Сульфат калия

Сульфат калия был известен с начала 14-го века, изучен Глаубером, Бойлем и Тахеусом. В 17 веке он был назван arcanuni или sal duplicatum — эти названия были для кислот и щелочных солей.

В природе находится на месторождениях калийных солей. Присутствует в водах солёных озёр.

Бесцветные кристаллы, ромбическая сингония (a = 0,742 нм, b = 1,001 нм, c = 0,573 нм, Z = 4, пространственная группа Pnam). При температуре выше 584 °C переходит в гексагональную модификацию (a = 0,5947 нм, c = 0,8375 нм, Z = 2, пространственная группа P6₃/mmc).

Хорошо растворим в воде, не подвергается гидролизу. Нерастворим в концентрированных растворах щелочей или в чистом этаноле.

Вкус горько-солёный^[1].

Минеральные формы чистого сульфата калия относительно редки. Минерал арканит (англ. Arcanite) состоит из чистого K₂SO₄, представляет собой белые или прозрачные кристаллы, встречается в Калифорнии (США).

Есть много минералов, содержащих соли калия:

• Каинит — MgSO₄·KCl·H₂O
• Глазерит — 2K₂SO₄·Na₂SO₄
• Шёнит — K₂SO₄·MgSO₄·6H₂O
• Леонит — K₂SO₄·MgSO₄·4H₂O
• Лангбейнит — K₂SO₄·2MgSO₄
• Полигалит — K₂SO₄·MgSO₄·2CaSO₄·2H₂O
• Сингенит — K₂SO₄·CaSO₄·H₂O

Промышленные методы получения основаны на обменных реакциях KCl с различными сульфатами и в результате сульфат калия, как правило, сильно загрязнён побочными продуктами:

${\displaystyle {\mathsf {2KCl+2MgSO_{4}\rightleftarrows K_{2}SO_{4}\cdot MgSO_{4}+MgCl_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}\cdot MgSO_{4}+2KCl\rightleftarrows 2K_{2}SO_{4}+MgCl_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KCl+Na_{2}SO_{4}\rightleftarrows K_{2}SO_{4}+2NaCl}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KCl+CaSO_{4}\cdot 2H_{2}O\rightleftarrows K_{2}SO_{4}+CaCl_{2}+2H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KCl+FeSO_{4}\rightleftarrows K_{2}SO_{4}+FeCl_{2}}}}$

Наиболее чистый продукт получают, обрабатывая твёрдый хлорид калия концентрированной серной кислотой:

${\displaystyle {\mathsf {2KCl+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {>100^{o}C}}K_{2}SO_{4}+2HCl\uparrow }}}$

Прокаливанием с углём минерала лангбейнита:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}\cdot 2MgSO_{4}+2C{\xrightarrow {>T}}K_{2}SO_{4}+2Mg\downarrow +2CO_{2}\uparrow +2SO_{2}\uparrow }}}$

В лабораторной практике применяют следующие методы:

• из оксида калия:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}O+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}K_{2}SO_{4}+H_{2}O}}}$

• вытеснением из слабых или неустойчивых кислот:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}CO_{3}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}K_{2}SO_{4}+CO_{2}\uparrow +H_{2}O}}}$

• из щёлочи и разбавленной кислоты:

${\displaystyle {\mathsf {2KOH+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {}}K_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}}$

• из гидросульфата калия:

${\displaystyle {\mathsf {2KHSO_{4}{\xrightarrow {240^{o}C}}K_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {KHSO_{4}+KOH{\xrightarrow {}}K_{2}SO_{4}+H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KHSO_{4}+KCl{\xrightarrow {500^{o}C}}K_{2}SO_{4}+HCl\uparrow }}}$

• окислением сульфида калия:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}S+2O_{2}{\xrightarrow {>500^{o}C}}K_{2}SO_{4}}}}$

• из надперекиси калия:

${\displaystyle {\mathsf {2KO_{2}+S{\xrightarrow {140^{o}C}}K_{2}SO_{4}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {2KO_{2}+SO_{2}{\xrightarrow {100^{o}C}}K_{2}SO_{4}+O_{2}\uparrow }}}$

Сульфат калия получается при нагреве сульфита калия до температуры в 600 °C:

${\displaystyle {\mathsf {4K_{2}SO_{3}{\xrightarrow {600^{o}C}}K_{2}S+3K_{2}SO_{4}}}}$

Окисление серы бихроматом калия:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}Cr_{2}O_{7}+S{\xrightarrow {800-1000^{o}C}}\ Cr_{2}O_{3}+K_{2}SO_{4}}}}$

Взаимодействием сульфата аммония и гидроксид калия:

${\displaystyle {\mathsf {(NH_{4})_{2}SO_{4}+2KOH\rightarrow K_{2}SO_{4}+2NH_{3}\uparrow +2H_{2}O}}}$

Как соль двухосновной кислоты образует кислые соли:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}\rightleftarrows 2KHSO_{4}}}}$

Как все сульфаты взаимодействует с растворимыми соединениями бария:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}+BaCl_{2}{\xrightarrow {}}2KCl+BaSO_{4}\downarrow }}}$

Восстанавливается до сульфида:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}+4H_{2}{\xrightarrow {600^{o}C,Fe_{2}O_{3}}}K_{2}S+4H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}+4C{\xrightarrow {900^{o}C}}K_{2}S+4CO\uparrow }}}$

С оксидом серы образует пиросульфат:

${\displaystyle {\mathsf {K_{2}SO_{4}+SO_{3}{\xrightarrow {}}K_{2}S_{2}O_{7}}}}$

Основной потребитель сульфата калия — сельское хозяйство. Сульфат калия является ценным бесхлорным удобрением. Эффективность сульфата калия лучше проявляется на бедных калием дерново-подзолистых почвах гранулометрического состава и торфяных почвах. На чернозёмных почвах он применяется обычно под культуры, которые усваивают много калия и натрия (сахарная свёкла, подсолнечники, плодовые, для корнеплодов, овощей). На каштановых и серозёмных почвах используют в зависимости от вида культуры, технологии выращивания и содержания калия в почве. Сульфат калия намного эффективнее влияет на величину урожая и его качество, если его применять в комплексе с азотными и фосфорными удобрениями. На кислых почвах действие сульфата калия повышается на фоне использования извести.

Калий повышает содержание сахаров и витаминов в выращиваемой продукции, а подкормки в конце августа-сентябре способствуют лучшему зимованию плодово-ягодным и декоративным деревьям и кустарникам. Используется на различных почвах, под все культуры, а также для комнатного и балконного цветоводства. Сульфат калия пригоден для всех способов внесения: основного (при перекопке почвы весной или осенью) и для подкормки в течение вегетационного периода.^[2]

Применяется в первую очередь под культуры, чувствительные к хлору, положительно влияя на урожай растений семейства крестоцветных (капуста, брюква, турнепс и др.), бобовых, картофеля, ягодных кустарников, земляники и винограда. Для эффективного воздействия на урожай рекомендуется внесение сульфата калия осенью под перекопку. Весной необходимо внести удобрение за месяц до посадки растений. Глубина заделки на лёгких почвах — 5—10 см, на тяжёлых — не менее 15 см. Летом лучше использовать корневые и внекорневые подкормки растворами сульфата калия при появлении у растений признаков калийного голодания^[3].

Также сульфат калия используется в производстве стекла, различных квасцов и других соединений калия, как флюс в металлургии.

В Европейском союзе допущен к использованию как пищевая добавка E515. Она относится к эмульгаторам, которые используют для получения однородной массы из несмешиваемых компонентов (например, воды с маслом). Также Е515 применяется при промышленном производстве продуктов питания для регулирования кислотности^[4].

Недостаток калия в растениях приводит к снижению интенсивности фотосинтеза и синтеза белка, что влияет на качество урожая и увеличивает его восприимчивость к различным грибам в период роста растений и хранения. При долгом калийном голодании листья приобретают бронзовый отлив. Также дефицит калия можно заподозрить по следующим признакам^[5]:

• листья растений имеют неправильную форму;
• на листьях появляются бурые пятна;
• короткие междоузлия;
• на нижних листьях картофеля проявляется «краевой ожог».

При избытке калия в растениях появляются признаки, характерные для недостатка железа, цинка, марганца и магния^[5]:

• побурение верхних листьев;
• тонкие и мелкие новые листья;
• быстрое увядание при достатке влаги в почве из-за плохого всасывания;
• толстая кожура плодов.

Следующие действия сульфатом калия на части тела могут вызвать:

• Глаза: попадание пыли может вызвать механическое раздражение,
• Кожа: попадание на кожу может вызвать раздражение,
• Проглатывание: употребление в пищу больших количеств может вызвать раздражение желудочно-кишечного тракта,
• Вдыхание: при вдыхании может вызвать раздражение дыхательных путей,
• При хроническом употреблении сульфата калия: отравления могут возникать в редких случаях длительного воздействия.