Как получить щелочной металл калия

Это вещество известно всем, особенно фанатам гигиены и чувствительным людям. Достоинства калия сделали его обязательным компонентом в науке, промышленном производстве, сельском хозяйстве.

Как получить щелочной металл калия

Что представляет собой калий

Калий – это химический элемент, номер 19 таблицы Менделеева:

  • Это мягкое вещество серебристо-белого цвета.
  • Относится к щелочным металлам.
  • Структура решетки кубическая.
  • Международное обозначение – K (Kalium).

Химические свойства схожи с натрием, отличия выявлены на биологическом уровне.

Калий включает в себя три изотопа. Изотоп K40 – источник энергии, извлекаемой из геотермальных источников планеты.

Естественные либо синтезированные заменители металла не выявлены.

История

Калий упоминается, начиная со времени первых цивилизаций. Соединения вещества использовали еще древние египтяне. Речь о поташе, которым стирали одежду, мыли посуду.

Процесс был простым. Сжигали ветви, солому, оставшуюся золу заливали водой. Полученную щелочную массу отфильтровывали, выпаривали.

История получения металла европейскими учеными начинается с 19 века:

  • В 1807 году английский химик Гемфри Дэви выбрал исходником едкий кали. Применив электролиз, получил калий.
  • Через два года его французские коллеги прокалили едкий кали с углем и также получили металл.

С названием металла определились не сразу:

  • Первооткрыватель окрестил вещество «потассием» (лат. Potassium).
  • Немец Людвиг Гильберт предложил термин «калий».

Латинское kalium восходит к арабскому аль-кали. Так арабы именовали поташ.

Термин «калий» понравился немцам. Его переняли ученые Европы (в том числе российские).

Калий в природе

В природе свободный калий не обнаружен (этому препятствует высокая химическая активность), только как компонент соединений с другими химическими элементами в составе. Такая форма существует в почве, растительной золе, минералах, морской воде.

Как получить щелочной металл калияКалий под слоем ТГФ

Самые известные минералы – каинит, сильвин, сильвинит, карналлит.

Калий – элемент клеток живых организмов.

Тонна земной коры содержит 24 кг калия, литр морской воды – 380 мг.

По распространенности калий – пятый среди металлов, седьмой среди всех элементов.

Сырье извлекают из шахт либо подземных соленых вод.

Крупнейшими залежами располагают Канада, Россия, Белоруссия.

Технология получения

Подобно другим щелочным металлам, калий извлекают электролизом расплава хлоридов либо щелочей.

При таком способе получения используют – как менее тугоплавкие – щелочи плюс сода либо поташ:

  • На катоде и аноде появляются, соответственно, расплавленный калий и кислород.
  • Вода из расплава испаряется.
  • Чтобы исключить взаимодействие с кислородом, используют медный катод.
  • Над катодом укрепляют медный цилиндр. В нем оседает расплавленный калий.

Анод изготовляют из никеля (для щелочей) либо графита (хлоридов).

Физико-химические характеристики

Калий как металл проявляет типично «щелочные» характеристики:

  • Химически суперактивен: без проблем взаимодействует с неметаллами, сложными веществами. В результате образуются галогениды, фосфиды, оксиды, амальгамы, соли.
  • Взаимодействие с металлами возможно только при нагревании. Образуются сплавы-интерметаллиды.
  • Почти мгновенно окисляется на воздухе.
  • С кислородом реагирует так бурно, что получается супероксид – K2O4.
  • Легкий (кубик с ребром в 1 см весит меньше грамма), легкоплавок.
  • Это мягкий металл – легко режется ножом, раскатывается до фольги.
  • Не тонет в воде.

Взаимодействие металла с водой взрывоопасно, на воздухе он разрушается. Для нейтрализации этих недостатков калий хранят в бензине, керосине либо плотно закрываемых сосудах.

Как получить щелочной металл калияКалий активно взаимодействует с водой. Выделяющийся водород воспламеняется, а ионы калия придают пламени фиолетовый цвет. Раствор фенолфталеина в воде становится малиновым, демонстрируя щелочную реакцию образующегося KOH.

