KALIUMSULFAT (K2SO4): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNG, SYNTHESE - CHEMIE - 2025

Das Kaliumsulfat ist ein anorganisches Salz, weiß oder farblos mit der chemischen Formel K ₂ SO ₄ . Es war bereits im 14. Jahrhundert bekannt und wurde im 17. Jahrhundert als Salt Duplicatum bezeichnet, da es eine Kombination aus einem sauren Salz und einem alkalischen Salz ist.

Kaliumsulfat kommt in Arcanit in mineralischer Form vor, seine Präsentation ist jedoch häufiger in den sogenannten Stassfurter Salzen. Dies sind Co-Kristallisationen von Kalium-, Magnesium-, Calcium- und Natriumsulfaten, die in Mineralien wie Leonit und Polyhalogenit beobachtet werden können.

Strukturformel von Kaliumsulfat. Quelle: Kemikungen

Kaliumsulfat ist ein wenig toxisches Salz und verursacht nur bei Kontakt mit den Augen, den Atemwegen oder dem Verdauungstrakt Reizungen. Es gibt keine Hinweise auf eine krebserzeugende oder mutagene Wirkung.

Kaliumsulfat wird als Dünger verwendet, insbesondere in Kulturen, die anfällig für Chloride sind. Dies ist der Fall bei Tabak und Kartoffeln. Die Verbindung liefert Kalium, einen der drei Hauptnährstoffe in Pflanzen, und Schwefel, der in ihren Proteinen vorhanden ist.

Struktur

Kristalline Phasen

Verwickelte kristalline Struktur von Kaliumsulfat. Quelle: Ra'ike (Wikipedia)

Im ersten Bild wurde die Strukturformel von Kaliumsulfat gezeigt. Für jedes SO ₄ ² -Anion mit tetraedrischer Geometrie gibt es zwei K ⁺ -Kationen , die durch violette Kugeln dargestellt werden können (oberes Bild).

So haben wir oben die orthorhombische Kristallstruktur von K ₂ SO ₄ , wobei die Anionen SO ₄ ^2- durch gelbe und rote Kugeln dargestellt sind; während die bereits erwähnten K ⁺ -Kationen die violetten Kugeln sind (etwas robust).

Diese Darstellung kann zu Verwirrung führen, wenn Sie der Meinung sind, dass die Balken tatsächlich Koordinationsverknüpfungen entsprechen. Sie zeigen vielmehr an, welches Ion direkt oder eng mit einem anderen um es herum interagiert. Deshalb ist jeder Sauerstoff mit fünf K ⁺ (O ₃ SO ² - K ⁺ ) "verbunden" , und diese wiederum mit zehn Sauerstoffatomen aus anderen umgebenden Sulfatanionen.

Es gibt dann eine etwas "seltene" Koordinationssphäre für Kalium in K ₂ SO ₄ :

Koordinationssphäre für Kaliumionen in ihrem Sulfatsalz. Quelle: Rauchfuß

Diese kristalline Struktur entspricht dem polymorphen β-K ₂ SO ₄ . Beim Erhitzen auf 583 ºC tritt ein Übergang zur hexagonalen α-K ₂ SO ₄ -Phase auf .

Ionengewirr

Sicherlich ist die Struktur von K ₂ SO ₄ für ein anorganisches Salz ungewöhnlich kompliziert. Seine Ionen sind so positioniert, dass sie eine Art bedeutungsloses Gewirr bilden und auf den ersten Blick keine Periodizität aufweisen.

Diejenigen, die sich der Kristallographie widmen, können sich diesem Gewirr angemessener und beschreibender nähern und es von den drei räumlichen Achsen aus beobachten.

Es ist zu beachten, dass seine verwickelte Struktur erklären könnte, warum K ₂ SO ₄ keine Hydrate bildet: H ₂ O- Moleküle können das Kristallgitter nicht durchdringen, um Kaliumkationen zu hydratisieren.

