Kaliumperchloraat

Kaliumperchloraat kan worden bereid door elektrolyse van een oplossing van kaliumchloride. Gedurende de elektrolyse kunnen echter ook kaliumhypochloriet en kaliumchloraat als intermediair gevormd worden en er zijn zuiveringsstappen nodig om het zuiver product te verkrijgen. De aanwezigheid van kaliumchloraat verhoogt de kans op explosies. Zuiver kaliumperchloraat kan tot het smeltpunt verhit worden, maar de aanwezigheid van organische verontreinigingen maakt dat een gevaarlijke zaak. Het omgaan of bereiding van deze verbinding vereist kennis van zake omdat ongelukken en explosies zeker tot de mogelijkheden behoren.

Tijdens de elektrolyse is een hogere spanning nodig dan bij de chloraatsynthese. Wat er precies bij elektrolyse van een alkali-chloride-zout naar een perchloraat-zout gebeurt is nog steeds niet helemaal bekend. Volgende theorie is het meest aannemelijk. Aan de anode treedt oxidatie op van chloride-ionen naar chloorgas:

${\displaystyle \mathrm {2\ Cl^{-}\ \longrightarrow \ Cl_{2}\ +\ 2\ e^{-}} }$

Aan de kathode treedt reductie van water tot hydroxide-ionen en waterstofgas op:

${\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}O\ +\ 2\ e^{-}\ \longrightarrow \ 2\ OH^{-}\ +\ H_{2}} }$

Daarna volgt een reactie tussen het hydroxide-ion en chloorgas, waardoor het hypochloriet-anion wordt gevormd:

${\displaystyle \mathrm {2\ OH^{-}\ +\ Cl_{2}\ \longrightarrow \ 2\ ClO^{-}\ +\ H_{2}} }$

Vervolgens wordt het hypochloriet-anion geoxideerd tot het chloraat-anion. Deze reactie dient plaats te grijpen in zuur milieu, maar de oplossing wordt basisch door de gevormde hydroxide-anion. Daarom moet waterstofchloride (hierbij wordt giftig chloorgas gevormd) worden toegevoegd. De temperatuur moet minimaal 40°C bedragen, opdat deze reactie plaatsvindt.

${\displaystyle \mathrm {5\ ClO^{-}\ +\ 4\ H^{+}\ \longrightarrow \ ClO_{3}^{-}\ +\ 2\ Cl_{2}\ +\ 2\ H_{2}O} }$

Als laatste stap wordt het chloraat-anion omgezet in het perchloraat-anion. Hiervoor moeten een hogere temperatuur en een hogere spanning aanwezig zijn (6 tot 7 V).

${\displaystyle \mathrm {ClO_{3}^{-}\ +\ 2\ OH^{-}\ \longrightarrow \ ClO_{4}^{-}\ +\ H_{2}O\ +\ 2\ e^{-}} }$

Kaliumperchloraat heeft een antithyreoïde werking: het remt de opname in de schildklier. Kaliumperchloraat is een krachtige oxidator. Het reageert met reductoren, waardoor zuurstofgas vrijkomt en het perchloraat-anion gereduceerd wordt tot chloride:

${\displaystyle \mathrm {KClO_{4}\ \longrightarrow \ KCl\ +\ 2\ O_{2}} }$

Kaliumperchloraat is op zich stabiel, maar kan, indien gemengd met een reductor, ontbranden bij krachtige verhitting (mits de ontbrandingstemperatuur van de te reduceren stof is bereikt), maar minder door wrijving. Bij hoge temperaturen reageert de stof sterk met vele organische verbindingen als papier, hout, leer, koolwaterstoffen en ook met metaalpoeders (zoals aluminium en ijzer). Bij kamertemperatuur is kaliumperchloraat echter veel minder reactief en deze eigenschap maakt het gebruik van kaliumperchloraat in de pyrotechniek relatief veilig, zeker vergeleken met het gebruik van kaliumchloraat.

Omdat kaliumperchloraat een krachtige oxidator is wordt het in veel soorten pyrotechnische mengsels (sassen) gebruikt. Ook wordt de stof als vlamkleurend element gebruikt; indien het gebruikte kaliumperchloraat heel zuiver is en zo goed als vrij is van natrium, kleurt het dieppaars tot rood.

De stof is chemisch gezien vergelijkbaar met kaliumchloraat, dat in de pyrotechniek vaker door amateurs gebruikt wordt omdat het makkelijker te verkrijgen en goedkoper is. Mengsels van kaliumchloraat die zwavel bevatten, kunnen echter spontaan ontleden, een eigenschap waar perchloraat nauwelijks gevoelig voor is. Daarbij komt ook dat mengsels met kaliumperchloraat veel minder gevoelig zijn voor stoot- of wrijfbewegingen.

•  International Chemical Safety Card van Kaliumperchloraat
• (en) MSDS van kaliumperchloraat
• (en) Gegevens van Kaliumperchloraat in de GESTIS-stoffendatabank van het Duitse Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung (IFA) (JavaScript vereist)