Kaliumcarbonat

Kaliumcarbonat (fachsprachlich) oder Kaliumkarbonat (Trivialname: Pottasche), K₂CO₃, ist ein Alkali und das Kaliumsalz der Kohlensäure. Es bildet ein weißes, hygroskopisches Pulver mit einem Schmelzpunkt von 891 °C und einer Dichte von 2,428 g·cm⁻³. Kaliumcarbonat wird häufig als Rohstoff für die Herstellung von Glas, Seife, Lebensmitteln, Düngemitteln und anderen chemischen Produkten verwendet.

Strukturformel
Allgemeines
Name	Kaliumcarbonat
Andere Namen	Pottasche kohlensaures Kalium Kalium carbonicum E 501[1] POTASSIUM CARBONATE (INCI)[2]
Summenformel	K2CO3
Kurzbeschreibung	weißer, hygroskopischer Feststoff[3]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 584-08-7 (wasserfrei) 6381-79-9 (Sesquihydrat) EG-Nummer 209-529-3 ECHA-InfoCard 100.008.665 PubChem 11430 ChemSpider 10949 DrugBank DB13977 Wikidata Q379885
Eigenschaften
Molare Masse	138,20 g·mol−1
Aggregatzustand	fest[3]
Dichte	2,428 g·cm−3[3]
Schmelzpunkt	891 °C[3]
Siedepunkt	Zersetzung[3]
Löslichkeit	sehr leicht in Wasser (1120 g·l−1 bei 20 °C)[3]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[3] Achtung H- und P-Sätze H: 315​‐​319​‐​335 P: 261​‐​264​‐​271​‐​280​‐​302+352​‐​305+351+338[3]
Toxikologische Daten	1870 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[4]
Thermodynamische Eigenschaften
ΔHf0	−1151,0 kJ/mol[5]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Der Name Pottasche stammt von der alten Methode zur Anreicherung von Kaliumcarbonat aus Pflanzenasche (vor allem Holz-, aber auch Seetangasche) durch Auswaschen mit Wasser (daher auch die Bezeichnung als ein „Laugensalz“) und anschließendes Eindampfen in Pötten (Töpfen). Der traditionelle Name stand auch Pate für die englischen Namen potash und potassium, wobei potash viele mineralische Kaliumsalze einschließt (z. B. Kaliumchlorid) und besser mit Kalisalz übersetzt werden sollte.

Vorkommen und Abbau

Die weltweit größten Kalisalzvorkommen (Tabelle der Länder nach Abbau siehe dort) liegen in Kanada, Russland, Belarus, Vereinigte Staaten, China und Deutschland, auch in einigen Binnengewässern wie dem Toten Meer oder der Wüste Lop Nor findet sich Kaliumcarbonat. Früher wurde Pottasche vorwiegend aus Holzasche durch Auslaugen gewonnen. Der Gehalt mineralischer Bestandteile an Holzasche liegt bei etwa 85 %; etwa 14–19 % davon sind Kaliumcarbonat und Natriumcarbonat.^[6] Weltweit wurden 2020 ca. 44 Millionen Tonnen Kaliumsalze (als K₂O-Gehalt) abgebaut. Größte Produzenten waren Kanada, Russland, Belarus und China, die zusammen ca. 80 % Marktanteil hatten. Es wird erwartet, dass sowohl Nachfrage, als auch Produktionskapazitäten in den nächsten Jahren weiter ansteigen werden. Neue Minen oder Erweiterungen von bestehenden Minen werden gerade in Kanada, Russland, Belarus, Eritrea, Australien und Großbritannien umgesetzt. Auch in den USA befand sich 2021 eine neue Kalisalz-Mine im Osceola County (Michigan) in der Entwicklung, diese soll anfangs jährlich 650.000 Tonnen MOP-Qualität (Muriate of potash, eine Mischung aus >95 % KCl und NaCl zur Düngemittelherstellung) erzeugen und im Endausbau 1 Million Tonnen pro Jahr.^[7] Die weltweiten Ressourcen werden auf 250 Milliarden Tonnen geschätzt.^[8]

Gewinnung und Darstellung

• Carbonisierung von Kalilauge:^[9]

${\displaystyle \mathrm {\ 2KOH+CO_{2}\ \rightleftharpoons \ K_{2}CO_{3}+H_{2}O} }$

Als CO₂-Quelle nutzt man überwiegend Verbrennungsgase.

