Свойства простого вещества металл неметалл калий

Свойства простого вещества металл неметалл калий

История открытия

  • Атомный номер калия 19, что указывает на его расположение в химической таблице Менделеева.
  • Примерная молярная масса 39,1 г/моль.
  • Электронная конфигурация калия 1s22s22p63s23p64s1

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Единственная возможная степень окисления +1 (плюс один).

На внешнем энергетическом уровне имеется всего 1 электрон. Это значит, что максимальная валентность элемента 1.

Кристаллическая решётка простого вещества кубическая объёмно-центрированная.

В 1807 году английский химик Х. Дэви опытным путём получил потассий (латинское название — потассиум). Именно так изначально был назван калий. Проводя электролиз каустической воды и расплавов поташа, учёный заметил образование мягкого легкоплавкого металла. Такое достижение подтолкнуло его к новым открытиям и он стал изучать химические и физические свойства нового вещества.

Такая сенсация потрясла весь научный мир и зарубежные коллеги решили не оставаться в стороне. Уже через 2 года британский эксперт Л. В. Гилберт предложил название «Аль-кали», что в переводе с арабского означает «зола растений».

И это не удивительно, ведь золу, которая оставалась после сжигания растений, обрабатывали водой, а полученную смесь выпаривали до сухого остатка. В далёкие времена это использовали как моющее средство. В 1831 году немецкий физик Г. И.

Гесс, изучавший свойства нового вещества, предложил своё название для элемента, который также называли «Аль-калий».

Калий в природе

Свойства простого вещества металл неметалл калий

После многолетних поисков выяснилось, что в природе калий не находится в чистом виде. Он один из десяти элементов, которые составляют большую часть окружающего мира.

Калий — неотъемлемый элемент в составе клеток живых организмов. Также большое количество содержится в минералах и морской воде. Минералы, формулы которых могут «похвастаться» большим содержанием этого элемента:

  • Сильвинита KCl·NaCl.
  • Карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O.
  • Каинита KCl·MgSO 4 ·6H 2 O.
  • Зола растений как поташ K 2 CO 3.

Способы получения

  1. Современные условия позволяют учёным получать калий несколькими способами.

  2. Уравнение взаимодействия с жидким натрием расплавленного основания при 380−450°C или хлорида при 760- 890 °C: Na + KOH = NaOH + K
  3. Электролиз расплава хлорида в смеси с карбонатом калия при температуре около 700 °C:
  4. 2KCl = 2K + Cl 2.

Физические свойства

Легкоплавкий металл серебристого цвета. При надрезе быстро образует оксидную плёнку после нескольких секунд контакта с кислородом, что объясняет требования особых условий содержания в помещениях. Хранится только в посуде с керосином, силиконами или бензином. Обладает хорошей растворимостью при соединении со ртутью. Образует амальгамы.

На соединение с водой реагирует взрывом. При поднесении горелки окрашивает пламя в розово-фиолетовый цвет.

Химические характеристики

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Калий имеет много общего с натрием. Это обусловлено их расположением в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева. Оба элемента — щелочные металлы, которые ярко выражают свои свойства. Однако у потассия металлические свойства проявляются сильнее, чем у натрия и кальция, но слабее, чем у рубидия.

Калию свойственно проявлять такие характеристики, которые делают его незаменимым для химической промышленности:

  • Химически активен.
  • Легко отдаёт электроны.
  • Сильный восстановитель.

Оксиды или пероксиды

Свойства простого вещества металл неметалл калий

  • При взаимодействии с кислородом образует не оксид, а пероксид или супероксид, что заметно невооружённым глазом (очень быстро образует оксидную плёнку на поверхности).
  • Может образовать оксид только лишь при медленном нагревании до температуры меньше 180 °C при низком содержании кислорода в окружающей среде.

Оксиды ярко проявляют основные свойства. Как и сам металл, бурно реагируют с водой, кислотными оксидами и самими кислотами. Практического применения в промышленности они не нашли, используются для обучения в университетах.

Пероксиды — белые порошки с жёлтым тоном. Хорошо растворяются в воде, образуя щёлочи и пероксид водорода.

Сильные окислители, поэтому обрели популярность в текстильной промышленности как отбеливающее средство.

Гидроксиды калия

Гидроксиды калия и натрия имеют особые названия: едкий кали и едкий натри. Белые, твёрдые, непрозрачные вещества. Очень гигроскопичны, это значит, что быстро впитывают влагу и требуют особого внимания при работе с ними.

Лаборанту необходимо надевать перчатки и защитные очки, иначе получит сильный ожог и раздражение слизистых оболочек. Кристаллы плавятся при температуре 360 °C.

Гидроксиды относят к щелочам, они быстро растворяются в воде, выделяя большое количество тепла.

Сфера применения

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Соединения калия используют в качестве удобрений, что свидетельствует о его ценных биологических характеристиках. Один из важнейших компонентов биосистемы вместе с азотом и фосфором. Помимо этого, необходим обмен элемента в натриево-калиевом насосе клетки любого живого организма.

Большую популярность приобрел в гальванотехнике. Соли металла быстро растворяются, по сравнению с солями натрия. Это свойство позволяет устанавливать высокие цены компаниям, которые занимаются обработкой калия.

