수산화 포타슘

수산화 포타슘(potassium hydroxide)은 KOH의 화학식을 가진 흰색의 고체 무기 화합물이다. 수산화 소듐(NaOH)과 마찬가지로 아주 강력한 강염기 중 하나이다. 수산화 포타슘은 산에 대한 반응성과 부식성을 지니며, 다양한 산업 분야에서 많이 활용된다.

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수산화 포타슘은 공기 중의 수분을 흡수하여 쉽게 끈적끈적해지며 점착성을 가지게 된다. 이러한 성질을 조해성(deliquescence)이라고 한다. 이 때문에 공기 중에서의 수산화 포타슘은 여러 가지 상태의 수화물로 존재하며, 고온에서도 물이 쉽게 빠지지 않는다. 하지만 탈수가 일어나기 시작하는 더 높은 온도에서 수산화 포타슘은 아래 그림처럼 염화 소듐과 같은 결정 구조를 갖는다.

수산화 포타슘의 결정 구조()

높은 온도에서 OH^- 기는 빠르고 무작위적으로 무질서하게 존재하여 약 1.53 Å의 반지름을 가지는 구형의 음이온처럼 작용한다. 그러나 상온에서는 OH^- 기가 질서있게 배열되면서 K⁺ 이온 주변환경이 뒤틀리게 되고 K⁺와 OH^-사이의 거리가 방향에 따라 2.69에서 3.15 Å으로 다양해진다.

19세기 후반까지 수산화 포타슘은 주로 수산화 칼슘과 탄산 포타슘을 반응시켜 얻었다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ Ca(OH)2 + K2CO3 -> CaCO3 + 2 KOH }@@NAMATH_DISPLAY@@

이 반응에서 탄산 칼슘과 수산화 포타슘이 생성되는데, 탄산 칼슘은 물에서 용해도가 매우 낮아 고체로 석출되므로 탄산 칼슘을 필터를 이용하여 거르면 수산화 포타슘 수용액만을 얻을 수 있다. 그 뒤 수용액을 끓이면 고체 상태의 수산화 포타슘을 얻을 수 있다.¹⁾

20세기에 들어서 수산화 포타슘은 염화 포타슘 수용액을 전기분해하여 얻는 클로르알칼리 공정(chloralkali process)을 통해 주로 생산한다. 이 공정은 염화 소듐을 전기분해하여 수산화 소듐을 얻는 공정과 기본적으로 같다고 보면 된다.

@@NAMATH_DISPLAY@@\ce{ 2KCl + 2H2O -> 2 KOH + Cl2 + H2 }@@NAMATH_DISPLAY@@

위 반응은 아래 그림과 같은 전기분해 장치를 통해 진행시킨다(아래 그림에서는 전기분해를 이용한 수산화 소듐의 제법을 설명하고 있다. 수산화 포타슘의 제법에서는 NaCl 대신 KCl을 사용하고 NaOH 대신 KOH가 생성된다).²⁾ 이 공정에서 산화전극에서는 염소 가스, 환원전극에서는 수소 가스가 부산물로 생성되는데, 양극칸과 음극칸의 전해질이 섞이지 않도록 분리해주는 분리막의 역할이 중요하다.

전기분해반응을 이용한 수산화 소듐의 제법()

수산화 포타슘은 수산화 소듐과 마찬가지로 많은 분야에서 사용된다. 하지만 수산화 소듐의 가격이 수산화 포타슘에 비해 훨씬 싸기 때문에 산업적인 분야에서는 수산화 소듐이 주로 사용된다. 수산화 포타슘이 사용되는 분야는 다음과 같다.

포타슘 염들은 주로 수산화 포타슘과의 중화 반응을 통해 생성된다. 그러므로 수산화 포타슘은 포타슘 염들의 전구체로서 활용된다.

수산화 포타슘은 알칼리 전지의 전해질로 사용된다. 수산화 소듐에 비해 수산화 포타슘의 전도성이 더 좋기 때문이다.³⁾

수산화 포타슘은 식품 산업에서 소스나 스프의 점성을 높이는 증점제(thickening agent), 식품의 형태를 유지할 수 있도록 해주는 식용 안정제(stabilizer) 등으로 사용된다. 또한 식품의 산도를 조절해주는 산도조절제(acidity regulator)로도 사용된다. 하지만, 이는 수산화 포타슘을 식품에 첨가하였을 때 그 결과물을 섭취해도 아무 문제가 없도록 제어된 상태에서의 첨가를 의미하는 것이지, 수산화 포타슘을 직접 먹어도 괜찮다는 의미는 아니다.

수산화 포타슘과 그 수용액은 피부와 다른 조직에 닿으면 심각한 손상을 끼칠 수 있다. 직접적으로 수산화 포타슘이나 그 수용액에 접촉하는 것만이 아니라 그 증기를 흡입하는 것으로도 폐나 기관지 등에 영향을 끼칠 수 있다. 그러므로 이를 다룰 때에는 각별한 주의가 필요하다.⁴⁾

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