โพแทสเซียมซัลเฟต (K2SO4): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้การสังเคราะห์ - เคมี - 2024

โพแทสเซียมซัลเฟตเป็นสีขาวเกลือนินทรีย์หรือไม่มีสีที่มีสูตรทางเคมี K ₂ SO 4 เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วในศตวรรษที่สิบสี่โดยถูกเรียกในศตวรรษที่สิบเจ็ดว่า Salt duplicatum เนื่องจากเป็นการรวมกันของกรดเกลือและเกลืออัลคาไลน์

โพแทสเซียมซัลเฟตพบในรูปแร่ในอาร์คาไนต์ แต่การนำเสนอพบได้ทั่วไปในเกลือ Stassfurt ที่เรียกว่า สิ่งเหล่านี้คือการตกผลึกร่วมของโพแทสเซียมแมกนีเซียมแคลเซียมและโซเดียมซัลเฟตซึ่งสังเกตได้ในแร่ธาตุเช่นลีโอไนต์และโพลีฮาไลท์

สูตรโครงสร้างของโพแทสเซียมซัลเฟต ที่มา: Kemikungen

โพแทสเซียมซัลเฟตเป็นเกลือที่มีพิษต่ำและก่อให้เกิดการระคายเคืองเมื่อสัมผัสกับดวงตาทางเดินหายใจหรือทางเดินอาหารเท่านั้น ไม่มีหลักฐานของการก่อมะเร็งหรือการก่อกลายพันธุ์

โพแทสเซียมซัลเฟตใช้เป็นปุ๋ยโดยเฉพาะในพืชที่อ่อนแอต่อคลอไรด์ เช่นยาสูบและมันฝรั่ง สารประกอบนี้ให้โพแทสเซียมซึ่งเป็นหนึ่งในสารอาหารหลักสามชนิดในพืชและกำมะถันซึ่งมีอยู่ในโปรตีน

โครงสร้าง

ขั้นตอนของผลึก

โครงสร้างผลึกที่พันกันของโพแทสเซียมซัลเฟต ที่มา: Ra'ike (Wikipedia)

ในภาพแรกแสดงสูตรโครงสร้างของโพแทสเซียมซัลเฟต สำหรับแต่ละ SO ₄ ^2-ไอออนของ tetrahedral เรขาคณิตมีสอง K ⁺ไพเพอร์ซึ่งสามารถแสดงโดยทรงกลมสีม่วง (ภาพบน)

ดังนั้นข้างบนนี้เราจึงมีโครงสร้างผลึกออร์โธร์โมบิกของ K ₂ SO ₄โดยที่แอนไอออน SO ₄ ²แสดงด้วยทรงกลมสีเหลืองและสีแดง ในขณะที่ K ⁺ cations ที่กล่าวถึงแล้วเป็นทรงกลมสีม่วง (ค่อนข้างแข็งแกร่ง)

การเป็นตัวแทนนี้อาจทำให้เกิดความสับสนหากคุณคิดว่าแถบนั้นสอดคล้องกับลิงก์การประสานงานจริง แต่จะระบุว่าไอออนใดมีปฏิสัมพันธ์โดยตรงหรือใกล้ชิดกับไอออนอื่นที่อยู่รอบตัว นั่นคือเหตุผลที่ออกซิเจนแต่ละตัว "เชื่อมต่อ" กันด้วย K ⁺ 5 ตัว(O ₃ SO ^2- - K ⁺ ) และในทางกลับกันด้วยออกซิเจน 10 ตัวจากแอนไอออนซัลเฟตที่อยู่รอบ ๆ

จากนั้นจะมีทรงกลมประสานที่ "หายาก" สำหรับโพแทสเซียมใน K ₂ SO ₄ :

ทรงกลมของโพแทสเซียมไอออนในเกลือซัลเฟต ที่มา: Smokefoot

ผลึกนี้สอดคล้องกับโครงสร้าง polymorph β-K ₂ SO 4 เมื่อได้รับความร้อนถึง 583 ºCการเปลี่ยนจะเกิดขึ้นกับเฟสα-K ₂ SO ₄ซึ่งเป็นรูปหกเหลี่ยม

