Υπερχλωρικό κάλιο

Το υπερχλωρικό κάλιο (Potassium perchlorate) είναι το ανόργανο άλας με τον χημικό τύπο KClO4. Όπως και άλλα υπερχλωρικά, αυτό το άλας είναι ένας ισχυρός οξειδωτικό όταν το στερεό θερμαίνεται σε υψηλή θερμοκρασία, αν και συνήθως αντιδρά πολύ αργά σε διάλυμα με αναγωγικά μέσα ή οργανικές ουσίες. Αυτό το άχρωμο κρυσταλλικό στερεό είναι ένα κοινό οξειδωτικό που χρησιμοποιείται σε πυροτεχνήματα, πυρομαχικά καψούλια και πυροκροτητές, και χρησιμοποιείται ποικιλοτρόπως σε προωθητικά, συνθέσεις λάμψης, αστέρια και βεγγαλικά. Έχει χρησιμοποιηθεί ως στερεό προωθητικό πυραύλων, αν και σε αυτήν την εφαρμογή έχει ως επί το πλείστον αντικατασταθεί από το πιο αποτελεσματικό υπερχλωρικό αμμώνιο

Το KClO4  έχει σχετικά χαμηλή διαλυτότητα στο νερό (1,5 g σε 100 mL νερού στους 25 °C).

Παραγωγή
200px|thumbnail|left| Υπερχλωρικό κάλιο σε κρυσταλλική μορφή
Το υπερχλωρικό κάλιο παρασκευάζεται βιομηχανικά με την επεξεργασία ενός υδατικού διαλύματος υπερχλωρικού νατρίου με χλωριούχο κάλιο. Αυτή η αντίδραση απλής καθίζησης εκμεταλλεύεται τη χαμηλή διαλυτότητα του KClO4, η οποία είναι περίπου 1/100 της διαλυτότητας του NaClO4 (209,6 g/100 mL στους 25°C).Helmut Vogt, Jan Balej, John E. Bennett, Peter Wintzer, Saeed Akbar Sheikh, Patrizio Gallone "Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. 

Μπορεί επίσης να παραχθεί με διοχέτευση αερίου χλωρίου μέσω διαλύματος χλωρικού καλίου και υδροξειδίου του καλίου, και με την αντίδραση υπερχλωρικού οξέος με υδροξείδιο του καλίου. Ωστόσο, αυτό δεν χρησιμοποιείται ευρέως λόγω των κινδύνων του υπερχλωρικού οξέος.

Μια άλλη παρασκευή περιλαμβάνει την ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος χλωρικού καλίου, προκαλώντας τον σχηματισμό και την καθίζηση του KClO4 στην άνοδο. Αυτή η διαδικασία περιπλέκεται από τη χαμηλή διαλυτότητα τόσο του χλωρικού καλίου όσο και του υπερχλωρικού καλίου, το τελευταίο εκ των οποίων μπορεί να καθιζάνει στα ηλεκτρόδια και να εμποδίζει το ρεύμα.

 Οξειδωτικές ιδιότητες 
Το KClO4 είναι ένα οξειδωτικό μέσο με την έννοια ότι μεταφέρει εξώθερμα οξυγόνο σε εύφλεκτα υλικά, αυξάνοντας σημαντικά τον ρυθμό καύσης τους σε σχέση με αυτόν στον αέρα. Έτσι, αντιδρά με γλυκόζη για να δώσει διοξείδιο του άνθρακα, μόρια νερού και χλωριούχο κάλιο:

 3 KClO4  +  C6H12O6   →   6 CO2  +  6 H2O  +  3 KCl

Η μετατροπή της στερεάς γλυκόζης σε θερμό αέριο  είναι η βάση της εκρηκτικής δύναμης αυτού και άλλων παρόμοιων μειγμάτων. Με ζάχαρη, το KClO4 αποδίδει ένα χαμηλό εκρηκτικό, υπό την προϋπόθεση του απαραίτητου περιορισμού. Διαφορετικά, τέτοια μείγματα απλώς αναφλέγονται με μια έντονη βιολετί φλόγα χαρακτηριστική του καλίου. Οι συστάσεις ανάφλεξης που χρησιμοποιούνται σε κροτίδες αποτελούνται συνήθως από ένα μείγμα σκόνης αργιλίου και υπερχλωρικού καλίου. Αυτό το μείγμα, που μερικές φορές ονομάζεται σκόνη ανάφλεξης, χρησιμοποιείται επίσης σε επίγεια και αεροπορικά πυροτεχνήματα.

