高氯酸盐是高氯酸形成的盐类,含有四面体型的
高氯酸根离子(ClO4-),其中氯的
氧化数为+7。高氯酸盐化学性质稳定、水溶性强,在环境中不易分解。高氯酸盐用作
强氧化剂的火箭推进剂、烟火制造、军火工业、爆破作业等领域,也作为添加剂的润滑油、织物固定剂、电镀液、皮革
鞣剂、橡胶制品、
染料涂料、
冶炼铝和镁电池等产品的生产过程。高氯酸盐一旦进入环境,会随地下水和地表水快速扩散,造成污染的扩大化。植物会吸收和富集水或土壤中的高氯酸盐,最终通过食物链进入人体。高氯酸盐是一种
无机化合物污染物,可以竞争性结合钠/碘转运体(NIS)从而影响人体正常的
新陈代谢,阻碍人体生长发育。高氯酸盐是近几年才引起社会高度关注的污染物。2022年3月,国家卫健委发布《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2022),首次将高氯酸盐纳入管控指标,并设定标准限值70微克/升。随后开展的检测工作表明,局部地表水中的高氯酸盐含量比较高,呈现明显的流域污染特征,需要调查来源,采取有效措施降低浓度。
基本概述
高氯酸盐
含有
高氯酸根的盐类(ClO4-)。多数高氯酸盐易溶于水,钾,,及的高氯酸盐
溶解度较小,仅溶于热水中。高氯酸盐可用作
氧化剂,与易燃物质或
还原剂,会引起燃烧。
高氯酸镁,无水或
高氯酸钡可用作高效脱水剂。
A 空间填装的模型 高氯酸盐离子
高氯酸盐是通过高氯酸(HClO4)反应制取出来的。它们在医学上被使用来治疗
甲状腺紊乱已经超过50年了。它们可以当作火箭燃料来使用(作为氧化剂),并且可以在安全气囊中使用,还可以在烟花中使用或者充当肥料。两个高氯酸盐:
高氯酸钾(KClO4)和
高氯酸铵(NH4ClO4)在烟火制造术产业之内广泛地使用,而高氯酸铵更主要用于航天事业。
高氯酸锂分解可以释放
氧气,得用于航天,潜水和在其他情况,可靠的备份或补充氧气供应是需要的。多数高氯酸盐是可溶解在水中的。
科学定义
高氯酸盐 离子是ClO4−且它有分子大量99.45 a.u。
高氯酸盐(化合物)是包含这个离子,在化合物中,氯的
氧化数 为+7。
氧化作用
高氯酸盐离子是广义的最微弱的
氧化剂,高氯酸盐有最高氧化还原
电势。尽管其中氯的氧化态为+7,但在氯的所有含氧酸根离子中,
高氯酸根离子的氧化性最弱。这是由于氯在高氯酸根离子中处于四面体的中心,不易发生反应。
稳定
多数高氯酸盐,尤其电正性金属如钠形成的化合物如
高氯酸钠,都相对较稳定,也因此可以取代曾经用于烟火中但具不稳定性的氯酸盐类氧化剂。
环境存在
高氯酸盐是一种有毒化学物质,在自然界存在于土壤的比例很低,然而在发射航天飞船、人造卫星和
导弹所用火箭的燃料中大量存在。航天燃料会扩散污染环境,并对人和其他生物造成危害。
健康效应
2005年,美国环境保护署所确定的高氯酸盐的安全阈值为每日每千克体重0.7 mg。高氯酸盐可以干扰
甲状腺素的合成与分泌,从而影响人体正常的
新陈代谢,阻碍人体的生长于发育,对生长发育期的儿童影响尤为严重,一旦婴幼儿体内的高氯酸盐过量,儿童会出现智商偏低、
学习障碍、发育迟缓、多动症、注意力分散,甚至会出现弱智等症状。
类型
常见类型
锂高氯酸盐 LiClO4
