Сульфат калия

Сульфат калия
Общие
Систематическое наименование	сульфат калия
Традиционные названия	сернокислый калий
Химическая формула	K2SO4
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	белое кристаллическое вещество
Молярная масса	174.259 г/моль
Плотность	2.66 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	1069 °C
Температура кипения	1689 °C
Температура вспышки	негорюч °C
Молярная теплоёмкость (ст. усл.)	131,4 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования (ст. усл.)	−1437,7 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	(20 °C) 11.1 г/100мл (25 °C) 12 г/100мл (100 °C) 24 г/100 мл
Растворимость в остальных веществах	слабо растворим в глицерине, нерастворим в ацетоне, спирте, CS2
Структура
Кристаллическая структура	ромбическая
Классификация
Рег. номер CAS	7778-80-5
RTECS	TT5900000
Безопасность
ЛД50	6600 мг/кг
Токсичность	0 1 0

Сульфат калия — неорганическое соединение. Химическая формула K₂SO₄.

История

Сульфат калия был известен с начала 14-го века, изучен Глаубером, Бойлом и Тахеусом. В 17 веке он был назван arcanuni или sal duplicatum — эти названия были для кислот и щелочных солей.

Нахождение в природе

В природе находится на месторождениях калийных солей. Присутствует в водах солёных озёр.

Физические свойства

Бесцветные кристаллы, ромбическая сингония (a = 0,742 нм, b = 1,001 нм, c = 0,573 нм, Z = 4, пространственная группа Pnam). При температуре выше 584 °C переходит в гексагональную модификацию (a = 0,5947 нм, c = 0,8375 нм, Z = 2, пространственная группа P6₃/mmc).

Хорошо растворим в воде, не подвергается гидролизу. Нерастворим в концентрированных растворах щелочей или в чистом этаноле.

Получение

Минеральные формы чистого сульфата калия относительно редки. Минерал арканит (англ. Arcanite) состоит из чистого K₂SO₄, представляет собой белые или прозрачные кристаллы, встречается в Калифорнии (США).

Есть много минералов, содержащих соли калия:

• Каинит — MgSO₄·KCl·H₂O
• Глазерит — 2K₂SO₄·Na₂SO₄
• Шенит — K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O
• Леонит — K₂SO₄·MgSO₄·4H₂O
• Лангбейнит — K₂SO₄·2MgSO₄
• Полигалит — K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O
• Сингенит — K₂SO₄·CaSO₄·H₂O

Промышленные методы получения основаны на обменных реакциях KCl с различными сульфатами и в результате сульфат калия, как правило, сильно загрязнён побочными продуктами:

$~\mathsf{2KCl+2MgSO_4 \rightleftarrows K_2SO_4\cdot MgSO_4+MgCl_2}$

$~\mathsf{K_2SO_4\cdot MgSO_4+2KCl \rightleftarrows 2K_2SO_4+MgCl_2}$

$~\mathsf{2KCl+Na_2SO_4 \rightleftarrows K_2SO_4+2NaCl}$

$~\mathsf{2KCl+CaSO_4\cdot 2H_2O \rightleftarrows K_2SO_4+CaCl_2+2H_2O}$

$~\mathsf{2KCl+FeSO_4 \rightleftarrows K_2SO_4+FeCl_2}$

Наиболее чистый продукт получают, обрабатывая твёрдый хлорид калия концентрированной серной кислотой:

$~\mathsf{2KCl+H_2SO_4 \xrightarrow{>100^oC} K_2SO_4+2HCl\uparrow}$

Прокаливанием с углём минерала лангбейнита:

$~\mathsf{K_2SO_4\cdot 2MgSO_4 + C \xrightarrow{>T} K_2SO_4+2Mg\uparrow+CO_2+SO_2}$

В лабораторной практике применяют следующие методы:

• из оксида калия:

$~\mathsf{K_2O + H_2SO_4 \xrightarrow{} K_2SO_4+H_2O}$

• вытеснением из слабых или неустойчивых кислот:

$~\mathsf{K_2CO_3 + H_2SO_4 \xrightarrow{} K_2SO_4+CO_2\uparrow+H_2O}$

• из щёлочи и разбавленной кислоты:

