Способ получения карбоната калия

Карбонат калия: способы получения и химические свойства

Карбонат калия K₂CO₃ — соль щелочного металла калия и угольной кислоты. Белое вещество, плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Очень хорошо растворяется в воде.

Относительная молекулярная масса Mr = 138,20; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,428; t_пл = 891º C;

Способ получения

1. Карбонат калия можно получить путем взаимодействия при комнатной температуре пероксида калия и влажного углекислого газа. В результате реакции образуется карбонат калия и кислород:

2. В результате взаимодействия пероксида калия и угарного газа при 50º С образуется карбонат калия и кислород:

3. При взаимодействии концентрированного гидроксида калия и углекислого газа образуется карбонат калия и вода:

4. Взаимодействуя с углеродом (графитом) при 30º С надпероксид калия карбонат калия и углекислый газ:

5. Разлагаясь при температуре 100 — 400 ºС гидрокарбонат калия образует карбонат калия, углекислый газ и воду:

6. В результате реакции между гидрокарбонатом калия и гидроксидом калия образуется карбонат калия и вода:

Качественная реакция

Качественная реакция на карбонат калия — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:

1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат калия образует хлорид калия, углекислый газ и воду:

2. Взаимодействуя с серной кислотой, карбонат калия образует углекислый газ и воду, а также сульфат калия:

Химические свойства

1. Карбонат калия может реагировать с простыми веществами :

С хлором, бромом и йодом концентрированный и горячий раствор карбоната калия реагирует с образованием хлорида, бромида или йодида калия, хлората, бромата или йодата калия и углекислого газа:

2. Карбонат калия вступает в реакцию со многими сложными веществами :

2.1. Насыщенный карбонат калия реагирует при 30–40º C с водой и углекислым газом, образуя осадок гидрокарбоната калия:

2.2. Карбонат калия может реагировать с насыщенным гидроксидом кальция с образованием гидроксида калия и осадка карбоната кальция:

2.3. Карбонат калия способен реагировать с кислотами :

2.3.1. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат калия образует хлорид калия, углекислый газ и воду:

2.3.2. В результате реакции между насыщенным карбонатом калия и концентрированной и холодной хлорной кислотой образуется осадок хлорат калия, вода и газ углекислый газ:

2.3.3. Взаимодействуя с разбавленной фосфорной кислотой концентрированный раствор карбоната калия образует фосфат калия, воду и углекислый газ:

2.3.4. Карбонат калия взаимодействует с плавиковой кислотой . В результате реакции образуется фторид калия, вода и углекислый газ, если кислота разбавленная:

а если кислота концентрированная, то образуется гидрофторид калия, вода и углекислый газ:

2.5. Концентрированный раствор карбоната калия взаимодействует с оксидом серы . При этом образуются карбонат калия и углекислый газ:

Источник

Карбонат калия (поташ): получение, применение и химические свойства

Карбонат калия также известен как пищевая добавка Е501. Это мелкий кристаллический порошок, образующийся в результате химической реакции диоксида углерода и гидроксида калия. Вещество это достаточно давно известно. В старину его называли «поташ».

Историческая справка

Углекислый калий с давних времен назывался поташ. Слово это имеет латинское происхождение. Дословно его можно перевести так: потт — горшок, аш — зола. Вот такой получается интересный перевод – горшок золы. Почему такое странное название? Это связано со старинным способом его получения.

Большую популярность поташ приобрел в 17-19 веках. Он выступал как основной химический реагент. Его использовали практически во всех отраслях промышленности тех лет. В Российской империи небезызвестный своими новаторскими идеями Петр Первый ввел монополию на производство поташа в 1721 году. Сегодня же карбонат калия относится к 3-му классу опасных веществ. Его производят во многих странах.

