水酸化カリウム

水酸化カリウム
名前
	IUPAC名水酸化カリウム
	その他の名前苛性カリ; 苛性ソーダ; カリ灰汁; カリウム; カリウム水和物; コウ;
識別子
CAS番号	1310-58-3 ;
3Dモデル（JSmol）	インタラクティブ画像;
チェビ	チェビ:32035 ;
ケムスパイダー	14113 ;
ECHA 情報カード	100.013.802
EC番号	215-181-3;
E番号	E525 （酸性度調整剤、...）
パブケム CID	14797;
RTECS番号	TT2100000;
ユニ	型番 ;
国連番号	1813
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID5029633;
	InChI InChI=1S/K.H2O/h;1H2/q+1;/p-1 キー: KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M ; InChI=1/K.H2O/h;1H2/q+1;/p-1 キー: KWYUFKZDYYNOTN-REWHXWOFAT;
	笑顔 [K+].[OH-];
プロパティ
化学式	コウ
モル質量	56.105 グラムモル−1
外観	白色固体、潮解性
臭い	無臭
密度	2.044 g/cm3 ( 20 °C) ; 2.12 g/cm3 ( 25 °C)
融点	410 °C (770 °F; 683 K)
沸点	1,327 °C (2,421 °F; 1,600 K)
水への溶解度	85 g/100 mL (-23.2 °C) ; 97 g/100 mL (0 °C) ; 121 g/100 mL (25 °C) ; 138.3 g/100 mL (50 °C) ; 162.9 g/100 mL (100 °C) )
溶解度	アルコール、グリセロールに溶けるが、エーテル、液体アンモニア; には溶けない
メタノールへの溶解度	55 g/100 g (28 °C)
イソプロパノールへの溶解度	約14g / 100g（28℃）
酸性度（p Ka）	14.7
磁化率（χ）	−22.0·10 −6 cm 3 /モル
屈折率( n D )	1.409 (20℃)
熱化学
熱容量 ( C )	65.87 J/モル·K
標準モル; エントロピー ( S ⦵ 298 )	79.32 J/モル·K
; 標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 )	-425.8 kJ/モル
ギブスの自由エネルギー (Δ f G ⦵ )	-380.2 kJ/モル
危険
	GHSラベル:
ピクトグラム
シグナルワード	危険
危険有害性情報	H290、H302、H314
注意事項	P280、P305+P351+P338、P310
NFPA 704 (ファイアダイヤモンド)	3 0 1 アルク
引火点	不燃性
	致死量または濃度（LD、LC）：
LD 50 (平均投与量)	273 mg/kg（経口、ラット）
	NIOSH（米国健康暴露限界）：
PEL (許可)	なし
REL (推奨)	C 2 mg/m 3
IDLH（差し迫った危険）	ND
安全データシート（SDS）	ICSC 0357
関連化合物
その他の陰イオン	水硫化カリウム; カリウムアミド
その他の陽イオン	水酸化リチウム; 水酸化ナトリウム; 水酸化ルビジウム; 水酸化セシウム
関連化合物	酸化カリウム
	特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。確認する（何ですか？）インフォボックス参照

水酸化カリウムは化学式K OHの無機化合物で、一般に苛性カリと呼ばれます。

KOHは水酸化ナトリウム（NaOH）とともに、典型的な強塩基です。多くの産業用途やニッチ用途があり、そのほとんどは腐食性と酸に対する反応性を利用しています。2005年には推定70万～80万トンが生産されました。KOHは、ほとんどの軟質石鹸や液体石鹸、および多くのカリウム含有化学物質の原料として注目されています。これは危険なほど腐食性のある白い固体です。^[11]