$~\mathsf{2KOH + H_2SO_4 \xrightarrow{} K_2SO_4+2H_2O}$

• из гидросульфата калия:

$~\mathsf{2KHSO_4 \xrightarrow{240^oC} K_2SO_4+H_2SO_4}$

$~\mathsf{2KHSO_4 + KOH \xrightarrow{} K_2SO_4+H_2O}$

$~\mathsf{2KHSO_4 + KCl \xrightarrow{500^oC} K_2SO_4+HCl\uparrow}$

• окислением сульфида калия:

$~\mathsf{2K_2S + 2O_2 \xrightarrow{>500^oC} K_2SO_4}$

• из надперекиси калия:

$~\mathsf{2KO_2 + S \xrightarrow{140^oC} K_2SO_4}$

$~\mathsf{2KO_2 + SO_2 \xrightarrow{100^oC} K_2SO_4+O_2}$

Сульфат калия получается при нагреве сульфита калия до температуры в 600 °C:

$~\mathsf{4K_2SO_3 \xrightarrow{600^oC} K_2S+3K_2SO_4}$

Окисление серы бихроматом калия:

$~\mathsf{K_2Cr_2O_7+S \xrightarrow{800-1000^oC} \ Cr_2O_3+K_2SO_4}$

Химические свойства

Как соль двухосновной кислоты образует кислые соли:

$~\mathsf{K_2SO_4+H_2SO_4 \rightleftarrows 2KHSO_4}$

Как все сульфаты взаимодействует с растворимыми соединениями бария:

$~\mathsf{K_2SO_4 + BaCl_2 \xrightarrow{} 2KCl+BaSO_4\downarrow}$

Восстанавливается до сульфида:

$~\mathsf{K_2SO_4 + 4H_2 \xrightarrow{600^oC, Fe_2O_3} K_2S+4H_2O}$

$~\mathsf{K_2SO_4 + 4C \xrightarrow{900^oC} K_2S+4CO}$

С оксидом серы образует пиросульфат:

$~\mathsf{K_2SO_4 + SO_3 \xrightarrow{} K_2S_2O_7}$

Применение

Основной потребитель сульфата калия — сельское хозяйство. Сульфат калия является ценным бесхлорным удобрением. Эффективность сульфата калия лучше проявляется на бедных калием дерново-подзолистых почвах гранулометрического состава и торфяных почвах. На черноземных почвах он применяется обычно под культуры, которые усваивают много калия и натрия (сахарная свёкла, подсолнечники, плодовые, для корнеплодов, овощей). На каштановых и серозёмных почвах используют в зависимости от вида культуры, технологии выращивания и содержания калия в почве. Сульфат калия намного эффективнее влияет на величину урожая и его качество, если его применять в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями. На кислых почвах действие сульфата калия повышается на фоне использования извести.

Калий повышает содержание сахаров и витаминов в выращиваемой продукции, а подкормки в конце августа-сентября способствуют лучшему зимованию плодово-ягодным и декоративным деревьям и кустарникам. Используется на различных почвах, под все культуры, а также для комнатного и балконного цветоводства. Сульфат калия пригоден для всех способов внесения: основного (при перекопке почвы весной или осенью) и для подкормки в течение вегетационного периода.

Применяется в первую очередь под культуры, чувствительные к хлору (картофель, табак, лён, виноград, цитрусовые и др.). Наличие в удобрении сульфат-иона положительно влияет на урожай растений семейства крестоцветных (капуста, брюква, турнепс и др.) и бобовых, потребляющих много серы.

Также сульфат калия используется в производстве стекла, различных квасцов и других соединений калия, как флюс в металлургии. В Европейском союзе допущен в качестве использования как пищевая добавка E515.

Сведения о безопасности

Следующие действия сульфатом калия на части тела могут вызвать:

• Глаза: попадание пыли может вызвать механическое раздражение,
• Кожа: попадание на кожу может вызвать раздражение,
• Проглатывание: употребление в пищу больших количеств может вызвать раздражение желудочно-кишечного тракта,
• Вдыхание: при вдыхании может вызвать раздражение дыхательных путей,
• При хроническом употреблении сульфата калия: отравления могут возникать в редких случаях длительного воздействия.