Жидкий сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителей в атомных установках. Необходимое условие: комнатная температура.

Особые соединения калия

Свойства простого вещества металл неметалл калий

  1. Бромид используется в фармацевтике для изготовления успокоительных лекарств.
  2. Карбонат, хлорид и нитрат пользуются популярностью у садоводов, так как представляют собой удобрения, обогащённые большим количеством полезных микроэлементов.
  3. Перманганат применяется в химических лабораториях для получения кислорода, а также ранее широко применялся в быту благодаря своим антисептическим свойствам.
  4. Пероксид и супероксид обеспечивают регенерацию воздуха на подводных лодках и противогазах, благодаря своей способности поглощать углекислый газ и выделять кислород.

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Из описания характеристик калия с другими элементами становится понятно, что это крайне важная составляющая организма, которая должны взаимодействовать с другими металлами и неметаллами, чтобы обеспечить гармоничный рост и развитие организма. Норма потребления этого элемента для человека — 2040 мг в сутки.

Роль этого металла и реакций организма, в которых он принимает участие, имеют большое значение для строения клеток, из которых состоит любой живой организм. Благодаря образованию различных химических связей, калий помог человечеству добиться новых вершин в кораблестроении, садоводстве, фармацевтической промышленности.

Повсеместное нахождение в природе позволяет добывать металл и его соединения беспрерывно, а благодаря успехам учёных в области химии возможно регулировать плотность содержания калия в препаратах. При соблюдении правильных пропорций и составлении схем алгоритмов можно предугадать пользу или вред.

Калий может быть полезным, но также он способен обрекать людей на тяжкие мучения, такие как: ожоги рук, раздражение слизистых оболочек. Об этом следует помнить всем, кто стремится узнать больше о свойствах этого металла. Прежде чем начинать работу с опасными веществами, лучше узнать всё о многолетнем опыте предшественников, чтобы избежать печальных и необратимых последствий.

Калий – полезные свойства и особенности металла

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

Свойства простого вещества металл неметалл калий

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.

Свойства простого вещества металл неметалл калийКалий 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.
Читайте также:  Цепь для бензопилы: характеристики изделия и критерии выбора

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.

Свойства простого вещества металл неметалл калийКалий 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.
    Свойства простого вещества металл неметалл калийСоветский 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.

Свойства простого вещества металл неметалл калийКристаллы 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 (K, Kalium)

Калий был открыт осенью 1807 года английским химиком Дэви при электролизе твёрдого едкого кали.

Увлажнив едкий кали, ученый выделил металл, которому дал название потассий, намекая на производство поташа (необходимого ингредиента для изготовления моющих средств) из золы.

Своё привычное название металл получил через два года, в 1809г, инициатором переименования вещества стал Л.В. Гильберт, предложивший название калий (от арабского аль-кали – поташ).

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Общая характеристика калия

Калий (лат. Kalium) является мягким щелочным металлом, элементом главной подгруппы I группы, IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 19 и обозначение – К.

Нахождение в природе

Калий в свободном состоянии в природе не встречается, он входит в состав всех клеток. Достаточно распространённый металл, занимает 7-е место по содержанию в земной коре (calorizator). Основными поставщиками калия являются Канада, Белоруссия и Россия, имеющие крупные месторождения данного вещества.

Физические и химические свойства

Калий – легкоплавкий металл серебристо-белого цвета. Имеет свойство окрашивать открытый огонь в яркий фиолетово-розовый цвет.

Калий имеет высокую химическую активность, это сильный восстановитель. При реакции с водой происходит взрыв, при длительном нахождении на воздухе полностью разрушается. Поэтому калий требует определённых условий для хранения – его заливают слоем керосина, силикона или бензина, для исключения вредных для металла контактов с водой и атмосферой.

Продукты питания богатые калием

Основными пищевыми источниками калия являются сушёные абрикосы, дыня, бобы, киви, картофель, авокадо, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград, все зелёные овощи с листьями, листья мяты, семечки подсолнуха. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах. Вообще, калий входит в состав почти всех растений. Яблочный уксус и мёд – чемпионы по содержанию калия.

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Суточная потребность в калии

Суточная потребность организма человека в калии зависит от возраста, физического состояния и даже места проживания. Взрослым здоровым людям нужно 2,5г калия, беременным женщинам – 3,5г, спортсменам – до 5-ти грамм калия ежедневно. Количество необходимого калия для подростков рассчитывается по весу – 20 мг калия на 1 кг массы тела.

Полезные свойства калия и его влияние на организм

Калий вместе с натрием регулирует водный баланс в организме и нормализует ритм сердца, поддерживает концентрацию и физиологические функций магния.

Калий участвует в процессе проведения нервных импульсов и передачи их на иннервируемые органы. Способствует лучшей деятельности головного мозга, улучшая снабжение его кислородом.

Оказывает положительное влияние при многих аллергических состояниях. Калий необходим для осуществления сокращений скелетных мышц.

Калий регулирует содержание в организме солей, щелочей и кислот, чем способствует уменьшению отёков.