镁高氯酸盐镁Mg(ClO4)2
钾高氯酸盐 KClO4
铷高氯酸盐 RbClO4
钠高氯酸盐 NaClO4
主要种类
高氯酸钠是高氯酸的
钠盐,
化学式为NaClO4。它是无色
晶体,具潮解性,可溶于水和
乙醇,480°C时分解,生成热为-382.75kJ/
摩尔。通常以菱方
晶系的一
水合物形式使用。
高氯酸钠可用作固体
推进剂中的
氧化剂,但具潮解性,应用不及
高氯酸钾和
高氯酸铵广泛。类似的
高氯酸锂是所有化合物中氧含量最高的一个,但其潮解性使得其应用很少。高氯酸钠可作制取高氯酸钾和高氯酸铵的原料。利用的是高氯酸钠与
氯化钾/
氯化铵之间的
复分解反应。高
氯酸钠由氯化钠或氯酸钠的阳极氧化反应制备,阴极为铂、
二氧化铅、
二氧化锰或
磁铁矿,阳极材料为石墨、钢、或钛。
高氯酸钾
高氯酸钾,也称过氯酸钾,是高氯酸的
钾盐,
化学式为KClO4,具强氧化性。它是无色
晶体或白色粉末,
熔点约为610°C。常用在烟火和
七彩闪光粉中作
氧化剂,也用作起爆药。它可以作固体火箭推进剂材料之一,但此应用基本上已被
高氯酸铵所取代。所有高氯酸盐中,
高氯酸钾的
溶解度最低(1.5g/100g,水,25°C)。
KClO4可与很多
还原剂发生反应,如与葡萄糖(C6H12O6)的反应如下:
3 KClO4 + C6H12O6 → 6 H2O + 6 CO2 + 3 KCl
高氯酸钾与
蔗糖的
混合物还算稳定,但与其它还原剂混合很可能发生爆燃,发生剧烈
氧化还原反应,火焰呈钾的焰色紫色。鞭炮中用高氯酸钾与
铝粉的混合物以制造闪光。
氯酸钾不可与硫混用,但高氯酸钾可以。一个通用的解释为:硫会被氧化为亚
硫酸和硫酸,后者与
氯酸钾反应,生成氯酸。高浓度的氯酸很不稳定,会发生自燃,但是由
高氯酸钾生成的高氯酸则相对稳定,不会分解。
安全操作
在高氯酸和高氯酸盐的使用中遇到的爆炸事故,已经引起了人们的极大关注。高氯酸的危险性一方面因为它是一种强酸,故与皮肤、眼睛或呼吸道接触时会产生严重的烧伤;另一方面热而浓的高氯酸是一种
强氧化剂,很不稳定。
碘化钠高氯酸甚至在室温下也不稳定,它会自发地分解而发生剧烈爆炸。只要一与可被氧化的物质接触就会立即引起爆炸。
高氯酸盐的安全操作
高氯酸盐可分为两大类:①对热和碰撞较敏感的盐;②对热和碰撞较不敏感的盐。属于第二类的物质有纯
高氯酸铵、
碱金属和
碱土金属的盐、高氯。属于第一类的物质有重金属高氯酸盐、
高氯酸氟盐、有机高氯酸盐、高氯酸、高氯酸盐与
有机化合物金属粉末或硫的
混合物。
许多重金属的高氯酸盐,有机高氯酸盐(如
高氯酸肼,二高氯酸以及高氯酸氟均极易爆炸),必须通慎操作。高氯酸盐与易被氧化的物质混合也非常容易发生爆炸,必须注意,应避免摩擦,受热、
火星、震动以及重金属污染等因素,并要采取适当的隔离、屏蔽和人身防护措施,确保工作人员安全。
碱金属,
碱土金属的高氯酸盐和
铵盐较为安定。合成新的
无机化合物或有机高氯酸盐,只应由有经验、细心而又对工作熟悉的研究人员承担。用
锤子科技锤击铜板上的高氯酸盐晶粒(一至两颗),根据撞击时产生的爆炸声大小可大致估计离级酸盐对撞击的敏感程度。
做简单的热稳定性试验,可将一两颗晶粒放在热钢板上,观察其产生激烈分解反应的时并作观察,塞子勿塞紧。