• Reaktion von Kalkmilch (Calciumhydroxid-Lösung) mit Kaliumsulfat und Kohlenstoffmonoxid bei 30 bar (Formiatverfahren). Das abgetrennte Kaliumformiat wird anschließend oxidativ calciniert:

${\displaystyle \mathrm {\ K_{2}SO_{4}+Ca(OH)_{2}+2CO\ \rightleftharpoons \ CaSO_{4}+2HCOOK} }$

${\displaystyle \mathrm {\ 2HCOOK+O_{2}\ \rightleftharpoons \ K_{2}CO_{3}+CO_{2}+H_{2}O} }$

• Auslaugen von Pflanzenasche und anschließendes Eindampfen in Aschenhäusern (historisch, technisch keine Bedeutung mehr)
• historisch: Brennen von Weinstein (Tartarus calcinatus ist gebrannter Weinstein), etwa bei Paracelsus^[10][11]

Kaliumcarbonat lässt sich nicht wie Natriumcarbonat nach dem Solvay-Verfahren gewinnen, da das Zwischenprodukt Kaliumhydrogencarbonat (KHCO₃) zu gut löslich ist.

Eigenschaften

In Wasser ist es sehr leicht und gut löslich (1120 g/l), wobei Wärme frei wird. Die Lösung reagiert durch Bildung von Hydroxidionen alkalisch:

${\displaystyle \mathrm {CO_{3}^{2-}+H_{2}O\ \rightleftharpoons \ HCO_{3}^{-}+OH^{-}} }$

Ein Carbonation reagiert mit Wasser zu einem Hydrogencarbonation und einem Hydroxidion.

Mit Säuren entstehen unter Kohlenstoffdioxidentwicklung die entsprechenden Kaliumsalze. Bei Raumtemperatur kristallisiert es als Dihydrat aus der wässrigen Lösung.

Wasserfreies Kaliumcarbonat kristallisiert monoklin, Raumgruppe P2₁/c (Raumgruppen-Nr. 14)Vorlage:Raumgruppe/14 mit den Gitterparametern a = 5,640 Å, b = 9,839 Å, c = 6,874 Å und β = 98,70°.^[12] Bei 250 °C geht diese in die monokline β-Form über (Raumgruppe C2/c (Nr. 15)Vorlage:Raumgruppe/15, a = 5,675 Å, b = 9,920 Å, c = 7,018 Å und β = 96,8°).^[13] Bei 450 °C geht diese in eine hexagonale Form über.^[14]

Verwendung

Ein Großteil des produzierten Kaliumcarbonates wird für die Düngemittelproduktion verwendet (2010 etwa 83 %).^[15]

Kaliumcarbonat

Daneben wird es eingesetzt als:

• Zusatz bei der Herstellung von Glas^[15]
• Herstellung von Schmierseifen und Emaille^[15]
• Herstellung von Kaligläsern, Kaliwasserglas und Kristallgläsern^[15]
• Herstellung von Pigmentfarben^[15]
• Herstellung von fotografischen Entwicklern^[16]
• wasserfreies Kaliumcarbonat wird im Laborbereich gelegentlich als Trocknungsmittel eingesetzt.^[17]
• Triebmittel für Flachgebäck (Plätzchen und Lebkuchen, besonders Weihnachtsbäckerei) und Teige mit hohem Zuckergehalt^[18]
• Zusatz zu Kakao als Säureregulator^[19]
• Zusatzstoff zur Bohrspülung bei Tiefbohrungen für die Toninhibitierung^[20][21]
• Neutralisationsmittel bei der Verwendung von Salzsäure (E 507) als Aromaverstärker^[22]
• Schnelltrocknung von Rosinen: Durch Entfernen der natürlichen Wachsschicht der Trauben durch eine Kaliumcarbonatlösung verdunstet die Feuchtigkeit leichter.^[23]
• Ausgangsprodukt für andere Kaliumverbindungen^[15]
• Trennmittel für Gipsabdrücke (Bildhauerei)^[24]
• Elektrolytbestandteil in Schmelzkarbonatbrennstoffzellen^[25]
• Tabakzusatzstoff für Schnupftabak (in Deutschland laut Tabakverordnung)^[26]
• Zusatzstoff für die Einnahme von bestimmten Suchtmitteln
• Zusatzstoff in manchen Handwasch-Flüssigseifen^[27]
• umweltfreundliches Auftaumittel (anstelle von Auftausalz) bei Glatteis auf Straßen und Gehwegen^[28]
• aufgrund des stets enthaltenen radioaktiven Kalium-40 kann Pottasche für Schülerversuche zur Radioaktivität verwendet werden^[29]
• Reinigung (Beuchen) von Leinen und Baumwolle mittels Buchenasche^[30]
• Bestandteil von Feuerlöschmitteln^[31]