特性と構造

KOH は高い熱安定性を示します。この高い安定性と比較的低い融点のため、表面積が小さく取り扱いやすい形状のペレットやロッドとして溶融鋳造されることがよくあります。KOH は吸湿性があるため、これらのペレットは空気中で粘着性になります。市販のサンプルのほとんどは約 90% の純度で、残りは水と炭酸塩です。^[11]水に溶解すると、強い発熱反応が起こります。濃縮水溶液はカリウムアルカリ溶液と呼ばれることもあります。高温でも、固体 KOH は容易に脱水しません。^[12]

構造

高温では、固体 KOH はNaCl 結晶構造に結晶化する。OH − 基は急激にまたはランダムに無秩序になり、実質的には半径 1.53 Å (Cl −とF −の^間の大きさ) の球状^陰イオンと^なる。室温では、OH ⁻基は整列し、K ⁺中心の周囲の環境は歪み、K ⁺ −OH ⁻距離は OH 基の向きに応じて 2.69 Å から 3.15 Å の範囲となる。KOH は一連の結晶性水和物、すなわち一水和物KOH · H ₂ O、二水和物KOH · 2 H ₂ O、および四水和物KOH · 4 H ₂ Oを形成する。^[13]

反応

溶解性と乾燥性

室温では100mLの水に約112gのKOHが溶けますが、これはNaOHの100g/100mLとは対照的です。^{[14]したがって、モル基準で見ると、KOHはNaOHよりもわずかに溶けやすいです。}メタノール、エタノール、プロパノールなどの低分子量アルコールも優れた溶媒です。これらは酸塩基平衡に関与します。メタノールの場合、カリウムメトキシド（メチラート）は次のように形成されます。^[15]

KOH + CH ₃ OH → CH ₃ OK + H ₂ O

KOH は水との親和性が高いため、実験室では乾燥剤として使用されます。特にアミンやピリジンなどの塩基性溶媒を乾燥させるためによく使用されます。

有機化学における求核剤として

KOH は NaOH と同様に、無機物質と有機物質の両方の極性結合を攻撃する求核性の高い陰イオンであるOH ⁻の供給源として機能します。水性 KOH はエステルを鹸化します。

KOH + RCOOR' → RCOOK + R'OH

R が長い鎖の場合、その生成物はカリウム石鹸と呼ばれます。この反応は、KOH に触れたときに「油っぽい」感触として現れます。皮膚の脂肪が急速に石鹸とグリセロールに変換されます。

溶融KOHはハロゲン化物やその他の脱離基を置換するために使用される。この反応は芳香族試薬に特に有用であり、対応するフェノールを与える。^[16]

無機化合物との反応

酸に対する反応性と相まって、KOH は酸化物を攻撃します。したがって、SiO ₂は KOH によって攻撃され、可溶性のケイ酸カリウムを生成します。KOH は二酸化炭素と反応して重炭酸カリウムを生成します。

KOH + CO ₂ → KHCO ₃

製造

歴史的に、KOH は炭酸カリウムを水酸化カルシウム(消石灰)の濃い溶液に加えて作られました。塩のメタセシス反応により固体炭酸カルシウムが沈殿し、溶液中に水酸化カリウムが残ります。

Ca(OH) ₂ + K ₂ CO ₃ → CaCO ₃ + 2 KOH

沈殿した炭酸カルシウムを濾過し、溶液を煮詰めると水酸化カリウム（「焼成カリ」または「苛性カリ」）が得られる。この水酸化カリウムの製造方法は、19世紀後半まで主流であったが、その後、塩化カリウム溶液の電気分解という現在の方法に大きく置き換えられた。^{[11]この方法は、}水酸化ナトリウムの製造方法に類似している（塩素アルカリ法を参照）。

2 KCl + 2 H ₂ O → 2 KOH + Cl ₂ + H ₂

水素ガスは陰極上で副産物として生成され、同時に塩化物イオンの陽極酸化が起こり、副産物として塩素ガスが生成されます。このプロセスでは、電解セル内の陽極空間と陰極空間を分離することが不可欠です。^[17]

