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碳酸鉀
來源:互聯網

碳酸鉀(英文名稱:碳酸根),俗稱鉀堿,純度不高時也稱草堿或珠灰,無機鹽類化合物,化學式為K2CO3,分子量138.21。碳酸鉀是一種無色吸濕性晶體或吸濕性白色粉末,具有很強的潮解性,極易溶于水,其水溶液呈堿性,難溶于醇類和丙酮。碳酸鉀高溫分解,易于大多數酸反應,放出二氧化碳。碳酸鉀被應用于多數工業,其中約有70%的碳酸鉀用于玻璃工業,如電子管、電視顯象管、醫用玻璃、光學玻璃、精密玻璃器具、各種裝飾用玻璃等;醫藥工業用于制造長效磺胺、黃體酮、可的松、知阿可爾、苯甲酸雌二醇等藥,以及染料、油墨、陶瓷等領域。碳酸鉀工業上可由草木灰法、路布蘭法、氯化鉀電解碳化法、離子交換法和有機胺法等法制得。

相關歷史

制取碳酸鉀的很多方法中只有幾個方法得到了實際應用。最古老的一個方法(從草木灰中提取碳酸鉀)由于不夠經濟幾乎完全失去了從前的地位。很多國家(德意志民主共和國捷克斯洛伐克波蘭意大利等)都有著從酒糟炭制碳酸鉀的生產。從草木灰、酒糟炭、酒糟灰制取碳酸鉀只是在當時具有一定的意義。再到碳酸鉀主要是由礦物原料生產的,蘇聯是以綜合加工霞石來生產碳酸鉀。在蘇聯以外,用氯化鉀制碳酸鉀較普遍的方法是電解法和有機胺法。電解法也就是碳化由電解氯化鉀所得到的氫氧化鉀溶液;有機胺法與氨堿法制碳酸鈉相似,只是以各種有機胺來代替氨。后一種方法不經濟,產品價格高,因此生產規模不大。

在1790年,塞繆爾·霍普金斯(Samuel Hopkins)得到了美國歷史上第一項專利——碳酸鉀制作的改進措施(這種物質從植物燃燒后的灰盡中提取,用于制作肥皂)。

理化性質

物理性質

碳酸鉀是一種無色吸濕性晶體或吸濕性白色粉末,無味,摩爾質量為138.025g/摩爾,密度為2.29g/cm3,沸點為891℃。碳酸鉀在潮濕的空氣中極易潮解,極易溶于水,其水溶液呈堿性,難溶于醇類和丙酮。碳酸鉀的冷卻飽和水溶液,有玻璃狀單斜晶系水合物2K2CO3?3H2O結晶析出,溫度在100℃時失去結晶水。

化學性質

碳酸鉀高熱時可分解為氧化鉀和二氧化碳。

在潮濕的空氣中,碳酸鉀會吸收空氣中的水分和二氧化碳,生成碳酸氫鉀

與酸反應

碳酸鉀可以與硝酸硫酸鹽酸等酸反應,生成相應的鉀鹽,大多數會放出二氧化碳。

與非金屬單質反應

碳酸鉀與氯、碘等鹵族元素反應,生成相應的鉀鹽,同時放出二氧化碳

碳酸鉀也能與非金屬元素反應。

與堿土金屬氫氧化物反應

碳酸鉀與氫氧化鈣氫氧化鍶氫氧化鋇等堿土金屬氫氧化物反應,生成氫氧化鉀,同時生成相應的碳酸根沉淀。

與氧化物反應

碳酸鉀與二氧化硅、二氧化錫二氧化硫氧化物反應,生成相應的鉀鹽,同時放出二氧化碳

制備方法

草木灰法

將各種植物殼(如桐子殼、茶花子殼、葵花子殼等)燒制成草木灰(草木灰是碳酸鉀、硫酸鉀氯化鉀混合物)。再用浸取、蒸發和結晶的方法,分別加以分離,最終可以得到碳酸鉀。

路布蘭法

將硫酸鉀與煤粉、石灰混合,然后進行還原焙燒,燒成物稱為黑灰,主要含碳酸鉀、硫化鈣等。將黑灰粉碎,用水浸取,浸取液進行蒸發,然后進澄清槽分離,清液送碳化塔進行一次碳化得到碳酸氫鉀,在碳化后加入少量高錳酸鉀,使硅、鋁、鐵等雜質沉淀下來,過濾后清液進行二次蒸發,進行濃縮。雜質析出,趁熱分離后,清液送碳化塔進行二次碳化,經過濾并洗滌,最后進行煅燒。

