Kaliumchlorat

Strukturformel
Kaliumion   Chloration
Allgemeines
Name Kaliumchlorat
Andere Namen
  • Chlorsaures Kali
  • Kalium chloricum
Summenformel KClO3
CAS-Nummer 3811-04-9
PubChem 6426889
Kurzbeschreibung

farblose, glänzende, monokline Tafeln[1]

Eigenschaften
Molare Masse 122,55 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

2,32 g·cm−3[2]

Schmelzpunkt

370 °C[2]

Siedepunkt

Zersetzung bei 400 °C[2]

Löslichkeit
  • mäßig in kaltem Wasser (73 g·l−1 bei 20 °C)[2]
  • gut in heißem Wasser (555 g·l−1 bei 100 °C)[2]
  • unlöslich in Alkohol[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
03 – Brandfördernd 07 – Achtung 09 – Umweltgefährlich

Gefahr

H- und P-Sätze H: 271-332-302-411
P: 210-​221-​273 [2]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [3]
Brandfördernd Gesundheitsschädlich Umweltgefährlich
Brand-
fördernd
Gesundheits-
schädlich
Umwelt-
gefährlich
(O) (Xn) (N)
R- und S-Sätze R: 9-20/22-51/53
S: (2)-13-16-27-61
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Kaliumchlorat (Summenformel KClO3) ist das Kaliumsalz der Chlorsäure (HClO3).

Kaliumchlorat ist ein weißes beständiges Salz, das sich in Wasser unter Bildung einer farblosen Lösung löst. Die Verbindung besitzt stark oxidierende Eigenschaften und wird unter anderem zur Herstellung von Streichhölzern verwendet.

Herstellung

Die Gewinnung von Kaliumchlorat erfolgt durch Elektrolyse einer Natriumchlorid-Lösung und der nachfolgenden Fällung des entstandenen Natriumchlorats mit Kaliumchlorid. Dabei werden die Elektroden (Kathode: Stahl; Anode: aktiviertes Titan) nicht wie bei der Herstellung von Natriumhydroxid durch eine Membran voneinander getrennt, sondern eng aneinander gelegt. Dadurch kommt das intermediär bei der Elektrolyse gebildete Chlor in Kontakt mit der Natronlauge und bildet Natriumhypochlorit (2 NaOH + Cl2 → NaCl + NaOCl + H2O), welches bei höheren Temperaturen zu Chlorid und Chlorat disproportioniert (3 NaOCl → 2 NaCl + NaClO3).

Bei der Elektrolyse einer Kaliumchlorid-Lösung entsteht das Kaliumchlorat auf direktem Weg, wobei folgende Reaktionen ablaufen:

An der Kathode:

$ \mathrm {6H_{2}O\rightleftharpoons 6H^{+}+6OH^{-}} $
$ \mathrm {6H^{+}+6e^{-}\rightarrow 3H_{2}} $

An der Anode:

$ \mathrm {6Cl^{-}\rightarrow 3Cl_{2}+6e^{-}} $
$ \mathrm {3Cl_{2}+6OH^{-}\rightarrow ClO_{3}^{-}+5Cl^{-}+3H_{2}O} $

Früher wurde Kaliumchlorat durch Einleiten von Chlor in Kaliumhydroxid-Lösung dargestellt. Es bildeten sich zunächst Kaliumchlorid und Kaliumhypochlorit zu gleichen Teilen. In der bei der Reaktion entstehenden Wärme disproportioniert das Hypochlorit zu zwei Teilen Kaliumchlorid und einem Teil Kaliumchlorat. Bei dieser Reaktion treten im Grunde genommen die gleichen Reaktionen auf wie bei der oben genannten Variante, allerdings werden teurere Edukte (Chlorgas und Kaliumhydroxid), aber kein Strom benötigt. Die Gesamtreaktionsgleichung lautet:

$ \mathrm {6\,KOH+3Cl_{2}\rightarrow 5KCl+KClO_{3}+3H_{2}O} $

Daraus wird ersichtlich, dass die Chloratausbeute nur ein Sechstel des eingesetzten Chlors ist.

Eigenschaften

Kaliumchlorat

Kaliumchlorat ist in kaltem Wasser schlecht, in warmem besser löslich und im Gegensatz zu Natriumchlorat nicht hygroskopisch. Es bildet beim Auskristallisieren aus wässriger Lösung strahlend glänzende und schillernde flache Kristalle. Wird es jedoch zum Beispiel durch Zugabe eines Kaliumsalzes zu einer Natriumchloratlösung ausgefällt, so entsteht es als höchst feines, weitaus weniger glänzendes Pulver. Es ist ein Oxidationsmittel, durch Erhitzen über den Schmelzpunkt disproportioniert es zu Kaliumperchlorat und Kaliumchlorid:[4]

$ \mathrm {4\,KClO_{3}\rightarrow 3\,KClO_{4}+KCl} $

Beim Erhitzen über 550 °C zerfällt es komplett in Sauerstoff und Kaliumchlorid. Diese Zersetzung findet bei Zugabe von Mangandioxid (Braunstein) als Katalysator schon bei 150 bis 200 °C statt.

