Бертолетова соль

Бертолетова соль — это историческое название хлората калия, неорганического соединения с химической формулой KClO₃, представляющего собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Относится к классу хлоратов (солей хлорноватой кислоты HClO₃). Названа в честь французского химика Клода Луи Бертолле, который впервые синтезировал это соединение в 1786 году. Бертолетова соль известна своими сильными окислительными свойствами, что обусловило её широкое применение в пиротехнике, спичечном производстве, а также в медицине (в прошлом) и лабораторной практике.

История открытия и получения

Открытие Клода Бертолле

В конце XVIII века французский химик Клод Луи Бертолле, исследуя свойства хлора, пропустил его через горячий раствор едкого кали (гидроксида калия, KOH). В результате реакции образовался хлорат калия, который первоначально был назван «окисленной соляной солью калия». Бертолле установил, что это вещество обладает гораздо более сильными окислительными свойствами, чем селитра (нитрат калия, KNO₃), которая традиционно использовалась в порохах. Это открытие привело к попыткам заменить селитру бертолетовой солью в составе порохов, однако из-за чрезвычайной взрывоопасности и нестабильности таких смесей (например, при смешивании с серой и углём) от этой идеи быстро отказались.

Промышленный синтез

В XIX веке основным способом получения бертолетовой соли стал метод электролиза раствора хлорида калия (KCl) при повышенной температуре. В ходе электролиза на аноде сначала выделяется хлор, который реагирует с гидроксидом калия, образующимся на катоде, с образованием хлората калия. Другой распространённый метод — пропускание газообразного хлора через горячий раствор гидроксида калия (реакция диспропорционирования хлора). В промышленных масштабах бертолетову соль получают также химическим способом, используя хлорат натрия (NaClO₃) и обменную реакцию с хлоридом калия.

Физические и химические свойства

Физические свойства

Бертолетова соль представляет собой бесцветные блестящие кристаллы моноклинной сингонии, без запаха. Плотность — около 2,32 г/см³. Температура плавления — около 356 °C, при нагревании выше этой температуры начинает разлагаться. Хорошо растворима в воде (растворимость увеличивается с ростом температуры), плохо растворяется в спирте и ацетоне. Водные растворы имеют нейтральную реакцию.

Химические свойства

Основное химическое свойство бертолетовой соли — её сильная окислительная способность, особенно в твёрдом виде и при нагревании. При разложении (каталитическом, например, в присутствии оксида марганца(IV) MnO₂, или термическом) выделяет кислород: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑ В отсутствие катализатора при нагревании до 400–600 °C разложение может протекать с образованием перхлората калия (KClO₄) и хлорида калия (KCl).

Бертолетова соль энергично реагирует с горючими веществами (сера, фосфор, уголь, сахар, органические соединения), особенно в присутствии кислот или при ударе. Смеси бертолетовой соли с серой и углём чрезвычайно взрывоопасны и чувствительны к трению и удару. При смешивании с концентрированной серной кислотой воспламеняется с выделением двуокиси хлора (ClO₂).

Применение

Пиротехника и спичечное производство

До середины XX века бертолетова соль была основным окислителем в составах для головок спичек, обеспечивая их лёгкое воспламенение при трении. В настоящее время в спичечном производстве её в значительной степени вытеснили более безопасные хроматы и другие окислители. В пиротехнике хлорат калия используется для приготовления составов, дающих яркое цветное пламя (например, для красных огней — с солями стронция, для зелёных — с солями бария), а также в составах для фейерверков, сигнальных ракет и взрывных устройств (в смесях с алюминиевой пудрой). Однако из-за высокой чувствительности к трению и удару такие составы требуют особой осторожности.

Медицина (историческое)

В XIX — начале XX века бертолетова соль применялась в медицине как антисептическое средство для полоскания горла (в виде слабых водных растворов) при ангинах и стоматитах. Однако из-за токсичности и возможности отравления (особенно при случайном проглатывании) это применение было полностью прекращено. В настоящее время хлорат калия не используется в медицинской практике.

Лабораторная практика

В химических лабораториях бертолетова соль используется как источник кислорода (в реакции с оксидом марганца(IV) для получения кислорода в демонстрационных опытах), а также как окислитель в некоторых аналитических реакциях (например, для окисления хрома(III) до хрома(VI) в кислой среде).

Взрывчатые вещества

Хлорат калия входит в состав некоторых промышленных взрывчатых веществ (например, в смесях с горючими маслами или алюминиевой пудрой), хотя в военном деле он практически не применяется из-за нестабильности и чувствительности. В криминалистике и при расследовании взрывов бертолетова соль часто фигурирует как компонент самодельных взрывных устройств.

Опасность и токсикология

Взрыво- и пожароопасность

Бертолетова соль является сильным окислителем. В чистом виде она негорюча, но поддерживает горение. Смеси с горючими веществами (сера, фосфор, уголь, сахар, металлические порошки) взрывоопасны и чувствительны к удару, трению и нагреву. При хранении и транспортировке бертолетову соль необходимо изолировать от горючих материалов, кислот и органических соединений. Загрязнение бертолетовой соли органическими примесями (например, маслом) может привести к самовозгоранию.

Токсичность

Хлорат калия токсичен при приёме внутрь. Летальная доза для человека составляет около 15–20 граммов. При отравлении поражает эритроциты, вызывая метгемоглобинемию (нарушение способности крови переносить кислород), а также оказывает нефротоксическое действие (повреждает почки). Симптомы отравления: тошнота, рвота, диарея, головная боль, цианоз (посинение кожи), в тяжёлых случаях — потеря сознания и смерть от удушья. При работе с бертолетовой солью необходимо использовать средства индивидуальной защиты (перчатки, очки, респиратор).

Интересные факты

• Бертолетова соль была одним из первых химических соединений, для которого было обнаружено явление катализа. В 1842 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер установил, что оксид марганца(IV) (MnO₂) ускоряет разложение хлората калия с выделением кислорода.
• В XIX веке бертолетова соль использовалась для получения кислорода в лабораторных условиях, пока не была вытеснена более безопасным методом — электролизом воды.
• Смесь бертолетовой соли с сахаром и серной кислотой (так называемый «химический огонь») использовалась в прошлом для зажигания спичек и в некоторых фокусах.
• В России вплоть до середины XX века бертолетова соль продавалась в аптеках как средство для полоскания горла (под названием «калий хлорноватокислый»).

Источники

1. Химическая энциклопедия: в 5 т. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 1.
2. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994.
3. Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — М.: Химия, 1997.
4. Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Химия, 1973.
5. Справочник по взрывчатым веществам / под ред. А. А. Шидловского. — М.: Воениздат, 1963.