Свойства калия. Взаимодействие со сложными веществами

Калием называется элемент, находящийся в периодической системе Менделеева под 19-ым номером. Вещество принято обозначать заглавной буквой К (от латинского Kalium). В русской химической номенклатуре настоящее название элемента появилось благодаря Г.И. Гессу в 1831 году. Изначально калий называли «аль-кали», что в переводе с арабского означает «зола растений». Именно едкий кали стал материалом для самого первого получения вещества. Едкий кали, в свою очередь, добывался из поташа, который являлся продуктами горения растений (карбонат калия). Его первооткрывателем стал Х. Дэви. Стоит отметить, что карбонат калия является прототипом современного моющего средства. Позже он использовался для удобрений, используемых в сельском хозяйстве, в производстве стекла и других целей. В настоящее поташ - это пищевая добавка, прошедшая официальную регистрацию, а калий научились добывать совершенно другими путями.

В природе калий можно обнаружить только в виде соединений с другими элементами (например, морская вода, или минералы), свободный его вид не встречается вообще. Он способен в достаточно короткий промежуток времени окисляться на открытом воздухе, а также вступать в химические реакции (например, при взаимодействии калия с водой, образуется щелочь).

Таблица 1.Запасы калийных солей (млн т в пересчете на к2о) и среднее содержание к2о в рудах, %

Страна, часть света	Запасы общие	Запасы подтвержденные	Их % от мира	Среднее содержание
1	2	3	4	5
Россия	19118	3658	31,4	17,8
Европа	3296	2178	18,5	-
Беларусь	1568	1073	9,1	16
Великобритания	30	23	0,2	14
Германия	1200	730	6,2	14
Испания	40	20	0,2	13
Италия	40	20	0,2	11
Польша	10	10	0,1	12
Украина	375	292	2,5	11
Франция	33	10	0,1	15
Азия	2780	1263	10,8	-
Израиль	600	44	0,4	1,4
Иордания	600	44	0,4	1,4
Казахстан	102	54	0,5	8
Китай	320	320	2,7	12
Таиланд	150	75	0,6	2,5
Туркменистан	850	633	5,4	11
Узбекистан	159	94	0,8	12
Африка	179	71	0,6	-
Конго	40	10	0,1	15
Тунис	34	19	0,2	1,5
Эфиопия	105	42	>0,4	25
	14915	4548	38,7	-
Аргентина	20	15	0,1	12
Бразилия	160	50	0,4	15
Канада	14500	4400	37,5	23
Мексика	10	-	0	12
США	175	73	0,6	12
Чили	50	10	0,1	3
Итого:	40288	11744	100	-

Описание калия

Калий в виде простого вещества представляет собой щелочной металл. Для него характерен серебристо-белый окрас. На свежей поверхности моментально появляется блеск. Калий является мягким металлом, легко поддающимся плавлению. Если вещество или его соединения поместить в пламя горелки, то огонь приобретет розово-фиолетовый цвет.

Физические свойства калия

Калий очень мягкий металл, который легко разрезать обычным ножом. Его твердость по Бринеллю составляет 400 кн/м 2 (или 0,04 кгс/мм 2). Он имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку (5=5,33 А). Его плотность составляет 0,862 г/см 3 (20 0 С). Вещество начинает плавиться при температуре в 63,55 0 С, закипать - при 760 0 С. Имеет коэффициент термического расширения, который равняется 8,33*10 -5 (0-50 0 С). Его удельная теплоемкость при температуре в 20 0 С составляет 741,2 дж/(кг*К) или же 0,177 кал/(г* 0 С). При той же температуре имеет удельное электросопротивление, равное 7,118*10 -8 ом*м. Температурный коэффициент электросопротивления металла составляет 5,8*10 -15 .

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

Химические свойства

Калий является щелочным металлом. В связи с этим, металлические свойства калия проявляются типично, так же, как и других подобных металлов. Элемент проявляет свою сильную химическую активность, а кроме этого, также выступает в роли сильного восстановителя Как уже говорилось выше, металл активно вступает в реакцию с воздухом, о чем свидетельствует появление пленок на его поверхности, в результате чего его цвет становится тусклым. Данную реакцию можно наблюдать невооруженным глазом. Если калий на протяжении достаточно длительного времени контактирует с атмосферой, то есть вероятность его полного разрушения. При вступлении в реакцию с водой, происходит характерный взрыв. Это связано с выделяющимся водородом, который воспламеняется характерным розовато-фиолетовым пламенем. А при добавлении в воду, реагирующую с калием фенолфталеина, она приобретает малиновый цвет, который свидетельствует о щелочной реакции образующегося гидроксида калия (КОН).

При взаимодействии металла с такими элементами, как Na, Tl, Sn, Pb, Bi, образуются интерметаллиды

Указанные характеристики калия говорят о необходимости соблюдений определенных правил безопасности и условий во время хранения вещества. Так, вещество следует покрывать слоем бензина, керосина или силикона. Это делается для полного исключения его контакта с воздухом или водой.

Стоит отметить, что в условиях комнатной температуры металл вступает в реакцию с галогенами. Если его немного нагреть, то он легко взаимодействует с серой. В случае же увеличения температуры, калий способен соединяться с селеном и теллуром. Если повысить температуру более 200 0 С в атмосфере водорода, то образуется гидрид КН, который способен воспламеняться без посторонней помощи, т.е. самостоятельно. Калий совершенно не взаимодействует с азотом, даже если для этого создать надлежащие условия (повышенные температуру и давление). Однако, контактировать эти два вещества можно заставить, повлияв на них электрическим разрядом. В данном случае получится азид калия KN 3 и нитрид калия K 3 N. Если нагреть вместе графит и калий, то в результате получатся карбиды KC 8 (при 300 °С) и KC 16 (при 360 °C).

При взаимодействии калия и спиртов получаются алкоголяты. Кроме этого, калий делает существенно быстрее процесс полимеризации олефинов и диолефинов. Галогеналкилы и галогенарилы вместе с девятнадцатым элементом в результате дают калийалкилы и калийарилы.

Таблица 2. Химические свойства калия

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	Калий / Kalium (K), 19
Атомная масса (молярная масса)	39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	4s1
Радиус атома	235 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	203 пм
Радиус иона	133 пм
Электроотрицательность	0,82 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,92 В
Степени окисления	0; +1
Энергия ионизации (первый электрон)	418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	0,856 г/см³
Температура плавления	336,8К; 63,65 °C
Температура кипения	1047К; 773,85 °C
Уд. теплота плавления	2,33 кДж/моль
Уд. теплота испарения	76,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,6 Дж/(K·моль)
Молярный объём	45,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Кубическая объёмно-центрированная
Параметры решётки	5,332 Å
Температура Дебая	100 K

Электронное строение атома калия

Калий имеет положительно заряженное ядро атома (+19). В середине этого атома присутствуют 19 протонов и 19 нейтронов, которые окружаются четырьмя орбитами, где в постоянном движении находятся 19 электронов. Электроны распределены на орбиталях в следующем порядке:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .

На внешнем энергетическом уровне атома металла находится всего 1 валентный электрон. Это объясняет тот факт, что абсолютно во всех соединениях калий имеет валентность 1. В отличие от лития и натрия, данный электрон располагается на более удаленном расстоянии от ядра атома. Это является причиной повышенной химической активностью калия, чего нельзя сказать об упомянутых двух металлах. Таким образом, внешняя электронная оболочка калия представлена следующей конфигурацией:

Не смотря на присутствие вакантных 3p - и 3d -орбиталей, возбужденное состояние отсутствует.

Содержание статьи

КАЛИЙ (Kalium) K, химический элемент 1 (Ia) группы Периодической системы, относится к щелочным элементам. Атомный номер 19, атомная масса 39,0983. Состоит из двух стабильных изотопов 39 K (93,259%) и 41 K (6,729%), а также радиоактивного изотопа 40 K с периодом полураспада ~10 9 лет. Этот изотоп играет в природе особую роль. Его доля в смеси изотопов составляет всего 0,01%, однако именно он является источником практически всего содержащегося в земной атмосфере аргона 40 Ar, который образуется при радиоактивном распаде 40 K. Кроме того, 40 K присутствует во всех живых организмах, что, возможно, оказывает определенное влияние на их развитие.

Изотоп 40 K служит для определения возраста горных пород калий-аргоновым методом. Искусственный изотоп 42 K с периодом полураспада 15,52 года используется в качестве радиоактивного индикатора в медицине и биологии.

Степень окисления +1.