Свойства атома
Название, символ, номер

Атомная масса
(молярная масса)

Электронная конфигурация

Радиус атома

Химические свойства
Ковалентный радиус

Радиус иона

Электроотрицательность

Электродный потенциал

Степени окисления

Энергия ионизации
(первый электрон)

Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)

Температура плавления

Температура кипения

Уд. теплота плавления

Уд. теплота испарения

Молярная теплоёмкость

Молярный объём

Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки

Параметры решётки

Температура Дебая

Прочие характеристики
Теплопроводность

Номер CAS

Калий / Kalium (K), 19
39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
[Ar] 4s1
235 пм
203 пм
133 пм
0,82 (шкала Полинга)
−2,92 В
0; +1
 418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)
0,856 г/см³
336,8 К; +63,65 °C
1047 К; 773,85 °C
2,33 кДж/моль
76,9 кДж/моль
29,6 Дж/(K·моль)
45,3 см³/моль
кубическая объёмно-центрированная
5,332 Å
100 K
(300 K) 79,0 Вт/(м·К)
7440-09-7

Калий, его соединения придают пламени горелки розовато-фиолетовый оттенок. По этому признаку его легко отличить от других щелочных металлов.

Где используется калий

Калиево-натриевый сплав используется как теплоноситель в атомных реакторах.

Минералы, содержащие калий, аккумулируют изотопы аргона. Благодаря этому возможно определение возраста геологических формаций.

Калийные соединения используются в промышленности:

  • Флюс для пайки цветных металлов, сталей.
  • Монокристаллы в лазерах, пьезоэлектрики.
  • Серебрение, золочение, другие гальванические операции. Используется цианид калия – один из сильнейших ядов.
  • Очистка ацетилена от примесей.
  • Регенерация воздуха на субмаринах и в противогазах.
    Как получить щелочной металл калияСоветский изолирующий противогаз ИП-5
  • Щелочные аккумуляторы, сушка газов. Здесь нашлось применение свойству гидроксида калия (едкого кали) усиленно поглощать влагу из окружающей среды.
  • Производство стекла.
  • Компонент пороха, взрывчатки, спичек (калийная селитра).
  • Начинка пиротехники.
  • Дубление кожи, отбеливание текстиля.

Перманганат калия задействуют для получения кислорода. Это оказалось жизненно важным в период пандемии коронавируса.

Без перманганата – марганцовки – и бромида (успокоительного) не обходится домашняя аптечка.

Как получить щелочной металл калияКристаллы перманганата калия

Химическое вещество с формулой KMnO4 – это обычная марганцовка.

Достоинства металла оценили аграрии. 90% продукции – это калийные удобрения: поташ, селитра, сильвин («калийная соль»).

Растения, высаженные в бедную калием почву, чахнут, плохо плодоносят. Не меньшее значение имеет микроэлемент для человека.

Жизненные процессы

В организме человека действует связка калий-натрий.

Она контролирует следующие процессы:

  • Нормализация кислотно-щелочного, водного баланса, сердечного ритма.
  • Содействие появлению мембранного потенциала, работе мышц.
  • Поддержание кондиций крови.

Плюс активация ферментов.

Суточная потребность

Суточная норма микроэлемента (г):

  • Дети – 0,61 – 1,72.
  • Взрослые – 1,82 – 5,1.

Потребность в калии увеличивается при обезвоживании организма (расстройство ЖКТ, рвота, прием мочегонных препаратов, потение).

Питание

Калий поступает в организм с пищей.

Основные поставщики микроэлемента:

  • Печень, рыба.
  • Бобовые.
  • Картофель.
  • Молоко.
  • Брокколи.
  • Цитрусовые, виноград, курага, финики, дыня.

Калием насыщены экзотичные фрукты – помело, киви, авокадо, бананы. Он есть в ореховом масле.

Усвоению калия содействует витамин В6, тормозит алкоголь.

Симптомы недостатка/избытка

Недостаток металла влечет сбои в работе сердечной и скелетной мышц. В тяжелых случаях – невралгию.

Переизбыток опознается по язве тонкого кишечника. Случается остановка сердца.

Цены

На рынке представлена промышленная, аптечная продукция, удобрения с калием.