Ως οξειδωτικό, το υπερχλωρικό κάλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ασφάλεια παρουσία θείου, ενώ το χλωρικό κάλιο δεν μπορεί. Η μεγαλύτερη αντιδραστικότητα του χλωρικού είναι χαρακτηριστική – τα υπερχλωρικά είναι κινητικά φτωχότερα οξειδωτικά. Τα χλωρικά παράγουν χλωρικό οξύ (), το οποίο είναι εξαιρετικά ασταθές και μπορεί να οδηγήσει σε πρόωρη ανάφλεξη της σύστασης. Αντίστοιχα, το υπερχλωρικό οξύ () είναι αρκετά σταθερό.Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. .

Για εμπορική χρήση, το υπερχλωρικό κάλιο αναμειγνύεται 50/50 με νιτρικό κάλιο για την κατασκευή του Pyrodex, ενός υποκατάστατου μαύρης πυρίτιδας και όταν δεν συμπιέζεται μέσα σε πυροβόλο όπλο με γέμιση στο στόμιο ή σε φυσίγγιο, καίγεται με αρκετά αργό ρυθμό ώστε να αποτραπεί η κατηγοριοποίησή του με τη μαύρη πυρίτιδα και κρίνεται ως χαμηλής εκρηκτικής ουσία και υποβαθμίζεται ως εύφλεκτο υλικό.

Debated medical use Συζητημένη ιατρική χρήση 
Το υπερχλωρικό κάλιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αντιθυρεοειδικός παράγοντας για τη θεραπεία του υπερθυρεοειδισμού, συνήθως σε συνδυασμό με ένα άλλο φάρμακο. Αυτή η εφαρμογή εκμεταλλεύεται την παρόμοια ιοντική ακτίνα και την υδροφιλικότητα του υπερχλωρικού και του ιωδιούχου.

Η χορήγηση γνωστών βρογχοκηλογόνων ουσιών (goitrogen) μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως πρόληψη για τη μείωση της βιολογικής πρόσληψης του ιωδίου (είτε πρόκειται για το διατροφικό μη ραδιενεργό ιώδιο-127 είτε για ραδιενεργό ιώδιο, συνηθέστερα το ιώδιο-131 (χρόνος ημιζωής = 8,02 ημέρες), καθώς το σώμα δεν μπορεί να διακρίνει μεταξύ διαφορετικών ισοτόπων ιωδίου). Τα υπερχλωρικά ιόντα, ένας κοινός ρύπος νερού στις ΗΠΑ λόγω της αεροδιαστημικής βιομηχανίας, έχει αποδειχθεί ότι μειώνουν την πρόσληψη ιωδίου και ως εκ τούτου ταξινομούνται ως βρογχοκηλογόνα. Το υπερχλωρικό ιόν είναι ένας ανταγωνιστικός αναστολέας της διαδικασίας με την οποία το ιώδιο συσσωρεύεται ενεργά στα θυλακικά κύτταρα του θυρεοειδούς. Μελέτες σε υγιείς ενήλικες εθελοντές κατέδειξαν ότι σε επίπεδα άνω των 7 μικρογραμμαρίων ανά κιλό την ημέρα (μg/(kg•d)), το υπερχλωρικό αρχίζει να αναστέλλει προσωρινά την ικανότητα του θυρεοειδούς αδένα να απορροφά ιώδιο από την κυκλοφορία του αίματος (αναστολή πρόσληψης ιωδίου, επομένως το υπερχλωρικό είναι γνωστό βρογχοκηλογόνο). Η μείωση της δεξαμενής ιωδίου από το υπερχλωρικό έχει διπλό αποτέλεσμα – αφενός, μείωση της υπερβολικής σύνθεσης ορμονών και του υπερθυρεοειδισμού, και αφετέρου, μείωση της σύνθεσης αναστολέων του θυρεοειδούς και του υποθυρεοειδισμού. Τα υπερχλωρικά παραμένουν πολύ χρήσιμα ως εφαρμογή εφάπαξ δόσης σε δοκιμές που μετρούν την έκκριση ραδιενεργού ιωδίου που συσσωρεύεται στον θυρεοειδή ως αποτέλεσμα πολλών διαφορετικών διαταραχών στον περαιτέρω μεταβολισμό του ιωδίου στον θυρεοειδή αδένα.

