечке хлеба.

Использование гидроксида калия в разных отраслях промышленности:

Сфера промышленности	Назначение гидроксида калия
Целлюлозно-бумажная промышленность	Добавка отвечает за подготовку целлюлозы для дальнейшей работы: благодаря ей можно получить бумагу и картон высокого качества
роизводство бытовой химии и уходовой косметики	Гидроксид калия позволяет добиться устойчивой пены и улучшить процесс омыления жиров. Его часто можно встретить в составе моющих средств, мыла, шампуней и гелей для душа
Химическая промышленность	Вещество необходимо для нейтрализации кислот, оно также выступает в роли ускорителя процесса протекания реакций, применяется в химическом анализе
Производство биотоплива	Вещество регулирует правильность протекания химических реакций
Устранение засоров в трубах	Гидроксид калия растворяет застоявшиеся массы, упрощая процесс их движения по трубам
Гражданская оборона	Нейтрализация отравляющих веществ
Фокусы	Рассматриваемое вещество применяется в фокусе, в ходе которого медная монетка изменяет цвет
Пищевая промышленность	Приготовление десертов, хлеба, размягчение маслин и придание им насыщенного черного цвета, очистка овощей и фруктов от кожицы

Применение

• Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав с составом 12 % натрия, 47 % калия, 41 % цезия обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
• Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений. Калий является одним из трёх базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с азотом и фосфором. В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным катионом. При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов — клеточных органелл, в которых проходит фотосинтез. Внешне это проявляется в пожелтении и последующем отмирании листьев. При внесении калийных удобрений у растений увеличивается вегетативная масса, урожайность и устойчивость к вредителям.
• Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

• Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
• Гидроксид калия (едкое кали) применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
• Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.
• Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.
• Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
• Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
• Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

• Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
• Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
• Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
• Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
• Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
• Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали. Чрезвычайно ядовит, один из сильнейших ядов.
• Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).
• Сульфат калия применяется как удобрение.

Сферы применения гидроксида калия

Гидроксид калия – это не только достаточно востребованная в современном мире пищевая добавка. Данное соединение применяется в самых разных сферах: диапазон настолько широк, что начинается промышленными масштабами и заканчивается бытовыми нуждами обычных людей.

Производство бумаги и уходовой косметики

Так, например, гидроксид калия востребован при производстве бумаги и картона, ещё его используют для улучшения протекания процесса омыления жиров. Благодаря этому свойству вещество часто используется производителями уходовой косметики и бытовой химии. Применять гидроксид калия в мыловарении начали очень и очень давно – примерно в 385 году до нашей эры. Тогда мыло варили из различных ароматных масел, соды и гидроксида калия.

Химическая промышленность

В химической промышленности вещество нужно для нейтрализации кислот, даже самых сильных, а также для ускорения протекания различных реакций. В нефтеперерабатывающей промышленности гидроксид калия важен для производства жиров.

Производство биодизельного топлива

Огромную популярность гидроксид калия получил в производстве биодизельного топлива, основой которого сложат растительные масла.

Устранение засоров в трубах

Гидроксид калия необходим для устранения засоров в трубах – он ускоряет процесс движения содержимого труб, частично растворяя его.

Гражданская оборона

В гражданской обороне гидроксид калия необходим для нейтрализации отравляющих веществ – он позволяет очистить вдыхаемый воздух и предотвратить отравление людей.

Развлекательная сфера (фокусы)

У рассматриваемого соединения есть и менее серьезные способы использования. Так, например, его часто применяют фокусники: благодаря способности изменять цвет меди, гидроксид натрия пользуется большой популярностью в фокусе с монеткой.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности гидроксид калия необходим для правильного мытья и очистки плодов. Ещё его используют в ходе производства

кондитерских изделий, размягчения маслин и оливок, выпечке хлеба.

Использование гидроксида калия в разных отраслях промышленности:

Сфера промышленности	Назначение гидроксида калия
Целлюлозно-бумажная промышленность	Добавка отвечает за подготовку целлюлозы для дальнейшей работы: благодаря ей можно получить бумагу и картон высокого качества
роизводство бытовой химии и уходовой косметики	Гидроксид калия позволяет добиться устойчивой пены и улучшить процесс омыления жиров. Его часто можно встретить в составе моющих средств, мыла, шампуней и гелей для душа
Химическая промышленность	Вещество необходимо для нейтрализации кислот, оно также выступает в роли ускорителя процесса протекания реакций, применяется в химическом анализе
Производство биотоплива	Вещество регулирует правильность протекания химических реакций
Устранение засоров в трубах	Гидроксид калия растворяет застоявшиеся массы, упрощая процесс их движения по трубам
Гражданская оборона	Нейтрализация отравляющих веществ
Фокусы	Рассматриваемое вещество применяется в фокусе, в ходе которого медная монетка изменяет цвет
Пищевая промышленность	Приготовление десертов, хлеба, размягчение маслин и придание им насыщенного черного цвета, очистка овощей и фруктов от кожицы