Auch bei so vielen Wechselwirkungen, die im Ionengewirr enthalten sind, ist zu erwarten, dass dieses Kristallgitter eine gewisse Stabilität gegen Hitze aufweist; und tatsächlich ist dies der Fall, da der Schmelzpunkt von K ₂ SO ₄ 1.069 ºC beträgt, was zeigt, dass seine Ionen stark kohäsiv sind.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Kaliumsulfat Aussehen

Namen

-Kaliumsulfat

-Sulfat von Kali

-Arcanit

-Schwefelkalium

Molmasse

174,259 g / mol

Aussehen

Weißer, geruchloser, bitter schmeckender Kristall, Granulat oder Pulverfeststoff.

Dichte

2,66 g / cm ³

Schmelzpunkt

1.069 ºC

Siedepunkt

1.689 ºC

Wasserlöslichkeit

111 g / l bei 20 ºC

120 g / l bei 25 ºC

240 g / l bei 100 ºC

Die Löslichkeit in Wasser nimmt aufgrund der Anwesenheit von Kaliumchlorid, KCl oder Ammoniumsulfat (NH ₄ ) ₂ SO ₄ aufgrund der Wirkung des gemeinsamen Ions ab.

Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln

In Glycerin schwer löslich, in Aceton und Schwefelkohlenstoff jedoch unlöslich.

Brechungsindex (nD)

1.495

Reaktivität

Kaliumsulfat kann mit Schwefelsäure reagieren und unter Bildung von Kaliumbisulfat (KHSO ₄ ) ansäuern . Es kann bei hohen Temperaturen zu Kaliumsulfid (K ₂ S) reduziert werden .

Synthese

Erste Methode

Kaliumsulfat wird durch Umsetzung von Kaliumchlorid mit Schwefelsäure synthetisiert. Die Synthese von Kaliumsulfat erfolgt in zwei Schritten. Der erste Schritt beinhaltet die Bildung von Kaliumbisulfat.

Dies ist eine exotherme Reaktion, da sie Wärme abgibt und daher keine externe Wärmeversorgung erfordert. Die Reaktion wird bei Raumtemperatur durchgeführt.

KCl + H ₂ SO ₄ => HCl + KHSO ₄

Der zweite Schritt der Reaktion ist endotherm, dh es erfordert die Zufuhr von Wärme, damit sie auftritt.

KCl + KHSO ₄ => HCl + K ₂ SO ₄

Zweite Methode

Kaliumsulfat kann durch Neutralisationsreaktion von Schwefelsäure mit einer Base, Kaliumhydroxid, synthetisiert werden:

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

Dritte Methode

Kaliumsulfat entsteht durch die Reaktion von Schwefeldioxid, Sauerstoff, Kaliumchlorid und Wasser.

Vierte Methode

Kaliumsulfat wird durch Extraktion des in einer Salzlösung vorhandenen Kaliumsulfats aus dem Loop Nur-Becken in China hergestellt. Das Kaliumsulfat wird durch Zugabe der Säuerungsverbindung Natriumtripolyphosphat / Harnstoffphosphat von den unlöslichen Bestandteilen der Salzlösung getrennt.

Diese Verbindung erhöht den Unterschied zwischen der Löslichkeit von Kaliumsulfat und der Löslichkeit anderer weniger löslicher Verbindungen und erreicht nach Angaben der Hersteller des Verfahrens ein 100% reines Kaliumsulfat. Im engeren Sinne handelt es sich nicht um eine Synthesemethode, sondern um eine neuartige Extraktionsmethode.

Anwendungen

Dünger

Kaliumsulfat wird in Tabakpflanzen verwendet. Quelle: Pxhere.

Die Verwendung von Kaliumsulfat als Dünger ist seine Hauptanwendung. Zu diesem Zweck werden 90% der Gesamtproduktion verwendet. Seine Verwendung ist der von Kaliumchlorid in solchen Kulturen vorzuziehen, die gegenüber dem Vorhandensein von Chlorid im Boden empfindlich sind; zum Beispiel das von Tabak.

