Надпероксид калия

Надперокси́д ка́лия (диоксид калия, супероксид калия; KO₂) — 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. Молекулярная масса 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.

Надпероксид калия
Общие
Систематическое наименование	Надпероксид калия
Традиционные названия	диоксид калия, супероксид калия, гипероксид калия, надперекись калия
Хим. формула	KO2
Физические свойства
Молярная масса	71,10 г/моль
Плотность	2,158 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	535 °C
Энтальпия
• образования	−280 кДж/моль
Структура
Кристаллическая структура	Тетрагональная сингония, ячейка типа CaC2
Классификация
Рег. номер CAS	12030-88-5
PubChem	61541
Рег. номер EINECS	234-746-5
SMILES	[O-]=O.[K+]
InChI	InChI=1S/K.O2/c;1-2/q+1;-1 KLHFBSUAIFRMED-UHFFFAOYSA-N
RTECS	TT6053000
ChemSpider	28638468
Безопасность
NFPA 704	0 3 3 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Получение

Простой способ получения состоит в сгорании калия в чистом кислороде:

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

При этом продукт загрязнён примесью K₂O₂.

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

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

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 CaC₂.

Температура плавления 535 °C под избыточным давлением кислорода.

Раньше надпероксиду калия приписывали формулу K₂O₄, однако рентгенографические исследования структуры показали, что вещество состоит из ионов K⁺ и O−
2, что соответствует формуле KO₂^[1].

Химические свойства

Надпероксид калия неустойчив и при нагревании в вакууме отщепляет кислород:

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

Вода разлагает надпероксид калия с выделением кислорода:

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

Разбавленные кислоты разлагают надпероксид калия на пероксид водорода и кислород:

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

С концентрированной серной кислотой выделяется озон:

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

Надпероксид калия является сильным окислителем:

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

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

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

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

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

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 CO₂ и воды H₂O.

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 CO₂ 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.

См. также

• Калий
• Оксид калия
• Пероксид калия
• Озонид калия
• Кислород

Ссылки

• Superoxide chemistry by Donald T.Sawyer
• Статья: Реакция супероксида калия с морской водой
• Супероксид калия: плавление (недоступная ссылка)

Примечания

1. Реми Г. Курс неорганической химии. — М.: Изд. иностр. лит., 1963. — 921 с.