Поскольку это вещество редко встречается в природе, но имеет большое промышленное значение, методам получения K2SO4 уделяется большое внимание. Основные методы промышленного синтеза заключаются в реакциях обмена хлорида кальция на соли серной кислоты:
Сульфат калия: свойства, формула, применение
Сульфат калия — это неорганическое вещество, калиевая соль серной кислоты, также называемая сульфатом калия. Он используется во многих областях: в фармации, косметике, пищевой промышленности и в качестве удобрения в садоводстве и огородничестве. Это соединение является хорошим бесхлорным удобрением, используемым для восполнения запасов этого макроэлемента, когда растения испытывают недостаток калия. Он имеет код E515 для пищевых добавок и добавляется в продукты в качестве стабилизатора и эмульгатора для продления срока хранения и замены хлорида натрия.
- Что такое сульфат калия, формула
- Химические свойства, реакции с сульфатом калия
- Производство и получение
- Воздействие на организм и на сельскохозяйственные культуры
- Полезные свойства
- Вред
- Применение сульфата калия в сельском хозяйстве как удобрение
- Применение сульфата калия в медицине
- Применение сульфата калия в пищевой промышленности и косметологии
По своим химическим свойствам сульфат калия похож на другие средние соли, образующиеся из сильного металла и остатка серной кислоты. Он может реагировать с простыми веществами, такими как водород:
Реакция происходит при сильном нагревании (до +600 °C) в присутствии катализатора — оксида железа (Fe2O3Выделяется вода и выпадают кристаллы моносульфида калия. Он реагирует с чистым углеродом аналогичным образом, но при температуре + 900 °C и с выделением монооксида углерода:
Сульфат калия может реагировать со многими сложными веществами. Например, благодаря наличию двух атомов калия образуются кислые соли — соли с двумя типами катионов (положительно заряженных ионов). Он реагирует с концентрированной серной кислотой:
Сульфат калия реагирует с сильными основаниями, такими как гидроксид бария:
В результате взаимодействия образуется белый осадок нерастворимого сульфата бария и выделяется гидроксид калия. Как типичная соль серной кислоты, сульфат калия реагирует с растворимыми солями бария, включая хлориды. В свою очередь, отделяется осадок и образуется хлорид калия:
Выпадение нерастворимой белой соли бария в результате реакции с растворимым хлоридом бария является качественной реакцией для сульфата калия.
Сульфат калия реагирует с оксидами:
В результате реакции образуется пируват калия, сложное неорганическое соединение.
Производство и получение
Сульфат калия может быть получен различными способами в лабораторных условиях. В основном он образуется в результате реакции оксида калия с серной кислотой:
В качестве побочного продукта выделяется вода. Другим методом является реакция оксида калия с сульфитным ангидридом:
Вещество также получают путем смешивания разбавленной серной кислоты и гидроксида калия:
Сульфат калия также получают путем разложения неустойчивой соли угольной кислоты более сильной кислотой:
Сульфат калия также может быть получен путем разложения кислой калиевой соли гидросульфата при температуре +240 °C:
Гидросульфат калия также может быть использован для получения сульфата калия путем добавления сильной щелочи:
В лабораторной практике также подходит прокаливание сероводорода калия с хлоридом калия при температуре около +500 °C, при этом выпадает в осадок сульфат калия и выпаривается соляная кислота:
Известно, что это соединение образуется при окислении моносульфида калия кислородом, которое происходит при нагревании до 700 °C:
Пероксид калия является широко используемым реагентом для приготовления сульфата калия. Например, его обрабатывают нагреванием до +140 °C с чистой серой:
Пероксид также реагирует с сернистым газом с образованием сульфата калия:
Калиевая соль серной кислоты может быть получена путем кипячения твердого хлорида калия с концентрированной серной кислотой:
Сульфат калия производится путем термического разложения сульфата калия:
Взаимодействие происходит при нагревании до +600 °C с выделением сульфата калия.
Другим методом получения сульфата калия в лаборатории является окисление серы бромидом калия:
При реакции аммониевой соли серной кислоты с гидроксидом калия получается сульфат калия. Побочными продуктами в этом случае являются аммиак и вода:
В промышленности вышеуказанные лабораторные методы не используются из-за сложности процессов и необходимости высокого выхода продукта. Иногда природный минерал лангбейнит обжигают с углем, в результате чего образуется газовая смесь (диоксид серы и углекислый газ) и выделяется магний:
Извлечение вещества из минерала не всегда экономически выгодно, так как перерабатывающий завод должен быть расположен недалеко от месторождения.
Переработка хлорида калия концентрированной серной кислотой используется для получения чистого сульфата калия, но это производство требует высококвалифицированной рабочей силы, а также современных систем безопасности, поскольку работа с концентрированной серной кислотой должна проводиться в защитной одежде и в присутствии сильных токов. Кроме того, побочным продуктом реакции является хлористый водород — токсичный газ.