$ \mathrm {2\,KClO_{3}\rightarrow 2\,KCl+3\,O_{2}} $

Sehr brisant sind Mischungen mit oxidierbaren Stoffen wie beispielsweise Schwefel, Phosphor, Iod und Kohlenstoff, die schon durch Reibung, Stoß oder Schlag explodieren können. Die brisantesten Mischungen sind mit rotem Phosphor und gelten bei feinster Vermischung als dynamitähnlich (Armstrongsche Mischung). In der Technik werden Mengen im einstelligen Milligrammbereich daher nur nass vermischt und mit Bindemittel für Knallkorken und Zündplättchen verwendet. Die bei Vorlesungsversuchen angewendete Mischung der trockenen Komponenten mittels Vogelfeder ist zu gefährlich und unnötig, da nach A. Stettbacher (Spreng- und Schießstoffe, Zürich 1948) in 96-prozentigem Ethanol die Mischung gefahrlos erfolgen kann und erst nach Verdunstung des Alkohols bei Druck Explosion erfolgt. Diese tritt auch bei Mischungen des Chlorats mit organischen Stoffen, z. B. Holzmehl oder Petroleum nach Reibung, Schlag oder Initialzündung ein. Hierdurch ist es schon oft zu Unfällen gekommen.

$ \mathrm {2\,KClO_{3}+3\,S\rightarrow 2\,KCl+3\,SO_{2}} $
Kaliumchlorat reagiert mit Schwefel zu Kaliumchlorid und Schwefeldioxid.
$ \mathrm {2\,KClO_{3}+3\,C\rightarrow 2\,KCl+3\,CO_{2}} $
Die Reaktion von Kaliumchlorat und Kohlenstoff ergibt Kaliumchlorid und Kohlenstoffdioxid.

Verwendung

Kaliumchlorat wird im Labor zur Sauerstoffgewinnung eingesetzt. Man verwendet es zur Herstellung von Streichhölzern, Leuchtmunition sowie Feuerwerkskörpern.

Ebenfalls verwendet man es zur Produktion von Sprengstoffen („Chloratit“ enthält z. B. etwa 90 % Kaliumchlorat, 10 % organische Kohlenwasserstoffe und einen Zusatz von Holzmehl). Diese reibungsempfindlichen Mischungen sind weitgehend durch handhabungssichere Explosivstoffe verdrängt worden. Nicht ungefährlich war die Verwendung für „Knallerbsen“, wo ein Gemisch aus Kaliumchlorat und rotem Phosphor zusammen mit Gummi arabicum zu Kügelchen geformt und danach getrocknet wurde. Die Mischung von Kaliumchlorat und rotem Phosphor ist auch unter der Bezeichnung Armstrongsche Mischung bekannt und führt immer wieder zu schweren Verletzungen beim Umgang damit, wenn die große Empfindlichkeit dieser Mixtur gegenüber Schlag, Reibung oder Elektrostatik unterschätzt wird.

Kaliumchlorat ist Bestandteil des „Holländischen Bades“, einer Ätzflüssigkeit für Kupferplatten aus 88 % Wasser, 10 % konz. Salzsäure und 2 % Kaliumchlorat, die für die Herstellung von Radierungen verwendet wird.

Es ist ein starkes Blut- und Nierengift (> 1 g). Zudem wirkt es antiseptisch und kam deshalb bei Gurgel- und Mundwässern zum Einsatz. Es gibt allerdings nur noch wenige Gurgelmittel, die Kaliumchlorat enthalten, da es aufgrund seiner Toxizität nur noch beschränkt eingesetzt werden darf. Die antiseptische Wirkung wird heute meist skeptisch beurteilt und sogar angezweifelt.

Früher wurden Natrium- und Kaliumchlorat als Unkrautvernichtungsmittel unter dem Handelsnamen UnkrautEx eingesetzt und vertrieben.

Einzelnachweise

  1. 1,0 1,1 Ullrich Jahn, in: Roempp Online - Version 3.5, 2009, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Eintrag zu Kaliumchlorat in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 24.8.2007 (JavaScript erforderlich)
  3. 3,0 3,1 Referenzfehler: Es ist ein ungültiger <ref>-Tag vorhanden: Für die Referenz namens ESIS wurde kein Text angegeben.
  4. Holleman-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. Auflage, de Gruyter Verlag 1995 ISBN 3-11-012641-9

Literatur

  • John B. C. Kershaw: Die elektrolytische Chloratindustrie. Verlag von Wilh. Knapp, Halle 1905 (Reprint 2010, Survival Press)
Gesundheitshinweis Bitte den Hinweis zu Gesundheitsthemen beachten!

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