用途

KOH と NaOH は多くの用途で互換的に使用できますが、業界ではコストが低いため NaOH が好まれます。

水熱ガス化プロセス用触媒

産業界では、KOHは水熱ガス化プロセスの優れた触媒です。このプロセスでは、プロセス中のガス収率と水素量を改善するために使用されます。たとえば、石炭からコークス（燃料）を製造すると、多くのコークス廃水が発生します。これを分解するために、超臨界水を使用して一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタンを含む合成ガスに変換します。圧力スイング吸着を使用して、さまざまなガスを分離し、電力からガスへの技術を使用して燃料に変換できます。^[18]一方、水熱ガス化プロセスは、下水汚泥や食品工場からの廃棄物などの他の廃棄物を分解することができます。

他のカリウム化合物の前駆体

多くのカリウム塩はKOHを用いた中和反応によって製造されます。炭酸塩、シアン化物、過マンガン酸塩、リン酸塩、および様々なケイ酸塩のカリウム塩は、酸化物または酸をKOHで処理することによって製造されます。^[11]リン酸カリウムの高い溶解性は肥料に適しています。

ソフト石鹸の製造

KOHによる脂肪の鹸化は、より一般的な水酸化ナトリウム由来の石鹸よりも柔らかい「カリウム石鹸」を調製するために使用されます。柔らかく溶解性が高いため、カリウム石鹸は液化するのに少ない水しか必要とせず、そのため液化したナトリウム石鹸よりも多くの洗浄剤を含めることができます。^[19]

電解質として

水性水酸化カリウムは、ニッケル-カドミウム、ニッケル-水素、二酸化マンガン-亜鉛をベースにしたアルカリ電池の電解質として使用されます。水酸化カリウムは、その溶液がより導電性が高いため、水酸化ナトリウムよりも好まれます。^[20]トヨタプリウスのニッケル水素電池は、水酸化カリウムと水酸化ナトリウムの混合物を使用しています。^[21]ニッケル-鉄電池も水酸化カリウム電解質を使用しています。

食品業界

食品において、水酸化カリウムは食品の増粘剤、pH調整剤、食品安定剤として作用します。FDAは適正製造基準に従って使用される場合、水酸化カリウムを食品の直接原料として一般的に安全であると考えています。^[22]E番号システムではE525として知られています。

ニッチなアプリケーション

水酸化ナトリウムと同様に、水酸化カリウムも数多くの特殊な用途に利用されていますが、そのほとんどすべてが、強力な化学塩基としての特性と、その結果として多くの物質を分解する能力に依存しています。たとえば、一般に「化学火葬」または「リゾメーション」と呼ばれるプロセスでは、水酸化カリウムは動物と人間の両方の軟組織の分解を促進し、骨やその他の硬組織のみを残します。^[23] 昆虫の解剖学的微細構造を研究したい昆虫学者は、このプロセスを適用するために10％のKOH水溶液を使用する場合があります。^[24]

化学合成では、KOH を使用するか NaOH を使用するかの選択は、結果として得られる塩の溶解度または保存品質によって決まります。

水酸化カリウムの腐食性は、 KOHによる腐食に耐える表面や材料を洗浄・消毒する薬剤や製剤の有用な成分となる。 ^[17]

KOH は半導体チップの製造にも使用されます (例えば、異方性ウェットエッチング)。

水酸化カリウムは、マニキュアトリートメントで使用される化学的な「キューティクルリムーバー」の主な有効成分であることが多いです。

KOH のような強力な塩基は毛幹のキューティクルを傷つけるため、動物の皮から毛を取り除くのに化学的に水酸化カリウムが使用されます。皮は KOH と水の溶液に数時間浸され、なめし工程の脱毛段階に備えられます。この同じ効果は、シェービングの準備として人間の毛髪を弱めるのにも使用されます。シェービング前の製品や一部のシェービングクリームには、毛のキューティクルを強制的に開き、吸湿剤として作用して毛幹に水を引き寄せて押し込み、毛髪をさらに傷める水酸化カリウムが含まれています。この弱った状態の毛は、カミソリで簡単に切ることができます。

