אשלגן הידרוקסידי

אשלגן הידרוקסידי או אשלגן קאוסטי הוא בסיס חזק. כתיב כימי: KOH. לאשלגן הידרוקסידי שימושים רבים בתעשייה, רובם מנצלים את תגובותיו עם חומצות ואת תכונותיו כחומר איכול. בשנת 2005 יוצרה בעולם כמות של כ-700 עד 800 אלף טון מן החומר. לאשלגן הידרוקסידי מגוון שימושים בתעשייה, בהם ייצור של סבון נוזלי בריכוז גבוה יחסית של חומר פעיל, אלקטרוליט בסוללת אלקליין והכנה של ביו-דיזל.
נוסף על כך משמש אשלגן קאוסטי חומר הפעיל במסירי שומנים רבים (כגון חומר לניקוי תנורים).

אשלגן הידרוקסיד

שם סיסטמטי	Potassium hydroxide
שמות נוספים	Potash lye, UN# 1813/1814 (מוצק/תמיסה)
כתיב כימי	KOH
מסה מולרית	56.10564 גרם/מול
מראה	מוצק לבן
מספר CAS	1310-58-3
צפיפות	2.044 גרם/סמ"ק
מצב צבירה	מוצק
מסיסות	1100 גרם לליטר מים ב-25°C
ממסים	מתנול, אתנול, פרופנול
טמפרטורת היתוך	360 °C 633.15 K
טמפרטורת רתיחה	1,320 °C 1593.15 K
מקדם שבירה	1.409
בסיסיות	−0.7(KOH(aq) = K+ + OH–) ‏pKb
אנתלפיית התהוות סטנדרטית	−425.8 קילוג'ול למול
NFPA 704	0 3 0 ALK

בזמן העתיק הופק אשלגן הידרוקסידי בעזרת אפר עץ וסיד:

במשך ההיסטוריה יוצר אשלגן הידרוקסידי על ידי הוספה של אשלגן פחמתי (אנ') לתמיסה מרוכזת של סידן הידרוקסידי. הריאקציה בין שני המלחים (מטתזה) מביאה להיווצרות סידן פחמתי מוצק ושקיעתו בתחתית הכלי, ולהיווצרות אשלגן הידרוקסידי כתמיסה הנוזלית שבכלי.

Ca(OH)₂ + K2CO₃ → CaCO₃ + 2 KOH

סינון הסידן הפחמתי המוצק מן התמיסה והרתחת התמיסה הנוזלית מביאים להפקת אשלגן הידרוקסידי מוצק.

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

שיטה מודרנית שהומצאה במאה ה-19 ליצירת אשלגן הידרוקסידי:

${\displaystyle 2K^{+}+2H_{2}O+2e^{-}\Rightarrow H_{2}+2KOH}$

תכונות ומבנה

אשלגן הידרוקסידי נמכר בדרך כלל בכדורים או בחתיכות קטנות שקופות למחצה. כאשר האשלגן ההידרוקסידי מומס במים, הוא פולט חום רב בתהליך אקסותרמי. תמיסות מימיות מרוכזות של KOH נקראות לעיתים "תמיסות אשלגן". KOH מוצק איננו מתייבש בקלות, אפילו בטמפרטורות גבוהות.

מבנה

בטמפרטורות גבוהות KOH מתגבש במבנה הגבישי של מלח בישול (NaCl). קבוצת ה-^-OH מאבדת את צורתה במהירות או באקראי, כך שקבוצת ה-⁻ OH היא אניון (יון בעל מטען שלילי) כדורי ברדיוס 1.53Å (שנמצא בין הרדיוס של יון הכלור, ⁻Cl, והרדיוס של יון הפלואור, ⁻F). בטמפרטורת החדר קבוצות ה-⁻ OH מסודרות כאשר המרחק של קטיוני האשלגן ⁺K ואניוני ההידרוקסיל ^-OH נעים בין 2.69Å ל-3.15Å. מרחק זה תלוי בסידור של קבוצות ה-^-OH. אשלגן הידרוקסידי יוצר מונוהידראט KOH • H₂O, דוהידראט KOH • 2H₂O, וארבע הידראט KOH • 4H₂O.

יציבות תרמית

כמו נתרן הידרוקסידי (NaOH) גם לאשלגן ההידרוקסידי יציבות תרמית גבוהה. במצבו הגזי הוא דימרי. הודות ליציבותו הגבוה ונקודת ההתכה היחסית נמוכה שלו, KOH מגיע לרוב כגושים קטנים בצורות אשר שטח הפנים שלהן נמוך ומאפשר שימוש נוח ויעיל.