Цены доступны (руб. / кг):

  • Калийные соединения – 50 – 350 (вольфрамат – 2,9 тыс.).
  • Минеральные удобрения – 50 – 75.

Стоимость аптечных препаратов определяется брендом либо страной-производителем.

Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака

Калий — металл, имеющий огромное биогенное значение

  • Калий — элементарное вещество, металл, настолько активный, что не встречается в природе в виде самородков. Калий входит в состав минералов и морской воды, в организмы растений и животных, по распространенности занимает 7-е место. Имеет огромное биогенное значение, так как необходим для жизнедеятельности живых клеток.

    Физические и химические свойства калия

    Как получить щелочной металл калияЩелочной металл, активно реагирует с кислородом, водой, галогенами, разбавленными кислотами, реакции часто сопровождаются взрывом. С азотом в реакцию не вступает. Реагирует со щелочами, спиртами.Работа с чистым калием требует применения средств защиты, поскольку попадание даже мельчайших частиц на кожу или в глаза вызывает серьезные ожоги.Хранить калий следует в герметических железных сосудах под слоем веществ, препятствующих контакту с воздухом: минерального масла, силикона, обезвоженного керосина.

    Применение калия и его соединений

    В виде чистого металла вещество применяется в ограниченной сфере областей: — из него изготавливают электроды в некоторых источниках тока;— применяют в электронных лампах в качестве адсорбента газов, поддерживающего вакуум; в фотоэлементах, в газоразрядных лампах и устройствах, в термоэмиссионных преобразователях, в фотоэлектронных умножителях;— для производства супероксида;— с помощью изотопа калия-40 вычисляют возраст пород;— искусственный изотоп калий-42 применяется как радиоактивный индикатор в медицине и биологии;— сплав калия и натрия — жидкое вещество в нормальных условиях, используется как теплоноситель в атомных реакторах. Применяются также другие жидкие сплавы калия.

Как получить щелочной металл калияГораздо более востребованы различные соединения калия.— В медицинской практике используют хлористый калий, йодистый калий, перманганат, бромид калия. Калий обязательно входит в состав комплексных витаминно-минеральных препаратов. Он необходим нашему организму для работы мышц, в том числе, сердечной; для поддержания сбалансированного состава крови, водного и кислотно-щелочного баланса.— Львиная часть получаемого промышленностью калия (более 90%) идет на производство калийных удобрений, которые жизненно важны для развития растений. Для этой цели в сельском хозяйстве используют различные соли калия. Наиболее востребована калиевая соль азотной кислоты, известная под названиями калиевая селитра, индийская или калийная селитра.— КОН (гидроксид калия) применяют в аккумуляторах, для осушения газов.

Как получить щелочной металл калия— Пероксид и супероксид калия поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Это свойство используется для регенерации кислорода в противогазах, в шахтах, на подводных лодках, в космических кораблях. — С помощью пероксидов отбеливают ткани.— Соединения калия входят в состав различных взрывчатых и горючих веществ.— Перманганат калия используется для лабораторного получения О2.

— Соединения калия находят применение в гальванотехнике и органическом синтезе, в лазерной технике и фотографии, в производстве ацетилена и сталей и пьезоэлектронике. Они используются для пайки цветных металлов и сталей, для мытья химической посуды.

Йодистый калий, калиевая селитра, углекислый калий — лишь малая часть соединений с калием, которые предлагает наш магазин химических реактивов. В Москве и Московской области покупать товары для лабораторий и производства в «ПраймКемикалсГрупп» удобно и выгодно. У нас отличный сервис, есть доставка и возможность самовывоза.

Калий

Калий — элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

  • В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах.
  • Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь.
  • Во многих свойствах калий очень близок натрию, но с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов они антагонистичны.

Соединения калия используются с древнейших времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия K2CO3, содержал сульфат калия K2SO4, соду и хлорид калия KCl.

19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого кали (KOH)(в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года). Дэви назвал его «потасий» (лат.

 potasium; это название (правда, в некоторых языках с двумя буквами s) до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках. При электролизе влажного едкого кали KOH на ртутном катоде он получил амальгаму калия, а после отгонки ртути — чистый металл.