การพันกันของไอออน

แน่นอนว่าโครงสร้างของ K ₂ SO ₄นั้นซับซ้อนผิดปกติสำหรับเกลืออนินทรีย์ ไอออนของมันอยู่ในตำแหน่งที่ก่อให้เกิดการพันกันที่ไร้ความหมายและเมื่อมองแวบแรกขาดระยะ

ผู้ที่ทุ่มเทให้กับการตกผลึกสามารถเข้าใกล้สิ่งที่ยุ่งเหยิงนี้ด้วยวิธีที่เหมาะสมและเป็นคำอธิบายมากขึ้นโดยสังเกตจากแกนเชิงพื้นที่ทั้งสาม

โปรดทราบว่าโครงสร้างที่พันกันของมันสามารถอธิบายได้ว่าทำไม K ₂ SO ₄จึงไม่ก่อตัวเป็นไฮเดรต: โมเลกุลของ H ₂ O ไม่มีทางที่จะทะลุผ่านตาข่ายคริสตัลเพื่อไฮเดรตโพแทสเซียมไอออนได้

นอกจากนี้ด้วยปฏิสัมพันธ์มากมายที่รวมอยู่ในการพันกันของไอออนจึงคาดว่าโครงตาข่ายคริสตัลนี้จะมีความเสถียรต่อความร้อนค่อนข้างน้อย และในความเป็นจริงก็เป็นเช่นนั้นเนื่องจากจุดหลอมเหลวของ K ₂ SO ₄คือ 1,069 ºCซึ่งแสดงให้เห็นว่าไอออนของมันเหนียวแน่น

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

โพแทสเซียมซัลเฟต

ชื่อ

- โพแทสเซียมซัลเฟต

- ซัลเฟตของโปแตช

- อาร์คาไนต์

- ซัลเฟอร์โพแทสเซียม

มวลโมลาร์

174.259 ก. / โมล

ลักษณะทางกายภาพ

ผลึกสีขาวไม่มีกลิ่นรสขมเม็ดหรือผงแข็ง

ความหนาแน่น

2.66 ก. / ซม. ³

จุดหลอมเหลว

1,069 ºC

จุดเดือด

1,689 ºC

ความสามารถในการละลายน้ำ

111 g / L ที่ 20 ºC

120 g / L ที่ 25 ºC

240 g / L ที่ 100 ºC

ความสามารถในการละลายในน้ำลดลงเนื่องจากมีโพแทสเซียมคลอไรด์ KCl หรือแอมโมเนียมซัลเฟต (NH ₄ ) ₂ SO ₄เนื่องจากผลของไอออนทั่วไป

การละลายในตัวทำละลายอินทรีย์

ละลายได้เล็กน้อยในกลีเซอรอล แต่ไม่ละลายในอะซิโตนและคาร์บอนซัลไฟด์

ดัชนีหักเห (nD)

1,495

การเกิดปฏิกิริยา

โพแทสเซียมซัลเฟตสามารถทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกทำให้เป็นกรดกลายเป็นโพแทสเซียมไบซัลเฟต (KHSO ₄ ) สามารถลดลงที่อุณหภูมิสูงเป็นโพแทสเซียมซัลไฟด์ (K ₂ S)

สังเคราะห์

วิธีแรก

โพแทสเซียมซัลเฟตถูกสังเคราะห์โดยทำปฏิกิริยาโพแทสเซียมคลอไรด์กับกรดซัลฟิวริก การสังเคราะห์โพแทสเซียมซัลเฟตเกิดขึ้นในสองขั้นตอน ขั้นตอนแรกเกี่ยวข้องกับการสร้างโพแทสเซียมไบซัลเฟต

นี่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนเมื่อปล่อยความร้อนออกมาจึงไม่ต้องใช้แหล่งจ่ายความร้อนภายนอก ปฏิกิริยาจะดำเนินการที่อุณหภูมิห้อง

KCl + H ₂ SO ₄ => HCl + KHSO ₄

ขั้นตอนที่สองของปฏิกิริยาคือการดูดความร้อนกล่าวคือต้องมีการจัดหาความร้อนเพื่อให้มันเกิดขึ้น

KCl + KHSO ₄ => HCl + K ₂ SO ₄

วิธีที่สอง

โพแทสเซียมซัลเฟตสามารถสังเคราะห์ได้โดยปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางของกรดซัลฟิวริกกับเบสโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์:

