SIARCZAN POTASU (K2SO4): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA, SYNTEZA - CHEMIA - 2026

Siarczan potasu jest biała lub bezbarwna sól nieorganiczną o wzorze chemicznym K ₂ SO ₄ . Znany był już w XIV wieku, nazywany w XVII wieku solą duplicatum, gdyż jest połączeniem soli kwaśnej i alkalicznej.

Siarczan potasu występuje w postaci mineralnej w arkanicie, ale jego postać występuje częściej w tzw. Solach Stassfurtu. Są to ko-krystalizacje siarczanów potasu, magnezu, wapnia i sodu, które można zaobserwować w minerałach takich jak leonit i polihalit.

Wzór strukturalny siarczanu potasu. Źródło: Kemikungen

Siarczan potasu jest solą o niskiej toksyczności i powoduje podrażnienie jedynie w kontakcie z oczami, drogami oddechowymi lub przewodem pokarmowym. Nie ma dowodów na działanie rakotwórcze lub mutagenne.

Siarczan potasu jest stosowany jako nawóz, zwłaszcza w uprawach podatnych na chlorki; tak jest w przypadku tytoniu i ziemniaków. Związek dostarcza potasu, jednego z trzech głównych składników odżywczych roślin oraz siarki, która jest obecna w ich białkach.

Struktura

Fazy ​​krystaliczne

Splątana krystaliczna struktura siarczanu potasu. Źródło: Ra'ike (Wikipedia)

Na pierwszym zdjęciu pokazano wzór strukturalny siarczanu potasu. Dla każdego anionu SO ₄ ^2- , o geometrii czworościennej, występują dwa kationy K ⁺ , które można przedstawić za pomocą fioletowych kulek (górny obraz).

Tak więc powyżej mamy rombową strukturę krystaliczną K ₂ SO ₄ , z anionami SO ₄ ² reprezentowanymi przez żółte i czerwone kule; podczas gdy wspomniane już kationy K ⁺ są fioletowymi kulkami (trochę mocnymi).

Ta reprezentacja może powodować zamieszanie, jeśli myślisz, że słupki faktycznie odpowiadają łączom koordynacyjnym. Wskazują raczej, który jon oddziałuje bezpośrednio lub blisko z innym wokół niego. Dlatego każdy tlen jest „połączony” z pięcioma K ⁺ (O ₃ SO ^2- - K ⁺ ), a te z kolei z dziesięcioma tlenami z innych otaczających anionów siarczanowych.

Istnieje zatem „rzadka” sfera koordynacyjna potasu w K ₂ SO ₄ :

Sfera koordynacyjna dla jonów potasu w jego soli siarczanowej. Źródło: Smokefoot

Ta krystaliczna struktura odpowiada polimorfowi β-K ₂ SO ₄ . Po podgrzaniu do 583 ° C następuje przejście do fazy α-K ₂ SO ₄ , która jest heksagonalna.

Plątanina jonów

Z pewnością struktura K ₂ SO ₄ jest niezwykle skomplikowana w przypadku soli nieorganicznej. Jego jony są ułożone, tworząc rodzaj bezsensownej plątaniny i na pierwszy rzut oka pozbawionej okresowości.

Ci, którzy są oddani krystalografii, mogą podejść do tego splotu w bardziej odpowiedni i opisowy sposób, obserwując go z trzech osi przestrzennych.

Należy zauważyć, że jego splątana struktura może wyjaśniać, dlaczego K ₂ SO ₄ nie tworzy hydratów: cząsteczki H ₂ O nie mają możliwości penetracji sieci krystalicznej w celu uwodnienia kationów potasu.

Ponadto, przy tak wielu oddziaływaniach obejmujących plątaninę jonów, należy się spodziewać, że ta sieć krystaliczna będzie miała całkiem sporo odporności na ciepło; i faktycznie tak jest, ponieważ temperatura topnienia K ₂ SO ₄ wynosi 1069 ºC, co wskazuje, że jego jony są silnie kohezyjne.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wygląd siarczanu potasu

Nazwy

-Siarczan potasu

-Siarczan potażu

-Arcanite

-Siarka potasowa

Masa cząsteczkowa

174,259 g / mol

Wygląd fizyczny

Biały, bezwonny, gorzki smak, krystaliczny, granulowany lub proszek.

