산화 칼륨

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1. 개요
2. 생성
3. 화학적 성질
- 3.1. 결정 구조
- 3.2. 반응성
4. 산업적 이용
참조

1. 개요

산화 칼륨(K₂O)은 칼륨과 산소의 반응으로 생성되는 화합물이다. 칼륨과 질산 칼륨을 가열하거나, 과산화 칼륨을 가열 또는 수산화 칼륨과 칼륨의 반응으로 얻을 수 있다. K₂O는 반(反)플루오라이트 구조를 가지며, 물과 격렬하게 반응하여 부식성 수산화 칼륨을 생성한다. 산업적으로 비료의 N-P-K 숫자, 시멘트 및 유리 제조 공식, 암석 조성 표시 등에 사용되며, 실제로는 칼륨 비료의 종류에 따라 K₂O 상당량으로 표시된다.

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산화 칼륨 - [화학 물질]에 관한 문서
일반 정보
산화 칼륨 공간 채우기 모형
IUPAC 명칭	산화 칼륨
체계적인 이름	산화 칼륨
다른 이름	가성 칼리 이칼륨 산화물
식별 정보
CAS 등록번호	12136-45-7
ChemSpider ID	23354117
ChEBI	88321
EC 번호	235-227-6
PubChem CID	25520
UN 번호	2033
UNII	58D606078H
MeSH 이름	산화 칼륨
SMILES	O([K])[K]
표준 InChI	1S/2K.O
표준 InChI 키	NOTVAPJNGZMVSD-UHFFFAOYSA-N
성질
화학식	K₂O
몰 질량	94.196 g/mol
겉모습	엷은 노란색 고체
냄새	무취
밀도	2.32 g/cm³ (20 °C) 2.13 g/cm³ (24 °C)
용해도	KOH을 형성하며 반응
다른 용매에 대한 용해도	다이에틸 에터에 용해
녹는점	740 °C
구조
결정 구조	Antifluorite cubic, cF12
공간군	Fmm, No. 225
배위수	사면체 (K⁺) 입방체 (O²⁻)
격자 상수 a	6.436 Å
격자 상수 α	90°
열화학
표준 생성 엔탈피 ΔHf	−363.17 kJ/mol
엔트로피	94.03 J/mol·K
열용량	83.62 J/mol·K
깁스 자유 에너지 ΔGf	−322.1 kJ/mol
위험성
외부 MSDS	ICSC 0769
주요 위험	부식성, 물과 격렬하게 반응
NFPA 704	건강: 3 화재: 0 반응성: 1 기타: W
신호어	위험
관련 화합물
다른 음이온	황화 칼륨 셀렌화 칼륨 텔루르화 칼륨 폴로늄화 칼륨
다른 양이온	산화 리튬 산화 나트륨 산화 루비듐 산화 세슘
다른 칼륨 산화물	과산화 칼륨 초과산화 칼륨 오존화 칼륨
관련 화합물	수산화 칼륨

2. 생성

산화 칼륨은 칼륨과 산소의 반응, 질산 칼륨과의 반응, 과산화 칼륨의 열분해, 수산화 칼륨과의 반응 등 다양한 방법으로 생성될 수 있다.

2. 1. 칼륨과 산소의 반응

산화 칼륨은 칼륨과 산소의 반응으로 생성되며, 이 반응은 과산화 칼륨(K₂O₂)를 생성한다. 과산화 칼륨을 칼륨으로 처리하면 산화 칼륨이 생성된다.^[5]

: K2O2 + 2 K -> 2 K2O

금속 칼륨과 질산 칼륨을 가열하여 K₂O를 합성할 수도 있다.

:2KNO3 + 10K -> 6K2O + N2 (^)

다른 방법으로는 500°C에서 과산화 칼륨을 가열하는 방법이 있다. 이 온도에서 과산화 칼륨은 분해되어 순수한 산화 칼륨과 산소를 생성한다.

:2K2O2 -> 2K2O + O2 (^)

수산화 칼륨은 산화물로 더 탈수될 수 없지만, 용융 칼륨과 반응하여 산화 칼륨을 생성할 수 있으며, 이 때 수소가 부산물로 방출된다.

:2KOH + 2K <=> 2K2O + H2 (^)

질산 칼륨과 금속 칼륨을 가열하여 산화 칼륨을 얻을 수도 있다.^[9]

#: 2KNO3\ + 10K -> 6K2O\ + N2

금속 칼륨을 소량의 공기와 반응시킨 후, 반응하지 않고 남은 금속 칼륨을 증류하여 제거함으로써 산화 칼륨을 합성할 수 있다.^[10]

#: 4K\ + O2 -> 2K2O

2. 2. 질산 칼륨과의 반응

Potassium nitrate|질산 칼륨^영어과 금속 칼륨을 가열하여 산화 칼륨을 얻을 수 있다.^[9]

: 2KNO3\ + 10K -> 6K2O\ + N2

2. 3. 과산화 칼륨의 열분해

과산화 칼륨은 500°C에서 가열하면 분해되어 순수한 산화 칼륨과 산소를 생성한다.^[5]

:2K2O2 -> 2K2O + O2 (^)

2. 4. 수산화 칼륨과의 반응

수산화 칼륨은 산화 칼륨으로 더 탈수될 수 없지만, 용융 칼륨과 반응하여 산화 칼륨을 생성할 수 있으며, 이 과정에서 수소가 부산물로 방출된다.^[5]

:2KOH + 2K <=> 2K2O + H2 (^)

3. 화학적 성질

K₂O는 염기성 산화물로, 물과 격렬하게 반응하여 부식성 수산화 칼륨을 생성한다. 조해성 물질로서 대기 중의 물을 흡수하여 이 반응을 시작한다.^[6]^[7]

물에 넣으면 고열을 발생시키며 수산화 칼륨으로 녹는다. 공기 중의 물에도 반응하므로 위험하다. 반응식은 다음과 같다.^[8]

:K2O\ + H2O -> 2KOH

3. 1. 결정 구조

K₂O는 반(反)플루오라이트 구조로 결정화된다. 이 구조에서 음이온과 양이온의 위치는 CaF₂에서의 위치와 반대이다. 칼륨 이온은 4개의 산화 이온에 배위되고 산화 이온은 8개의 칼륨에 배위된다.^[6]^[7] 결정 고체는 입방정계에 속하며, 역형석형 구조를 가진다. 플루오린화 칼슘의 칼슘 이온 위치에 산화물 이온, 플루오린 이온 위치에 칼륨 이온이 배치된다. 격자 상수는 a = 6.436 Å이다.^[11] 실온에서는 백색 고체이지만, 가열하면 황색을 띤다.^[10]

3. 2. 반응성

K₂O는 반(反)플루오라이트 구조로 결정화된다. 이 구조에서 음이온과 양이온의 위치는 CaF₂에서의 위치와 반대로, 칼륨 이온은 4개의 산화 이온에 배위되고 산화 이온은 8개의 칼륨에 배위된다.^[6]^[7] K₂O는 염기성 산화물이며, 물과 격렬하게 반응하여 부식성 수산화 칼륨을 생성한다. 이는 조해성 물질로서 대기 중에서 물을 흡수하여 이 격렬한 반응을 시작한다.

결정 고체는 입방정계에 속하며, 역형석형 구조를 가지며, 플루오린화 칼슘의 칼슘 이온 위치에 산화물 이온, 플루오린 이온 위치에 칼륨 이온이 배치된다. 격자 상수는 a = 6.436Å이다.^[11] 실온에서는 백색 고체이지만, 가열하면 황색을 띤다.^[10]

물에 넣으면 고열을 발생하며 수산화 칼륨이 되어 녹는다. 공기 중의 물에도 반응하므로 위험하다. Δ''H'' = -317.4 kJ mol⁻¹^[8]

:K2O\ + H2O -> 2KOH

4. 산업적 이용

화학식 K₂O (또는 간단히 'K')는 비료의 N-P-K 숫자^[12], 시멘트 공식, 유리 제조 공식 등 여러 산업 분야에서 사용된다.^[12] 산화 칼륨은 이러한 제품에 직접 사용되지 않는 경우가 많지만, 사용된 칼륨 비료의 종류에 따라 칼륨의 양은 K₂O 상당량으로 보고된다.^[12]

4. 1. 비료

칼륨 비료의 성분은 탄산 칼륨 또는 황산 칼륨과 같은 성분이라 하더라도 칼륨 함량을 K₂O 기준으로 환산하여 표시한다.^[12] 산화 칼륨은 무게 기준으로 약 83%의 칼륨을 함유하고 있지만, 염화 칼륨은 52%에 불과하다.^[12] 따라서 염화 칼륨은 같은 양의 산화 칼륨보다 적은 양의 칼륨을 제공한다.^[12] 예를 들어 비료가 무게 기준으로 30%의 염화 칼륨을 함유하고 있다면, 산화 칼륨을 기준으로 한 표준 칼륨 등급은 18.8%에 불과하다.^[12]

4. 2. 시멘트 및 유리

시멘트 공식 및 유리 제조 공식에 사용된다. 산화 칼륨은 이러한 제품에 직접 사용되지 않는 경우가 많지만, 사용된 칼륨 비료의 종류에 따라 칼륨의 양은 K₂O 상당량으로 보고된다.

4. 3. 암석 조성 표시

암석의 조성은 일반적으로 산화물의 형태로 표시되지만, K₂O로 표시되어 있어도 산화 칼륨으로 포함되는 것은 아니며, 정장석 KAlSi₃O₈ 등 규산염으로 포함된다.^[12] 예를 들어 화강암의 조성으로 K₂O 4.5%로 표시되어 있다면, 이는 약 26.6%의 정장석 성분을 포함하고 있다고 계산된다.

칼리 비료의 성분 표시도 마찬가지로, 성분이 탄산 칼륨 또는 황산 칼륨이라 하더라도 칼륨분을 K₂O로 환산하여 표시한다.

참조

_[1] 웹사이트 potassium oxide http://chemister.ru/[...] 2014-07-04
_[2] 간행물 CRC90
_[3] 서적 The Structure of Crystals Reinhold Publishing Corp.
_[4] 웹사이트 2014-07-04
_[5] 서적 Inorganic Chemistry Academic Press
_[6] 논문 Gitterstruktur der oxide, sulfide, selenide und telluride des lithiums, natriums und kaliums
_[7] 서적 Structural Inorganic Chemistry Clarendon Press
_[8] 간행물 The NBS tables of chemical thermodynamics properties
_[9] 서적 化学大辞典共立出版
_[10] 서적 新実験化学講座　無機化合物の合成I 丸善
_[11] 서적 化学便覧基礎編　改訂4版丸善
_[12] 문서
_[13] 간행물 CRC90
_[14] 웹인용 potassium oxide http://chemister.ru/[...] 2014-07-04
_[15] 서적 The Structure of Crystals Reinhold Publishing Corp.
_[16] 웹사이트 2014-07-04

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