Soda-Pottasche-Aufschluss

Der Soda-Pottasche-Aufschluss wird für schwerlösliche (Erdalkali-)Sulfate, hochgeglühte (saure oder amphotere) Oxide, Silicate und Silberhalogenide verwendet. Er findet in einer Na₂CO₃/K₂CO₃-Schmelze statt. ZrO₂, Zr₃(PO₄)₄, Al₂O₃, Cr₂O₃ und Fe₂O₃ werden nur teilweise gelöst. Für diesen Schmelzeaufschluss verwendet man Soda und Pottasche im Gemisch, weil damit eine Schmelzpunkterniedrigung gegenüber reinen Salzen zu erhalten ist (Eutektisches Gemisch). Zudem drängt der enorme Carbonatüberschuss das Reaktionsgleichgewicht auf die Produktseite.^[32]

Ein Beispiel für Sulfate:

${\displaystyle {\ce {BaSO4 + K2CO3 <=> BaCO3 + K2SO4}}}$

Weblinks

Commons: Potash – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Pottasche – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Literatur von und über Kaliumcarbonat im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• Stephanie Summermatter: Pottasche. In: Historisches Lexikon der Schweiz.

Einzelnachweise

1. Eintrag zu E 501: Potassium carbonate in der Europäischen Datenbank für Lebensmittelzusatzstoffe, abgerufen am 1. Juli 2020.
2. Eintrag zu POTASSIUM CARBONATE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 11. August 2020.
3. Eintrag zu Kaliumcarbonat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 3. Januar 2023. (JavaScript erforderlich)
4. H. F. Smyth, C. P. Carpenter, C. S. Weil, U. C. Pozzani, J. A. Striegel, J. S. Nycum: Range-finding toxicity data: List VII. In: American Industrial Hygiene Association journal. Band 30, Nummer 5, 1969, S. 470–476, doi:10.1080/00028896909343157, PMID 5823428.
5. David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Standard Thermodynamic Properties of Chemical Substances, S. 5-20.
6. Eintrag zu Holzasche. In: Lexikon der Chemie. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft, abgerufen am 3. September 2018.
7. https://www.dtnpf.com/agriculture/web/ag/crops/article/2023/01/03/billion-dollar-michigan-potash-mine
8. Potash. In: United States Geological Survey Mineral Commodity Summaries. 2022
9. Eintrag zu Kaliumcarbonat. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 12. November 2014.
10. Friedrich Dobler: Die chemische Fundierung der Heilkunde durch Theophrastus Paracelsus: Experimentelle Überprüfung seiner Antimonpräparate. In: Veröffentlichungen der Internationalen Gesellschaft für Geschichte der Pharmazie. Neue Folge, 10, 1957, S. 76–86, hier: S. 80.
11. Friedrich Dobler: Conrad Gessner als Pharmazeut. Von Ostheim A. G., Zürich 1955, DNB 571896898, S. 104 (Zürich, ETH Zürich, Dissertation).
12. Y. Idemoto, J.W. Richardson, N. Koura, S. Kohara, C.K. Loong: Crystal structure of (Li_xK_1−x)₂CO₃ (x = 0,0.43,0.5,0.62,1) by neutron powder diffraction analysis. In: Journal of Physics and Chemistry of Solids, 59, 1998, S. 363–376, doi:10.1016/S0022-3697(97)00209-6.
13. H.Y. Becht, B. Struikmans: A Monoclinic High-Temperature Modification ot Potassium Carbonate. In: Acta Crystallographica, B32, 1976, S. 3344–3346, doi:10.1107/S0567740876010303.
14. S.J. Schneider, E.M. Levin: Polymorphism of K₂CO₃. In: Journal of the American Ceramic Society, 56(4), 1973, S. 218–219, doi:10.1111/j.1151-2916.1973.tb12461.x.
15. Martin Bertau, Armin Müller, Peter Fröhlich, Michael Katzberg: Industrielle Anorganische Chemie. John Wiley & Sons, 2013, ISBN 978-3-527-33019-5, S. 217 (books.google.com).