Взаимодействие с солями

Соли — вещества, состоящие из катиона какого-либо металла и аниона, представленного кислотным остатком. Образуются они в основном при взаимодействии активных металов с кислотами. Происходит реакция замещения, при которой кроме соли образуется водород, выделяющийся в виде газа. При реакции с веществами данного класса образуется уже другая соль с содержанием калия, а также гидроксид какого-либо металла. Например, при взаимодействии данного вещества с хлоридом меди образуется гидроксид меди и хлорид калия, выпадающий в осадок. Для того чтобы провести такого рода реакцию, необходимо взять щелочь и хлорид меди в таких пропорциях, чтобы на две молекулы первого вещества приходилась одна второго, то есть соотношение полученных веществ будет таким: на одну молекулу гидроксида купрума две хлорида калия. Такого рода взаимодействия называются реакциями обмена. Чтобы они могли осуществляться, нужно соблюсти следующие условия: один из продуктов взаимодействия должен либо выпадать в осадок, либо испаряться в виде газа, либо становиться водой. Металл, входящий в состав соли, должен быть менее химически активным, нежели калий (все, кроме лития).

Получение гидроксида калия несколькими способами

В промышленном масштабе гидроксид калия получают электролизом хлористого калия. Возможны три варианта проведения электролиза: электролиз с твердым асбестовым или полимерным катодом (диафрагменный и мембранный методы производства), электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства).

В ряду электрохимических методов производства самым легким и удобным способом является электролиз с ртутным катодом, но этот метод наносит значительный вред окружающей среде в результате испарения и утечек металлической ртути. Мембранный метод производства самый эффективный, но и самый сложный. В то время как диафрагменный и ртутный методы были известны соответственно с 1885 и 1892 гг., мембранный метод появился сравнительно недавно – в 1970 гг.

Основной тенденцией в мировом производстве гидроксида калия в последние 10 лет является переход производителей на мембранный метод электролиза. Ртутный электролиз является устаревшей, экономически невыгодной и негативно действующей на окружающую среду технологией. Мембранный электролиз полностью исключает использование ртути. Экологическая безопасность мембранного метода заключается в том, что сточные воды после очистки вновь подаются в технологический цикл, а не сбрасываются в канализацию. При использовании данного метода решаются следующие задачи: исключается стадия сжижения и испарения хлора, водород используется для технологического пара, исключаются газовые выбросы хлора и его соединений. Мировым лидером в области мембранных технологий является японская компания «Асахи Касэй». В России производство гидроксида калия осуществляется ртутным (ЗП КЧХК) и диафрагменным (Сода-Хлорат) методами.

Особенностью технологического оформления производства гидроксида калия является тот факт, что на аналогичных установках электролиза можно выпускать как едкое кали, так и каустическую соду. Это позволяет производителям без существенных капиталовложений переходить на производство гидроксида калия взамен каустической соды, производство которой не столь рентабельно, а сбыт в последние годы усложняется. При этом в случае изменений на рынке возможен безболезненный перевод электролизеров на производство ранее выпускавшегося продукта.

Примером перевода части мощностей с производства гидроксида натрия на гидроксид калия может служить ОАО «Завод полимеров КЧХК», начавший промышленный выпуск едкого кали на пяти электролизерах в 2007 году.

Гидроксид калия является практически универсальным химическим соединением. Ниже приведены примеры материалов и процессы в которых он используется:

Источник

Нитрат калия

Большое значение имеет получение нитрата калия (KNO₃). Эта белая соль, называемая индийской селитрой, практически не токсична для живых организмов. Применяется и в мирных целях в качестве удобрения, и в военных как компонент взрывчатых и горючих веществ. Кроме того, получение нитрата калия нужно для обесцвечивания и улучшения прочностных характеристик хрустальных стекол, что широко используется в вакуумной электропромышленности и оптическом стекловарении. В металлургии полезны ее окислительные свойства в отношении никелевых и иных руд. А в пищевой промышленности соль выступает в качестве консерванта.