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

วิธีที่สาม

โพแทสเซียมซัลเฟตเกิดจากปฏิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ออกซิเจนโพแทสเซียมคลอไรด์และน้ำ

วิธีที่สี่

โพแทสเซียมซัลเฟตผลิตโดยการสกัดโพแทสเซียมซัลเฟตที่มีอยู่ในน้ำเกลือจากแอ่ง Loop Nur ประเทศจีน โพแทสเซียมซัลเฟตถูกแยกออกจากส่วนประกอบที่ไม่ละลายน้ำของน้ำเกลือโดยการเติมสารประกอบโซเดียมไตรโพลีฟอสเฟต / ยูเรียฟอสเฟตที่เป็นกรด

สารประกอบนี้เพิ่มความแตกต่างระหว่างความสามารถในการละลายของโพแทสเซียมซัลเฟตและความสามารถในการละลายของสารประกอบอื่น ๆ ที่ละลายน้ำได้น้อยกว่าซึ่งเป็นไปตามที่ผู้สร้างวิธีการนี้เป็นโพแทสเซียมซัลเฟตบริสุทธิ์ 100% ในความหมายที่เข้มงวดไม่ใช่วิธีการสังเคราะห์ แต่เป็นวิธีการสกัดแบบใหม่

การประยุกต์ใช้งาน

ปุ๋ย

โพแทสเซียมซัลเฟตใช้ในพืชยาสูบ ที่มา: pxhere.

การใช้โพแทสเซียมซัลเฟตเป็นปุ๋ยเป็นการใช้หลัก 90% ของการผลิตทั้งหมดถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์นี้ การใช้งานเป็นที่ต้องการของโพแทสเซียมคลอไรด์ในพืชที่มีความไวต่อการปรากฏตัวของคลอไรด์ในดิน เช่นยาสูบ

โพแทสเซียมซัลเฟตมีโพแทสเซียม 40-44% ในขณะที่ความเข้มข้นของกำมะถันคิดเป็น 17-18% ของสารประกอบ โพแทสเซียมมีความจำเป็นในการทำหน้าที่ที่จำเป็นหลายประการสำหรับพืชเนื่องจากมันกระตุ้นปฏิกิริยาของเอนไซม์การสังเคราะห์โปรตีนการสร้างแป้งเป็นต้น

นอกจากนี้โพแทสเซียมมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมการไหลของน้ำในใบ กำมะถันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนเนื่องจากมีอยู่ในกรดอะมิโนที่มีอยู่ เช่นเมไทโอนีนซีสเทอีนและซีสตีนและยังเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเอนไซม์

แม้แต่โพแทสเซียมซัลเฟตก็ถูกใช้โดยการฉีดพ่นบนใบในอนุภาคโพแทสเซียมซัลเฟตที่มีขนาดเล็กกว่า 0.015 มม.

ใช้ในอุตสาหกรรมและเป็นวัตถุดิบ

โพแทสเซียมซัลเฟตดิบใช้ในการผลิตแก้วและในการผลิตสารส้มและโพแทสเซียมคาร์บอเนต ใช้เป็นตัวทำปฏิกิริยาในการผลิตเครื่องสำอาง ใช้ในการผลิตเบียร์เป็นสารแก้ไขน้ำ

ยา

ใช้เพื่อแก้ไขความเข้มข้นของโพแทสเซียมในเลือดที่ลดลงอย่างรุนแรง (ภาวะโพแทสเซียมในเลือด) ซึ่งเกิดจากการใช้ยาขับปัสสาวะมากเกินไปซึ่งจะเพิ่มการขับโพแทสเซียมในปัสสาวะ

โพแทสเซียมเป็นไอออนภายในเซลล์หลักของเซลล์ที่เคลื่อนไหวได้รวมทั้งเซลล์หัวใจ ดังนั้นการลดลงอย่างรุนแรงของโพแทสเซียมในพลาสมาจะส่งผลต่อการทำงานของหัวใจและต้องได้รับการแก้ไขทันที

โพแทสเซียมซัลเฟตมีฤทธิ์ในการขับปัสสาวะกล่าวคือช่วยขับอุจจาระออกจากลำไส้ใหญ่ ด้วยเหตุนี้จึงมีการใช้ส่วนผสมของโพแทสเซียมแมกนีเซียมและโซเดียมซัลเฟตเพื่อล้างลำไส้ของอุจจาระก่อนทำการส่องกล้องซึ่งจะช่วยให้แพทย์มองเห็นภาพของลำไส้ใหญ่ได้ดีขึ้น