Дэви определил его плотность, изучил химические свойства, в том числе разложение воды и поглощение водорода.

В 1808 году французские химики Гей-Люссак и Л. Тенар выделили калий химическим путём — прокаливанием KOH с углём.

В 1809 году немецкий физик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.

Нахождение в природе

Ввиду высокой химической активности калий в свободном состоянии в природе не встречается. Породообразующий элемент, входит в состав слюд, полевых шпатов и т. д.

Также калий входит в состав минералов сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl2·6H2O, каинита KCl·MgSO4·6H2O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K2CO3 (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль).

Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Средняя концентрация в морской воде — 380 мг/л.

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории Канады (производитель PotashCorp), России (ПАО «Уралкалий», г. Березники, г. Соликамск, Пермский край, Верхнекамское месторождение калийных руд), Белоруссии (ПО «Беларуськалий», г. Солигорск, Старобинское месторождение калийных руд).

Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

 K+ + e− → K 2Cl− → Cl2

При электролизе гидроксида калия на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

 4OH− → 2H2O + O2

Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

 Na + KOH →N2,380−450oC NaOH + K

и восстановление из расплава хлорида калия карбидом кальция, алюминием или кремнием.

Физические свойства

Калий — серебристый металл с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.

Калий активно взаимодействует с водой. Выделяющийся водород воспламеняется, а ионы калия придают пламени фиолетовый цвет. Раствор фенолфталеина в воде становится малиновым, демонстрируя щелочную реакцию образующегося KOH

Калий образует кристаллы кубической сингонии, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,5247 нм, Z = 2.

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат).

При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью.

С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия). При умеренном нагревании реагирует с водородом с образованием гидрида (200—350 °C):

 2K + H2 ⟶ 2KH 

с халькогенами (100—200 °C, E = S, Se, Te):

 2K + E ⟶ K2E 

При сгорании калия на воздухе образуется надпероксид калия KO2 (с примесью K2O2):

 K + O2 ⟶ KO2 

В реакции с фосфором в инертной атмосфере образуется фосфид калия зелёного цвета (200 °C):

 3K + P ⟶ K3P 

Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре (+20 °C) активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке (−50 °C) с образованием тёмно-синего раствора аммиаката калия.

 2K + 2H2O ⟶ 2KOH + H2↑ 2K + 2HCl ⟶ 2KCl + H2↑  K + 6NH3 ⟶ [K(NH3)]6

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

 8K + 6H2SO4 ⟶ 4K2SO4 + SO2↑ + S↓ + 6H2O 21K + 26HNO3 ⟶ 21KNO3 + NO↑ + N2O↑ + N2↑ + 13H2O

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

 2K + 2KOH ⟶ 2K2O + H2↑ (450∘C)

При умеренном нагревании реагирует с газообразным аммиаком с образованием амида (+65…+105 °C):

 2K + 2NH3 ⟶ 2KNH2 + H2

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

 2K + 2C2H5OH ⟶ 2C2H5OK + H2↑ 

Алкоголяты щелочных металлов (в данном случае — этилат калия) широко используются в органическом синтезе.

Соединения с кислородом

При взаимодействии калия с кислородом воздуха образуется не оксид, а пероксид и супероксид:

 2K + O2 ⟶ K2O2 K + O2 ⟶ KO2 

Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:

 4K + O2 ⟶ 2K2O  KO2 + 3K ⟶ 2K2O

Оксиды калия обладают ярко выраженными осно́вными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

 K2O2 + 2H2O ⟶ 2KOH + H2O2  4KO2 + 2H2O ⟶ 4KOH + 3O2↑  4KO2 + 2CO2 ⟶ 2K2CO3 + 3O2↑ Советский изолирующий противогаз ИП-5

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия.

Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO2 выделяется один объём O2), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO2 выделяется три объёма O2) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

  1. В случае эквимолярной смеси (Na2O2:K2O4 = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO2 выделяется четыре объёма O2).
  2. Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.
  3. Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.
  4. Также известен озонид калия KO3, оранжево-красного цвета. Получить его можно взаимодействием гидроксида калия с озоном при температуре не выше +20 °C:

 4KOH + 4O3 ⟶ 4KO3 + O2 + 2H2O 

Озонид калия является очень сильным окислителем, например, окисляет элементарную серу до сульфата и дисульфата уже при +50 °C:

 6KO3 + 5S ⟶ K2SO4 + 2K2S2O7

Гидроксид

Основная статья: Гидроксид калия

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого кали при +20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение

  • Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав с составом 12 % натрия, 47 % калия, 41 % цезия обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
  • Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений. Калий является одним из трёх базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с азотом и фосфором. В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным катионом. При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов — клеточных органелл, в которых проходит фотосинтез. Внешне это проявляется в пожелтении и последующем отмирании листьев. При внесении калийных удобрений у растений увеличивается вегетативная масса, урожайность и устойчивость к вредителям.
  • Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

  • Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
  • Гидроксид калия (едкое кали) применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
  • Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.
  • Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.
  • Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
  • Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
  • Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

Кристаллы перманганата калия

  • Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
  • Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
  • Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
  • Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
  • Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
  • Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали. Чрезвычайно ядовит, один из сильнейших ядов.
  • Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).
  • Сульфат калия применяется как удобрение.

Биологическая роль

Калий — важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются очень плохо, уменьшается урожай, поэтому около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.

Калий в качестве катиона наряду с катионами натрия является базовым элементом так называемого калиево-натриевого насоса клеточной мембраны, который играет важную роль в проведении нервных импульсов.

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

  • Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
  • Поддержание осмотической концентрации крови.
  • Поддержание кислотно-щелочного баланса.
  • Нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых — от 1800 до 5000 миллиграммов. Потребность в калии зависит от массы тела, физической активности, физиологического состояния и климата места проживания. Рвота, продолжительные поносы, обильное потение, использование мочегонных повышают потребность организма в калии.

Основными пищевыми источниками являются бобы (в первую очередь белая фасоль), шпинат и капуста кормовая, финики, картофель, батат, сушёные абрикосы, дыня, киви, авокадо, помело, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Практически все сорта рыбы содержат более 200 мг калия на 100 г. Количество калия в разных видах рыбы различается.

Овощи, грибы и травы также содержат много калия, однако в консервированных продуктах его уровень может быть гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

При недостатке калия развивается гипокалиемия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия может быть причиной острой невралгии.

При избытке калия развивается гиперкалиемия, для которой основным симптомом является язва тонкого кишечника. Настоящая гиперкалиемия может вызвать остановку сердца.

Изотопы

Основная статья: Изотопы калия

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: 39K (изотопная распространённость 93,258 %) и 41K (6,730 %). Третий изотоп 40K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251 миллиарда лет.

Сравнительно малый период полураспада и большая распространённость калия по сравнению с ураном и торием означает, что на Земле ещё 2 млрд лет назад и ранее калий-40 вносил главный вклад в естественный радиационный фон.

В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 31,0±0,3 ядра 40K, благодаря чему, например, в организме человека массой 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. Поэтому легкодоступные в быту соединения калия (поташ, хлорид калия, калийная селитра и т. д.

) можно использовать как пробные радиоактивные источники для проверки бытовых дозиметров. 40K наряду с ураном и торием считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (полная скорость энерговыделения оценивается в 40—44 ТВт).

В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40Ar, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Один из искусственных изотопов — 37K, — с временем полураспада 1,23651 секунды, применяется в экспериментах по изучению Стандартной модели слабого взаимодействия.