Kaliumsulfat hat einen Kaliumgehalt von 40-44%, während seine Schwefelkonzentration 17-18% der Verbindung ausmacht. Kalium ist notwendig, um viele wesentliche Funktionen für Pflanzen zu erfüllen, da es enzymatische Reaktionen, Proteinsynthese, Stärkebildung usw. aktiviert.

Darüber hinaus ist Kalium an der Regulierung des Wasserflusses in den Blättern beteiligt. Schwefel ist für die Proteinsynthese notwendig, da es in Aminosäuren vorhanden ist, die es besitzen; Dies ist der Fall bei Methionin, Cystein und Cystin und es ist auch an enzymatischen Reaktionen beteiligt.

Sogar Kaliumsulfat wird verwendet, indem auf die Blätter Kaliumsulfatpartikel gesprüht werden, die kleiner als 0,015 mm sind.

Industrielle Verwendung und als Rohstoff

Rohes Kaliumsulfat wird bei der Herstellung von Glas und bei der Herstellung von Alaun und Kaliumcarbonat verwendet. Es wird als Reagenz bei der Herstellung von Kosmetika verwendet. Es wird bei der Herstellung von Bier als Wasserkorrekturmittel verwendet.

Medizin

Es wird verwendet, um eine starke Abnahme der Plasma-Kaliumkonzentration (Hypokaliämie) zu korrigieren, die durch einen übermäßigen Einsatz von Diuretika verursacht wird, die die Kaliumausscheidung im Urin erhöhen.

Kalium ist das intrazelluläre Hauption anregbarer Zellen, einschließlich Herzzellen. Daher beeinträchtigt eine starke Abnahme des Kaliums im Plasma die Herzfunktion und muss sofort korrigiert werden.

Kaliumsulfat hat eine kathartische Wirkung, das heißt, es begünstigt den Ausstoß von Kot aus dem Dickdarm. Aus diesem Grund wird eine Mischung aus Kalium-, Magnesium- und Natriumsulfaten verwendet, um den Dickdarm vom Stuhl zu befreien, bevor eine Koloskopie durchgeführt wird, die eine bessere Visualisierung des Dickdarms durch den Arzt ermöglicht.

Veterinär

Kaliumsulfat wurde verwendet, um den Methioninbedarf im Geflügelfutter zu verringern. Das Vorhandensein von 0,1% Kaliumsulfat im Futter von Legehennen ist mit einer Steigerung der Eiproduktion um 5% verbunden.

Lebensmittelaroma

Es ist ein Aromastoff, der Lebensmitteln einen bitteren und salzigen Geschmack verleiht, der bei einigen von ihnen wünschenswert ist. Zusätzlich wird angemerkt, dass Kaliumsulfat mit den vier Grundaromen ausgestattet ist: Süße, Bitterkeit, Säure und Salzgehalt.

Salzgehalt, Säuregehalt und Bitterkeit nehmen mit der Konzentration von Kaliumsulfat zu, während die Süße abnimmt.

Andere Verwendungen

Kaliumsulfat wird als Pyrotechnik in Kombination mit Kaliumnitrat verwendet, um eine violette Flamme zu erzeugen. Es wird als Blitzreduzierer in den Ladungen von Artillerie-Triebwerken verwendet.

Darüber hinaus wird es als viskositätserhöhendes Mittel in kosmetischen Produkten wie Gesichtscremes eingesetzt.

Risiken

Kaliumsulfat ist eine wenig toxische Verbindung mit einer sehr geringen Letalität. Die LD50 für die orale Dosis bei Mäusen beträgt 6.600 mg / kg Tiergewicht, was darauf hinweist, dass eine hohe Dosis erforderlich ist, um den Tod der Maus zu verursachen. Der gleiche LD50-Wert tritt bei Ratten auf.

In den Augen kann Kaliumsulfat bei Kontakt mechanische Reizungen verursachen. Kaliumsulfat schädigt auf der Haut das industrielle Handling kaum.

Kaliumsulfat kann beim Verschlucken Magen-Darm-Reizungen mit Übelkeit, Erbrechen und Durchfall verursachen. Und schließlich führt das Einatmen des Kaliumsulfatstaubs zu Reizungen der Atemwege.

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