Сульфат калия - формула, свойства и получение вещества

Описание вещества

Это соединение было известно еще в Средние века. Представляет собой соль калия и серной кислоты. Основные свойства:

1. Молярная масса (численно равна относительной молекулярной массе) — 174,26 г/моль.
2. Плотность — 2,66 г/см3.
3. Температура плавления — 1069 °C.
4. Растворимость в воде — 12г/100г (при нормальных условиях).
5. Структурная формула (графическое строение) — ромбическая сингония.

Сингония — определенные элементы симметрии, описывающие порядок и расположение атомов в молекуле.

Сульфат калия (химическая формула K2SO4) — бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. В чистом виде (без примесей) в природе встречается редко — есть только несколько месторождений, расположенных в Польше и США (Калифорния). Также в небольших количествах его обнаруживали и в России (Крым, Северо-Восточный регион).

Калия сульфат содержится в водах соленых озер. Примеси этого вещества есть во многих минералах:

• леонит;
• глазерит;
• полигалит, и некоторых других.

Сернокислый калий не подвержен гидролизу. Он не растворяется в спирте (C2H5OH — этанол) и в концентрированных щелочах.

Получение соединения

Из-за того, что вещество в природе встречается редко, но имеет большое промышленное значение, методам получения K2SO4 уделяется значительное внимание. Основные производственные способы синтеза заключаются в проведении обменных реакций хлорида кальция с солями серной кислоты:

2KCl + 2MgSO4 → K2SO4 + 2MgCl2.

2KCl + Na2SO4 → K2SO4 + 2NaCl.

2KCl + FeSO4 → K2SO4 + FeCL2.

Химически чистое соединение получают воздействием серной кислотой на твердый хлорид:

2KCl + H2SO4 → K2SO4 + HCl.

В лабораториях пользуются немного другими способами, позволяющими получить нужное соединение. Основные из них:

1. При взаимодействии оксида и серной кислоты: K2O + H2SO4 → k2so4 + H2O.
2. Воздействием на щелочь разбавленной кислоты: 2KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2H2O.
3. Горением сульфида: K2S + 2O2 → K2SO4. Эта реакция — окисление — проводится при высоких температурах (500°C).
4. Взаимодействие кислых солей с серной кислотой (реакция вытеснения): K2CO3 + H2SO4 → K2SO4 + CO2 (газ) + H2O.
5. Разложение гидросульфата калия: 2KHSO4 → k2so4 + h2o. Реакция протекает при температуре порядка 240 °C.
6. При окислении соли сернистой кислоты: 4K2SO3 → K2S + 3K2SO4. Реакция проводится в условиях высоких температур (около 600°C).
7. Реакцией взаимодействия диоксида серы с надперекисью калия при температуре 100°C: KO2 + SO2 → R2SO4.
8. Окисление серы бихроматом: S + K2Cr2O7 → K2SO4 + Cr2O3. Реакция протекает при t = 1000 °C.
9. Окисление сульфита перманганатом калия (марганцовка) и серной кислотой: 5K2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O.
10. Взаимодействие сульфата аммония и гидроксида калия: (NH4)2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2NH3 (газ) + 2H2O.

Существует достаточно большое количество реакций, в результате которых будет образовываться сернокислый калий (другое название соединения). Преимуществом выбора того или иного метода будет химическая чистота получаемого вещества и экономическая целесообразность.

Химические свойства

С точки зрения химии, соединение ведет себя как типичная средняя соль. Для него характерны такие реакции:

1. Взаимодействует с солями бария: BaCl2 + K2SO4 → 2KCl + BaSO4 (осадок).
2. Реагирует с кислотами: K2SO4 + H2SO4 → 2KHSO4 (гидросульфат калия — кислая соль).
3. Вступает в реакцию с ангидридом серной кислоты (серным газом — оксидом серы с валентностью 6): K2SO4 + SO3 → K2S2O7 (пиросульфат калия).
4. Участвует в реакциях восстановления с образованием сульфида калия: K2SO4 + 4C → K2S + 4CO (угарный газ), реакция проводится при высокой температуре (900°C); K2SO4 + 4H2 → K2S + 4H2O — взаимодействие протекает при t = 600 °C и при участии катализатора, в качестве которого используется железный сурик (трехвалентный оксид железа Fe2O3).

Примечание: кислотный остаток SO4 (сульфат-анион — не путать с СО4) является двухвалентным, поэтому, чтобы правильно составить уравнения реакций, нужно этот момент учитывать — формула сернокислого калия пишется как K2SO4, а не KSO4.

Промышленное применение

Аграрная отрасль — основной потребитель калийной селитры (другое название соединения). Оно используется в качестве удобрения для подкормки почвы. Ценность продукта заключается в его способности ускорять обменные процессы в клетках растений, улучшать их сопротивляемость различным грибковым поражениям.

Недостаток калия (K) приводит к тому, что у растений нарушается углеводный баланс, это влечет за собой уменьшение образования крахмала и сахаров, снижение устойчивости растений к заболеваниям. Определить нехватку элемента можно и по внешним признакам:

1. Края листьев приобретают желтоватую окраску, теряют свой естественный цвет и «выгорают».
2. На нижней поверхности листьев появляются пятна.
3. Стебель растения становится безжизненным, пожухлым, хрупким.
4. Замедляется рост.
5. Снижается урожайность.
6. Ухудшаются вкусовые качества плода.

Причем недостаток K может возникнуть из-за самих растений: некоторые из них слишком активно «вытягивают» его из почвы. В таких случаях внесение удобрения — необходимость.

Еще один вариант применения сернокислого калия — в качестве исходного сырья при получении гидросульфата (KHSO4). Это соединение требуется во многих отраслях промышленности:

1. Как составной компонент флюса в металлургии.
2. При производстве красителей (сульфирующий компонент).
3. В ювелирном деле (отбеливатель).

Незаменим он и для науки: химики-аналитики используют KHSO4, чтобы перевести некоторые соединения в легкорастворимые формы.

В странах Европейского союза сульфат калия используют как пищевую добавку биодобавку — регулятор кислотности (стабилизатор) при производстве алкогольных напитков, добавляют в дрожжевые закваски при хлебопечении и даже иногда заменяют им соль в диетических продуктах.