Η θεραπεία της θυρεοτοξίκωσης (συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Γκρέιβς) με 600-2.000 mg υπερχλωρικού καλίου (430-1.400 mg υπερχλωρικού) ημερησίως για περιόδους αρκετών μηνών ή και περισσότερο, ήταν κάποτε μια κοινή πρακτική, ιδιαίτερα στην Ευρώπη, και η χρήση υπερχλωρικού σε χαμηλότερες δόσεις για τη θεραπεία προβλημάτων θυρεοειδούς συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Παρόλο που αρχικά χρησιμοποιήθηκαν 400 mg υπερχλωρικού καλίου διαιρεμένα σε τέσσερις ή πέντε ημερήσιες δόσεις και βρέθηκαν αποτελεσματικά, εισήχθησαν υψηλότερες δόσεις όταν διαπιστώθηκε ότι τα 400 mg/ημέρα δεν έλεγχαν την θυρεοτοξίκωση σε όλα τα άτομα.

Η τρέχουσα αγωγή για τη θεραπεία της θυρεοτοξίκωσης (συμπεριλαμβανομένης της νόσου του Graves), όταν ένας ασθενής εκτίθεται σε πρόσθετες πηγές ιωδίου, περιλαμβάνουν συνήθως 500 mg υπερχλωρικού καλίου δύο φορές την ημέρα για 18-40 ημέρες.

Η πρόληψη με νερό που περιέχει υπερχλωρικό σε συγκεντρώσεις 17 μέρη ανά εκατομμύριο, που αντιστοιχεί σε πρόσληψη 0,5 mg/(kg•d) για ένα άτομο 70 kg που καταναλώνει 2 λίτρα νερού την ημέρα, διαπιστώθηκε ότι μειώνει την αρχική πρόσληψη ραδιενεργού ιωδίου κατά 67%. Αυτό ισοδυναμεί με την πρόσληψη συνολικά μόλις 35 mg υπερχλωρικών ιόντων την ημέρα. Σε μια άλλη σχετική μελέτη, στην οποία τα άτομα έπιναν μόνο 1 λίτρο νερού που περιείχε υπερχλωρικό άλας την ημέρα σε συγκέντρωση 10 ppm, δηλαδή ημερησίως κατανάλωναν 10 mg υπερχλωρικών ιόντων, παρατηρήθηκε μια μέση μείωση 38% στην πρόσληψη ιωδίου.

Ωστόσο, όταν η μέση απορρόφηση υπερχλωρικού σε εργαζόμενους σε εργοστάσια υπερχλωρικού που υποβάλλονται στην υψηλότερη έκθεση έχει εκτιμηθεί σε περίπου 0,5 mg/(kg•d), όπως στην παραπάνω παράγραφο, αναμένεται μείωση της πρόσληψης ιωδίου κατά 67%. Ωστόσο, μελέτες σε εργαζόμενους που έχουν υποστεί χρόνια έκθεση δεν έχουν μέχρι στιγμής εντοπίσει ανωμαλίες στη λειτουργία του θυρεοειδούς, συμπεριλαμβανομένης της πρόσληψης ιωδίου. Αυτό μπορεί κάλλιστα να αποδοθεί στην επαρκή ημερήσια έκθεση ή πρόσληψη σταθερών ισοτόπων ιωδίου-127 μεταξύ αυτών των εργαζομένων και στον σύντομο 8ωρο βιολογικό χρόνο ημιζωής του υπερχλωρικού στο σώμα.

Η πλήρης παρεμπόδιση της πρόσληψης ιωδίου-131 (χρόνος ημιζωής = 8,02 ημέρες) με την σκόπιμη προσθήκη ιόντων υπερχλωρικού σε μια δημόσια παροχή νερού, με στόχο δόσεις 0,5 mg/(kg•d), ή συγκέντρωση νερού 17 ppm, θα ήταν επομένως κατάφωρα ανεπαρκής για την πραγματική μείωση της πρόσληψης ραδιενεργού ιωδίου. Οι συγκεντρώσεις ιόντων υπερχλωρικού σε μια παροχή νερού περιοχής θα έπρεπε να είναι πολύ υψηλότερες, τουλάχιστον 7,15 mg/kg σωματικού βάρους ανά ημέρα, ή συγκέντρωση νερού 250 μέρη ανά εκατομμύριο, υποθέτοντας ότι οι άνθρωποι πίνουν 2 λίτρα νερού την ημέρα, για να είναι πραγματικά ωφέλιμο για τον πληθυσμό στην πρόληψη της βιοσυσσώρευσης όταν εκτίθενται σε μόλυνση από ιώδιο-131, ανεξάρτητα από τη διαθεσιμότητα ιωδικών ή ιωδιούχων ενώσεων.

Η διανομή δισκίων υπερχλωρικών, ή η προσθήκη υπερχλωρικών στην παροχή νερού θα πρέπει να συνεχιστεί για 80-90 ημέρες (περίπου 10 ημέρες χρόνος ημιζωής 8,02 ημερών) μετά την απελευθέρωση ιωδίου-131. Μετά από αυτό το χρονικό διάστημα, το ραδιενεργό ιώδιο-131 θα έχει μειωθεί σε λιγότερο από 1/1000 της αρχικής του ενεργότητα, οπότε ο κίνδυνος από τη βιολογική πρόσληψη ιωδίου-131 θα έχει ουσιαστικά παρέλθει..

 Περιορισμοί και κριτικές 
Έτσι, η χορήγηση υπερχλωρικών θα μπορούσε να αποτελέσει μια πιθανή εναλλακτική λύση στη διανομή δισκίων ιωδίου σε περίπτωση μεγάλης κλίμακας πυρηνικού ατυχήματος που θα απελευθερώσει σημαντικές ποσότητες ιωδίου-131 στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, τα πλεονεκτήματα δεν είναι πάντα σαφή και θα εξαρτηθούν από την έκταση ενός υποθετικού πυρηνικού ατυχήματος. Όσον αφορά την σταθερή πρόσληψη ιωδίου για τον ταχύ κορεσμό του θυρεοειδούς αδένα πριν συσσωρεύσει ραδιενεργό ιώδιο-131, πρέπει πρώτα να γίνει μια προσεκτική ανάλυση κόστους-οφέλους από τις αρχές πυρηνικής ασφάλειας. Πράγματι, η παρεμπόδιση της θυρεοειδικής δραστηριότητας ενός ολόκληρου πληθυσμού για τρεις μήνες μπορεί επίσης να έχει αρνητικές συνέπειες για την ανθρώπινη υγεία, ειδικά για τα μικρά παιδιά.

Επομένως, η απόφαση για τη χορήγηση υπερχλωρικών, ή σταθερού ιωδίου, δεν μπορεί να αφεθεί στην ατομική πρωτοβουλία και εμπίπτει στην αρμοδιότητα της κυβέρνησης σε περίπτωση μεγάλου πυρηνικού ατυχήματος.

Η έγχυση υπερχλωρικών ή ιωδιούχων απευθείας στο δημόσιο πόσιμο νερό είναι πιθανώς εξίσου περιοριστική με τη διανομή δισκίων.

Παραπομπές

 Παραπέρα μελέτη 

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
 WebBook page for KClO4

Κατηγορία:Ενώσεις καλίου
Κατηγορία:Υπερχλωρικά
Κατηγορία:Πυροτεχνική