Простое получение поташа и едкого калия

Едкий калий (КОН), он же – едкое кали, он же — гидроксид калия, он же – каустический поташ. Одна из сильных щелочей и весьма востребован во многих сферах человеческого бытия. По сравнению с аналогом – едким натрием (NaOH) исторически раньше получил широкое распространение. Главным образом, надо полагать, благодаря своей вульгарности – простоте получения из подручных средств и в самых непрезентабельных условиях. Получение пиментов для красок, варка стекла, взрывчатка, омыление жиров – приготовление твердого мыла, удобрения и многое другое. Словом, химикат архиполезный. Поташ – углекислый калий (К2СО3), применяется самостоятельно для аналогичных целей и является промежуточным звеном к более сильной КОН. Едкий калий и поташ, до начала промышленной добычи содержащих калий минералов, традиционно получали из золы растений, деревьев, водорослей, местами, сжигая для этого огромные площади лесов. Из золы, тем или иным способом, выщелачивали растворимые в воде соли, а после, выпаривали её из концентрированного раствора. Здесь, мы с ребенком-школьницей попробуем получить гидроксид калия именно этим историческим способом. Как эксперимент и лабораторная работа по химии и природоведению (естествознанию). Что понадобилось для работы.Кроме исходных веществ – посуда, сито, средства для нагрева, весы, мелочи.

К делу.

Основной материал для процесса – зола от сгорания растительных остатков и древесины. Несть числа тонкостям при нарочитом приготовлении золы – влажность сырья, части растений наиболее богатые золой, виды растительности.

Здесь, мы не слишком углубляемся в подобные моменты, несомненно важные при массовом подобном производстве поташа и щелочи. Золу применяем обычную, печную. При этом, наиболее пригодна зола лиственных пород дерева, а другие, в хорошую печь и не сунешь – мгновенно засаживается.

Наша печная зола преимущественно – от древесины березы, разбавленная осиной и липой.

Общий рецепт.Для получения едкого калия, на 1 кг. золы берут 4 л. кипящей воды и 100 гр. негашеной извести (СаО). Смесь отстаивают сутки и сливают прозрачный слой.

Упаривая его, получаем кристаллы КОН. Если не добавлять известь, получим кристаллы поташа.

Выщелачивание делают несколькими различными способами – проливая воду через сосуд с золой и отверстием в дне, во влажных кучах, кипячением. Для наших экспериментальных нужд и имеющихся возможностей (в том числе и посуда), оказалось удобным залить подготовленное сырье кипятком. Первым делом просеиваем золу.

Наша, из высокотемпературных топок банной и домашней печи, сжигающая все без остатка, тем не менее, содержит случайные угольки, спекшуюся землю приставшую к поленьям и т. п. Печи обычные, дают крупных остатков еще больше. Все это всплывающее добро отсеивается на мелком сите.

Свою золу мы аккуратно собираем всю зиму, пакуем в мешки и составляем в бездействующей теплице или дровнике, на освобождающемся месте. Весной собранная зола мгновенно расходится при посадке и подкормке сада-огорода. Для просеивания мы нашли безветренное место и на небольшом куске пленки, в четыре руки, обработали около 4 кг.

Взвешивали компактными подвесными электронными весами. Сито – стальная сетка с некрупной (около 3 мм) ячейкой, привинченная саморезами с широкими шляпками к дощатому ящику вместо дна (Фото 2).Фото 2. Просеивание золы.Фото 3. 4 кг. Просеянной золы.При выщелачивании образуется весьма активная среда. Сосуды обычно используются стальные. Несколько килограмм золы удобно обработать в эмалированном ведре. Для большей концентрации щелочи в растворе, мы сделали процесс двухстадийным – в первом, золу заливаем горячей водой. Во втором – полученным в первой стадии горячим раствором. Фото 4. Железная уличная водогрейная печь. Обычно, применяется для приготовления горячей воды в прохладные и пасмурные дни весны и осени. Да и не всякое лето у нас жарко. Стерилизует посуду, варит варенье. Периодически участвует и в наших химических экзерсисах.Приготовленным крутым кипятком мы залили кило просеянной золы, добавили отвешенную порцию извести. Несколько раз перемешали варево деревянным веслом, закрыли крышкой и поставили на горячую, топленую по случаю прохладной погоды, печь в мастерской (Фото 5).Фото 5. Выщелачивание золы в теплом месте. На следующий день мы куском нетолстого силиконового шланга слили отстоявшийся с осадка прозрачный раствор. Слой – около 3 см. Для удобства сбора, чуть наклонили ведро, подложив под один из краев его дна деревянный брусочек. Сильно миндальничать пока нет нужды – все равно еще раз вливать в золу. Повторив процесс несколько раз, накопили около четырех, требуемых литров раствора (Фото 6).

