Надпероксид калия

Надперокси́д ка́лия (диоксид калия, супероксид калия; KO₂) — неорганическое соединение жёлтого цвета, которое образуется в результате сгорания расплавленного калия в чистом кислороде. Используется во многих системах жизнеобеспечения. 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. Реагирует с водой и этанолом. Плотность 2,158 г/см³.

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

ПолучениеПравить

Простой способ получения состоит в сгорании калия в чистом кислороде:

$\mathsf{K}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{}{\to }\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\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:

$\mathsf{K}\stackrel{{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{,}{\mathrm{\tau <!--\; \tau \; -->}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$${\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 свойстваПравить

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.

Химические свойстваПравить

Надпероксид калия неустойчив и при нагревании в вакууме отщепляет кислород:

$\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{290}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{530}}^{\mathsf{o}}\mathsf{C}}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$${\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{2}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\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{2}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{C}\mathsf{l}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2KO_{2}+2HCl\ {\xrightarrow {\ \ }}\ 2KCl+H_{2}O_{2}+O_{2}\uparrow }}$ 

С концентрированной серной кислотой выделяется озон:

$\mathsf{2}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\stackrel{}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {2KO_{2}+H_{2}SO_{4}\ {\xrightarrow {\ \ }}\ K_{2}SO_{4}+H_{2}O+O_{3}\uparrow }}$ 

Надпероксид калия является сильным окислителем:

$\mathsf{2}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{S}\stackrel{}{\to }{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}$${\mathsf {2KO_{2}+S\ {\xrightarrow {\ \ }}\ K_{2}SO_{4}}}$ 

$\mathsf{4}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{C}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\mathsf {4KO_{2}+3C\ {\xrightarrow {\ \ }}\ 2K_{2}CO_{3}+CO_{2}\uparrow }}$ 

$\mathsf{2}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\stackrel{}{\to }\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{O}\mathsf{H}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}{\mathsf{N}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \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{4}\mathsf{K}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}}{\to }\mathsf{2}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{C}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\uparrow <!--\; \uparrow \; -->$${\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.

ПрименениеПравить

ПромышленностьПравить

Надпероксид калия используется в химической промышленности как мощный окислитель, а также для удаления следов углекислого газа CO₂ и воды H₂O.

Космонавтика и системы жизнеобеспеченияПравить

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 лодкиПравить

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

БиологияПравить

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. такжеПравить

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

СсылкиПравить

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