KALIUMSULFAAT (K2SO4): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, TOEPASSINGEN, SYNTHESE - CHEMIE - 2025

Het kaliumsulfaat is een anorganisch zout wit of kleurloos met de chemische formule K ₂ SO ₄ . Het was al in de veertiende eeuw bekend en werd in de zeventiende eeuw zout duplicatum genoemd, omdat het een combinatie is van een zuur zout en een alkalisch zout.

Kaliumsulfaat komt in minerale vorm voor in arcaniet, maar de presentatie ervan komt vaker voor in de zogenaamde Stassfurt-zouten. Dit zijn co-kristallisaties van kalium-, magnesium-, calcium- en natriumsulfaten, waarneembaar in mineralen zoals leoniet en polyhaliet.

Structuurformule van kaliumsulfaat. Bron: Kemikungen

Kaliumsulfaat is een weinig giftig zout en veroorzaakt alleen irritatie bij contact met de ogen, de luchtwegen of het spijsverteringskanaal. Er zijn geen aanwijzingen voor een carcinogene of mutagene werking.

Kaliumsulfaat wordt gebruikt als meststof, vooral in gewassen die gevoelig zijn voor chloriden; dat is het geval bij tabak en aardappelen. De verbinding levert kalium, een van de drie belangrijkste voedingsstoffen in planten, en zwavel, dat aanwezig is in hun eiwitten.

Structuur

Kristallijne fasen

Verwarde kristallijne structuur van kaliumsulfaat. Bron: Ra'ike (Wikipedia)

In de eerste afbeelding werd de structuurformule van kaliumsulfaat getoond. Voor elk SO ₄ ^2- anion met tetraëdrische geometrie zijn er twee K ⁺ kationen , die kunnen worden weergegeven door paarse bollen (bovenste afbeelding).

Dus hierboven hebben we de orthorhombische kristalstructuur van K ₂ SO ₄ , met de SO ₄ ² anionen vertegenwoordigd door gele en rode bollen; terwijl de K ⁺ kationen , al genoemd, de paarse bollen zijn (een beetje robuust).

Deze weergave kan verwarring veroorzaken als u denkt dat de balken in feite overeenkomen met coördinatieverbindingen. Ze geven eerder aan welk ion direct of nauw samenwerkt met een ander eromheen. Daarom is elke zuurstof "verbonden" met vijf K ⁺ (O ₃ SO ^2- - K ⁺ ), en deze op hun beurt met tien zuurstofatomen uit andere omringende sulfaatanionen.

Er is dan een ietwat "zeldzame" coördinatiesfeer voor kalium in K ₂ SO ₄ :

Coördinatiebol voor kaliumionen in zijn sulfaatzout. Bron: Smokefoot

Deze kristallijne structuur komt overeen met de polymorf β-K ₂ SO ₄ . Bij verhitting tot 583 ºC treedt een overgang op naar de α-K ₂ SO ₄ fase , die hexagonaal is.

Wirwar van ionen

De structuur van K ₂ SO ₄ is zeker ongebruikelijk gecompliceerd voor een anorganisch zout. De ionen zijn gepositioneerd en vormen een soort zinloze verwarring en missen op het eerste gezicht periodiciteit.

Degenen die zich met kristallografie bezighouden, kunnen deze kluwen op een meer geschikte en beschrijvende manier benaderen, gezien vanuit de drie ruimtelijke assen.

Merk op dat de verwarde structuur zou kunnen verklaren waarom K ₂ SO ₄ geen hydraten vormt: H ₂ O- moleculen kunnen het kristalrooster niet binnendringen om kaliumkationen te hydrateren.

Ook is het te verwachten dat, met zoveel interacties in de ionenwirwar, dat dit kristalrooster nogal wat stabiliteit tegen hitte zal hebben; en in feite is dit het geval, aangezien het smeltpunt van K ₂ SO ₄ 1069 ºC is, wat aantoont dat de ionen sterk cohesief zijn.

Fysische en chemische eigenschappen

Kaliumsulfaat uiterlijk

Namen

-Kaliumsulfaat

-Sulfaat van potas

-Arcaniet

-Zwavelkalium

Molaire massa

174,259 g / mol

Fysiek uiterlijk

Witte, reukloze, bitter smakende kristallijne, korrelige of vaste poeder.