水酸化カリウムは、いくつかの菌類の種を識別するために使用されます。3～5％のKOH水溶液をキノコの肉に塗布し、研究者は肉の色が変化するかどうかを観察します。この色の変化反応に基づいて、特定の種類のヒダキノコ、ヤマドリタケ、多孔菌、地衣類^[25]を識別できます。^[26]

安全性

水酸化カリウムは苛性アルカリであり、その溶液は低濃度では皮膚やその他の組織を刺激し、高濃度では腐食性が極めて強い。目は特に脆弱であり、粉塵やミストは肺を強く刺激し、肺水腫を引き起こす可能性がある。^{[27]安全性に関する考慮事項は}水酸化ナトリウムと同様である。

腐食作用はアルカリ性が高いことから生じますが、水酸化カリウムを無毒の酸で中和すると、無毒のカリウム塩になります。これは、E525 コードで食品添加物として承認されています。

参照

参考文献

^ ab Lide, DR編 (2005). CRC 化学・物理ハンドブック(第86版). フロリダ州ボカラトン: CRC プレス. p. 4-80. ISBN 0-8493-0486-5。
^ abcdef 「水酸化カリウム」。chemister.ru。2014年5月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月8日閲覧。
^ Otto, HW; Seward, RP (1964). 「水酸化カリウム-水酸化ナトリウム系の相平衡」J. Chem. Eng. Data . 9 (4): 507–508. doi :10.1021/je60023a009.
^ Seward, RP; Martin, KE (1949). 「水酸化カリウムの融点」J. Am. Chem. Soc . 71 (10): 3564–3565. doi :10.1021/ja01178a530.
^ Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). 無機化合物と有機化合物の溶解度。Van Nostrand 。 2014年5月29日閲覧。
^ Popov, K .; et al. (2002). 「水溶液中のアルカリ金属陽イオン水酸化物錯体の7Li、23Na、39K、133Cs NMR比較平衡研究。CsOH形成に関する最初の数値」。無機化学通信。3 (5): 223–225。doi : 10.1016 /S1387-7003(02)00335-0。ISSN 1387-7003 。2018年10月20日閲覧。
^ ab Zumdahl, Steven S. (2009).化学原理第6版. Houghton Mifflin Company. p. A22. ISBN 978-0-618-94690-7。
^ abc Sigma-Aldrich Co.、水酸化カリウム。2014年5月18日閲覧。
^ abc NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド。「#0523」。国立労働安全衛生研究所(NIOSH)。
^ Chambers, Michael. 「ChemIDplus - 1310-58-3 - KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M - 水酸化カリウム [JAN:NF] - 類似構造検索、同義語、式、リソースリンク、およびその他の化学情報」. chem.sis.nlm.nih.gov。2014年8月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月8日閲覧。
^ abcd シュルツ、ハインツ;バウアー、ギュンター。シャッハル、エーリッヒ。ハーゲドーン、フリッツ。シュミッティンガー、ピーター (2005)。「カリウム化合物」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム、ドイツ: Wiley-VCH。土井：10.1002/14356007.a22_039。ISBN 978-3-527-30673-2。
^ Holleman, A. F; Wiberg, E. (2001).無機化学. サンディエゴ: アカデミックプレス. ISBN 978-0-12-352651-9。
^ ウェルズ、AF（1984）。構造無機化学。オックスフォード：クラレンドンプレス。ISBN 978-0-19-855370-0。
^ Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). 無機化合物と有機化合物の溶解度。Van Nostrand 。 2014年5月29日閲覧。
^ Platonov, Andrew Y.; Kurzin, Alexander V.; Evdokimov, Andrey N. (2009). 「25 °С における水酸化カリウム + メタノール反応システムにおける気相と液相の組成」J. Solution Chem . 39 (3): 335–342. doi :10.1007/s10953-010-9505-1. S2CID 97177429.
^ WW Hartman (1923). 「p-クレゾール」.有機合成. 3:37 . doi :10.15227/orgsyn.003.0037;全集第1巻、175ページ。
^ ab Römpp Chemie-Lexikon、第 9 版(ドイツ語で)
^ Chen, Fu; Li, Xiaoxiao; Qu, Junfeng; Ma, Jing; Zhu, Qianlin; Zhang, Shaoliang (2020-01-13). 「アルカリ触媒を添加した超臨界水中でのコークス化廃水のガス化」。International Journal of Hydrogen Energy。45 ( 3): 1608–1614。Bibcode :2020IJHE...45.1608C。doi : 10.1016 / j.ijhydene.2019.11.033。ISSN 0360-3199。S2CID 213336330 。
^ K. シューマン; K. シークマン (2005)。「石鹸」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム: ワイリー-VCH。土井：10.1002/14356007.a24_247。ISBN 978-3527306732。
^ D. ベルント; D. シュパービア (2005)。「電池」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム: ワイリー-VCH。土井：10.1002/14356007.a03_343。ISBN 978-3527306732。
^ 「トヨタプリウスハイブリッド 2010年モデル緊急時対応ガイド」(PDF)。トヨタ自動車株式会社。2009年。2012年3月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
^ 「CID 14797 - 水酸化カリウムの化合物概要」。PubChem。
^グリーン 、マーガレット（1952年1月）。「骨の証明のための標本の透明化と染色の迅速な方法」オハイオ科学ジャーナル。52 （1）：31-33。hdl ： 1811/3896。
^ トーマス・アイズナー（2003年）『昆虫への愛』ハーバード大学出版局、71ページ。
^ Elix, JA ; Stocker-Wörgötter, Elfie (2008). 「第 7 章: 生化学と二次代謝物」。Nash III, Thomas H. (編) 著。地衣類生物学(第 2 版)。ニューヨーク: Cambridge University Press。pp . 118–119。ISBN 978-0-521-69216-8。
^ 化学反応のテスト 2009-10-15 にアーカイブされた、MushroomExpert.com のWayback Machineで
^ 「有害物質ファクトシート：水酸化カリウム」（PDF）。ニュージャージー州保健局。 2024年10月7日閲覧。