Gęstość

2,66 g / cm ³

Temperatura topnienia

1069 ºC

Temperatura wrzenia

1,689 ºC

Rozpuszczalność w wodzie

111 g / L przy 20 ºC

120 g / L przy 25 ºC

240 g / L przy 100 ºC

Rozpuszczalność w wodzie spada z powodu obecności chlorku potasu, KCl lub siarczanu amonu (NH ₄ ) ₂ SO ₄ , na skutek działania jonu pospolitego.

Rozpuszczalność w rozpuszczalnikach organicznych

Słabo rozpuszczalny w glicerolu, ale nierozpuszczalny w acetonie i siarczku węgla.

Współczynnik załamania (nD)

1,495

Reaktywność

Siarczan potasu może reagować z kwasem siarkowym, zakwaszając, tworząc wodorosiarczan potasu (KHSO ₄ ). W wysokich temperaturach można go zredukować do siarczku potasu (K ₂ S).

Synteza

Pierwsza metoda

Siarczan potasu jest syntetyzowany w reakcji chlorku potasu z kwasem siarkowym. Synteza siarczanu potasu przebiega dwuetapowo. Pierwszy etap polega na utworzeniu wodorosiarczanu potasu.

Jest to reakcja egzotermiczna, ponieważ uwalnia ciepło i dlatego nie wymaga zewnętrznego źródła ciepła. Reakcję prowadzi się w temperaturze pokojowej.

KCl + H ₂ SO ₄ => HCl + KHSO ₄

Drugi etap reakcji jest endotermiczny, to znaczy, że do jego zajścia wymagane jest dostarczenie ciepła.

KCl + KHSO ₄ => HCl + K ₂ SO ₄

Druga metoda

Siarczan potasu można syntetyzować w reakcji zobojętniania kwasu siarkowego zasadą, wodorotlenkiem potasu:

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

Trzecia metoda

Siarczan potasu powstaje w wyniku reakcji dwutlenku siarki, tlenu, chlorku potasu i wody.

Czwarta metoda

Siarczan potasu jest wytwarzany poprzez ekstrakcję siarczanu potasu obecnego w solance z basenu Loop Nur w Chinach. Siarczan potasu oddziela się od nierozpuszczalnych składników solanki przez dodanie związku zakwaszającego tripolifosforan sodu / fosforan mocznika.

Związek ten zwiększa różnicę między rozpuszczalnością siarczanu potasu, a rozpuszczalnością innych mniej rozpuszczalnych związków, uzyskując, zdaniem twórców metody, 100% czysty siarczan potasu. W ścisłym sensie nie jest to metoda syntezy, ale nowatorska metoda ekstrakcji.

Aplikacje

Nawóz

Siarczan potasu jest stosowany w uprawach tytoniu. Źródło: Pxhere.

Głównym zastosowaniem jako nawozu jest siarczan potasu. 90% jego całkowitej produkcji jest wykorzystywane do tego celu. Jego stosowanie jest preferowane niż chlorku potasu w uprawach wrażliwych na obecność chlorków w glebie; na przykład tytoniu.

Siarczan potasu zawiera 40-44% potasu, a zawartość siarki 17-18%. Potas jest niezbędny do pełnienia wielu podstawowych funkcji dla roślin, ponieważ aktywuje reakcje enzymatyczne, syntezę białek, tworzenie skrobi itp.

Ponadto potas bierze udział w regulacji przepływu wody w liściach. Siarka jest niezbędna do syntezy białek, ponieważ występuje w aminokwasach, które ją posiadają; tak jest w przypadku metioniny, cysteiny i cystyny, a także bierze udział w reakcjach enzymatycznych.

Nawet siarczan potasu jest używany przez opryskiwanie liści cząstkami siarczanu potasu mniejszymi niż 0,015 mm.