Dichtheid

2,66 g / cm ³

Smeltpunt

1.069 ºC

Kookpunt

1.689 ºC

Oplosbaarheid in water

111 g / L bij 20 ºC

120 g / L bij 25 ºC

240 g / L bij 100 ºC

De oplosbaarheid in water neemt af door de aanwezigheid van kaliumchloride, KCl of ammoniumsulfaat, (NH ₄ ) ₂ SO ₄ , vanwege het effect van het gewone ion.

Oplosbaarheid in organische oplosmiddelen

Enigszins oplosbaar in glycerol, maar onoplosbaar in aceton en koolstofsulfide.

Brekingsindex (nD)

1.495

Reactiviteit

Kaliumsulfaat kan reageren met zwavelzuur, verzuren tot kaliumbisulfaat (KHSO ₄ ). Het kan bij hoge temperaturen worden gereduceerd tot kaliumsulfide (K ₂ S).

Synthese

Eerste methode

Kaliumsulfaat wordt gesynthetiseerd door kaliumchloride te laten reageren met zwavelzuur. De synthese van kaliumsulfaat vindt plaats in twee stappen. De eerste stap omvat de vorming van kaliumbisulfaat.

Dit is een exotherme reactie omdat het warmte afgeeft en daarom geen externe warmtetoevoer nodig heeft. De reactie wordt uitgevoerd bij kamertemperatuur.

KCl + H ₂ SO ₄ => HCl + KHSO ₄

De tweede stap van de reactie is endotherm, dat wil zeggen dat er warmte voor nodig is.

KCl + KHSO ₄ => HCl + K ₂ SO ₄

Tweede methode

Kaliumsulfaat kan worden gesynthetiseerd door de neutralisatiereactie van zwavelzuur met een base, kaliumhydroxide:

H ₂ SO ₄ + 2 KOH => K ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

Derde methode

Kaliumsulfaat wordt geproduceerd door de reactie van zwaveldioxide, zuurstof, kaliumchloride en water.

Vierde methode

Kaliumsulfaat wordt geproduceerd door het kaliumsulfaat te extraheren dat aanwezig is in een pekel uit het Loop Nur-bassin, China. Het kaliumsulfaat wordt gescheiden van de onoplosbare componenten van de pekel door toevoeging van de verzurende verbinding natriumtripolyfosfaat / ureumfosfaat.

Deze verbinding vergroot het verschil tussen de oplosbaarheid van kaliumsulfaat en de oplosbaarheid van andere, minder oplosbare verbindingen, waardoor volgens de makers van de methode een 100% zuiver kaliumsulfaat wordt verkregen. Strikt genomen is het geen synthesemethode, maar een nieuwe extractiemethode.

Toepassingen

Kunstmest

Kaliumsulfaat wordt gebruikt in tabaksgewassen. Bron: Pxhere.

Het gebruik van kaliumsulfaat als meststof is de belangrijkste toepassing ervan. Hiervoor wordt 90% van de totale productie gebruikt. Het gebruik ervan heeft de voorkeur boven dat van kaliumchloride in die gewassen die gevoelig zijn voor de aanwezigheid van chloride in de bodem; bijvoorbeeld dat van tabak.

Kaliumsulfaat heeft een kaliumgehalte van 40-44%, terwijl de zwavelconcentratie 17-18% van de verbinding vertegenwoordigt. Kalium is nodig om veel essentiële functies voor planten te vervullen, omdat het enzymatische reacties, eiwitsynthese, zetmeelvorming, enz. Activeert.

Bovendien is kalium betrokken bij het reguleren van de waterstroom in de bladeren. Zwavel is nodig voor eiwitsynthese, omdat het aanwezig is in aminozuren die het bezitten; dat is het geval met methionine, cysteïne en cystine, en het is ook betrokken bij enzymatische reacties.

Zelfs kaliumsulfaat wordt gebruikt door op de bladeren te sproeien in kaliumsulfaatdeeltjes kleiner dan 0,015 mm.

Industrieel gebruik en als grondstof

Ruw kaliumsulfaat wordt gebruikt bij de vervaardiging van glas en bij de vervaardiging van aluin en kaliumcarbonaat. Het wordt gebruikt als reagens bij de vervaardiging van cosmetica. Het wordt gebruikt bij de productie van bier als watercorrectiemiddel.

