Kaliumhydroxid
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| Bezeichnungen | |
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| IUPAC-Bezeichnung
Kaliumhydroxid
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| Andere Bezeichnungen
Kalilauge, Lauge, Kalilauge, Kali, Kaliumhydrat, KOH
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| Bezeichner | |
3D-Modell (JSmol)
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| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| EC-Nummer |
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PubChem CID
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| RTECS-Nummer |
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| UNII | |
| UN-Nummer | 1813 |
InChI
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SMILES
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| Eigenschaften | |
Chemische Formel
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KOH |
| Molekulare Masse | 56,11 g mol-1 |
| Erscheinungsbild | weißer Feststoff, zerfließend |
| Geruch | geruchlos |
| Dichte | 2,044 g/cm3 (20 °C) 2,12 g/cm3 (25 °C) |
| Schmelzpunkt | 360 °C (680 °F; 633 K) |
| Siedepunkt | 1.327 °C (2.421 °F; 1.600 K) |
Löslichkeit in Wasser
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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) |
| Löslichkeit | löslich in Alkohol, Glycerin unlöslich in Ether, flüssigem Ammoniak |
| Löslichkeit in Methanol | 55 g/100 g (28 °C) |
| Löslichkeit in Isopropanol | ~14 g / 100 g (28 °C) |
| Acidität (pKa) | 14.7 |
Magnetische Suszeptibilität (χ)
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-22,0-10-6 cm3/mol |
Brechungsindex (nD)
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1.409 (20 °C) |
| Struktur | |
Kristallstruktur
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rhomboedrisch |
| Thermochemie | |
Wärmekapazität (C)
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65,87 J/mol-K |
Std. molare
Entropie (S |
79,32 J/mol-K |
Std. Bildungsenthalpie
Bildung (ΔfH⦵298) |
-425,8 kJ/mol |
Gibbssche freie Energie (ΔfG˚)
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-380,2 kJ/mol |
| Gefahren | |
| GHS-Kennzeichnung: | |
Piktogramme
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Signalwort
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Gefahr |
Gefahrenhinweise
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H302, H314 |
Sicherheitshinweise
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P280, P305+P351+P338, P310 |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) |  
3
0
0 ALK |
| Flammpunkt | Nicht brennbar |
| Tödliche Dosis oder Konzentration (LD, LC): | |
LD50 (Mittlere Dosis)
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273 mg/kg (oral, Ratte) |
| NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheit): | |
PEL (Zulässig)
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keine |
REL (Empfohlen)
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C 2 mg/m3 |
IDLH (Unmittelbare Gefahr)
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N.D. |
| Sicherheitsdatenblatt (SDS) | ICSC 0357 |
| Verwandte Verbindungen | |
Andere Anionen
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Kaliumhydrogensulfid Kaliumamid |
Sonstige Kationen
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Lithiumhydroxid Natriumhydroxid Rubidiumhydroxid Cäsiumhydroxid |
Verwandte Verbindungen
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Kaliumoxid |
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien in ihrem Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox Referenzen
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Kaliumhydroxid ist eine anorganische Verbindung mit der Formel KOH und wird allgemein als Ätzkali bezeichnet. ⓘ