Для получения раствора нитрата калия можно воспользоваться следующими веществами:

• надпероксидом металла при добавлении к нему оксида азота (IV) и нагревании до 70 градусов Цельсия;
• гидроксидом и разбавленной азотной кислотой;
• гидроксидом в холодном состоянии и смесью оксидов азота (II) и (IV);
• горячим гидроксидом, оксидом азота (IV) и кислородом;
• горячим разбавленным нитритом калия и кислородом (реакция требует времени);
• нитритом калия и горячей перекисью водорода в разбавленной серной кислоте в качестве катализатора (кислоту можно заменить бромом, но он вступит в реакцию с образованием бромоводорода).

Полученное соединение плавится без разложения, устойчиво на воздухе, растворяется в воде без гидролиза, обладает сильными окислительными свойствами, восстанавливается только атомным водородом.

Гидроксид калия

Гидроксид калия, калий гидроксид — неорганическое соединение ряда гидроксидов состава KOH. Белые, очень гигроскопичные кристаллы, но гигроскопичность меньше, чем в гидроксида натрия. Водные растворы КОН имеют сильнощелочную реакцию.

Гидроксид получают электролизом растворов KCl. Вещество применяются в производстве стекла, жидкого мыла, для получения различных соединений калия.

Ртутный метод

В ртутном методе применяется особо чистый раствор хлорида калия, потому что даже незначительные примеси металлов (хрома, вольфрама, молибдена, ванадия), вплоть до миллионных долей, могут привести к появлению побочных процессов на катоде.

В водном растворе хлорид калия распадается на ионы и ионы K + мигрируют к ртутного катода (жидкая ртуть в железной трубке), где образуют жидкие амальгамы переменного состава:

Амальгамы выделяются из реакционной системы и переводятся в другую, где происходит разложение их водой с образованием гидроксида калия:

На аноде (графитовом или другом) происходит окисление хлорид-ионов с образованием свободного хлора

Диафрагменные метод

В диафрагменного методе пространство между катодом и анодом разъединен перегородкой, которая не пропускает растворы и газы, однако не препятствует прохождению электрического тока и миграции ионов. Обычно, в качестве таких перегородок используется асбестовая ткань, пористые цементы, фарфор и т.

В анодный пространство подается раствор KCl: на аноде (графитовом или магнетитовых) восстанавливаются хлорид-ионы, а катионы K + (и, частично, анионы Cl -) мигрируют сквозь диафрагму к катодной пространства. Там катионы где сочетаются с гидроксид-ионами, образованными восстановлением воды на железном или медном катоде:

С катодной пространства в результате выделяется смесь гидроксида и хлорида натрия с содержанием KOH 8-10%. Путем испарения удается увеличить концентрацию гидроксида до 50%, но содержание хлорида все равно остается существенным — около 1,0-1,5%. Дальнейшая очистка является экономически нецелесообразным.

Мембранный метод

Мембранный метод считается наиболее совершенным из существующих, но, в то же время, и наиболее энергоемким.

По этому методу в реакторе устанавливается катионообменная мембрана, которая является проницаемой для ионов K +, движущихся в катодный пространство, и подавляет миграцию гидроксид-ионов, движущихся в обратном направлении — таким образом в катодном пространстве увеличивается концентрация составляющих KOH. По этому методу образуется раствор гидроксида концентрацией 32%, а последующим выпаривания это значение удается повысить до 45-50%.

Хлорид калия при этом теоретически не образуется, но проникновение хлорид-ионов через мембрану все же имеет место — в конечном растворе концентрация KCl составляет около 10-50 миллионных долей.

Химические свойства гидроксида калия. Химические реакции гидроксида калия:

Гидроксид калия – химически активное вещество, сильное химическое основание.

Водные растворы KOH имеют сильную щелочную реакцию.

Химические свойства гидроксида калия аналогичны свойствам гидроксидов других щелочных металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция гидроксида калия с натрием:

KOH + Na → NaOH + K (t = 380-450 °C).

В результате реакции образуются гидроксид натрия и калий.

2. реакция гидроксида калия с хлором:

В результате реакции образуются хлорид калия, гипохлорит калия и вода. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется в виде холодного концентрированного раствора.

3. реакция гидроксида калия с йодом:

В результате реакции образуются йодид калия, иодат калия и вода. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется в виде горячего концентрированного раствора.

4. реакция гидроксида калия с алюминием и водой:

В результате реакции образуются тетрагидроксоалюминат калия и водород . При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется в виде горячего концентрированного раствора.

5. реакция гидроксида калия с цинком и водой:

В результате реакции образуются тетрагидроксоцинкат натрия и водород .

6. реакция гидроксида калия с ортофосфорной кислотой:

В результате реакции образуются дигидроортофосфат калия и вода . При этом в качестве исходных веществ используются: фосфорная кислота в виде концентрированного раствора, гидроксид калия в виде разбавленного раствора.

Аналогично проходят реакции гидроксида калия и с другими кислотами.