สัตวแพทย์

โพแทสเซียมซัลเฟตถูกใช้เพื่อลดความต้องการของเมไทโอนีนในอาหารสัตว์ปีก การมีโพแทสเซียมซัลเฟต 0.1% ในอาหารของไก่ไข่มีความสัมพันธ์กับการผลิตไข่ที่เพิ่มขึ้น 5%

เครื่องปรุงอาหาร

เป็นสารแต่งกลิ่นที่ทำให้อาหารมีรสขมและเค็มซึ่งเป็นที่ต้องการในอาหารบางชนิด นอกจากนี้ยังมีข้อสังเกตว่าโพแทสเซียมซัลเฟตมีรสพื้นฐานสี่อย่าง ได้แก่ ความหวานความขมความเป็นกรดและความเค็ม

ความเค็มความเป็นกรดและความขมจะเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของโพแทสเซียมซัลเฟตในขณะที่ความหวานจะลดลง

การใช้งานอื่น ๆ

โพแทสเซียมซัลเฟตถูกใช้เป็นดอกไม้ไฟร่วมกับโพแทสเซียมไนเตรตเพื่อให้เกิดเปลวไฟสีม่วง ใช้เป็นตัวลดแสงแฟลชในการชาร์จของปืนใหญ่

นอกจากนี้ยังใช้เป็นสารเพิ่มความหนืดในผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางเช่นครีมทาหน้า

ความเสี่ยง

โพแทสเซียมซัลเฟตเป็นสารประกอบที่เป็นพิษต่ำและมีความสามารถในการตายต่ำมาก LD50 สำหรับขนาดทางปากในหนูคือ 6,600 มก. / กก. ของน้ำหนักสัตว์ซึ่งบ่งชี้ว่าต้องใช้ยาในปริมาณสูงเพื่อทำให้หนูตาย ค่า LD50 เดียวกันนี้เกิดขึ้นในหนู

ในดวงตาเมื่อสัมผัสโพแทสเซียมซัลเฟตอาจทำให้เกิดการระคายเคืองทางกล โพแทสเซียมซัลเฟตบนผิวหนังทำให้เกิดความเสียหายเพียงเล็กน้อยต่อการจัดการในอุตสาหกรรม

หากกลืนกินโพแทสเซียมซัลเฟตอาจทำให้เกิดการระคายเคืองในระบบทางเดินอาหารร่วมกับคลื่นไส้อาเจียนและท้องร่วง และประการสุดท้ายการสูดดมฝุ่นโพแทสเซียมซัลเฟตทำให้เกิดการระคายเคืองต่อทางเดินหายใจ

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019). โพแทสเซียมซัลเฟต สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019). โพแทสเซียมซัลเฟต ฐานข้อมูล PubChem CID = 24507 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Brian Clegg (5 กรกฎาคม 2561). โพแทสเซียมซัลเฟต ราชสมาคมเคมี. ดึงมาจาก: chemistryworld.com
5. Marie T. Averbuch-Pouchot, A.Durif. (สิบเก้าสิบหก) หัวข้อในเคมีฟอสเฟต. วิทยาศาสตร์โลก ดึงมาจาก: books.google.co.ve
6. หนังสือเคมี. (2017) โพแทสเซียมซัลเฟต สืบค้นจาก: chemicalbook.com
7. Shoujiang L. และคณะ (2019). การทำให้บริสุทธิ์และการละลายอย่างรวดเร็วของโพแทสเซียมซัลเฟตในสารละลายในน้ำ DOI: 10.1039 / C8RA08284G
8. ยาแบงค์. (2019). โพแทสเซียมซัลเฟต กู้คืนจาก: drugbank.ca
9. บริษัท โมเสค (2019). โพแทสเซียมซัลเฟต โภชนาการพืชผล. สืบค้นจาก: cropnutrition.com
10. ยาเสพติด (2018) โซเดียมซัลเฟตโพแทสเซียมซัลเฟตและแมกนีเซียมซัลเฟต (ช่องปาก) ดึงมาจาก: drugs.com