Zusammen mit Natriumhydroxid (NaOH) ist KOH eine prototypische starke Base. Es hat viele industrielle und Nischenanwendungen, von denen die meisten seine Ätzwirkung und seine Reaktivität gegenüber Säuren ausnutzen. Im Jahr 2005 wurden schätzungsweise 700.000 bis 800.000 Tonnen hergestellt. KOH ist bekannt als Ausgangsstoff für die meisten Weich- und Flüssigseifen sowie für zahlreiche kaliumhaltige Chemikalien. Es ist ein weißer Feststoff, der gefährlich korrosiv ist. ⓘ
Kaliumhydroxid (auch Ätzkali, kaustisches Kali), chemische Formel KOH, ist ein weißer hygroskopischer Feststoff. In Wasser löst es sich unter großer Wärmeentwicklung zu der starken Base Kalilauge. Mit Kohlenstoffdioxid der Luft reagiert es zu Kaliumcarbonat und wird deshalb in luftdichten Behältern aufbewahrt. Um zu verhindern, dass Kaliumhydroxid Wasser aus der Luft bindet, kann man es mit einem Trockenmittel lagern. Das Hydroxid-Ion verdrängt als starke Base schwächere und flüchtige Basen aus ihren Salzen. ⓘ
Eigenschaften und Struktur
KOH weist eine hohe thermische Stabilität auf. Aufgrund seiner hohen Stabilität und seines relativ niedrigen Schmelzpunkts wird es häufig in Form von Pellets oder Stäben in der Schmelze gegossen, die eine geringe Oberfläche haben und sich gut handhaben lassen. Diese Pellets werden an der Luft klebrig, da KOH hygroskopisch ist. Die meisten handelsüblichen Proben sind ca. 90% rein, der Rest besteht aus Wasser und Karbonaten. Seine Auflösung in Wasser ist stark exotherm. Konzentrierte wässrige Lösungen werden manchmal als Kaliumlaugen bezeichnet. Selbst bei hohen Temperaturen dehydriert festes KOH nicht ohne weiteres. ⓘ
Struktur
Bei höheren Temperaturen kristallisiert festes KOH in der NaCl-Kristallstruktur. Die OH-Gruppe ist entweder schnell oder zufällig ungeordnet, so dass die OH-Gruppe praktisch ein kugelförmiges Anion mit einem Radius von 1,53 Å ist (von der Größe her zwischen Cl- und F-). Bei Raumtemperatur sind die OH-Gruppen geordnet und die Umgebung der K+-Zentren ist verzerrt, mit K+-OH- Abständen zwischen 2,69 und 3,15 Å, je nach Ausrichtung der OH-Gruppe. KOH bildet eine Reihe von kristallinen Hydraten, nämlich das Monohydrat KOH - H2O, das Dihydrat KOH - 2H2O und das Tetrahydrat KOH - 4H2O. ⓘ
Reaktionen
Löslichkeit und Austrocknungseigenschaften
Etwa 121 g KOH lösen sich in 100 mL Wasser bei Raumtemperatur, im Gegensatz zu 100 g/100 mL NaOH. Somit ist NaOH auf molarer Basis etwas löslicher als KOH. Alkohole mit niedrigerem Molekulargewicht wie Methanol, Ethanol und Propanole sind ebenfalls ausgezeichnete Lösungsmittel. Sie nehmen an einem Säure-Base-Gleichgewicht teil. Im Falle von Methanol bildet sich das Kaliummethoxid (Methylat):
- KOH + CH3OH → CH3OK + H2O ⓘ
Aufgrund seiner hohen Affinität für Wasser dient KOH im Labor als Trockenmittel. Es wird häufig zum Trocknen basischer Lösungsmittel, insbesondere von Aminen und Pyridinen, verwendet. ⓘ
Als Nukleophil in der organischen Chemie
KOH dient wie NaOH als Quelle für OH-, ein stark nukleophiles Anion, das polare Bindungen sowohl in anorganischen als auch in organischen Stoffen angreift. Wässriges KOH verseift Ester:
- KOH + RCOOR' → RCOOK + R'OH ⓘ
Wenn R eine lange Kette ist, wird das Produkt als Kaliumseife bezeichnet. Diese Reaktion ist an dem "fettigen" Gefühl zu erkennen, das KOH bei Berührung hervorruft - Fette auf der Haut werden schnell in Seife und Glycerin umgewandelt. ⓘ
Geschmolzene KOH wird verwendet, um Halogenide und andere Abgangsgruppen zu verdrängen. Die Reaktion ist besonders nützlich für aromatische Reagenzien, um die entsprechenden Phenole zu erhalten. ⓘ
Reaktionen mit anorganischen Verbindungen
Ergänzend zu seiner Reaktivität gegenüber Säuren greift KOH auch Oxide an. So wird SiO2 von KOH angegriffen, wobei lösliche Kaliumsilikate entstehen. KOH reagiert mit Kohlendioxid zu Kaliumbicarbonat:
- KOH + CO2 → KHCO3 ⓘ
Herstellung
Historisch gesehen wurde KOH durch Zugabe von Kaliumcarbonat zu einer starken Lösung von Calciumhydroxid (gelöschtem Kalk) hergestellt. Die Salzmetathesereaktion führt zur Ausfällung von festem Calciumcarbonat, wobei Kaliumhydroxid in Lösung bleibt:
