Kaliumklorat

Kaliumklorat er en kjemisk forbindelse bestående av kalium, klor og oksygen med den kjemiske formelen KClO3                                                                                       I ren tilstand er det et hvitt, krystallinsk salt. Det er det mest vanlige kloratet i industriell bruk og man finner det vanligvis i godt utstyrte laberatorier.        Det brukes:
 som et oksidasjonsmiddel,
 i framstilling av oksygen,
 som desinfeksjonsmiddel
 som blekemiddel
 som ugressmiddel
 i fyrstikker 
 i eksplosiver og fyrverkeri.

Kaliumklorat kan produseres ved elektrolyse av en varm og mettet vannoppløsning av kaliumklorid. Det dannes klorgass ved anoden og kaliumhydroksid ved katoden som så reagerer med hverandre og danner kaliumklorat. Alternativt kan det produseres ved elektrolyse av en varm og mettet natriumklorid oppløsning og siden tilsette kaliumklorid slik at det utfelles kaliumklorat i løsningen. Det må brukes elektroder av materialer som tåler klor og kaliumhydroksid. Det mest vanlige er å bruke en platina belagt titan anode og enten titan eller rustfritt stål som katode. Elektrodene finnes som oftest i form av nett eller plater. Blydioksid eller MMO (mixed metal oxide anode av iridiumoksid og rutheniumoksid) kan også brukes som anode. Grunnen til at det må brukes platina eller MMO er at anoden utsettes for voldsom korrosjon av klorgassen som dannes der. Spenningen over elektrodene skal være fra 5 til 6 Volt. Elektrodeavstanden bør være fra 3 til 5 centimeter. Temperaturen i elektrolytten bør være mellom 40 og 60 grader C.

Blydioksid anode brukes først og fremst til produksjon av kaliumperklorat (KClO4) og ammoniumperklorat (NH4ClO4) med en spenning over elektrodene på 6,5 til 7 volt.

I fabrikker som produserer kaliumklorat holdes elektrolytten svakt sur (pH 6,0-6,5) ved at det kontinuerlig tilsettes saltsyre (HCl).                                      Elektrolysen optimaliseres og effektiviseres ved at det tilsettes kaliumdikromat (K2Cr2O7) til elektrolytten i en mengde på ca.1,5 gram pr. liter elektrolytt.                    Kaliumdikromat tilsettes for å hindre reduksjon av kaliumklorat tilbake til kaliumklorid ved katoden. Det er ikke absolutt nødvendig å kontrollere pH og tilsette kaliumdikromat, men det gjør elektrolysen mere effektiv.

Kaliumklorat kan også produseres ved å boble klorgass gjennom en varm og mettet kalsiumhydroksid (Ca(OH)2) oppløsning, og så tilsette       kaliumklorid (KCl) slik at det utfelles kaliumklorat i løsningen (den skalte Liebig prosessen). Alternativt kan klorgass bobles gjennom en varm og mettet kaliumhydroksid (KOH) oppløsning.

Reaksjonsligningen for Liebig prosessen ser slik ut:

6 Ca(OH)2 + 6 Cl2  → Ca(ClO3)2 + 5 CaCl2 + 6 H2O

Ca(ClO3)2 + 2 KCl  → 2 KClO3 + CaCl2

Reaksjonsligningen ser slik ut hvis man bobler klorgass gjennom en varm og mettet oppløsning med kaliumhydroksid:

3 Cl2(g) + 6 KOH(aq) → KClO3(aq) + 5 KCl(aq) + 3 H2O(l)

Kaliumklorat kan også produseres ved å koke opp en oppløsning med natriumhypokloritt og så tilsette kaliumklorid:

3 NaClO → 2 NaCl + NaClO3

KCl + NaClO3 → NaCl + KClO3

Kaliumklorat var en hovedingrediens i tennhetter i patroner før i tiden. I dag er det ofte erstattet med kaliumperklorat.

Kaliumklorat må behandles med stor forsiktighet. Det er svært reaktivt og kan i enkelte tilfeller eksplodere spontant hvis det blandes med lettantennelige stoffer, spesielt svovel, sulfider og fosfor. Kaliumklorat er brukt i enkelte kruttoppskrifter, da hovedsakelig som erstatning for, eller i tillegg til det noe svakere kaliumnitrat (for eksempel i Pyrodex krutt).

Klorat basert krutt er mer effektivt enn tradisjonelt krutt og er mindre utsatt for vannskader. Det er imidlertid ustabilt, spesielt i blandinger med svovel,og det er også mye dyrere enn tradisjonelt krutt. Kloratbasert krutt må bare brukes i utstyr beregnet for det, ellers kan det lett føre til ulykker.

I kombinasjon med andre materialer kan kaliumklorat bli høyeksplosivt. Klorat basert sprengstoff ble mye brukt i granater og bomber under første verdenskrig av både Tyskland og Frankrike. Frankrike begynte å forske på klorat baserte sprengstoffer i 1897. Disse sprengstoffene ble kalt for Cheddite i Frankrike. En av mange blandinger inneholdt 90% kaliumklorat, 4% Vaselin og 5% Parafin. Andre blandinger inneholdt olje, stivelse og dinitronaftalen. Tyskland utviklet lignende blandinger av kaliumklorat, dinitrobenzen og dinitronaftalen. 
 
Det vannabsorberende og noe svakere natriumklorat benyttes noen ganger som et tryggere og rimeligere alternativ til kaliumklorat.

I skolesammenheng benyttes ofte kaliumklorat i labforsøk for framstilling av oksygengass. Det er langt billigere å framstille gassen på denne måten enn for eksempel å måtte ha en egen kryobeholder eller høytrykksbeholder i laboratoriet. Kaliumklorat lar seg lett spalte til oksygen og kaliumklorid under oppvarming hvis det blir tilsatt en katalysator. I dette tilfellet brukes det typisk mangan(IV)oksid (MnO2).                                                                                              Kaliumklorat og manganoksid blandes sammen og blir plassert i en erlenmeyerkolbe og varmet over en gassbrenner. Hvis kolben er utstyrt med propp med en slange koblet til, blir varm oksygen gass trukket ut. Reaksjonsligningen ser slik ut:

2 KClO3(s) →  3 O2(g) + 2 KCl(s) 

Hvis kaliumklorat varmes opp uten at det er tilsatt en katalysator dannes det kaliumperklorat og kaliumklorid. 

Reaksjonsligningen ser da slik ut: 4 KClO3 → 3 KClO4 + KCl

Ved ytterligere oppvarming spaltes kaliumperklorat til kaliumklorid og oksygen: KClO4 → KCl + 2 O2

Av sikkerhetsmesige årsaker er det påkrevd med helt rent laberatorieutstyr og nøye kontroll med temperaturen. Smeltet kaliumklorat er et ekstremt kraftig oksidasjonsmiddel, og vil kunne uten forvarsel reagere med mange helt vanlige stoffer. Det har forekommet at flytende klorat har forårsaket eksplosjoner da det har kommet i kontakt med gummi- eller plastslangen som er benyttet i forsøket, likeså når det har kommet i kontakt med tetningsfett av hydrokarboner. Til og med urenheter i kaliumkloratet selv kan forårsake problemer. Når man arbeider med en ny forsendelse av kaliumklorat er det tilrådelig å ta en liten prøve (~1 gram), og så varme den kraftig opp på en glassplate. Forårsakes det en liten eksplosjon, indikerer det at kloratet er forurenset og ikke bør benyttes videre. Natriumklorat blir brukt i oksygenforsyningssystemet i fly og har vært årsaken til minst ett flykrasj. En brann i romstasjonen MIR var også forårsaket av dette stoffet.

Kaliumklorat reagerer med svovelsyre og danner en svært reaktiv blanding av klorsyre og kaliumsulfat. Denne blandingen kan føre til spontan antennelse av brennbare stoffer som sukker og papir:

2 KClO3 + H2SO4 → 2 HClO3 + K2SO4

Kaliumklorat blir også brukt som et ugressbekjempende middel. I Finland ble det solgt under navnet Fegabit. Finland benytter også kaliumklorat som hovedingrediens (ca. 60 %) i en avansert utgave av Molotov Cocktails.

Se også
Klorsyre
Kaliumperklorat
Kaliumnitrat

Referanser

"Chlorate de potassium. Chlorate de sodium", Fiche toxicol. n° 217, Paris:Institut national de recherche et de sécurité, 2000. 4pp.
 Continuous process for the manufacture of potassium chlorate by coupling with a sodium chlorate production plant

Eksterne lenker
 International Chemical Safety Card 0548

Salter
Kaliumforbindelser
Klorforbindelser