Применения поташа в истории

Итак, история исследования и использования такого вещества, как поташ, насчитывает не один век. Интересно, что он был известен еще древним римлянам. Они по достоинству оценили свойства данного вещества и использовали его для стирки. Именно они впервые подметили, что зола способна удалить даже сильные жирные пятна с вещей. Только спустя несколько веков этому нашли научное подтверждение. Оказывается, что поташ, попадая в воду, создает щелочную среду. Жирные вещества в ней просто напросто расщепляются.

Примечательно, что в больших объемах научились добывать карбонат калия уже в начале семнадцатого века. Такое производство по праву можно было назвать промышленным. Процесс его получения был трудоемок. Сначала строились большие каменные очаги. В них раздували сильный костер, поддерживая его дровами. Затем в специальном деревянном корыте смешивали сильно горячую воду и приготовленную древесную золу. Получался раствор, которым, как ни странно это звучит, поливали костер, следя, чтобы он не потух. Конечно, здесь требовалось мастерство и умение. Появились даже специальные люди обученные ремеслу, которых называли «поливала». Но как же получали сам поташ? Под костром, который долгое время периодически поливали раствором золы, появлялся слой карбоната калия. И чем больше по времени протекал этот процесс, тем наслоение было толще. Теперь только оставалось дождаться, пока он остынет. Потом его долбили и закатывали по небольшим бочкам. Но экономичным этот процесс нельзя было назвать. Чтобы получить один килограмм поташа уходил кубометр древесины.

Современные способы получения

Легче всего карбонат калия получить из щелочи в процессе выщелачивания водой золы из водорослей и злаков. Поташа больше всего содержится в растворимой составляющей растительных остатков. Еще сравнительно недавно принцип получения этого вещества был такой. В глиняный сосуд с маленьким отверстием на дне помещали золу. Затем ее утрамбовывали. Заливали строго отмеренным количеством горячей воды. Она должна была пройти через весь слой золы и стечь в емкость. Потом ее снова заливали в сосуд, так до тех пор, пока жидкость не приобретала густую консистенцию. Затем лишнюю воду выпаривали и после остывания получали поташ. Весь процесс был куда более экономичным, чем предыдущий. Требовалось уже не так много золы.

Сегодня это вещество получают в результате электролиза KCl. Это цепь сложных химических реакций. В итоге осуществляется гидролиз карбоната калия. Во взаимодействие вступают гидроксид К и углекислый газ. Формула реакции выглядит следующим образом: 2(КОН) + СО₂ → К₂СО₃ + Н₂О

Общие свойства карбоната калия

Это химическое вещество обладает следующими свойствами:

— Оно мгновенно растворяется в воде.

— Данное вещество не расщепляется в этаноле.

— Температура плавления кристаллического карбоната калия составляет 891 градус по Цельсию.

— Вещество обладает выраженным вкусом щелочи.

— Углекислый калий не имеет запаха.

Важно знать, в кристаллическом состоянии карбонат калия оказывает кератолитическое и выраженное противомикробное действие. Его бактерицидные свойства можно объяснить тем, что сухое вещество и его раствор – это сильная щелочь. При этом чем выше его температура, тем сильнее проявляются эти свойства. Поташ издревле использовался как средство, убивающее микробов и микроскопических вредителей.

Применение

Благодаря своим щелочным свойствам углекислый калий способен регулировать уровень кислотности. Также ему под силу бороться с избытком влаги, перемешивать масляные и водные растворы в однородную массу. Он может применяться в качестве разрыхлителя теста в выпечке. Данное вещество используют в производстве алкогольных напитков. Здесь его применяют как стабилизатор. Естественно, что карбонат калия — вещество опасное, поэтому в пищевой промышленности он используется в малых количествах.

В сельском хозяйстве уже достаточно долгое время поташ известен как удобрение. Он препятствует размножению на культурных растениях насекомых и прочих вредителей. Раствор углекислого калия способен значительно улучшить качество пашни. Его свойства способствуют тому, что из почвы выводится излишняя кислотность. Раствором этого вещества дезинфицируют помещения. Особенно там, где долгое время содержится скот. Это курятники, конюшни, свинарники.