- Ca(OH)2 + K2CO3 → CaCO3 + 2 KOH ⓘ
Durch Abfiltrieren des ausgefallenen Kalziumkarbonats und Einkochen der Lösung erhält man Kaliumhydroxid ("kalzinierte oder kaustische Pottasche"). Diese Methode zur Herstellung von Kaliumhydroxid blieb bis zum Ende des 19. Jahrhunderts vorherrschend und wurde dann weitgehend durch die heutige Methode der Elektrolyse von Kaliumchloridlösungen ersetzt. Das Verfahren ist analog zur Herstellung von Natriumhydroxid (siehe Chloralkaliverfahren):
- 2 KCl + 2 H2O → 2 KOH + Cl2 + H2 ⓘ
An der Kathode bildet sich Wasserstoffgas als Nebenprodukt; gleichzeitig findet eine anodische Oxidation des Chloridions statt, bei der Chlorgas als Nebenprodukt entsteht. Die Trennung der anodischen und kathodischen Räume in der Elektrolysezelle ist für diesen Prozess unerlässlich. ⓘ
Früher wurde Kaliumhydroxid durch Kaustifizierung von Kaliumcarbonat hergestellt. Dies verläuft nach der Gleichung ⓘ
Heute wird Kaliumhydroxid meist durch wässrige Elektrolyse von Kaliumchlorid und anschließendes Eindampfen der Lösung gewonnen. ⓘ
Verwendet
KOH und NaOH können für eine Reihe von Anwendungen austauschbar verwendet werden, obwohl in der Industrie NaOH wegen seiner geringeren Kosten bevorzugt wird. ⓘ
Ausgangsstoff für andere Kaliumverbindungen
Viele Kaliumsalze werden durch Neutralisationsreaktionen mit KOH hergestellt. Die Kaliumsalze von Carbonat, Cyanid, Permanganat, Phosphat und verschiedenen Silikaten werden durch Behandlung der Oxide oder Säuren mit KOH hergestellt. Die hohe Löslichkeit von Kaliumphosphat ist in Düngemitteln erwünscht. ⓘ
Herstellung von Weichseifen
Die Verseifung von Fetten mit KOH wird zur Herstellung der entsprechenden "Kaliseifen" verwendet, die weicher sind als die üblicherweise aus Natriumhydroxid gewonnenen Seifen. Aufgrund ihrer Weichheit und besseren Löslichkeit benötigen Kaliumseifen weniger Wasser zur Verflüssigung und können daher mehr Reinigungsmittel enthalten als verflüssigte Natriumseifen. ⓘ
Als Elektrolyt
Nach der zuvor beschriebenen Chloralkali-Elektrolyse, bei der Chlorgas produziert wird, kann die resultierende stabile Kalilauge (Kaliumhydroxid-Lösung) bei einer Konzentration von 20–40 % großtechnisch als Elektrolyt für die Wasserstofferzeugung im alkalischen Elektrolyseur zum Einsatz kommen. ⓘ
In der Mikrosystemtechnik wird Kaliumhydroxid zum selektiven anisotropen Nassätzen von einkristallinem Silicium eingesetzt. ⓘ
In der Mikrobiologie wird es zur Unterscheidung von grampositiven und gramnegativen Bakterien im Schnelltestverfahren verwendet. ⓘ
In galvanischen Sauerstoffsensoren wird es als Elektrolyt verwendet. Denselben Zweck erfüllt es auch in den weit verbreiteten Alkali-Mangan-Zellen und den historisch wichtigen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren. ⓘ
In der Lebensmittelindustrie wird es als Säureregulator eingesetzt. Es ist in der EU als Lebensmittelzusatzstoff der Bezeichnung E 525 ohne Höchstmengenbeschränkung (quantum satis) für Lebensmittel allgemein zugelassen. ⓘ
Es wird zur Herstellung von Kaliumverbindungen, Glas, Farbstoffen, Batterien sowie als Trocknungs- und Absorptionsmittel von Kohlenstoffdioxid verwendet. ⓘ
Es kann unter starker Erwärmung bestimmte Metalle alkalisch-oxidativ aufschließen. ⓘ
Bei der Herstellung durch Umesterung von Rapsöl und Methanol zu Biodiesel wird Kalilauge als Katalysator eingesetzt. ⓘ
Lebensmittelindustrie
In Lebensmitteln dient Kaliumhydroxid als Verdickungsmittel, pH-Kontrollmittel und Lebensmittelstabilisator. Die FDA hält es als direkte Lebensmittelzutat im Allgemeinen für sicher, wenn es gemäß den guten Herstellungspraktiken verwendet wird. Es ist im E-Nummern-System als E525 bekannt. ⓘ
Nischenanwendungen
