Сульфат калію — формула, властивості, отримання, застосування

Метали першої підгрупи періодичної системи називають лужними. Ці речовини мають високу хімічну активність: взаємодіють з водою, галогенами, кислотами, утворюючи відповідні солі, більшість з яких мають важливе значення для різних галузей промисловості і сільського господарства.

Наприклад, сульфат калію (формула K₂SO₄) — це добриво, що надає позитивний вплив на рослини.

Опис речовини

Це з’єднання було відоме ще в середні віки. Воно являє собою сіль калію і сірчаної кислоти.

Основні властивості:

• Молярна маса (чисельно дорівнює відносній молекулярній масі) – 174,26 г/моль.
• Густина – 2,66 г/см³.
• Температура плавлення – 1069 °C.
• Розчинність у воді – 12 г/100 г (при нормальних умовах).
• Структурна формула (графічна будова) — ромбічна сингонія.

Сингонія – певні елементи симетрії, що описують порядок і розташування атомів в молекулі.

Сульфат калію (хімічна формула K₂SO₄) — це безбарвні кристали, добре розчинні у воді. У чистому вигляді (без домішок) в природі зустрічається рідко — є тільки кілька родовищ, розташованих в Польщі і США (Каліфорнія). Також в невеликих кількостях його виявляли і в Україні (Крим).

Калію сульфат міститься у водах солоних озер. Домішки цієї речовини є в багатьох мінералах:

• леоніт;
• глазерит;
• полігаліт, і деяких інших.

Сірчанокислий калій не схильний до гідролізу. Він не розчиняється в спирті (C₂H₅OH – етанол) і в концентрованих лугах.

Отримання сульфату калію

Через те, що речовина в природі зустрічається рідко, але має велике промислове значення, методам отримання K₂SO₄ приділяється значна увага. Основні виробничі способи синтезу полягають в проведенні обмінних реакцій хлориду кальцію з солями сульфатної кислоти:

• 2KCl + 2MgSO₄ → K₂SO₄ + 2MgCl₂.
• 2KCl + Na₂SO₄ → K₂SO₄ + 2NaCl.
• 2KCl + FeSO₄ → K₂SO₄ + FeCL₂.

Хімічно чисте з’єднання отримують впливом сульфатної кислоти на твердий хлорид:

2KCl + H₂SO₄ → K₂SO₄ + HCl

У лабораторіях користуються трохи іншими способами, що дозволяють отримати потрібне з’єднання.

Основні з них:

• Взаємодією оксиду і сульфатної кислоти: K₂O + H₂SO₄ → K₂SO₄ + H₂O.
• Впливом на луг розведеної кислоти: 2KOH + H₂SO4 → K₂SO₄ + 2H₂O.
• Горінням сульфіду: K₂S + 2O₂ → K₂SO₄. Ця реакція окислення проводиться при високих температурах (500°C).
• Взаємодія кислих солей з сірчаною кислотою (реакція витіснення): K₂CO₃ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + CO₂ (газ) + H₂O.
• Розкладання гідросульфату калію: 2KHSO₄ → K₂SO₄ + H₂O. Реакція протікає при температурі близько 240 °C.
• При окисленні солі сірчистої кислоти: 4K₂SO₃ → K₂S + 3K₂SO₄. Реакція проводиться в умовах високих температур (близько 600°C).
• Реакцією взаємодії діоксиду сірки з надпероксидом калію при температурі 100°C: KO₂ + SO₂ → R₂SO₄.
• Окислення сірки біхроматом: S + K₂Cr₂O₇ → K₂SO₄ + Cr₂O₃. Реакція протікає при t = 1000 °C.
• Окислення сульфіту перманганатом калію (марганцівка) і сульфатною кислотою: 5K₂SO₃ + 2KmNO₄ + 3H₂SO₄ → 6K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O.
• Взаємодія сульфату амонію і гідроксиду калію: (NH₄)₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2NH₃ (газ) + 2H₂O.

Існує досить велика кількість реакцій, в результаті яких буде утворюватися сірчанокислий калій (інша назва сполуки). Перевагою вибору того чи іншого методу буде хімічна чистота одержуваної речовини і економічна доцільність.

Хімічна властивість

З точки зору хімії, сульфат калію поводиться як типова середня сіль.

Для нього характерні наступні реакції:

• Взаємодіє з солями барію: BaCl₂ + K₂SO₄ → 2KCL + BaSO₄ (осад).
• Реагує з кислотами: K₂SO₄ + H₂SO₄ → 2KHSO₄ (гідросульфат калію — кисла сіль).
• Вступає в реакцію з ангідридом сульфатної кислоти (сульфатним газом — оксидом сірки з валентністю 6): K₂SO₄ + SO₃ → K₂S₂O₇ (піросульфат калію).
• Бере участь в реакціях відновлення з утворенням сульфіду калію: K₂SO₄ + 4C → K₂S + 4CO (чадний газ), реакція проводиться при високій температурі (900°C); K₂SO₄ + 4H₂ → K₂S + 4H₂O — взаємодія протікає при t = 600 °C і за участю каталізатора, в якості якого використовується залізний сурик (тривалентний оксид заліза Fe₂O₃).

Примітка: кислотний залишок SO₄ (сульфат-аніон — не плутати з CO₄) є двовалентним, тому, щоб правильно скласти рівняння реакцій потрібно цей момент враховувати — формула сірчанокислого калію пишеться як K₂SO₄, а не KSO₄.

Промислове застосування

Аграрна галузь – основний споживач калійної селітри (інша назва сполуки). Вона використовується як добриво для підгодівлі ґрунту. Цінність продукту полягає в його здатності:

• прискорювати обмінні процеси в клітинах рослин;
• покращувати їх опірність різним грибковим ураженням.

Нестача калію (K) призводить до того, що у рослин порушується вуглеводний баланс. Це тягне за собою зменшення утворення крохмалю і цукрів, зниження стійкості рослин до захворювань.

Визначити нестачу елемента можна і за зовнішніми ознаками:

• Краї листя набувають жовтуватого забарвлення, втрачають свій природний колір і «вигоряють».
• На нижній поверхні листя з’являються плями.
• Стебло рослини стає млявим, пожухлим, крихким.
• Сповільнюється зростання.
• Знижується врожайність.
• Погіршуються смакові якості плода.

Причому недолік калію може виникнути через самі рослини: деякі з них занадто активно «витягають» його з ґрунту. У таких випадках внесення добрива – необхідність.

Ще один варіант застосування сірчанокислого калію – як вихідна сировина при отриманні гідросульфату (KHSO₄). Це з’єднання потрібно в багатьох галузях промисловості:

• Як складовий компонент флюсу в металургії.
• При виробництві барвників (сульфуючий компонент).
• В ювелірній справі (відбілювач).

Незамінний він і для науки: хіміки-аналітики використовують KHSO₄, щоб перевести деякі сполуки в легкорозчинні форми.

У країнах Європейського Союзу сульфат калію використовують як харчову добавку, біодобавку як регулятор кислотності (стабілізатор) при виробництві алкогольних напоїв, додають в дріжджові закваски при хлібопеченні і навіть іноді замінюють їм сіль в дієтичних продуктах.