Фото 6. Полученный первичный раствор щелочи.

Подобрав посудину поменьше, слили в нее полученное и довели до кипения на той же уличной печи. Залили последний килограмм просеянной золы, добавили последнюю известь. Отстояли, слили в нержавеющую посудину для упаривания.

Фото 7. Крепкий раствор КОН – результат нескольких дней работы.

К слову, отходы процесса – вымоченная зола, все равно неплохое удобрение – на грядки или под ягодные кусты.

С литр вполне концентрированного раствора несколько суток выпаривали на теплой печи (Фото 7), а после и на лабораторной электроплитке.

Фото 8. Насыщенный раствор КОН, выпадение первых кристаллов.

Фото 9. Применение лабораторной электроплитки. Включена на самую малую мощность и через внешний диммер.

Фото 10. Последняя вода.

Фото 11. Чешуйки КОН.

Полученные кристаллы демонстрируют свойства едкого калия – в водном растворе активно взаимодействуют с алюминием с выделением пузырьков водорода, сухая щелочь сильно гигроскопична.

Нарочито оставленная открытой, за ночь насосала из воздуха воды, оплыла. Присоединившийся углекислый газ снова превратил едкий калий в поташ.

Фото 12.

Для восстановления КОН из поташа, тот снова следует обработать негашеной известью.

Babay Mazay, май, 2022 г.

Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.

Получение щелочных металлов

  • 1. Для получения щелочных металлов используют в основном электролиз расплавов их галогенидов, чаще всего — хлоридов, образующих природные минералы:
  • катод: Li+ + e → Li
  • анод: 2Cl- — 2e → Cl2
  • 2. Иногда для получения щелочных металлов проводят электролиз расплавов их гидроксидов:
  • катод: Na+ + e → Na
  • анод: 4OH- — 4e → 2H2O + O2
  • Поскольку щелочные металлы в электрохимическом ряду напряжений находятся левее водорода, то электролитическое получение их из растворов солей невозможно; в этом случае образуются соответствующие щёлочи и водород.

Соли щелочных металлов — твердые кристаллические вещества ионного строения. Почти все соли натрия и калия растворимы в воде. Наиболее важные их соли — карбонаты, сульфаты, хлориды.

Nа2СO3 — карбонат натрия, образует кристаллогидрат Nа2СO3* 10Н2O, известный под названием кристаллическая сода, которая применяется в производстве стекла, бумаги, мыла. Это средняя соль.

Вам в быту более известна кислая соль — гидрокарбонат натрия NаНСO3, она применяется в пищевой промышленности (пищевая сода) и в медицине (питьевая сода).

  1. К2С03 — карбонат калия, техническое название — поташ, используется в производстве жидкого мыла и для приготовления тугоплавкого стекла, а также в качестве удобрения.
  2. Nа2SO4 • 10Н2O — кристаллогидратат сульфата натрия, техническое название — глауберова соль, применяется для производства соды и стекла и в качестве слабительного средства.
  3. NаСl — хлорид натрия, или поваренная соль, эта соль вам хорошо известна из курса прошлого года. Хлорид натрия является важнейшим сырьем в химической промышленности, широко применяется и в быту
  4. Со́да:
  5. Кальцинированная сода, бельевая сода — карбонат натрия Na2CO3.
  6. Кальцинированная сода — натуральное, безопасное, экономичное и эффективное чистящее средство!
  7. Химическая формула: Na2CO3
  8. Связаться с нами и сделать заказ

Кальцинированную соду следует отличать от пищевой соды. Они отличаются друг от друга степенью щелочной активности. Пищевая сода — слабая щелочь (уровень pH у пищевой соды составляет 8.1 (pH = 7 нейтрально)), а кальцинированная сода (pH = 11) — сильная щелочь и многие хозяйки применяют нашу кальцинированную соду для бытовых нужд.

Кальцинированная сода очень экономичное и эффективное моющее и чистящее средство. Так же кальцинированная сода экологически безопасное вещество, которое не загрязняет природу, в отличии от привычных и более дорогих моющих средств, содержащих фосфаты.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector