کربنات پتاسیم چیست؟ کاربردها و خطرات

کربنات پتاسیم به انگلیسی  Potassium carbonate  درواقع ماده‌ای شیمیایی به شکل نمکی سفید رنگ است که در حلال‌هایی مانند آب انحلال پذیری دارد. ماده شیمیایی کربنات پتاسیم به دلیل خواص بی نظیر خود، به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرد و می‌توان آن را یکی از پرطرفدارترین مواد برای اضافه کردن به ترکیبات محصولات کاربردی و روزمره ما دانست. این ماده با فرمول ساختاری پتاسیم کربنات K₂CO₃ به صورت کلی در صنایعی مانند شیشه سازی، تولید کود شیمیایی، تولید شیشه، صنایع شوینده، صنایع غذایی، نساجی و تولید لوازم آرایشی و بهداشتی کاربرد دارد.

به این ترتیب، شناخت این ماده و خواص کربنات پتاسیم می‌تواند به فعالان حوزه صنعت کمک کند تا بهتر بتوانند این ماده را به خط تولید اضافه کنند و با خرید کربنات پتاسیم گرید صنعتی و خوراکی باکیفیت، کیفیت محصول نهایی را افزایش دهند. اگر شما هم به دنبال پاسخ سوال کربنات پتاسیم چیست هستید با این مقاله از آوینا تجارت اطلس همراه باشید تا با هم به دنیای  مشخصات کربنات پتاسیم، عوارض و خطرات کربنات پتاسیم، روش تولید این ماده، ویژگی‌های کربنات پتاسیم و همچنین کاربردهای آن سفری داشته باشیم.

پتاسیم کربنات چیست؟

فرمول شیمیایی کربنات پتاسیم به شکل K₂CO₃ که یعنی ساختار آن به صورت اتصال دو ترکیب K به دو مولکول CO₃ می‌باشد. این ماده تنها با این نام در صنعت و بازار شناخته نمی‌شود بلکه از میان نام های دیگر کربنات پتاسیم می‌توان به کربنات پتاس (carbonate of potash)، نمک تارتار (salt of tartar) و خاکستر مروارید (pearl ash) نیز اشاره کرد. این ماده با نام دیگر کربنات پتاسیم به عنوان نمک دو پتاسیم اسید کربنیک تعریف می‌شود و از گسترده‌ترین کاربردهای آن می‌توان به تولید صابون و صنعت شیشه اشاره کرد.

در خصوص خاصیت کربنات پتاسیم می‌توان گفت که یک پودر سفید مرطوب و لطیف است. از طرفی خاصیت قلیایی محلول پتاسیم کربنات به آن مزه‌ای شبیه محلول‌های بازی داده است اما این ترکیب بی بو است و با pH برابر با  11.5 (تقریبی) می‌تواند به خوبی در آب حل شود . شایان ذکر است که حلالیت این ترکیب در الکل، استون و اتانول ناچیز است.

تاریخچه کربنات پتاسیم و روش‌های تهیه

تاریخچه کربنات پتاسیم درواقع به تمدن‌های باستانی برمی‌گردد و می‌توان گفت تهیه کربنات پتاسیم از زمان‌های بسیار قدیم رایج بوده است. در واقع نخستین باری که این ماده مطرح شد، مربوط به زمان تولید پتاس بود. پتاس در اصطلاح تاریخی به هر گونه نمک غنی که از پتاسیم به دست می‌آید و حین فرآیند جداسازی پتاسیم از خاکستر چوب و گیاهان سوخته استخراج می‌شود اطلاق می‌گردد.

به این ترتیبُ تهیه کربنات پتاسیم در گذشته به واسطه سوزاندن چوب و گیاهان جنگل به صورت عمدی یا از طریق آتش سوزی‌های اتفاقی برخواسته از رعد و برق و شرایطی جوی به دست می‌آمد. در این روش تولید کربنات پتاسیم، خاکستر چوب‌های سخت که حاوی مقدار قابل توجهی پتاسیم بود را شست‌وشو می‌دادندِ در نهایت شیرابه حاوی این مواد را تبخیر می‌کردند تا کربتات پتاسیم تولید شود.

