Калий

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Ка́лий — химический элемент с атомным номером 19 в периодической системе, обозначается символом K (лат. Kalium), 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. Он очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щелочь. Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются.

[править] История и происхождение названия

Калий (точнее, его соединения) использовался с давних 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 после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

В 1807 г. английский химик Дэви электролизом твёрдого едкого кали (KOH) выделил калий и назвал его «потассий» (лат. potassium; это название до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском языках). В 1809 году 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.

[править] Присутствие в природе

В свободном состоянии не встречается. Калий входит в состав 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 почти всех растений.

[править] Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленых хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600 — 650°C), то чаще проводят электролиз расправленных 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^- - 2e^- → Cl₂

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:
4OH^- - 4e^- → 2H₂O + O₂

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

[править] Физические свойства

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

[править] Химические свойства

Калий, как и другие щелочные металлы проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, легко отдаёт электроны.

Является сильным восстановителем. Он настолько активно соединяется с кислородом, что образуется не оксид, а супероксид KO₂ (или K₂O₄). При нагревании в атмосфере водорода образуется гидрид KH. Хорошо взаимодействует со всеми неметаллами, образуя галогениды, сульфиды, нитриды, фосфиды и т. д., а также со сложными веществами, такими, как вода (реакция проходит со взрывом), различные оксиды и соли. В этом случае они восстанавливают другие металлы до свободного состояния.

Калий хранят в керосине.

[править] Оксиды и пероксиды

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

2K + 2O₂ → K₂O₄

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

K₂O₄ + 6K → 4K₂O

Оксиды калия обладают ярко выраженными основными 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:

2K₂O₄ + 2CO₂ → 2K₂CO₃ + 3O₂

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь пероксидов калия и 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 пероксида калия (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется три объёма O₂) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглащении четырёх объёмов CO₂ выделяется четыре объёма O₂).

Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

[править] Гидроксиды

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.

[править] 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.
• Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений
• 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.

[править] Важные соединения

Фиолетовый цвет пламени ионов калия в пламени горелки

• Бромид калия — применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы
• Гидроксид калия — применяется в щелочных аккумуляторах, и при сушке газов.
• Карбонат калия (поташ) — используется как удобрение, при варке стекла
• Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») — используется как удобрение
• Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент черного пороха
• Перхлорат и хлорат (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
• Бихромат (хромпик) 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.
• Перманганат калия как антисептическое средство в медицине.
• Тартрат натрия-калия в качестве пьезоэлектрика (сегнетова соль).
• Дигидрофосфат и дидейтерофосфат в виде монокристаллов в лазерной технике.
• Перекись калия используется для регенерации воздуха на подводных лодках.
• Фтороборат калия важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
• Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), и при нитроцементации стали.
• Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

[править] 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 использую в качестве удобрений.

[править] Калий в организме человека

Калий содержится в клетках, регулирует водный баланс организма и нормализует ритм сердца, влияет на работу нервных и мышечных клеток. Калий способствует ясности ума, улучшает снабжение мозга кислородом, помогает избавляться от шлаков, действует как иммуномодулятор, способствует снижению давления крови и помогает при лечении аллергии.

Нормы содержания калия в ммоль/л:

• До 12 мес: 4,1 — 5,3
• 12 мес — 14 лет: 3,4 — 4,7
• Старше 14 лет: 3,5 — 5,5

При переизбытке калия развивается гиперкалиемия, а при недостатке — гипокалиемия.

Пищевые источники

Сушеные абрикосы, дыня, бобы, картофель, авокадо, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые.

[править] Изотопы

Электронная оболочка

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 1,251×10⁹ лет. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 32 ядра ⁴⁰K, благодаря чему, например, в организме человека весом 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. ⁴⁰K считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (мощность оценивается в 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.

[править] См. также

На Викискладе есть страница по теме
Калий

• Категория:Соединения калия
• Щелочные металлы
• Натрий, по химическим свойствам очень схожий с калием

[править] Ссылки

• Калий на Webelements
• Калий в Популярной библиотеке химических элементов

[править] Литература

1. Пилипенко А.Т. Натрий и калий // Справочник по элементарной химии. — 2-е изд. — Киев: Наукова думка, 1978. — С. 316—319.
2. Дроздов А. Яростные металлы // Энциклопедия для детей. Химия. — М.: Аванта +, 2002. — С. 184—187. ISBN 5-8483-0027-5

   

Эта статья входит в число хороших статей русскоязычного раздела Википедии.