Нашел свое применение карбонат калия и в фармацевтике. Это активное вещество противопаразитарных мазей и суспензий. Они эффективно борются с такими паразитами, как вши и чесоточные клещи.

Пищевая добавка Е501

Пищевая добавка Е501 – это мелкозернистый порошок. Его используют как компонент кулинарных изделий и алкогольных напитков. Он является примесью питьевой соды. В настоящее время она признана во многих странах опасной. В старину карбонат калия добавляли в малых количествах в пряники.

Помимо своего основного названия, эта пищевая добавка скрывается и под другими не менее известными наименованиями. Это и дикалий карбонат, и поташ, и калий углекислый. Но в действительности это одно и то же вещество. Оно небезопасно для здоровья человека и может спровоцировать сильные раздражения.

В результате исследований доказано, что карбонат калия (формула К₂СО₃) наносит вред организму человека. Но справедливости ради нужно отметить, что опасен он только во взвешенном состоянии. Если он попадает в верхние дыхательные пути, то непременно вызовет сильнейшее раздражение и аллергическую реакцию. Могут также проявиться астматические приступы у больных с хронической формой.

Это вещество также вызывает местное раздражение и зуд, если попадает на влажные кожные покровы и слизистую рта и глаз. Проявляется и в форме экземы. Если порошок попадает на руки или лицо, его необходимо немедленно смыть водой.

Первая помощь при вдыхании и попадании на кожу карбоната калия

Данное вещество не угрожает жизненно важным процессам в организме. Но между тем оно может спровоцировать массу негативных симптомов. При вдыхании наблюдается раздражение и отек. Поэтому необходимо незамедлительно вызвать скорую помощь. Затем вынести пострадавшего на свежий воздух.

Если вещество попало на слизистые или кожу, то его нужно сразу же смыть. Промывают холодной проточной водой в течение 15 минут. Если вещество попало по каким-то причинам в желудок, то делают промывание.

Источник

Карбонат калия

K ₂ CO ₃

Калия карбонат (углекислый калий, поташ, пищевая добавка Е501) – средняя соль калия и угольной кислоты.

Физико-химические свойства.

Химическая формула K₂CO₃. Внешний вид — безцветные моноклинные кристаллы. Не растворим в ацетоне. Нормально растворим в этаноле. Растворимость в метаноле (25°С) 6,0 г/100 г. Растворимость в глицерине (20°С) 39,4 г/100 г. Температура плавления 891°С. Плотность 2,43 г/см 3 .

Растворимость калия карбоната (поташа) в воде

Температура воды, °С

Растворимость, г/100 г воды

Применение.

В промышленности используют следующие виды поташа: кальцинированный и полутароводный. В зависимости от физико-химических свойств поташ подразделяется также на первый, второй и третий сорт. Он используется в химической промышленности, стекольной, в пожарном деле, в легкой промышленности и в других отраслях. В строительстве поташ применяют в качестве противоморозной добавки, в химической промышленности применяют для изготовления красок, а так же, он лучше соды поглощает из газовых смесей сероводород. В легкой промышленности для выделки кож. Также поташ применяется в изготовлении моющих средств. Он служит сырьем для производства оптического стекла. В пожарном деле поташом обрабатывают деревянные строения и конструкции. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E501.

Применение поташа в качестве удобрения.

Калия карбонат (калий углекислый, поташ) — калийное удобрение для дерново – подзолистых кислых почв. Высоконцентрированное щелочное калийное удобрение — содержит 50% окиси калия. Необходимо его применять на кислых почвах в качестве основного калийного удобрения, особенно под культуры, чувствительные к хлору. Кстати, калий в печной (древесной) золе находится именно в форме поташа, что и определяет его щелочные свойства. Рекомендуется внесение под картофель на кислых почвах.

Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия K₂CO₃ – поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах: стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженного 1 м 3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы – 0,63, липы – 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в. Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22%, гречишной соломы – 25. 35, стеблей подсолнечника 36. 40, торфа 0,5. 4,7%. Само слово “поташ” произошло от древнего немецкого “пот” – горшок и “аш” – зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.

В XVI — XVII вв. поташ получали в огромных количествах из древесной золы, которую вываривали в больших котлах. Из поташа приготавливали главным образом литрованную (очищенную) калийную селитру, которая шла на изготовление черного пороха. Особенно много поташа производилось в России, в лесах вблизи Арзамаса и Ардатова на передвижных заводах (майданах), принадлежавших родственнику царя Алексея Михайловича, ближнему боярину Б.И.Морозову. Такие заводики вырабатывали до 770 тн. поташа в год.

В тот же период, производство поташа на Украине было менее концентрировано и сильней рассредоточено – каждый уважающий себя “заможный” казак почитал за честь иметь собственный микрозаводик по его производству – технология то элементарнейшая, и чрезвычайно доходная.

Применение поташа в строительстве.

Применение калия карбоната в строительстве обусловлено, в первую очередь, особенностями гидратации цемента. При пониженных температурах она сильно замедляется, а на морозе прекращается вообще. Добавка поташа помогает устранить этот недостаток – строить становится возможным даже при -50 °С. Поэтому поташ является традиционной противоморозной добавкой-антифризом в строительстве.

Бетонные смеси с добавками поташа можно использовать при возведении в вертикальной скользящей опалубке внутренних стен жесткости (ядер) в крупнопанельных многоэтажных зданиях, приставных и внутренних стен монолитных и лифтовых кирпичных и каркасных зданиях и наружных стен многоэтажных зданий.

Однако, калия карбоната в строительстве имеет ряд ограничений:

— нельзя применять калия карбонат в составе бетонов и растворов, где есть активный кремнезем,

— нельзя использовать там, где возможен контакт с известью и силикатным кирпичом;

— нельзя применять для изделий эксплуатирующихся при повышенной влажности,

— малая эффективность в крупнопористых и беспесчаных бетонных смесях, а также в легких бетонах типа керамзитобетона,

— не рекомендуется калия карбоната в условиях положительных температур либо колебания температуры с переходом через 0 °С.,

— не рекомендуется в местах, где будет проложена скрытая электропроводка, так как имеет место эффект разрушения изоляции проводов,

– при больших дозировках калия карбоната, а также при наличии положительных температур и отсутствии соответствующих добавок бетон схватывается прямо в бетономешалке уже через 10-15 минут. Оригинальный выход был найден Красноярскими учеными из местного филиала Промстройниипроекта. Они предложили добавлять к поташу пластификатор с ярко выраженным замедляющим эффектом. Наиболее подошел для этих целей технический лигносульфонат – бросовый отход лесохимического производства. В итоге получили бетонные смеси повышенной пластичности с ярко выраженным ускоряющее/противоморозным эффектом, но без излишнего ускорения схватывания.

Особенно критичен к воздействию калия карбоната трехкальциевый алюминат. Его схватывание и так начинается практически мгновенно, с момента затворения. Отрегулировать длительность схватывания этого минерала помогает добавка гипса, вводимая при помоле. Но в присутствии даже незначительных добавок поташа этот механизм нарушается – в присутствии поташа образуются гидрокарбоалюминаты кальция, которые обволакивают зерна S3A и снижают активность иона SO₄ из состава гипса-замедлителя.

Причиной сокращения сроков схватывания силикатов кальция служит образование при взаимодействии калия карбоната с известью нерастворимого CaCO₃ что способствует протеканию реакции в сторону образования извести, снова вступающей во взаимодействие с ионом CO₃ с образованием CaCO₃ и т.д.