Wie Natriumhydroxid findet auch Kaliumhydroxid zahlreiche spezialisierte Anwendungen, die praktisch alle auf seinen Eigenschaften als starke chemische Base und seiner daraus resultierenden Fähigkeit, viele Materialien abzubauen, beruhen. Beispielsweise beschleunigt Kaliumhydroxid in einem Prozess, der gemeinhin als "chemische Einäscherung" oder "Resomierung" bezeichnet wird, die Zersetzung von weichem Gewebe, sowohl bei Tieren als auch bei Menschen, so dass nur die Knochen und andere harte Gewebe zurückbleiben. Entomologen, die die Feinstruktur der Insektenanatomie studieren wollen, können dieses Verfahren mit einer 10 %igen wässrigen Lösung von KOH durchführen. ⓘ
In der chemischen Synthese richtet sich die Entscheidung zwischen der Verwendung von KOH und NaOH nach der Löslichkeit oder der Haltbarkeit des entstehenden Salzes. ⓘ
Die korrosiven Eigenschaften von Kaliumhydroxid machen es zu einem nützlichen Bestandteil von Mitteln und Zubereitungen zur Reinigung und Desinfektion von Oberflächen und Materialien, die selbst der Korrosion durch KOH widerstehen können. ⓘ
KOH wird auch bei der Herstellung von Halbleiterchips verwendet (z. B. anisotropes Nassätzen). ⓘ
Kaliumhydroxid ist häufig der Hauptwirkstoff in chemischen "Nagelhautentfernern", die bei Manikürebehandlungen verwendet werden. ⓘ
Da aggressive Basen wie KOH die Kutikula des Haarschafts beschädigen, wird Kaliumhydroxid verwendet, um die Entfernung der Haare von Tierhäuten chemisch zu unterstützen. Die Häute werden mehrere Stunden lang in einer Lösung aus KOH und Wasser eingeweicht, um sie für die Enthaarungsphase des Gerbprozesses vorzubereiten. Derselbe Effekt wird auch genutzt, um menschliches Haar zur Vorbereitung der Rasur zu schwächen. Preshave-Produkte und einige Rasiercremes enthalten Kaliumhydroxid, um die Haarkutikula zu öffnen und als hygroskopisches Mittel Wasser anzuziehen und in den Haarschaft zu drücken, wodurch das Haar weiter geschädigt wird. In diesem geschwächten Zustand lässt sich das Haar leichter mit einer Rasierklinge schneiden. ⓘ
Kaliumhydroxid wird zur Identifizierung einiger Pilzarten verwendet. Eine 3-5%ige wässrige Lösung von KOH wird auf das Fleisch eines Pilzes aufgetragen, und der Forscher stellt fest, ob sich die Farbe des Fleisches verändert oder nicht. Bestimmte Arten von Kiemenpilzen, Steinpilzen, Polyporen und Flechten lassen sich anhand dieser Farbwechselreaktion identifizieren. ⓘ
Sicherheit
Kaliumhydroxid und seine Lösungen reizen die Haut und andere Gewebe stark. ⓘ
Eigenschaften
Kaliumhydroxid ist ein weißer, stark hygroskopischer Stoff, der meist als Plätzchen oder Stangen, seltener als Pulver verkauft wird. In Wasser löst es sich unter großer Wärmeentwicklung durch die negative Lösungsenthalpie von −57,1 kJ/mol und bildet Kalilauge, im festen Zustand bildet es Mono-, Di- und Tetrahydrate. Mit dem in der Luft enthaltenen Kohlenstoffdioxid reagiert es unter Bildung von Kaliumcarbonat. Auch in Alkoholen wie Methanol und Ethanol ist Kaliumhydroxid löslich, „Alkoholisches Kali“ genannt. ⓘ
Haushalt und Handwerk
Kaliumhydroxid wird zur Herstellung weicher Seifen (Schmierseifen) aus verschiedenen pflanzlichen und tierischen Fetten und Ölen sowie in der Waschmittelfabrikation zur Produktion wasserenthärtenden Kaliumphosphats für flüssige Waschmittel benutzt. ⓘ
Da sich mit Natriumhydroxid hergestellte Seife aufgrund des Natriumchloridgehalts des Salzwassers nicht in Meerwasser löst, werden auch spezielle Salzwasser-Seifen für Seeleute mit Kaliumhydroxid hergestellt. ⓘ
Kaliumhydroxid verseift auch eingebrannte und verharzte Fette und Öle zu wasserlöslichen Salzen der Fettsäuren und wird darum als Backofenreiniger sowie zum Ablaugen von Lack- und Ölfarben verwendet. ⓘ
Rohrreinigungsmitteln wird Kaliumhydroxid beigesetzt, da dieses sowohl Haare auflöst, als auch die im Abfluss haftenden Fette verseift, wodurch sie vom Wasser fortgespült werden können. Da Ätzkali jedoch sowohl Acrylglas, als auch emaillierte und glasierte Oberflächen von Wannen und Sanitärkeramik angreift, die aus silikatischem glasartigen Material bestehen (Glaskorrosion), sollte es mit Bedacht eingesetzt werden. ⓘ