7. реакция гидроксида калия с сероводородом:

В результате реакции образуются гидросульфид калия и вода. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется в виде разбавленного раствора.

8. реакция гидроксида калия с фтороводородом:

HF + KOH → KF + H₂O,

В результате реакции образуются в первом случае – фторид калия и вода, во втором – гидрофторид калия и вода. При этом гидроксид калия и фтороводород в первом случае в качестве исходного вещества используются в виде разбавленного раствора, во втором случае гидроксид калия и фтороводород используются в виде в виде концентрированного раствора.

9. реакция гидроксида калия с бромоводородом:

HBr + KOH → KBr + H₂O.

В результате реакции образуются бромид калия и вода.

10. реакция гидроксида калия с йодоводородом:

HI + KOH → KI + H₂O.

В результате реакции образуются йодид калия и вода.

11. реакция гидроксида калия с оксидом алюминия:

Оксид алюминия является амфотерным оксидом. В результате реакции образуются алюминат калия и вода. Реакция протекает при спекании исходных веществ.

12. реакция гидроксида калия с оксидом алюминия и водой:

Оксид алюминия является амфотерным оксидом. В результате реакции образуется тетрагидроксоалюминат калия. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется в виде горячего концентрированного раствора.

13. реакция гидроксида калия с оксидом углерода ( углекислым газом ):

Оксид углерода является кислотным оксидом. В результате реакции образуются в первом случае – гидрокарбонат калия, во втором случае – карбонат калия и вода. Реакция в первом случае происходит в этаноле.

14. реакция гидроксида калия с оксидом серы:

Оксид серы является кислотным оксидом. В результате реакции образуются в первом случае – гидросульфит калия, во втором случае – сульфит калия и вода. Реакция в первом случае происходит в этаноле.

15. реакция гидроксида калия с оксидом кремния:

В результате реакции образуются в первом случае – метасиликат калия, метатетрасиликат калия и вода, вот втором случае – ортосиликат калия, тетрасиликат калия и вода. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется во втором случае в виде концентрированного раствора.

16. реакция гидроксида калия с гидроксидом алюминия:

Гидроксид алюминия является амфотерным основанием. В результате реакции образуются в первом случае – алюминат калия и вода, во втором случае – тетрагидроксоалюминат натрия. При этом гидроксид калия в качестве исходного вещества используется во втором случае в виде концентрированного раствора.

17. реакция гидроксида калия с гидроксидом цинка:

Гидроксид цинка является амфотерным основанием. В результате реакции образуется тетрагидроксоцинкат калия.

18. реакция гидроксида калия с сульфатом железа:

В результате реакции образуются гидроксид железа и сульфат калия.

19. реакция гидроксида калия с хлоридом меди:

В результате реакции образуются гидроксид меди и хлорид калия.

20. реакция гидроксида калия с хлоридом алюминия:

В результате реакции образуются гидроксид алюминия и хлорид калия.

Аналогично проходят реакции гидроксида калия и с другими солями.

Химические свойства

1. Гидроксид калия реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:

2. Гидроксид калия реагирует с кислотными оксидами . При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:

3. Гидроксид калия реагирует с амфотерными оксидами и гидроксидами . При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли:

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

4. С кислыми солями гидроксид калия также может взаимодействовать. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли:

5. Гидроксид калия взаимодействует с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).

При этом кремний окисляется до силиката и выделяется водород:

Фтор окисляет щелочь. При этом выделяется молекулярный кислород:

Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в растворе гидроксида калия:

Сера взаимодействует с гидроксидом калия только при нагревании:

6. Гидроксид калия взаимодействует с амфотерными металлами , кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:

В растворе образуются комплексная соль и водород:

2KOH + 2Al + 6Н₂О = 2K[Al(OH)₄] + 3Н₂

7. Гидроксид калия вступает в обменные реакции с растворимыми солями .

Хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом калия с образованием хлорида калия и осадка гидроксида меди (II):

2KOH + CuCl₂ = Cu(OH)₂↓+ 2KCl

Также с гидроксидом калия взаимодействуют соли аммония .

Например , при взаимодействии хлорида аммония и гидроксида калия образуются хлорид калия, аммиак и вода:

NH₄Cl + KOH = NH₃ + H₂O + KCl

8. Гидроксид калия проявляет свойства сильного основания. В воде практически полностью диссоциирует , образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.

KOH K + + OH —

9. Гидроксид калия в расплаве подвергается электролизу . При этом на катоде восстанавливается сам литий, а на аноде выделяется молекулярный кислород:

4KOH → 4K + O₂ + 2H₂O

Источник