氯化鉀電解碳化法

先將氯化鉀進行電解,得到氫氧化鉀,然后在碳化塔中以二氧化碳進行碳化,得到碳酸氫鉀,再經多效蒸發器蒸發、過濾和煅燒,最終得到精制碳酸鉀。

離子交換法

陽離子交換樹脂氯化鉀交換,再將碳酸氫銨洗脫為碳酸氫鉀,最后煅燒得到碳酸鉀。

有機胺法

先將有機胺進行碳化,再與氯化鉀反應,生成碳酸氫鉀,最后碳酸氫鉀進行焙燒即得到碳酸鉀。以三乙胺為例,反應式如下:

三乙胺的鹽酸鹽在蒸胺的過程中與石灰乳(Ca(OH)2)反應生成氯化鈣,并重新得到三乙胺。

應用領域

制作肥皂

肥皂是由天然動、植物油脂或合成脂肪酸與堿進行化學反應,而生成的一種脂肪酸鈉鹽。氫氧化鈉氫氧化鉀碳酸鈉、碳酸鉀是常用的堿。油脂是油與脂的總稱,一般在常溫和常壓下呈液態的叫油,呈半固態或固態的叫脂,習慣上合稱為油脂。合成脂肪酸是石油中的石蠟經過氧化而生成的。

玻塘和玻璃

碳酸鉀在玻璃工業可以用于制造電子管、電視顯象管、醫用玻璃、光學玻璃、精密玻璃器具、各種裝飾用玻璃等。還可以用于去瑯粉配制,以增強其流平性,加入玻璃中起助熔作用,并提高玻璃透明度和折光系數。

醫藥

碳酸鉀在醫藥上可以用于制造長效磺胺、黃體酮可的松、知阿可爾、苯甲酸雌二醇等藥。

染料與印染

碳酸鉀可以用于制造陰丹土林、分散紅3B、還原灰M等和用于還原染料的印染和冰染的拔白。

食品領域

碳酸鉀在食品領域可以用于酸度調節劑、營養增補劑、加工助劑、香料。按中國《食品添加劑使用衛生標準》(GB2760—1996)規定:可在面制食品和飲料中按生產需要適量使用,在礦物質飲料中最大用量為0.05g/L。通常在制造面條餛飩時適量加入,可賦予產品以特有的風味、色澤相韌性(常與碳酸鈉等合用)。

滅火

碳酸鉀水溶液可以用于滅火,比二氧化碳、水噴霧、碳酸氫鉀或水成膜泡沫等更有效。

攝影

碳酸鉀可以用作黑白和彩色顯影液的促進劑。性能強于碳酸鈉。顯影的反差效果較大。在彩色顯影液中的用量會影響色彩平衡,用量多,偏黃,用量少,偏青。易潮解。有毒,應避免與皮膚接觸。

其他

碳酸鉀在無機化合物工業用于制造酒石酸鉀鈉、鋁氟酸鉀、硫氰化鉀、鈦白粉等;橡膠工業用于制造4010防老劑;毛棉麻工業用于棉布煮煉和羊毛的脫脂。動物飼養可以在飼料中添加碳酸鉀或氯化鉀

安全事宜

安全標志

GHS分類

健康危害

吸入碳酸鉀粉塵可引起呼吸道刺激和結膜炎(表現為喉嚨痛、咳嗽等癥狀),使呼吸器官發病率升高和功能下降;食入碳酸鉀會使人喉嚨和胸部有燒灼感;皮膚接觸碳酸鉀初期會使人皮膚變紅、疼痛,長時間接觸溶液可進一步引發濕疹、皮炎、潰瘍等損害;眼睛接觸碳酸鉀會使眼睛變紅,疼痛。碳酸鉀高溫分解時,會放出有毒煙霧氧化鉀

急救措施

皮膚接觸:立即脫掉被污染的衣服,用大量水或淋浴沖洗皮膚。

眼睛接觸:立即用大量清水沖洗幾分鐘,然后就醫。

食入:立即漱口,不要催吐,可以喝一兩杯水,轉診就醫。

吸入:立即將人移至空氣清新處進行休息,就醫。

貯存與運輸

碳酸鉀應貯存于干燥通風的庫房,防止受潮;運輸裝卸應防雨淋,保證干燥;包裝不受損害和污染,不可與酸類物質共貯混運。

參考資料 >

Potassium Carbonate | K2CO3 - PubChem.PubChem.2023-01-24

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