Для замедления схватывания бетонов с добавками поташа были опробованы множество веществ-замедлителей – водорастворимые фосфаты, оксид цинка, муравьиная и бензойные кислоты, жирные кислоты, глицерин, глюкоза, технические лигносульфонаты.
По совокупности полученных результатов, в качестве эффективного замедлителя схватывания бетонов с добавкой поташа, было предложено использовать ЛСТ (технические лигносульфонаты). Помимо замедляющего эффекта ЛСТ оказывает на бетоны ярко выраженное пластифицирующее воздействие. Но в дозировке свыше 0.3% от массы цемента их уже практически не используют – уж слишком сильно начинает сказываться наличие в ЛСТ примесей – редуцированных сахаров, которые сильно замедляют схватывание и твердение. В комплексе с таким эффективным ускорителем схватывания, как поташ становится вполне возможным повысить дозировки ЛСТ до 0.5% — т.е. ускоритель (поташ) и замедлитель (ЛСТ) взаимно нивелируются, при этом пластичность бетона повышается.

Воздействие калия карбоната на основные минералы цементного клинкера на стадии твердения.
Трехкальциевый силикат (C3S) – наиболее активный минерал цемента. Он характеризуется высокой прочностью и быстрым её нарастанием. Введение поташа интенсифицирует процесс твердения, но затем, начиная с 7-дневного возраста, и во все последующие сроки, прочность этого минерала, с добавкой поташа, становится несколько ниже, чем без добавки.

Калия карбонат резко ускоряет твердение двухкальциевого силиката (C2S). Увеличение прочности образцов по сравнению с контрольными пропорционально количеству добавки. В дозировке 10 – 15% поташа, прочность образцов превышает прочность эталона в 2.5 – 4.0 раза и, начиная с 3=месячного возраста, по абсолютным значениям приближается к прочности образцов трехкальциевого силиката, затворенных на чистой воде.

Затворение трехкальциевого алюмината (C3A) на растворах поташа приводит к значительному повышению прочности.

Изменение прочности четырехкальциевого алюмоферита (C4AF) зависит от количества вводимого вместе с водой затворения поташа. Наиболее оптимальной является добавка в 3%

В начальный период твердения наиболее эффективными являются повышенные дозировки добавки поташа. Но с увеличением возраста становятся оптимальными дозировки в 7% и менее.

Из-за ярко выраженной щелочной реакции следует остерегаться попадания поташа на кожу и особенно в глаза. Приготавливать и работать с водными растворами поташа следует в комбинезоне, очках, резиновых сапогах и перчатках, спецодежду хранить в специальных шкафах. В плохо вентилируемых помещениях необходимо использовать респираторы и противогазы.

Применение калия карбоната в пищевой промышленности.

Пищевая добавка Е501 разрешена к применению в качестве стабилизатора в 10 стандартах на пищевые продукты в количестве 2,5 или 50 г/кг. Кроме того Е501 разрешён к применению в продукты из какао и шоколада в количестве до 70 г/кг от сухого обезжиренного вещества в пересчете на карбонаты кальция; в сухое молоко и другие пищевые продукты; в качестве питательного вещества (подкормки) для дрожжей.

Применение калия карбоната для понижения титруемой кислотности сусел и вин.

В отдельные годы из-за неблагоприятных климатических условий кислотность винограда значительно возрастает. Для получения вин с гармоническим вкусом из такого винограда виноделы применяют приемы по снижению титруемой кислотности вин.

Для приёма химического снижения кислотности используют карбонат калия (Е501i, поташ) и бикарбонат (гидрокарбонат) калия (Е501ii). Этот приём основан на нейтрализации избытка кислот сусла или молодого вина. При этом часть органических кислот превращается в труднорастворимые соли и выпадает в осадок, который можно отфильтровать.

Химическое кислотопонижение является сильно действующим средством, и такую обработку рекомендуется использовать только для сусел с кислотностью выше 13 г/л и для вин с кислотностью 10 г/л. При этом снижение кислотности, достигаемое за счет химической обработки, не должно быть больше 3 г/л.

Дозы реагентов, необходимые для понижения титруемой кислотности сусел и вин

Количество реагента для понижения кислотности на 1 г/л

Источник