Geneesmiddel

Het wordt gebruikt om een ​​ernstige daling van de plasmakaliumconcentratie (hypokaliëmie) te corrigeren, veroorzaakt door overmatig gebruik van diuretica die de uitscheiding van kalium via de urine verhogen.

Kalium is het belangrijkste intracellulaire ion van prikkelbare cellen, inclusief hartcellen. Daarom brengt een ernstige afname van kalium in het plasma de hartfunctie in gevaar en moet deze onmiddellijk worden gecorrigeerd.

Kaliumsulfaat heeft een cathartische werking, dat wil zeggen, het bevordert de uitdrijving van uitwerpselen uit de dikke darm. Om deze reden wordt een mengsel van kalium-, magnesium- en natriumsulfaten gebruikt om de ontlasting uit de dikke darm te verwijderen voordat een colonoscopie wordt uitgevoerd, waardoor de arts een betere visualisatie van de dikke darm mogelijk maakt.

Veterinair

Kaliumsulfaat is gebruikt om de behoefte aan methionine in het voer van pluimvee te verminderen. De aanwezigheid van 0,1% kaliumsulfaat in het voer van legkippen wordt geassocieerd met een toename van 5% in de eierproductie.

Voedselaroma

Het is een smaakstof die voedingsmiddelen een bittere en zoute smaak geeft die bij sommigen gewenst is. Bovendien wordt opgemerkt dat kaliumsulfaat is begiftigd met de vier basissmaken: zoetheid, bitterheid, zuurgraad en zoutgehalte.

Zoutgehalte, zuurgraad en bitterheid nemen toe met de concentratie van kaliumsulfaat, terwijl de zoetheid afneemt.

Andere gebruiken

Kaliumsulfaat wordt gebruikt als pyrotechnisch middel, in combinatie met kaliumnitraat, om een ​​paarse vlam te genereren. Het wordt gebruikt als een flitsreductiemiddel bij de ladingen van artillerie-stuwraketten.

Bovendien wordt het gebruikt als viscositeitsverhogend middel in cosmetische producten zoals gezichtscrèmes.

Risico's

Kaliumsulfaat is een laag giftige verbinding met een zeer lage letaliteit. De LD50 voor de orale dosis bij muizen is 6600 mg / kg dierlijk gewicht, wat aangeeft dat een hoge dosis nodig is om de dood van de muis te veroorzaken. Dezelfde LD50-waarde komt voor bij ratten.

In de ogen kan kaliumsulfaat bij contact mechanische irritatie veroorzaken. Kaliumsulfaat veroorzaakt op de huid weinig schade bij industrieel gebruik.

Bij inslikken kan kaliumsulfaat gastro-intestinale irritatie veroorzaken met misselijkheid, braken en diarree. En ten slotte veroorzaakt het inademen van het kaliumsulfaatstof irritatie van de luchtwegen.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde . (Vierde druk). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kaliumsulfaat. Hersteld van: en.wikipedia.org
3. Nationaal centrum voor informatie over biotechnologie. (2019). Kaliumsulfaat. PubChem-database. CID = 24507. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Brian Clegg. (5 juli 2018). Kaliumsulfaat. Royal Society of Chemistry. Hersteld van: chemistryworld.com
5. Marie T. Averbuch-Pouchot, A. Durif. (1996). Onderwerpen in fosfaatchemie. Wereld Wetenschappelijk. Hersteld van: books.google.co.ve
6. Chemisch boek. (2017). Kaliumsulfaat. Hersteld van: chemicalbook.com
7. Shoujiang L. et al. (2019). Zuivering en snelle oplossing van kaliumsulfaat in waterige oplossingen. DOI: 10.1039 / C8RA08284G
8. DrugBank. (2019). Kaliumsulfaat. Hersteld van: drugbank.ca
9. The Mosaic Company. (2019). Kaliumsulfaat. Gewasvoeding. Hersteld van: cropnutrition.com
10. Verdovende middelen. (2018). Natriumsulfaat, kaliumsulfaat en magnesiumsulfaat (oraal). Hersteld van: drugs.com