外部リンク

ニューサイエンティストの記事 dn10104
JTBaker の MSDS
CDC - NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド

[crc-1] Lide, DR編 (2005). CRC 化学・物理ハンドブック(第86版). フロリダ州ボカラトン: CRC プレス. p. 4-80. ISBN 0-8493-0486-5。

[chemister-2] 「水酸化カリウム」。chemister.ru。2014年5月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月8日閲覧。

[3] Otto, HW; Seward, RP (1964). 「水酸化カリウム-水酸化ナトリウム系の相平衡」J. Chem. Eng. Data . 9 (4): 507–508. doi :10.1021/je60023a009.

[4] Seward, RP; Martin, KE (1949). 「水酸化カリウムの融点」J. Am. Chem. Soc . 71 (10): 3564–3565. doi :10.1021/ja01178a530.

[sioc-5] Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). 無機化合物と有機化合物の溶解度。Van Nostrand 。 2014年5月29日閲覧。

[6] ^ Popov, K .; et al. (2002). 「水溶液中のアルカリ金属陽イオン水酸化物錯体の7Li、23Na、39K、133Cs NMR比較平衡研究。CsOH形成に関する最初の数値」。無機化学通信。3 (5): 223–225。doi : 10.1016 /S1387-7003(02)00335-0。ISSN 1387-7003 。2018年10月20日閲覧。

[b1-7] Zumdahl, Steven S. (2009).化学原理第6版. Houghton Mifflin Company. p. A22. ISBN 978-0-618-94690-7。