ריאקציות

בסיסיות, מסיסות ויובש

כ-121 ג' של KOH נמסים ב-100 מ"ל של מים בטמפרטורת החדר, לעומת 100 ג' של NaCl עבור אותה כמות מים באותה טמפרטורה. לכן KOH מסיס מעט יותר מ-NaOH. כוהלים בעלי מסה מולקולרית נמוכה, כגון מתנול, אתנול ופרופנול, יכולים לשמש גם הם ממיסים טובים. אלו משתתפים בתגובות סתירה^{[דרוש מקור][1]}, לדוגמה:

${\displaystyle {\ce {KOH +CH3OH <=>> CH3OK + H2O}}}$

בגלל זיקתו הגבוהה למים מתפקד האשלגן ההידרוקסידי כחומר סופג. לעיתים נעשה בו שימוש לייבוש ממיסים בסיסיים, במיוחד אמינים ופירידין.

KOH בתור נוקלאופיל בכימיה אורגנית

KOH, כמו NaOH, מתפקד בתור מקור של ⁻ OH – אניון נוקלאופילי במיוחד (בעל משיכה חזקה לגרעין), המושך קשרים פולריים בתרכובות אורגניות ואי-אורגניות. תמיסה של KOH במים מבצעת פעולת ספוניפיקציה על אסטרים:

${\displaystyle {\ce {KOH + RCOOR' -> RCOOK + R'OH}}}$

כאשר R הוא שרשרת ארוכה, התוצר נקרא סבון אשלגני. תוצאה זו מושגת על ידי המגע ה"שמנוני" של KOH. שומנים על העור מומרים בזריזות לסבון וגליצרול. כאשר מומס KOH משמש להחלפה של הלידים. תגובה כזאת שימושית במיוחד ליצירה של פנול מתאים עבור מגיב ארומטי נתון.

ריאקציות עם תרכובות אי-אורגניות

בהתאם לתכונתו של KOH כי הוא מגיב עם חומצות וגם נקשר עם תחמוצות. לכן KOH קושר עם צורן דו-חמצני על מנת ליצור אשלגן צורני (Potassium silicate). KOH מגיב עם פחמן דו-חמצני ויוצר אשלגן ביקרבונט:

${\displaystyle {\ce {KOH + CO2 -> KHCO3}}}$

ייצור

מבחינה היסטורית KOH יוצר על ידי הוספה של אשלגן קרבונט (${\displaystyle {\ce {K2CO3}}}$) אל תמיסה חזקה של סידן הידרוקסידי (${\displaystyle {\ce {Ca(OH)2}}}$). תגובת המטתזה יוצרת משקע של סידן קרבונט, דבר הגורם להישארות של KOH בתמיסה:

${\displaystyle {\ce {Ca(OH)2 + K2CO3 -> CaCO3 +2KOH}}}$

אחרי סינון של הסידן קרבונט והרתחה של התמיסה נקבל KOH. שיטת ייצור זו נשארה פופולרית עד סוף המאה ה-19, אך באותה תקופה הוחלפה השיטה הנ"ל לשיטה הנוכחית שבה משתמשים באלקטרוליזה של תמיסות של אשלגן כלורי. השיטה זהה לשיטת הייצור של נתרן הידרוקסידי (ראה: תהליך כלור-אלקלי):

${\displaystyle {\ce {2KCl + 2H2O -> 2KOH + Cl2 +H2}}}$

כתוצר לוואי נוצר גז מימן על הקתודה. במקביל, אניון של כלור, ⁻Cl, מתחמצן ויוצר גז כלור כתוצר לוואי. הפרדה פיזית של האנודה והקתודה בתהליך זה היא חיונית למניעת היווצרותה של חומצה הידרוכלורית.

שימושים

KOH ו-NaOH שימושיים בתעשייה במגוון של מוצרים ותהליכים. NaOH לעיתים מועדף על פני KOH בגלל עלותו הזולה יחסית.

