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	DB11153
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[1]
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 ΔfHo 298	-425 кДж/моль[2]
Ст. ентропія So 298	79 Дж/(моль·K)[2]
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	гідросульфід калію амід калію
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)
Інструкція з використання шаблону
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, %[3]	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.^[4]

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 катода (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 гідроксидами:

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

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

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

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 озоніду калію:

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

При відновленні пероксидом водню із наступною дегідратацією утворюється пероксид калію:

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

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

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^[5]. Нікель-метал-гідридні акумулятори в автомобілях Toyota Prius використовують суміш обох речовин^[6].
• 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.^[7]
• Як каталізатор при виробництві біодизелю.^[8]
• У лабораторіях використовують для отримання одноатомних спиртів.
• У харчовій промисловості застосовується як харчова добавка E525^[9].

Див. також

• Пероксид калію
• Озонід калію