[sigma-8] Sigma-Aldrich Co.、水酸化カリウム。2014年5月18日閲覧。

[PGCH-9] NIOSH 化学物質の危険性に関するポケットガイド。「#0523」。国立労働安全衛生研究所(NIOSH)。

[10] Chambers, Michael. 「ChemIDplus - 1310-58-3 - KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M - 水酸化カリウム [JAN:NF] - 類似構造検索、同義語、式、リソースリンク、およびその他の化学情報」. chem.sis.nlm.nih.gov。2014年8月12日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年5月8日閲覧。

[Ullmann-11] シュルツ、ハインツ;バウアー、ギュンター。シャッハル、エーリッヒ。ハーゲドーン、フリッツ。シュミッティンガー、ピーター (2005)。「カリウム化合物」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム、ドイツ: Wiley-VCH。土井：10.1002/14356007.a22_039。ISBN 978-3-527-30673-2。

[12] Holleman, A. F; Wiberg, E. (2001).無機化学. サンディエゴ: アカデミックプレス. ISBN 978-0-12-352651-9。

[13] ウェルズ、AF（1984）。構造無機化学。オックスフォード：クラレンドンプレス。ISBN 978-0-19-855370-0。

[14] Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). 無機化合物と有機化合物の溶解度。Van Nostrand 。 2014年5月29日閲覧。

[15] Platonov, Andrew Y.; Kurzin, Alexander V.; Evdokimov, Andrey N. (2009). 「25 °С における水酸化カリウム + メタノール反応システムにおける気相と液相の組成」J. Solution Chem . 39 (3): 335–342. doi :10.1007/s10953-010-9505-1. S2CID 97177429.

[16] WW Hartman (1923). 「p-クレゾール」.有機合成. 3:37 . doi :10.15227/orgsyn.003.0037;全集第1巻、175ページ。

[auto-17] Römpp Chemie-Lexikon、第 9 版(ドイツ語で)

[18] Chen, Fu; Li, Xiaoxiao; Qu, Junfeng; Ma, Jing; Zhu, Qianlin; Zhang, Shaoliang (2020-01-13). 「アルカリ触媒を添加した超臨界水中でのコークス化廃水のガス化」。International Journal of Hydrogen Energy。45 ( 3): 1608–1614。Bibcode :2020IJHE...45.1608C。doi : 10.1016 / j.ijhydene.2019.11.033。ISSN 0360-3199。S2CID 213336330 。

[19] K. シューマン; K. シークマン (2005)。「石鹸」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム: ワイリー-VCH。土井：10.1002/14356007.a24_247。ISBN 978-3527306732。

[20] D. ベルント; D. シュパービア (2005)。「電池」。ウルマンの工業化学百科事典。ワインハイム: ワイリー-VCH。土井：10.1002/14356007.a03_343。ISBN 978-3527306732。

[21] 「トヨタプリウスハイブリッド 2010年モデル緊急時対応ガイド」(PDF)。トヨタ自動車株式会社。2009年。2012年3月20日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。

[22] 「CID 14797 - 水酸化カリウムの化合物概要」。PubChem。

[23] ^グリーン 、マーガレット（1952年1月）。「骨の証明のための標本の透明化と染色の迅速な方法」オハイオ科学ジャーナル。52 （1）：31-33。hdl ： 1811/3896。

[24] トーマス・アイズナー（2003年）『昆虫への愛』ハーバード大学出版局、71ページ。

[25] Elix, JA ; Stocker-Wörgötter, Elfie (2008). 「第 7 章: 生化学と二次代謝物」。Nash III, Thomas H. (編) 著。地衣類生物学(第 2 版)。ニューヨーク: Cambridge University Press。pp . 118–119。ISBN 978-0-521-69216-8。

[26] 化学反応のテスト 2009-10-15 にアーカイブされた、MushroomExpert.com のWayback Machineで

[27] 「有害物質ファクトシート：水酸化カリウム」（PDF）。ニュージャージー州保健局。 2024年10月7日閲覧。