Наиболее распространенным промышленным применением является обработка хлорида калия сульфатами магния, натрия, железа или кальция. Сульфат калия, например, производится путем взаимодействия хлорида калия с природным сульфатом магния (соль Эпсома — MgSO4∙7H2O). Процесс происходит в несколько этапов:
- Искусственное получение минерала шёнита (K2SO4∙ MgSO4∙6H2O) путём взаимодействия с хлоридом калия сульфатного минерала эпсомита.
- Полученный раствор, насыщенный шёнитом, подают в горючий реактор, где выпаривается порядка 20% воды. На этом этапе происходит отделение твёрдых солей, которые попадают в отстойник, а затем на центрифугу, после чего выводятся из системы.
- Шенитовый щёлок сливается, а к оставшемуся шёниту вносят хлорид калия при промывке. Образуется сульфат калия.
- Маточный раствор, включающий хлорид калия и шёнит отправляется на повторную переработку.
Физические и химические свойства
Твердое вещество представляет собой бесцветный кристалл с плотностью 2,66 г/см3, температура плавления +1074 °C, температура кипения +2000 °C.
Физические характеристики
- Растворимость в воде (г в 100г):
- при 0°C – 7,35,
- при +20°C – 11,1,
- при +40°C – 14,8,
- при + 100°C – 24,2.
Сегодня промышленность выпускает три вида сульфата калия: химически чистый, чистый для анализа и чистый. Массовая доля сульфата калия составляет 99 %, 98 % и 97 % соответственно.
Массовая доля нерастворимых в воде веществ составляет 0,005, 0,010 и 0,020 % соответственно.
pH раствора препаратов с массовой долей 5 % составляет 5,5-8 для всех типов сульфата калия.
Содержание различных примесей стандартизируется в зависимости от типа удобрения следующим образом: Нитрат — 0,001 — 0,004 %, аммонийные соли — 0,001 — 0,001 — 0, 004 %, хлорид — 0,0005 — 0,0020 %, железо — 0,0002 — 0,0010 %, мышьяк — 0,00005 — 0,00040 %, натрий — 0,05 — 0,15 %, кальций — 0,005 — 0,020 %, тяжелые металлы — 0,0005 — 0,0020 %. 2
Сульфат калия не гигроскопичен и не прилипает. 6
Удобрение из сульфата калия
Применение
Сельское хозяйство
Сульфат калия используется в качестве удобрения, особенно для хлорофобных растений, как в закрытом, так и в открытом грунте. 6 Его можно использовать в качестве серного удобрения. 4
Марки сульфата калия, зарегистрированные и разрешенные в России для использования в качестве удобрения, приведены в таблице напротив. 3
Промышленность
Сульфат калия используется в производстве квасцов и других калийсодержащих химических соединений, а также в качестве компонента наполнителей в производстве стекла. 7
Дневник подачи заявок
Апрель
Май
Июнь
Июль
Август
Внесение
Сульфат калия используется на всех почвах в соответствии с рекомендациями по применению калийных удобрений. 4
При внесении в почву он быстро растворяется в почвенном растворе и вступает в реакцию с почвенным поглощающим комплексом путем частичного и необменного поглощения. Механизм реакции одинаков для всех калийных удобрений. 8
Сульфат калия может быть добавлен в почву при основном внесении,4 но обычно рекомендуется в качестве удобрения для растений, особенно для овощей. Он используется как в помещениях, так и на открытом воздухе, как в виде раствора через систему орошения, так и в сухом виде. 9
Клубок ионов
Естественно, что структура K2ЮЗ4является необычайно сложным для неорганической соли. Его ионы расположены таким образом, что образуют своего рода бессмысленную сферу и невооруженным глазом не видно никакой периодичности.
Те, кто изучает кристаллографию, могут подойти к этому клубку более подходящим и описательным образом, рассматривая его с трех пространственных осей.
Обратите внимание, что его запутанная структура может объяснить, почему K2ЮЗ4не образует гидридов: H2Или же они не обладают способностью проникать в кристаллическую решетку для гидратации катионов калия.
Более того, поскольку так много взаимодействий ограничено ионной сферой, можно ожидать, что такая кристаллическая решетка будет достаточно термостойкой; и это так, поскольку температура плавления K2ЮЗ4составляет 1069 ºC, что означает, что ионы прочно связаны.
Состав
Сульфат калия синтезируется в результате реакции хлорида калия с серной кислотой. Синтез сульфата калия осуществляется в две стадии. На первой стадии образуется дисульфат калия.
Это экзотермическая реакция, поскольку она выделяет тепло и поэтому не требует внешнего тепла. Реакция протекает при комнатной температуре.
Вторая стадия реакции является эндотермической, т.е. требуется тепло.
Четвертый способ
Сульфат калия получают путем извлечения сульфата калия, содержащегося в рассоле бассейна Луп-Нур в Китае. Сульфат калия отделяется от нерастворимых компонентов рассола путем добавления кислотообразующего соединения триполифосфата натрия/фосфата мочевины.
Это соединение увеличивает разницу между растворимостью сульфата калия и растворимостью других плохо растворимых соединений, так что, по мнению разработчиков метода, достигается 100 % чистый сульфат калия. Строго говоря, это не метод синтеза, а новый метод экстракции.