Соединения калия известны с древних времен. Поташ – карбонат калия K 2 CO 3 – издавна выделяли из древесной золы.

Металлический калий был получен электролизом расплавленного едкого кали (KOH) в 1807 английским химиком и физиком Гемфри Дэви. Название «potassium», выбранное Дэви, отражает происхождение этого элемента из поташа. Латинское название элемента образовано от арабского названия поташа – «аль-кали». В русскую химическую номенклатуру слово «калий» введено в 1831 петербургским академиком Германом Гессом (1802–1850).

Распространение калия в природе и его промышленное извлечение.

Большие отложения солей калия в сравнительно чистом виде образовались в результате испарения древних морей. Наиболее важными минералами калия для химической промышленности являются сильвин (KCl) и сильвинит (смешанная соль NaCl и KCl). Калий встречается также в виде двойного хлорида KCl·MgCl 2 ·6H 2 O (карналлит) и сульфата K 2 Mg 2 (SO 4) 3 (лангбейнит). Массивные слои солей калия были впервые обнаружены в Стассфурте (Германия) в 1856. Из них с 1861 по 1972 в промышленных масштабах добывали поташ.

Океанская вода содержит около 0,06% хлорида калия. В некоторых внутренних водоемах, таких как озеро Солт-Лейк или Мертвое море, его концентрация может достигать 1,5%, что делает экономически целесообразной добычу элемента. В Иордании построен огромный завод, способный добывать миллионы тонн солей калия из Мертвого моря.

Хотя натрий и калий почти одинаково распространены в горных породах, в океане калия примерно в 30 раз меньше, чем натрия. Это связано, в частности, с тем, что соли калия, содержащие больший катион, менее растворимы, чем соли натрия, и калий более прочно связывается в комплексных силикатах и алюмосиликатах в почве за счет ионного обмен в глинах. Кроме того, калий, который выщелачивается из горных пород, в большей степени поглощается растениями. Подсчитано, что из тысячи атомов калия, освобождающихся при химическом выветривании, только два достигают морских бассейнов, а 998 остаются в почве. «Почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила», – писал академик Александр Евгеньевич Ферсман (1883–1945).

Калий является важным элементом жизни растений, и развитие диких растений часто ограничивается доступностью калия. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть. Плоды такого растения – это особенно заметно на фруктах – будут менее сладкими, чем у растений, получивших нормальную дозу калия. Недостаток калия возмещают удобрениями.

Калийные удобрения являются основным видом калиесодержащей продукции (95%). Больше всего используется KCl, на его долю приходится более 90% калия, используемого в качестве удобрений.

Мировое производство калийных удобрений в 2003 оценено в 27,8 млн т (в пересчете на K 2 O, содержание калия в калийных удобрениях принято пересчитывать на K 2 O). Из них 33% было произведено в Канаде. По 13% мирового производства калийных удобрений приходится на производственные объединения «Уралкалий» и «Беларуськалий».

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического калия.

Калий – мягкий серебристо-белый металл с температурой плавления 63,51° С и температурой кипения 761° С. Придает пламени характерную красно-фиолетовую окраску, что связано с легкостью возбуждения его внешних электронов.

Химически очень активен, легко взаимодействует с кислородом, при нагревании на воздухе загорается. Основным продуктом этой реакции является надпероксид калия KO 2 .

С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует со взрывом и воспламенением. Серную кислоту восстанавливает до сероводорода, серы и диоксида серы, а азотную – до оксидов азота и N 2 .

При нагревании до 200–350° С калий реагирует с водородом с образованием гидрида KH. Металлический калий воспламеняется в атмосфере фтора, слабо взаимодействует с жидким хлором, но взрывается при соприкосновении с бромом и растирании с иодом. Калий реагирует с халькогенами и фосфором. С графитом при 250–500° С он образует слоистые соединения состава C 8 K–C 60 K.

Калий растворяется в жидком аммиаке (35,9 г в 100 мл при –70° С) с образованием ярко-голубых метастабильных растворов с необычными свойствами. Впервые это явление наблюдал, по-видимому, сэр Гемфри Дэви в 1808. Растворы калия в жидком аммиаке широко изучались с того момента, как они были получены Т.Вейлем в 1863.