רבים ממלחי האשלגן מיוצרים על ידי תגובות סתירה הכוללות KOH. מלחי אשלגן כמו אשלגן קרבונט (${\displaystyle {\ce {K2CO3}}}$), אשלגן ציאניד (${\displaystyle {\ce {KCN}}}$), אשלגן פרמנגנט (${\displaystyle {\ce {KMnO4}}}$), אשלגן זרחן (${\displaystyle {\ce {KH2PO4, K2HPO4, K3PO4}}}$) וחומרים צורניים שונים, מוכנים על ידי הוספה של KOH לתחמוצות או לחומצות. המסיסות הגבוהה של אשלגן זרחתי היא תכונה שימושית בתחום הדישון.

ייצור של סבונים רכים

"סבוני אשלגן" הם סבונים רכים יותר מסבונים המיוצרים מנתרן הידרוקסידי, אך נפוצים פחות. הספוניפיקציה של שומנים עם KOH משמשת דרך הכנה של הסבונים האשלגניים. בזכות רכותם של סבונים אלו ומסיסותם הגבוהה, סבוני אשלגן אינם דורשים הרבה מים כדי להיות נוזליים, ולכן יכולים להכיל יותר פקטורי ניקיון מאשר סבוני נתרן.

אלקטרוליט

אשלגן קרבונט הנוצר מתמיסה הידרוקסידית שנוזלת מסוללת אלקליין

KOH נוזלי משמש אלקטרוליט בסוללות אלקליין המבוססות על ניקל-קדמיום, ניקל-מימן, ומנגן דו-חמצני-אבץ. אשלגן הידרוקסידי מוליך חשמל טוב יותר ולכן מועדף על פני נתרן הידרוקסידי. בטויוטה פריוס לדוגמה סוללת הניקל מתכת-הידריד עושה שימוש באשלגן הידרוקסידי ובנתרן הידרוקסידי. סוללות ניקל-ברזל משתמשות גם הן באלקטרוליט של אשלגן הידרוקסידי.

תעשיית המזון

המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי כתב על השימוש ב-KOH כך: KOH משמש כמעבה אוכל, מווסת pH ומייצב אוכל. לפי ה-FDA KOH נחשב בטוח לאכילה בתור מקור אוכל ישיר לבני אדם.^[2] מוכר במספר E כ-E525.

שימושים נוספים

כמו נתרן הידרוקסידי, לאשלגן הידרוקסידי יש שימושים נוספים רבים. רובם המכריע מסתמך על היותו בסיס חזק ועל יכולתו לפרק מגוון רחב של חומרים. לדוגמה, בתהליך הקרוי "קרמציה כימית" או "רזומציה" אשלגן הידרוקסידי מזרז את פירוקן והירקבותן של רקמות רכות ומשאיר מאחוריו עצמות בלבד ורקמות קשות אחרות. אנטמולוגים הרוצים לחקור את המבנה האנטומי של חרקים יכולים להשתמש בתמיסה מימית של 10% של KOH.

אשלגן הידרוקסידי שמיש ביותר בתרכובות המיועדות לניקוי ולחיטוי של משטחים וחומרים אך עליהם להיות עמידים בפני החלודה ש-KOH עלול ליצור.

KOH משמש בתהליך הייצור של שבבים מוליכים למחצה.

KOH משמש לרוב המרכיב הפעיל הראשי בתכשירים להסרת עור יבש בתחום המניקור והאסתטיקה. מכיוון ש-KOH פוגע בעור ובעיקר בזקיקי שערות, החומר משמש להסרה של פרווה מעורות. ראשית טובלים את העור בתמיסה מימית של KOH כדי להכין אותו לשלב הסרת הפרווה.

אותו אפקט יכול לשמש להחלשת שיער אנושי לצורך גילוח. ואכן מוצרי גילוח מכילים לעיתים KOH, וזאת משום ש-KOH הוא חומר היגרוסקופי. ה-KOH פוגע בעור סביב זקיקי השיער ולכן מרחיב אותם. תופעה זו מאפשרת (בזכות תכונת ההיגרוסקופיות) למים להימשך לתוך זקיקי השיער, וכך נגרם נזק נוסף לאותה השערה. במצב הזה גילוח השערה קל הרבה יותר.

נוסף על כך KOH משמש לזיהוי מינים מסוימים של פטריות. ניתן לשים תמיסה מימית של KOH בריכוז של 3%–5% על הפטרייה. לאחר מכן צבעה של הפטרייה יכול להשתנות (אף שלא בהכרח).

בטיחות

אשלגן הידרוקסידי ותמיסותיו עלולים לגרום גירוי של העור ואף להזיק לעור ולרקמות.

ראו גם

• נתרן הידרוקסידי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אשלגן הידרוקסידי בוויקישיתוף