با ورود به قرن هجدهم تولید کربنات پتاسیم شدت پیدا کرد و انقلاب صنعتی با پافشاری به تغییر روش تولید کربنات پتاس، تولید این ماده را برای استفاده از صنعت شیشه و تولید صابون بیشتر کرد. همچنین در اواخر این قرن، قبل از اینکه پودر نانوایی کشف شود از این ماده برای سریع‌تر کردن روند پخت نان استفاده می‌شد. سپس با پیشرفت تکنولوژی، روش ساخت کربنات پتاسیم تکامل یافت و در قرن نوزدهم راه‌های کارآمدتری نظیر  استفاده از سیلویت (KCl) و کارنالیت (KCl·MgCl₂·6H₂O) در این فرآیند پیشنهاد شد که توانست سنتز پتاسیم کربتات را در مقیاس بزرگ و کاربردهای گسترده هموارتر کند. به این ترتیبُ در قرن بیستم این ماده به یک عنصر حیاتی در تولید کودهای شیمیایی تبدیل شد.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی کربنات پتاسیم

مشخصات فیزیکی و شیمیایی کربنات پتاسیم در جایگاه خود بسیار جالب است و همین موارد باعث کاربرد گسترده این ماده در صنعت شده است. جرم مولکولی کربنات پتاسیم برابر 138.2 گرم بر مول است و میزان حلالیت کربنات پتاسیم از ویژگی‌های برجسته این ماده است؛ به طوریکه این ماده در 100 میلی لیتر آب و در درمای 20 درجه سانتی گراد به اندازه 112 گرم حل می‌شود و وقتی دما را به 100 درجه سانتی گراد برسانیم، حلال کربنات پتاسیم می‌تواند 44 گرم دیگر کربنات پتاس را در خود حل کند. از طرفی، ساختار شیمیایی کربنات پتاسیم باعث شده است که این ماده در متانول نیز حل شود اما حلالیت آن بسیار کم است؛ به‌طوریکه در دمای 25 درجه و در 100 میلی لیتر متانول تنها 3.11 گرم از این ماده حل خواهد شد.

از دیگر مشخصات کربنات پتاسیم می‌توان به رنگ سفید و حالت جامد آن اشاره کرد که بسیار جاذب رطوبت است. نقطه ذوب کربنات پتاسیم تقریبا 891 درجه سانتی گراد درنظر گرفته می‌شود و خلوص آن نیز تقریبا برابر 99 درصد است. همچنین پتاسیم کربنات چگالی برابر 2.29 g/cm3 دارد و در ترکیبات به عنوان یک محلول قلیایی بسیار قوی ظاهر می‌شود. در قسمت زیر در خصوص خواص کربنات پتاسیم جدولی برای شما آماده شده است که در یک نگاه  می‌توان با ویژگی‌های این ماده آشنا شد:

انواع کربنات پتاسیم

امروزه کربنات پتاسیم در دو گرید متفاوت تولید می‌شود که هر کدام از این مواد کاربرد مخصوص خود را دارد:

پتاسیم کربنات گرید خوراکی

در پاسخ به سوال کربنات پتاسیم خوراکی چیست باید گفت که این نوع از ماده یک شکل بسیار خالص کربنات پتاسیم است که استانداردهای ایمنی را برای مصرف انسان برآورده می‌کند. این گرید معموما به عنوان یک افزودنی غذایی استفاده می‌شود و در بازار مصرف با عنوان E501 برچسب گذاری می‌شود. پتاسیم کربنات گرید خوراکی در کاربردهای مختلفی در صنایع غذایی خود را نشان می‌دهد برای مثال به عنوان نگهدارنده مواد غذایی، تنظیم کننده اسیدیته و یک عامل تخمیر کننده در پخت استفاده‌های زیادی دارد.

همچنین این نوع از کربنات پتاسیم به دلیل توانایی در تنظیم pH و بهبود بافت محصولات نهایی، در غذاهای فرآوری شده و محصولات پخته شده بسیار محبوب است. از دیگر کاربردهای پتاسیم کربنات خوراکی می‌توان به استفاده از آن در تولید انواع خاصی از پنیرها اشاره کرد. درصد خلوص بالای این ماده تضمین می‌کند که آلاینده های آسیب زا برای سلامت انسان در آن وجود ندارد و یک ماده ایمن برای استفاده در خط تولید صنایع غذایی به شمار می‌آید.

کربنات پتاس گرید صنعتی

کربنات پتاس گرید صنعتی عمدتا برای کاربردهای صنعتی و کشاورزی مورد استفاده قرار می‌گیرد و با توجه به همین کاربردها فرموله شده است. این گرید از کربنات پتاسیم حاوی ناخالصی‌هایی است که برعکس کربنات پتاسیم گرید خوراکی می‌تواند برای سلامت انسان مضر باشد. کربنات پتاس صنعتی به صورت گسترده‌ای در فرآیندهای صنعتی مختلف مانند تولید شیشه، تولید صابون و به عنوان مواد اولیه کود شیمیایی استفاده می‌شود. 