Калий содержится во всех внутриклеточных жидкостях, он необходим для нормальной жизнедеятельности мягких тканей (мышц, сосудов и капилляров, желез внутренней секреции и т.д.)

Усвояемость калия

Калий всасывается в организм из кишечника, куда поступает с пищей, выводится с мочой обычно в таком же количестве. Излишний калий выводится из организма тем же путём, не задерживается и не накапливается. Препятствиями для нормального всасывания калия могут послужить чрезмерное употребление кофе, сахара, алкоголя.

Взаимодействие с другими

Калий работает в тесном контакте с натрием и магнием, при росте концентрации калия из организма стремительно выводится натрий, а уменьшение количества магния может нарушить усвоение калия.

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Признаки нехватки калия

Нехватка калия в организме характеризуется мышечной слабостью, быстрой утомляемостью, снижением иммунитета, сбоями в работе миокарда, нарушениями показателей артериального давления, учащённым и затруднённым дыханием.

Кожные покровы могут шелушиться, повреждения плохо заживают, волосы становятся очень сухими и ломкими. Происходят сбои в работе желудочно-кишечного тракта – тошнота, рвота, расстройства желудка вплоть до гастрита и язвы.

Признаки избытка калия

Переизбыток калия наступает при передозировке препаратов, содержащих калий и характеризуется нервно-мышечными расстройствами, повышенной потливостью, возбудимостью, раздражительностью и плаксивостью. Человек постоянно испытывает чувство жажды, которое приводит к частым мочеиспусканиям. Желудочно-кишечный тракт реагирует кишечными коликами, чередованием запоров и поносов.

Применение калия в жизни

Калий в виде основных соединений находит широкое применение в медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Калийные удобрения необходимы для нормального роста и вызревания растений, а всем известная марганцовка, это не что иное, как перманганат калия, испытанный временем антисептик.

Калий — химические свойства и получение

Калий К — это щелочной металл. Серебристо-белый, мягкий, легкоплавкий.

Читайте также:  Лист рифленый металл размеры

Относительная молекулярная масса Mr = 39,098; относительная плотность для твердого состояния d = 0,8629; относительная плотность для жидкого состояния  d = 0,83; tпл = 63, 51º C; tкип = 760º C.

Способ получения 

  • 1. Калий получают в промышленности путем разложения гидрида калия при температуре 400º С в вакууме, при этом образуются калий и водород :
  • 2KH = 2K + H2
  • 2. В результате электролиза жидкого гидроксида калия образуются калий, кислород и вода :
  • 4KOH → 4K + O2↑ + 2H2O

Качественная реакция

Качественная реакция на калий — окрашивание пламени солями калия в фиолетовый цвет.

Свойства простого вещества металл неметалл калий

Химические свойства

1. Калий — сильный восстановитель. Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами:

1.1. Калий легко реагирует с водородом при 200–350º C образованием гидрида калия:

2K + H2 = 2KH

1.2. Калий сгорает в кислороде с образованием надпероксида калия:

K + O2 = KO2

1.3. Калий активно реагирует при комнатной температуре с фтором, хлором, бромом и йодом. При этом образуются фторид калия, хлорид калия, бромид калия, йодид калия:

  1. 2K + F2 = 2KF
  2. 2K + Cl2 = 2KCl 
  3. 2K + Br2 = 2KBr 
  4. 2K + I2 = 2KI

1.4. С серой, теллуром и селеном реагирует при температуре 100–200º C с образованием сульфида калия, селенида калия и теллурид калия :

  • 2K + S = K2S  
  • 2K + Se = K2Se  
  • 2K + Te = K2Te  

1.5. Калий реагирует с фосфором при 200º C в атмосфере аргона с образованием фосфида калия:

3K + P = K3P

2. Калий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Калий реагирует с водой. Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и газа водорода:

2K0 + 2H2O = 2K+OH + H20

2.2. Калий взаимодействует с кислотами. При этом образуются соль и водород.

2.2.1. Калий реагирует с разбавленной соляной кислотой, при этом образуются хлорид калия и водород:

2K  +  2HCl  =  2KCl  +  H2 ↑

2.2.2. При взаимодействии с разбавленной серной кислотой образуется сульфат калия, сероводород и вода:

8K + 5H2SO4 = 4K2SO4 + H2S + 4H2O

2.2.3. Реагируя с азотной кислотой калий образует нитрат калия, можно образовать газ оксид азота (II), газ оксид азота (I), газ азот и воду.

2.2.4. В результате реакции насыщенной сероводородной кислоты и калия в бензоле образуется осадок гидросульфид калия и газ водород:

2K + 2H2S = 2KHS↓ + H2↑

2.3.  Калий при температуре 65–105º C может реагировать с  аммиаком,  при этом образуются амид натрия и водород:

2K + 2NH3 = 2KNH2 + H2 ↑

2.4. Калий может взаимодействовать с гидроксидами:

Например, Калий взаимодействует с гидроксидом калия при температуре 450º С, при этом образуется оксид калия и водород:

2K + 2KOH = 2K2O + H2

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:

Читайте также:  Непрерывное литье сплавов цветных металлов

 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector