Hidróxido de potasio

El hidróxido de potasio es un compuesto inorgánico de fórmula KOH, y comúnmente se denomina potasa cáustica.

Junto con el hidróxido de sodio (NaOH), el KOH es una base fuerte prototípica. Tiene muchas aplicaciones industriales y de nicho, la mayoría de las cuales explotan su naturaleza cáustica y su reactividad hacia los ácidos. Se estima que en 2005 se produjeron entre 700.000 y 800.000 toneladas. El KOH es notable como precursor de la mayoría de los jabones líquidos y suaves, así como de numerosos productos químicos que contienen potasio. Es un sólido blanco que es peligrosamente corrosivo.

Propiedades y estructura

KOH exhibe una alta estabilidad térmica. Debido a esta alta estabilidad y punto de fusión relativamente bajo, a menudo se funde en forma de gránulos o varillas, formas que tienen un área de superficie baja y propiedades de manejo convenientes. Estos gránulos se vuelven pegajosos en el aire porque el KOH es higroscópico. La mayoría de las muestras comerciales son ca. 90% puro, siendo el resto agua y carbonatos. Su disolución en agua es fuertemente exotérmica. Las soluciones acuosas concentradas a veces se denominan lejías potásicas. Incluso a altas temperaturas, el KOH sólido no se deshidrata fácilmente.

Estructura

A temperaturas más altas, el KOH sólido cristaliza en la estructura cristalina de NaCl. El grupo  OH− se desordena rápida o aleatoriamente, de modo que es efectivamente un anión esférico de radio 1,53 Å (entre Cl⁻ y F⁻ en tamaño). A temperatura ambiente, los grupos OH⁻ están ordenados y el entorno sobre los K⁺ los centros están distorsionados, con K⁺−OH⁻ distancias que van desde 2,69 a 3,15 Å, dependiendo de la orientación del grupo OH. El KOH forma una serie de hidratos cristalinos, a saber, el monohidrato KOH · H2O, el dihidrato KOH · 2H2O y el tetrahidrato KOH · 4H2O.

Reacciones

Propiedades de solubilidad y desecantes

Alrededor de 121 g de KOH se disuelven en 100 ml de agua a temperatura ambiente, lo que contrasta con 100 g/100 ml de NaOH. Por lo tanto, en base molar, el NaOH es ligeramente más soluble que el KOH. Los alcoholes de bajo peso molecular como el metanol, el etanol y los propanoles también son excelentes disolventes. Participan en un equilibrio ácido-base. En el caso del metanol, el metóxido de potasio (metilato) forma:

KOH + CH₃Oh, CH₃OK + H₂O

Debido a su alta afinidad por el agua, el KOH sirve como desecante en el laboratorio. A menudo se utiliza para secar disolventes básicos, especialmente aminas y piridinas.

Como nucleófilo en química orgánica

KOH, como NaOH, sirve como fuente de OH⁻, un anión altamente nucleofílico que ataca los enlaces polares tanto en materiales inorgánicos como orgánicos. El KOH acuoso saponifica los ésteres:

KOH + RCOOR → RCOOK + R'OH

Cuando R es una cadena larga, el producto se llama jabón de potasio. Esta reacción se manifiesta por la "grasa" siente que el KOH cede al tocarlo; las grasas de la piel se convierten rápidamente en jabón y glicerol.

El KOH fundido se usa para desplazar haluros y otros grupos salientes. La reacción es especialmente útil para que los reactivos aromáticos den los fenoles correspondientes.

Reacciones con compuestos inorgánicos

Complementariamente a su reactividad hacia los ácidos, el KOH ataca los óxidos. Así, el SiO₂ es atacado por KOH para dar silicatos de potasio solubles. KOH reacciona con dióxido de carbono para dar bicarbonato de potasio:

KOH + CO₂ → KHCO₃

Fabricación

Históricamente, el KOH se hacía agregando carbonato de potasio a una solución fuerte de hidróxido de calcio (cal apagada). La reacción de metátesis de sal da como resultado la precipitación de carbonato de calcio sólido, dejando el hidróxido de potasio en solución:

Ca (OH)₂ + K₂CO₃ → CaCO₃ + 2 KOH

Al filtrar el carbonato de calcio precipitado y hervir la solución se obtiene hidróxido de potasio ("potasa calcinada o cáustica"). Este método de producción de hidróxido de potasio siguió siendo dominante hasta finales del siglo XIX, cuando fue reemplazado en gran medida por el método actual de electrólisis de soluciones de cloruro de potasio. El método es análogo a la fabricación de hidróxido de sodio (ver proceso de cloro-álcali):

2 KCl + 2 H₂O → 2 KOH + Cl₂ + H₂

Se forma gas hidrógeno como subproducto en el cátodo; al mismo tiempo, tiene lugar una oxidación anódica del ion cloruro, formando cloro gaseoso como subproducto. La separación de los espacios anódico y catódico en la celda de electrólisis es esencial para este proceso.

Usos

KOH y NaOH se pueden usar indistintamente para varias aplicaciones, aunque en la industria se prefiere el NaOH debido a su menor costo.

Catalizador para proceso de gasificación hidrotermal

En la industria, el KOH es un buen catalizador para el proceso de gasificación hidrotermal. En este proceso, se utiliza para mejorar el rendimiento de gas y la cantidad de hidrógeno en proceso. Por ejemplo, la producción de coque (combustible) a partir del carbón a menudo produce muchas aguas residuales de coquización. Para degradarlo, se usa agua supercrítica para convertirlo en gas de síntesis que contiene monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno y metano. Usando la adsorción por cambio de presión, podríamos separar varios gases y luego usar tecnología de energía a gas para convertirlos en combustible. Por otro lado, el proceso de gasificación hidrotermal podría degradar otros residuos como lodos de depuradora y residuos de fábricas de alimentos.

Precursor de otros compuestos de potasio

Muchas sales de potasio se preparan mediante reacciones de neutralización que involucran KOH. Las sales de potasio de carbonato, cianuro, permanganato, fosfato y varios silicatos se preparan tratando los óxidos o los ácidos con KOH. La alta solubilidad del fosfato de potasio es deseable en los fertilizantes.

Fabricación de jabones suaves

La saponificación de las grasas con KOH se utiliza para preparar los correspondientes "jabones potásicos", que son más suaves que los más comunes derivados del hidróxido de sodio. Debido a su suavidad y mayor solubilidad, los jabones de potasio requieren menos agua para licuarse y, por lo tanto, pueden contener más agente de limpieza que los jabones de sodio licuados.

Como electrolito

carbonato de potasio, formado a partir de la solución de hidroxido que se filtra de una batería alcalina

El hidróxido de potasio acuoso se emplea como electrolito en baterías alcalinas a base de níquel-cadmio, níquel-hidrógeno y dióxido de manganeso-zinc. Se prefiere el hidróxido de potasio al hidróxido de sodio porque sus soluciones son más conductoras. Las baterías de hidruro de níquel-metal del Toyota Prius utilizan una mezcla de hidróxido de potasio e hidróxido de sodio. Las baterías de níquel-hierro también usan electrolito de hidróxido de potasio.

Industria alimentaria

En los productos alimenticios, el hidróxido de potasio actúa como espesante de alimentos, agente de control de pH y estabilizador de alimentos. La FDA lo considera generalmente seguro como ingrediente alimentario directo cuando se usa de acuerdo con las Buenas Prácticas de Manufactura. Se conoce en el sistema numérico E como E525.

Aplicaciones de nicho

Al igual que el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio atrae numerosas aplicaciones especializadas, prácticamente todas las cuales se basan en sus propiedades como base química fuerte con su consiguiente capacidad para degradar muchos materiales. Por ejemplo, en un proceso comúnmente conocido como "cremación química" o "resomación", el hidróxido de potasio acelera la descomposición de los tejidos blandos, tanto animales como humanos, para dejar solo los huesos y otros tejidos duros. Los entomólogos que deseen estudiar la estructura fina de la anatomía de los insectos pueden utilizar una solución acuosa de KOH al 10 % para aplicar este proceso.

En la síntesis química, la elección entre el uso de KOH y el uso de NaOH está guiada por la solubilidad o la calidad de conservación de la sal resultante.

Las propiedades corrosivas del hidróxido de potasio lo convierten en un ingrediente útil en agentes y preparaciones que limpian y desinfectan superficies y materiales que pueden resistir la corrosión por KOH.

KOH también se utiliza para la fabricación de chips semiconductores (por ejemplo, grabado húmedo anisotrópico).

El hidróxido de potasio suele ser el principal ingrediente activo de los "removedores de cutículas" utilizado en tratamientos de manicura.

Debido a que las bases agresivas como el KOH dañan la cutícula del tallo del cabello, el hidróxido de potasio se usa para ayudar químicamente a eliminar el cabello de las pieles de los animales. Las pieles se remojan durante varias horas en una solución de KOH y agua para prepararlas para la etapa de pelambre del proceso de curtido. Este mismo efecto también se utiliza para debilitar el cabello humano en preparación para el afeitado. Los productos para antes del afeitado y algunas cremas para afeitar contienen hidróxido de potasio para forzar la apertura de la cutícula del cabello y actuar como un agente higroscópico para atraer y forzar el agua hacia el tallo del cabello, causando más daño al cabello. En este estado debilitado, el cabello se corta más fácilmente con una hoja de afeitar.

El hidróxido de potasio se usa para identificar algunas especies de hongos. Se aplica una solución acuosa de KOH al 3-5% a la pulpa de un hongo y el investigador observa si el color de la pulpa cambia o no. Ciertas especies de hongos sin branquias, boletes, poliporos y líquenes son identificables en base a esta reacción de cambio de color.

Seguridad

El hidróxido de potasio y sus soluciones son irritantes severos para la piel y otros tejidos.