توجه به ناخالصی کربنات پتاسیم می‌تواند بر کارایی محصول و محیط بسیار موثر باشد و در صورت انتخاب گرید اشتباه ممکن است منجر به هدر رفتن مواد اولیه در خط تولید گردد. به همین دلیل استفاده از کربنات پتاس گرید صنعتی با اینکه درصد خلوص پایین‌تری دارد هم از نظر صرفه اقتصادی و هم کارایی محصول نهایی بسیار ضروری است. همچنین با رعایت استفاده از گرید صحیح، دیگر نگرانی درباره آسیب‌های احتمالی کمتر می‌شود.

بیشترین کاربردهای کربنات پتاسیم در صنایع و خانه

پتاسیم کربنات معدنی در هر دو شکل کربنات پتاسیم خوراکی و کربنات پتاس گرید صنعتی، به دلیل خواص ویژه‌ای که دارد، از کاربردهای زیادی در صنعت و استفاده‌های روزمره برخوردار است. برخی کاربردهای این ماده به شرح زیر هستند:

کاربرد کربنات پتاس گرید صنعتی در صنعت

بیشترین کاربرد کربنات پتاسیم در صنعت است و از گرید صنعتی این ماده در صنایع شیمیایی، صنایع سبک و همچنین بخش پزشکی استفاده‌های زیادی می‌شود. کربنات پتاسیم معدنی درواقع به عنوان یک ماده خام اولیه مهم در صنایع زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

• ساخت لوله الکترود
• ساخت شیشه نوری
• ساخت شیشه تلویزیون
• اقلام چاپ
• تولید لامپ
• تولید رنگ
• اقلام عکاسی
• جوهر
• متاسیلیکات سدیم
• آبکاری
• پودر پلی استر
• چرم
• کریستال
• صابون ئتاس
• مواد دارویی
• مصالح ساختمانی سرامیکی

پتاسیم کربنات در کشاورزی؛ بیشترین کاربرد کربنات پتاسیم

کربنات پتاسیم به عنوان منبع اصلی پتاسیم یک ماده مغذی ضروری برای رشد گیاهان به حساب می‌آید و نقش حیاتی را در کشاورزی ایفا می‌کند. این ماده، تاثیر مثبت خود را در کشاورزی به صورت تقویت رشد ریشه، حبس آب و کمک به فتوسنتز بر جای می‌گذارد که به این ترتیب گیاه می‌تواند با شرایط بهتری رشد کند. کشاورزان اغلب از پتاسیم کربنات به عنوان کود استفاده می‌کنند تا پتاسیم مورد نیاز گیاه را به راحتی تامین کنند و باعث شوند که سنتز پروتئین‌ها و آنزیم‌های حیاتی مورد نیاز برای فرآیندهای بیولوژیکی با شرایط بهتری انجام شوند. علاوه بر این‌ها، ماهیت قلیایی این پودر سفید رنگ می‌تواند به خنثی کردن خاک‌های اکسیدی کمک کند و محیط مساعدتری را برای رشد بسیاری از محصولات ایجاد کند.

پتاسیم کربنات در تولید شوینده

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای کربنات پتاسیم استفاده در تولید صابون و مواد شوینده است. این ماده نقش پاک کنندگی و امولسیفایر را در این ترکیبات بازی می‌کند. این ماده به تولید صابون‌های نرم که در آب محلول هستند کمک شایانی می‌کند و باعث می‌شود که چنین صابون‌هایی در از بین بردن کثیفی‌ها و چربی موثرتر واقع شوند. از طرفی، استفاده از این ماده برای افزایش پایداری و بهبود عملکرد مواد شوینده بسیار مفید است و توانایی آن‌ها را برای کار در شرایط مختلف آب از نظر دمایی و سختی تقویت می‌کند.

پتاسیم کربنات در صنعت شیشه

پتاسیم کربنات در صنعت شیشه به عنوان یک عنصر کلیدی عمل می‌کند. این ماده در اصل در جایگاه یک شار وارد فرآیند می‌شود و می‌تواند دمای ذوب سیلیس را کاهش دهد تا به این صورت، مصرف انرژی فرآیند را پایین بیاورد و به تشکیل شیشه‌های شفاف و بادوام کمک کند. علاوه بر این، پتاسیم کربنات به خواص فیزیکی شیشه‌ها مانند استحکام کمک می‌کند و آن‌ها را برای کاربردهای مختلف، از ظروف شیشه‌ای روزمره تا مواد نوری تخصصی، آماده می‌کند. همچنین خواص کربنات پتاسیم باعث می‌شود شیشه از نظر استانداردهای صنعتی مانند پوشش مناسب در وضعیت خوبی قرار بگیرد.

عوارض، خطرات و نکات ایمنی در استفاده از کربنات پتاسیم

عوارض و خطرات کربنات پتاسیم با توجه به اثراتی که می‌تواند در صورت بلع، استنشاق و تماس با پوست و چشم برای بدن انسان ایجاد کند بسیار زیاد است؛ به این ترتیب این ماده سمی تلقی می‌شود.  لازم به ذکر است که تماس این ماده با پوست می‌تواند باعث تحریک و قرمزی محل تماس شود اما این نوع مسمومیت با پتاسیم کربنات زیاد جدی نیست و با شست‌وشوی محل می‌تواند رفع شود. در مقابل بلعیدن پتاسیم کربنات منجر به التهاب مری، گلو، دهان و حتی ایجاد زخم و سوزش، ناراحتی معده و روده و در نهایت سوختگی شدید داخلی شود. مصرف بیش از دوز امن نیز می‌تواند باعث استفراغ، ایجاد زخم و شوک برای اندام‌های داخلی و در نهایت مرگ گردد.

همچنین لازم به توجه است که استنشاق پتاسیم کربنات باعث تحریک مجاری تنفسی فوقانی، سرفه و قرمزی و التهاب دهان به ویژه راه‌های هوایی فوقانی شامل بینی شود. در صورت تماس این ماده با چشم نیز  خطرات کربنات پتاسیم قابل مشاهده است. قرار گرفتن این ماده در معرض چشم منجر به قرمزی و تحریک شدید پلک‌ها می‌شود. همچنین تماس چشمی طولانی مدت و درمان نشده می‌تواند باعث بروز آسیب‌های جدی و دائمی در محل شود.

به این ترتیب همواره پیشنهاد می‌شود که در محیط کار با پتاسیم کربنات، به موارد ایمنی توجه شود و از لباس، دستکش و عینک و ماسک ایمنی استفاده گردد. همچنین در صورت بروز هرگونه آسیب جدی یا سطحی بهتر است به مراکز درمانی مراجعه کنید.

ترکیبات شیمیایی و تجزیه کربنات پتاسیم

ترکیبات کربنات پتاسیم حاوی دو یون پتاسیم به شکل K⁺ و یک یون کربنات به شکل (CO₃)^2-  است که باعث شده تا نقش حیاتی در فرآیندهای شیمیایی مختلف داشته باشد. برای مثال، هنگامی که این ماده در معرض گرما یا محیط‌های شیمیایی خاص قرار بگیرد، تجزیه کربنات پتاسیم در دماهای بالا اتفاق می‌افتد. این تجزیه حرارتی معموما در حدود 900 درجه سانتی گراد رخ می‌دهد، جایی که مواد شیمیایی کربنات پتاسیم به اکسید پتاسیم (K₂O) و دی اکسید کربن (CO₂) تجزیه می‌گردند.

این واکنش از دست دادن گاز کربن دی اکسید را نشان می‌دهد که می‌تواند به صورت حباب در فرآیند آنالیز کربنات پتاسیم مشاهده شود.

2K₂CO₃—> 2 K₂O(s)+2 CO₂(g)

همچنین کربنات پتاسیم می‌تواند با اسیدها واکنش داده و دی اکسید کربن، آب و نمک‌های پتاسیم مرتبط را تولید کند و به این ترتیب، رفتار شیمیایی خود را در محیط‌های مختلف تغییر دهد.

علاوه بر این‌ها، محلول پتاسیم کربنات رفتار متمایزی از خود در تنظیمات شیمیایی نشان می‌دهد؛ به‌طوریکه در محلول‌های آبی، به یون‌های خود یعنی K⁺ و (CO₃)^2-  تجزیه می‌شود و بر سطح اسیدیته تاثیر می‌گذارد و در واقع به عنوان یک بافر عمل می‌کند. این ویژگی در صنایعی که کنترل pH در آن‌ها حیاتی است مانند شیشه سازی و تولید صابون، بسیار حائز اهمیت است. همچنین مواد تشکیل دهنده کربنات پتاسیم به راحتی با اسیدهایی مانند هیدروکلریک واکنش می‌دهد که به صورت زیر است:

K₂CO₃ (s) + HCL(aq) à KCL(aq) + H₂O (l) + CO₂ (g)

این واکنش نشان می‌دهد که در محیط‌های اسیدی، تجزیه کربنات پتاسیم به طور موثر اسیدیته را خنثی می‌کند و تطبیق پذیری آن را بهتر نشان می‌دهد. همچنین این ماده در صورت وجود آب می‌تواند رطوبت را از هوا جذب کند که منجر به رفتار رطوبت سنجی می‌شود.

روش‌های صنعتی تولید کربنات پتاسیم و سنتز تجاری

در واقع کل روند سنتز پتاسیم کربنات به این صورت انجام می‌شود که مولکول پتاسیم یک الکترون را از بیرونی‌ترین لایه خود جدا می‌کند و یک یون کربنات آن را جذب می‌کند تا ترکیبی پایدار ایجاد شود. یکی از روش‌های سنتز پتاسیم کربنات به روش تجاری به این صورت است که هیدروکسید پتاسیم (KOH) را با گاز دی اکسید کربن (CO₂) واکنش می‌دهند. فرمول این واکنش به صورت زیر است:

2 KOH + CO2 à K2CO3 + H2O

یکی دیگر از روش‌های سنتز پتاسیم کربنات، تصفیه آن با استفاده از کربن دی اکسید در حضور یک آمین آلی است که در نتیجه این واکنش نمک پتاسیم کربنات بی آب تولید می‌شود. این واکنش منجر به تولید KHCO₃ می‌شود که طبق واکنش زیر می‌تواند پتاسیم کربنات را تولید کند:

2 KHCO3 → K2CO3 + H2O + CO2

در نهایت یکی دیگر از روش‌های سنتز پتاسیم کربنات به روش تجاری استفاده از متد Engel-Precht است. زمانی که پتاسیم کلراید (KCl) را با منیزیم اکسید (MgO) وارد واکنش کنیم که و آن را با کربن دی اکسید ترکیب کنیم؛ در نهایت به ترکیب MgCO3.KHCO3.4H2O می‌رسیم. این ترکیب می‌تواند با تجزیه و کلسینه شدن در فرآیندهای دیگر، منجر به تولید پتاسیم کربنات شود.

پتاسیم کربنات؛ از ترکیبات اساسی صنایع کاربردی روزمره

کربنات پتاسیم یک ماده با خاصیت بازی قوی است که عموما به خاطر تنظیم pH ترکیبات شیمیایی مختلف در صنایع، در خط تولید استفاده می‌شود. این ماده شیمیایی در صنایع زیادی کاربرد دارد و یکی از اصلی ترین مواد اولیه در دو صنعت شیشه کاری و صابون سازی محسوب می‌شود. ترکیبات کربنات پتاسیم و واکنش‌های آن از پرکاربردترین واکنش‌های دنیای شیمی است و از این ماده برای تغییر خاصیت برخی مواد در برخی فرآیندها استفاده می‌گردد.

نکته اصلی در خرید پتاسیم کربنات و استفاده از آن در صنعت، خرید گرید مناسب و کیفیت بالا از این محصول است. کربنات پتاسیم گرید صنعتی و خوراکی هر یک برای یک نوع استفاده مناسب هستند اما مهم‌ترین نکته این است که این پودر کاربردی را از یک فروشگاه یا شرکت معتبر و قابل اعتماد خریداری کنید.

 درحال حاضر شرکت آوینا تجارت اطلس یکی از بزرگترین تامین‌کننده‌های پتاسیم کربنات در ایران است که کربنات پتاسیم 99 درصد را با همکاری با بهترین برندهای خارجی، با قیمت مقرون‌به‌صرفه خریداری کرده و به مصرف‌کنندگان داخلی ارائه می‌کند. شما می‌توانید به راحتی با تماس با کارشناسان این مجموعه، از جزئیات خرید پتاسیم کربنات مطلع شوید.

سوالات متداول درباره پتاسیم کربنات

با توجه به کاربردهای گسترده‌ای که پتاسیم کربنات در صنایع مختلف دارد، در این بخش به سوالات متداولی که درباره این ترکیب ممکن است برای هر فردی پیش آید، پاسخ می‌دهیم: