Interested Article - Надпероксид калия

Надперокси́д ка́лия (диоксид калия, супероксид калия; KO ₂ ) — неорганическое соединение жёлтого цвета, которое образуется в результате сгорания расплавленного калия в чистом кислороде . Используется наряду с надпероксидом натрия во многих системах жизнеобеспечения , в кислородных масках на пассажирских самолётах , а также в изолирующих противогазах . Молекулярный вес 71,10. Температура плавления при нормальном атмосферном давлении 490—530 °C , в вакууме ( 1—2 мм рт. ст. ) 350—415 °C . Гигроскопичен, поглощает из воздуха водяные пары и углекислый газ , выделяет кислород , реагируя с углекислым газом. Реагирует с водой и этанолом . Плотность 2,158 г/см³ . Реакция с водой очень бурная, экзотермическая , может происходить со взрывом, поэтому недопустим контакт вещества или изделий, содержащих его (регенеративные патроны) с водой.

Получение

Простой способ получения состоит в сгорании калия в чистом кислороде:

{\mathsf {K+O_{2}\ {\xrightarrow {\ \ }}\ KO_{2}}}

При этом продукт загрязнён примесью K ₂ O ₂ .

К экзотическим можно отнести способ окисления кислородом раствора калия в жидком аммиаке при ≈ −50 °C :

{\mathsf {K\ {\xrightarrow {O_{2}}}\ K_{2}O_{2}\ {\xrightarrow {O_{2},\tau ^{o}C}}\ KO_{2}}}

при этом состав зависит от температуры проведения реакции — чем она выше, тем большая степень окисления.

Физические свойства

Оранжево-жёлтые кристаллы тетрагональной сингонии , пространственная группа I 4/mmm , параметры ячейки a = 0,570 нм , b = 0,672 нм , Z = 4 , упаковка типа CaC ₂ .

Температура плавления 535 °C под избыточным давлением кислорода.

Раньше надпероксиду калия приписывали формулу K ₂ O ₄ , однако рентгенографические исследования структуры показали, что вещество состоит из ионов K ⁺ и O −
2 , что соответствует формуле KO ₂ .

Химические свойства

Надпероксид калия неустойчив и при нагревании в вакууме отщепляет кислород:

{\mathsf {KO_{2}\ {\xrightarrow {\ 290^{o}C}}\ K_{2}O_{2}\ {\xrightarrow {\ 530^{o}C}}\ K_{2}O}}

Вода разлагает надпероксид калия с выделением кислорода:

{\mathsf {2KO_{2}+2H_{2}O\ {\xrightarrow {\ \ }}\ 2KOH+H_{2}O_{2}+O_{2}\uparrow }}

Разбавленные кислоты разлагают надпероксид калия на пероксид водорода и кислород:

{\mathsf {2KO_{2}+2HCl\ {\xrightarrow {\ \ }}\ 2KCl+H_{2}O_{2}+O_{2}\uparrow }}

С концентрированной серной кислотой выделяется озон :

{\mathsf {2KO_{2}+H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {\ \ }}\ K_{2}SO_{4}+H_{2}O+O_{3}\uparrow }}

Надпероксид калия является сильным окислителем:

{\mathsf {2KO_{2}+S\ {\xrightarrow {\ \ }}\ K_{2}SO_{4}}}

{\mathsf {4KO_{2}+3C\ {\xrightarrow {\ \ }}\ 2K_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow }}

{\mathsf {2KO_{2}+2NH_{3}\ \xrightarrow {\ \ } \ 2KOH+2H_{2}O+N_{2}\uparrow }}

Наиболее важной, в практическом применении, является реакция с углекислым газом :

{\mathsf {4KO_{2}+2CO_{2}\ {\xrightarrow {\ H_{2}O}}\ 2K_{2}CO_{3}+3O_{2}\uparrow }}

Эта реакция используется в изолирующих противогазах для очистки выдыхаемого воздуха.

С помощью краун-эфиров надпероксид калия удалось растворить в органических растворителях и использовать для окисления органических веществ.

Применение

Промышленность

Надпероксид калия используется в химической промышленности как мощный окислитель , а также для удаления следов углекислого газа CO ₂ и воды H ₂ O.

Космонавтика и системы жизнеобеспечения

Надпероксид калия применяется в российской космонавтике в качестве источника кислорода и поглотителя углекислого газа . В частности он применяется на российских космических кораблях «Союз» и в специальных костюмах для выхода в открытый космос . Используется также в средствах химзащиты для автономной генерации кислорода и во многих системах жизнеобеспечения (например, в аппаратах для глубоководного погружения, шахтных самоспасателях ). Килограмм надпероксида калия может поглотить 0,309 кг CO ₂ с выделением 0,38 кг кислорода.

Подводные лодки

Также применяется в качестве резервного источника кислорода и поглотителя углекислого газа на подлодках и субмаринах (например, на минисубмарине «Приз» ).

Биология

В результате реакции надпероксида калия с водой выделяется кислород . Однако промежуточным продуктом этой реакции в воде является супероксидный радикал — начальный компонент клеточного оксидативного стресса , поэтому надпероксид калия может использоваться в качестве неферментативного источника надпероксида (в отличие от ферментативного образования надпероксида, катализируемого, например ксантиноксидазой ) для модельного оксидативного стресса.