16. Eduard Valenta: Photographische Chemie und Chemikalienkunde: mit Berücksichtigung der Bedürfnisse der graphischen Druckgewerbe. W. Knapp, 1898, S. 46 (books.google.com).
17. Hans Irion: Drogisten-Lexikon: Ein Lehr- und Nachschlagebuch für Drogisten und verwandte Berufe, Chemotechniker Laboranten, Großhandel und Industrie Dritter Band Fachtechnik, Kosmetik, Vorschriften. Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-92723-2, S. 88 (books.google.com).
18. Georg Schwedt: Experimente rund ums Kochen, Braten, Backen. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 978-3-527-66115-2 (books.google.com).
19. Georg Schwedt: Was ist wirklich drin?: Produkte aus dem Supermarkt. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 978-3-527-64124-6 (books.google.com).
20. Henry A. Craddock: Oilfield Chemistry and Its Environmental Impact. Wiley, 2018, ISBN 978-1-119-24426-4, S. 243 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
21. Muhammad Hammad Rasool, Asif Zamir, Khaled A. Elraies, Maqsood Ahmad, Muhammad Ayoub, Muhammad Adeem Abbas: Potassium carbonate based deep eutectic solvent (DES) as a potential drilling fluid additive in deep water drilling applications. In: Petroleum Science and Technology. Band 39, Nr. 15-16, 2021, S. 612–631, doi:10.1080/10916466.2021.1928189.
22. Lexikon der Zusatzstoffe: E 501 Kaliumcarbonate (Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat) - Lexikon der Zusatzstoffe, abgerufen am: 15. Januar 2024
23. Alfred Hagen Meyer: RÖMPP Lexikon Lebensmittelchemie, 2. Auflage, 2006. Thieme, 2014, ISBN 978-3-13-179532-8, S. 2854 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
24. Gertraute Franz: Prothetik und Werkstoffkunde. Thieme, 1994, ISBN 978-3-13-593602-4 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
25. Holger Watter: Regenerative Energiesysteme. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2015, ISBN 978-3-658-09638-0, S. 347 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
26. Hermann Sicius: Wasserstoff und Alkalimetalle: Elemente der ersten Hauptgruppe. Springer Fachmedien Wiesbaden, 2015, ISBN 978-3-658-12268-3, S. 44 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
27. Patent DE60306987T2: Flüssigwaschmittel. Angemeldet am 20. Mai 2003, veröffentlicht am 8. März 2007, Anmelder: Kao Corp, Erfinder: Kao Cor Inoue et al.
28. Studie der Universität für Bodenkultur Wien über die Auswirkung stickstoffhältiger Auftaumittel (Auftaumittelstudie 2000 [PDF; 1,6 MB]).
29. BSB/DESY-Schülerlabor: Experiment zur Ermittlung der Halbwertszeit von Kalium 40, Arthur Meier Hamburg, Mai 2021, abgerufen am: 15. Januar 2024
30. Alltagskulturen im Rheinland: Waschen am Gemeindebrunnen – 1. Bauchen auf YouTube, 8. Januar 2018, abgerufen am 30. September 2022 (Institut für Landeskunde und Regionalgeschichte: Bauchen von Wäsche mit Buchenasche; Laufzeit: 30:48 min).
31. Georg Pleß: Substitution bestimmter umweltschädlicher Feuerlöschmittel in ausgewählten Anwendungsbereichen. Hrsg.: Institut der Feuerwehr Sachsen-Anhalt. Heyrothsberge 2003 (umweltbundesamt.de [PDF; 597 kB]).
32. Hans Peter Latscha, Gerald W. Linti, Helmut Alfons Klein: Analytische Chemie. Springer Berlin Heidelberg, 2013, ISBN 978-3-642-18493-2, S. 22 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).

Alkalimetallcarbonate

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Normdaten (Sachbegriff): GND: 4163061-0 (lobid, OGND)