Калий не растворяется в жидких литии, магнии, кадмии, цинке, алюминии и галлии и не реагирует с ними. С натрием образует интерметаллическое соединение KNa 2 , которое плавится с разложением при 7° С. С рубидием и цезием калий дает твердые растворы с минимальными температурами плавления около 35° С. С ртутью он образует амальгаму, содержащую два меркурида KHg 2 и KHg с температурами плавления 270 и 180° С, соответственно.

Калий энергично взаимодействует со многими оксидами, восстанавливая их до простых веществ. Со спиртами он образует алкоголяты.

В отличие от натрия, калий не удается получать электролизом расплава хлорида, так как калий очень хорошо растворяется в расплавленном хлориде и не всплывает на поверхность. Дополнительную трудность создает образование надпероксида, который реагирует с металлическим калием с взрывом, поэтому способ промышленного производства металлического калия заключается в восстановлении расплавленного хлорида калия металлическим натрием при 850° С.

Восстановление хлорида калия натрием, на первый взгляд, противоречит обычному порядку реакционной способности (калий более реакционноспособен, чем натрий). Однако, при 850–880° С устанавливается равновесие:

Na(г) + K + (ж) Na + (ж) + K(г)

Так как калий более летуч, он испаряется раньше, это смещает равновесие и способствует протеканию реакции. Фракционной перегонкой в насадочной колонне можно получить калий 99,5%-ной чистоты, но обычно для перевозки используют смесь калия с натрием. Сплавы, содержащие 15–55% натрия, являются (при комнатной температуре) жидкими, поэтому их легче транспортировать.

Иногда калий восстанавливают из хлорида другими элементами, образующими устойчивые оксиды:

6KCl + 2Al + 4CaO = 3CaCl 2 + CaO·Al 2 O 3 + 6K

Металлический калий, производство которого является более трудным и дорогим, чем производство натрия, вырабатывается в гораздо меньших количествах (мировое производство составляет около 500 т в год). Одна из важнейших областей применения – получение надпероксида KO 2 прямым сжиганием металла.

Металлический калий используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах. Он же является восстановителем в производстве титана.

Калий вызывает сильные ожоги кожи. При попадании даже мельчайших его крошек в глаза возможна потеря зрения. Загоревшийся калий заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и хлорида натрия.

Хранят калий в герметически закрытых коробках под слоем обезвоженного керосина или минерального масла. Отходы калия утилизируют обработкой их сухим этанолом или пропанолом с последующим разложением образовавшихся алкоголятов водой.

Соединения калия.

Калий образует многочисленные бинарные соединения и соли. Почти все соли калия хорошо растворимы. Исключениями являются:

KHC 4 H 4 O 6 – гидротартрат калия

KClO 4 – перхлорат калия

K 2 Na·6H 2 O – гидрат гексанитрокобальтата(III) натрия-дикалия

K 2 – гексахлороплатинат(IV) калия

Оксид калия K 2 O образует желтоватые кристаллы. Его получают при нагревании калия с гидроксидом, пероксидом, нитратом или нитритом калия:

2KNO 2 + 6K = 4K 2 O + N 2

Используют также нагревание смеси азида калия KN 3 и нитрита калия или окисление калия, растворенного в жидком аммиаке, рассчитанным количеством кислорода.

Оксид калия – активатор губчатого железа, которое используется как катализатор в синтезе аммиака.

Пероксид калия K 2 O 2 получить из простых веществ сложно, так как он легко окисляется до надпероксида KО 2 , оэтому используют окисление металла с помощью NO. Однако наилучшим методом его получения является количественное окисление металла, растворенного в жидком аммиаке.

Пероксид калия можно рассматривать как соль двухосновной кислоты Н 2 О 2 . Поэтому при его взаимодействии с кислотами или водой на холоде количественно образуется пероксид водорода.

Надпероксид калия KO 2 (оранжевый) образуется при обычном сжигании металла на воздухе. Это соединение используется как запасной источник кислорода в дыхательных масках в шахтах, подводных лодках и космических кораблях.

При осторожном термическом разложении KO 2 образуется полуторный оксид «K 2 О 3 » в виде темного парамагнитного порошка Его можно получить также окислением металла, растворенного в жидком аммиаке, или контролируемым окислением пероксида. Предполагается, что он является динадпероксид-пероксидом [(K +) 4 (O 2 2–)(O 2 –) 2 ].