Zastosowanie przemysłowe i jako surowiec

Surowy siarczan potasu jest używany do produkcji szkła oraz do produkcji ałunu i węglanu potasu. Jest używany jako odczynnik w produkcji kosmetyków. Jest używany do produkcji piwa jako środek korygujący wodę.

Medycyna

Stosowany jest w celu skorygowania silnego spadku stężenia potasu w osoczu (hipokaliemii), spowodowanego nadmiernym stosowaniem leków moczopędnych, które zwiększają wydalanie potasu z moczem.

Potas jest głównym wewnątrzkomórkowym jonem komórek pobudliwych, w tym komórek serca. Dlatego znaczny spadek stężenia potasu w osoczu upośledza czynność serca i należy go natychmiast skorygować.

Siarczan potasu ma działanie przeczyszczające, to znaczy sprzyja wydalaniu kału z okrężnicy. Z tego powodu mieszanina siarczanów potasu, magnezu i sodu służy do oczyszczenia okrężnicy ze stolca przed wykonaniem kolonoskopii, co pozwala lekarzowi na lepszą wizualizację okrężnicy.

Weterynaryjny

W celu zmniejszenia zapotrzebowania na metioninę w paszy drobiu zastosowano siarczan potasu. Obecność 0,1% siarczanu potasu w paszy dla kur niosek wiąże się z 5% wzrostem produkcji jaj.

Aromaty spożywcze

Jest to środek aromatyzujący, który nadaje potrawom gorzki i słony smak, który jest pożądany w niektórych z nich. Ponadto należy zauważyć, że siarczan potasu posiada cztery podstawowe smaki: słodycz, gorycz, kwaskowatość i zasolenie.

Wraz ze stężeniem siarczanu potasu wzrasta zasolenie, kwasowość i gorycz, natomiast spada słodycz.

Inne zastosowania

Siarczan potasu jest używany jako materiał pirotechniczny w połączeniu z azotanem potasu w celu wytworzenia fioletowego płomienia. Służy jako reduktor płomienia w ładunkach pędników artyleryjskich.

Ponadto jest stosowany jako środek zwiększający lepkość w produktach kosmetycznych, takich jak kremy do twarzy.

Ryzyka

Siarczan potasu jest związkiem o niskiej toksyczności i bardzo niskiej śmiertelności. LD50 dla dawki doustnej dla myszy wynosi 6 600 mg / kg masy ciała zwierzęcia, co wskazuje, że do spowodowania śmierci myszy wymagana jest wysoka dawka. Ta sama wartość LD50 występuje u szczurów.

W kontakcie z oczami siarczan potasu może powodować mechaniczne podrażnienie. Na skórze siarczan potasu powoduje niewielkie uszkodzenia przy obróbce przemysłowej.

W przypadku połknięcia siarczan potasu może powodować podrażnienie przewodu pokarmowego z nudnościami, wymiotami i biegunką. I wreszcie, wdychanie pyłu siarczanu potasu powoduje podrażnienie dróg oddechowych.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Siarczan potasu. Odzyskane z: en.wikipedia.org
3. Narodowe Centrum Informacji Biotechnologicznej. (2019). Siarczan potasu. Baza danych PubChem. CID = 24507. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Brian Clegg. (5 lipca 2018). Siarczan potasu. Królewskie Towarzystwo Chemii. Źródło: chemistryworld.com
5. Marie T. Averbuch-Pouchot, A. Durif. (1996). Tematy w chemii fosforanów. World Scientific. Odzyskane z: books.google.co.ve
6. Książka chemiczna. (2017). Siarczan potasu. Odzyskane z: chemicalbook.com
7. Shoujiang L. i in. (2019). Oczyszczanie i szybkie rozpuszczanie siarczanu potasu w roztworach wodnych. DOI: 10.1039 / C8RA08284G
8. DrugBank. (2019). Siarczan potasu. Odzyskany z: drugbank.ca
9. The Mosaic Company. (2019). Siarczan potasu. Odżywianie upraw. Odzyskany z: cropnutrition.com
10. Leki. (2018). Siarczan sodu, siarczan potasu i siarczan magnezu (doustnie). Odzyskany z: drugs.com