אשלגן הידרוקסידי

אשלגן הידרוקסיד

שם סיסטמטי	Potassium hydroxide
שמות נוספים	Potash lye, UN# 1813/1814 (מוצק/תמיסה)
כתיב כימי	KOH
מסה מולרית	56.10564 גרם/מול
מראה	מוצק לבן
מספר CAS	1310-58-3
צפיפות	2.044 גרם/סמ"ק
מצב צבירה	מוצק
מסיסות	1100 גרם לליטר מים ב-25°C
ממסים	מתנול, אתנול, פרופנול
טמפרטורת היתוך	360 °C 633.15 K
טמפרטורת רתיחה	1,320 °C 1593.15 K
מקדם שבירה	1.409
בסיסיות	−0.7(KOH(aq) = K+ + OH–) ‏pKb
אנתלפיית התהוות סטנדרטית	−425.8 קילוג'ול למול
NFPA 704	0 ‏ 3 0

אשלגן הידרוקסידי או אשלגן קאוסטי הוא בסיס חזק. כתיב כימי: KOH. לאשלגן הידרוקסידי שימושים רבים בתעשייה, רובם מנצלים את תגובותיו עם חומצות ואת תכונותיו כחומר מְאַכֵּל. בשנת 2005 יוצרה בעולם כמות של כ-700 עד 800 אלף טון מהחומר. לאשלגן הידרוקסידי מגוון שימושים בתעשייה, ביניהם ייצור של סבון נוזלי בריכוז גבוה יחסית של חומר פעיל, אלקטרוליט בסוללת אלקליין והכנה של ביו דיזל.
בנוסף משמש אשלגן קאוסטי כחומר הפעיל במסירי שומנים רבים (כגון חומר לניקוי תנורים).

שיטה היסטורית להפקת אשלגן הידרוקסידי הייתה בשימוש בזמן העתיק בעזרת אפר עץ וסיד:

במשך ההיסטוריה, אשלגן הידרוקסידי היה מיוצר על ידי הוספה של אשלגן פחמתי לתמיסה מרוכזת של סידן הידרוקסידי. הריאקציה בין שני המלחים (מתטזה) הייתה מביאה להיווצרות סידן פחמתי מוצק ושקיעתו בתחתית הכלי, ולהיווצרות אשלגן הידרוקסידי כתמיסה הנוזלית שבכלי.

Ca(OH)₂ + K2CO₃ → CaCO₃ + 2 KOH

סינון הסידן הפחמתי המוצק מן התמיסה, והרתחת התמיסה הנוזלית תביא להפקת אשלגן הידרוקסידי מוצק.

$Ca(OH)_{2}+K_{2}CO_{3}\Rightarrow CaCO_{3}+2KOH$

שיטה מודרנית שהומצאה במאה ה-19 ליצירת אשלגן הידרוקסידי:

$2K^{+}+2H_{2}O+2e^{-}\Rightarrow H_{2}+2KOH$

תכונות ומבנה

אשלגן הידרוקסידי נמכר בדרך כלל ככדורים או חתיכות קטנות שקופות למחצה. כאשר מומס במים, האשלגן ההידרוקסידי פולט חום רב בתהליך אקסותרמי. תמיסות מימיות מרוכזות של KOH נקראות לעיתים "תמיסות אשלגן". KOH מוצק איננו מתייבש בקלות, אפילו בטמפרטורות גבוהות.

מבנה

בטמפרטורות גבוהות KOH מתגבש במבנה הגבישי של מלח בישול (NaCl). קבוצת ה-^-OH מאבדת את צורתה בצורה מהירה או אקראית, כך שקבוצת ה-⁻ OH היא אניון (יון בעל מטען שלילי) כדורי ברדיוס 1.53Å (שנמצא בין הרדיוס של יון הכלור, ⁻Cl, והרדיוס של יון הפלואור, ⁻F). בטמפרטורת החדר, קבוצות ה-⁻ OH מסודרות כאשר המרחק של קטיוני האשלגן, ⁺K, ואניוני ההידרוקסיל, ^-OH, נעים בין 2.69Å ל-3.15Å. מרחק זה תלוי בסידור של קבוצות ה-^-OH. אשלגן הידרוקסידי יוצר מונוהידראט, KOH • H₂O, דוהידראט, KOH • 2H₂O, וארבע הידראט KOH • 4H₂O.

יציבות תרמית

כמו נתרן הידרוקסידי (NaOH) גם לאשלגן ההידרוקסידי יציבות תרמית גבוהה. במצבו הגזי הוא דימרי. הודות ליציבותו הגבוה ונקודת ההתכה היחסית נמוכה שלו, KOH מגיע לרוב כגושים קטנים בצורות אשר שטח הפנים שלהן נמוך ומאפשר שימוש נוח ויעיל.

ריאקציות

בסיסיות, מסיסות ויובש

כ-121 ג' של KOH נמסים ב-100 מ"ל של מים בטמפרטורת החדר, לעומת 100 ג' של NaCl עבור אותה כמות מים באותה טמפרטורה. לכן, KOH מסיס מעט יותר מאשר NaOH. כוהלים בעלי מסה מולקולרית נמוכה כגון מתנול, אתנול ופרופנול יכולים לשמש גם הם כממיסים טובים. אלו משתתפים בתגובות סתירה^{[דרוש מקור]}, לדוגמה:

${\ce {KOH +CH3OH <=>> CH3OK + H2O}}$

בגלל זיקתו הגבוה למים, מתפקד האשלגן ההידרוקסידי כחומר סופג. לעיתים נעשה בו שימוש על מנת ליבש ממסים בסיסיים, במיוחד אמינים ופירידין.

KOH בתור נוקלאופיל בכימיה אורגנית

KOH כמו NaOH, מתפקד בתור מקור של ⁻ OH - אניון נוקלאופילי במיוחד (בעל משיכה חזקה לגרעין), המושך קשרים פולריים בתרכובות אורגניות ואי-אורגניות. תמיסה של KOH במים מבצע פעולת ספוניפיקציה על אסטרים:

${\ce {KOH + RCOOR' -> RCOOK + R'OH}}$

כאשר R הוא שרשרת ארוכה, התוצר נקרא סבון אשלגני. תוצאה זו מושגת על ידי ההרגשה ה"שמנונית" של KOH בעת מגע. שומנים על העור מומרים בזריזות לסבון וגליצרול. כאשר מומס, KOH משמש להחלפה של הלידים. תגובה כזאת שימושית במיוחד ליצירה של פנול מתאים עבור מגיב ארומטי נתון.

ריאקציות עם תרכובות אי-אורגניות

בהתאם לתכונתו של KOH כי הוא מגיב עם חומצות, הוא גם נקשר עם תחמוצות. לכן, KOH קושר עם צורן דו-חמצני על מנת ליצור אשלגן צורני (Potassium silicate). KOH מגיב עם פחמן דו-חמצני ויוצר אשלגן ביקרבונט:

${\ce {KOH + CO2 -> KHCO3}}$

ייצור

מבחינה היסטורית, KOH יוצר על ידי הוספה של אשלגן קרבונט (${\ce {K2CO3}}$) אל תמיסה חזקה של סידן הידרוקסידי (${\ce {Ca(OH)2}}$). תגובת המטתזה יוצרת משקע של סידן קרבונט, דבר הגורם להישארות של KOH בתמיסה:

${\ce {Ca(OH)2 + K2CO3 -> CaCO3 +2KOH}}$

אחרי סינון של הסידן קרבונט והרתחה של התמיסה, נקבל KOH. שיטת ייצור זו נשארה פופולרית עד סוף המאה ה-19, כאשר באותה תקופה הוחלפה השיטה הנ"ל לשיטה הנוכחית ובה משתמשים באלקטרוליזה של תמיסות של אשלגן כלורי. השיטה זהה לשיטת הייצור של נתרן הידרוקסידי (ראה: תהליך כלור-אלקלי):

${\ce {2KCl + 2H2O -> 2KOH + Cl2 +H2}}$

כתוצר לוואי, נוצר גז מימן על הקתודה. במקביל, אניון של כלור, ⁻Cl, מתחמצן ויוצר גז כלור כתוצר לוואי. הפרדה פיזית של האנודה והקתודה בתהליך זה היא חיונית למניעת היווצרותה של חומצה הידרוכלורית.

שימושים

KOH ו-NaOH שימושיים בתעשייה במגוון של מוצרים ותהליכים. NaOH לעיתים מועדף על פני KOH בגלל עלותו הזולה יחסית.

רבים ממלחי האשלגן מיוצרים על ידי תגובות סתירה הכוללות KOH. מלחי אשלגן כמו אשלגן קרבונט (${\ce {K2CO3}}$), אשלגן ציאניד (${\ce {KCN}}$), אשלגן פרמנגנט (${\ce {KMnO4}}$), אשלגן זרחן (${\ce {KH2PO4, K2HPO4, K3PO4}}$) וחומרים צורניים שונים, מוכנים על ידי הוספה של KOH לתחמוצות או לחומצות. המסיסות הגבוהה של אשלגן זרחתי היא תכונה שימושית בתחום הדישון.

ייצור של סבונים רכים

"סבוני אשלגן" הם סבונים רכים יותר מאשר סבונים המיוצרים מנתרן הידרוקסידי, אך לעומתם נפוצים פחות. הספוניפיקציה של שומנים עם KOH משמשת כדרך ההכנה של הסבונים האשלגניים. בזכות רכותם של סבונים אלו ומסיסותם הגבוה, סבוני אשלגן אינם דורשים הרבה מים כדי להיות נוזליים, ולכן מסוגלים להכיל יותר פקטורי ניקיון מאשר סבוני נתרן.

אלקטרוליט

אשלגן קרבונט הנוצר מתמיסה הידרוקסידית שנוזלת מסוללת אלקליין

KOH נוזלי משמש כאלקטרוליט בסוללות אלקליין המבוססות על ניקל-קדמיום, ניקל-מימן, ומנגן דו-חמצני-אבץ. אשלגן הידרוקסידי מוליך חשמל טוב יותר ולכן מועדף על פני נתרן הידרוקסידי. בטויוטה פריוס לדוגמה, סוללת הניקל מתכת-הידריד עושה שימוש באשלגן הידרוקסידי ובנתרן הידרוקסידי. סוללות ניקל-ברזל משתמשות גם הן באלקטרוליט של אשלגן הידרוקסידי.

תעשיית המזון

המרכז הלאומי למידע ביוטכנולוגי כתב על השימוש בKOH כך: KOH משמש כמעבה אוכל, מווסת pH, ומייצב אוכל. KOH נחשב על ידי הFDA כבטוח לאכילה בתור מקור אוכל ישיר לבני אדם. מוכר במספר E כ-E525.

שימושים נוספים

כמו נתרן הידרוקסידי, לאשלגן הידרוקסידי יש שימושים נוספים רבים, כאשר רוב מכריע שלהם מסתמך על היותו בסיס חזק ועל יכולתו לפרק מגוון רחב של חומרים. לדוגמה, בתהליך הקרוי "קרמציה כימית" או "רזומציה", אשלגן הידרוקסידי מזרז את פירוק והירקבות רקמות רכות ומשאיר מאחוריו עצמות בלבד ורקמות קשות אחרות. אנטמולוגים הרוצים לחקור את המבנה האנטומי של חרקים יכולים להשתמש בתמיסה מימית של 10% של KOH.

אשלגן הידרוקסידי שמיש ביותר בתרכובות המיועדות לניקוי וחיטוי משטחים וחומרים אך עליהם להיות עמידים בפני החלודה שKOH עלול ליצור.

KOH משמש בתהליך הייצור של שבבים מוליכים למחצה.

KOH משמש לרוב כמרכיב הפעיל הראשי בתכשירים להסרת עור יבש בתחום המניקור והאסתטיקה. מסיבה זו, שKOH פוגע בעור ועלול ליזור לעור בזקיקי שיערות, החומר משמש להסרה של פרווה מעורות. ראשית טובלים את העור בתמיסה מימית של KOH כדי להכין אותם לשלב הסרת הפרווה. אותו אפקט יכול לשמש להחלשת שיער אנושי בשביל גילוח.

מוצרי גילוח לעיתים מכילים KOH, וזאת משום שKOH הוא חומר היגרוסקופי. הKOH פוגע בעור סביב זקיקי השיער ולכן מרחיב אותם,דבר המאפשר (בזכות תכונת ההיגרוסקופיות) למים להימשך לתוך זקיקי השיער - דבר הגורם נזק נוסף לאותה השיערה. במצב הזה, גילוח השיערה יהיה קל הרבה יותר.

KOH משמש בנוסף לזיהוי מינים מסוימים של פטריות. ניתן לשים תמיסה מימית של KOH בריכוז של 3%-5% על הפטריה. לאחר מכן צבעה של הפטריה יכול להשתנות (אף שלא חייב).

בטיחות

אשלגן הידרוקסידי ותמיסותיו עלולים לגרום גירוי של העור ואף להזיק לעור ולרקמות.

ראו גם

• נתרן הידרוקסידי

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא אשלגן הידרוקסידי בוויקישיתוף