Озонид калия KО 3 можно получить при действии озона на безводный порошок гидроксида калия при низкой температуре с последующей экстракцией продукта (красного цвета) жидким аммиаком. Он используется в качестве компонента составов для регенерации воздуха в замкнутых системах.

Гидроксид калия KOH – сильное основание, относится к щелочам. Его традиционное название «едкое кали» отражает разъедающее действие этого вещества на живые ткани.

В промышленности гидроксид калия получают электролизом водных растворов хлорида или карбоната калия с железным или ртутным катодом (мировое производство составляет около 0,7 млн. т в год). Гидроксид калия можно выделить из фильтрата после отделения осадков, образующихся при взаимодействии карбоната калия с гидроксидом кальция или сульфата калия с гидроксидом бария.

Гидроксид калия применяют для получения жидкого мыла и различных соединений калия. Кроме того, он служит электролитом в щелочных аккумуляторах.

Фторид калия KF образует редкий минерал кароббиит. Получают фторид калия взаимодействием водных растворов фтороводорода или фторида аммония с гидроксидом калия или его солями.

Применяют фторид калия для синтеза различных фторсодержащих соединений калия, как фторирующий агент в органическом синтезе, а также как компонент кислотоупорных замазок и специальных стекол.

Хлорид калия KCl встречается в природе. Сырьем для его выделения служат сильвин, сильвинит, карналлит.

Из сильвинита хлористый калий получают методами галургии и флотации. Галургия (в переводе с греческого – «соляное дело») включает изучение состава и свойств природного солевого сырья и разработку способов промышленного получения из него минеральных солей. Галургический метод разделения основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. При нормальной температуре растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость хлорида натрия почти не меняется, а растворимость хлорида калия резко возрастает. На холоде готовят насыщенный раствор обеих солей, затем его нагревают и обрабатывают им сильвинит. При этом раствор дополнительно насыщается хлоридом калия, а часть хлорида натрия вытесняется из раствора, выпадает в осадок и отделяется фильтрованием. Раствор охлаждают, и из него выкристаллизовывается избыточный хлорид калия. Кристаллы отделяют на центрифугах и сушат, а маточный раствор идет на обработку новой порции сильвинита. Для выделения хлорида калия этот метод используется шире метода флотации, который базируется на разной смачиваемости веществ.

Хлорид калия является наиболее распространенным калийным удобрением. Кроме использования в качестве удобрений, он применяется, в основном, для производства гидроксида калия электролизом. Из него получают и другие соединения калия.

Бромид калия KBr получают взаимодействием брома с гидроксидом калия в присутствии аммиака, а также реакциями брома или бромидов с солями калия.

Бромид калия широко используется в фотографии. Он часто служит источником брома в органическом синтезе. Раньше бромид калия применялся как седативное средство в медицине («бром»). Монокристаллы бромида калия используют при изготовлении призм для ИК-спектрометров, а также в качестве матрицы при снятии ИК спектров твердых веществ.

Иодид калия KI образует бесцветные кристаллы, которые на свету приобретают желтоватую окраску за счет окисления кислородом воздуха и выделения иода. Поэтому иодид калия хранят в склянках из темного стекла.

Получают иодид калия взаимодействием иода с гидроксидом калия в присутствии муравьиной кислоты или пероксида водорода, а также обменными реакциями иодидов с солями калия. Он окисляется азотной кислотой до иодата калия KIO 3 . Иодид калия взаимодействует с иодом с образованием растворимого в воде комплекса K, а с хлором и бромом дает, соответственно, K и K.

Иодид калия применяется в качестве лекарственного средства в медицине и ветеринарии. Он является реактивом в иодометрии. Иодид калия – противовуалирующее вещество в фотографии, компонент электролита в электрохимических преобразователях, добавка для повышения растворимости иода в воде и полярных растворителях, микроудобрение.

Сульфид калия K 2 S хорошо растворим в воде. При гидролизе создает в растворе щелочную среду:

K 2 S = 2K + + S 2– ; S 2– + H 2 O HS – + OH –

Сульфид калия легко окисляется на воздухе, при поджигании сгорает. Получают его взаимодействием калия или карбоната калия с серой без доступа воздуха, а также восстановлением сульфата калия углеродом.

Сульфид калия является компонентом светочувствительных эмульсий в фотографии. Его используют как аналитический реагент для разделения сульфидов металлов и как компонент составов для обработки шкур.

При насыщении водного раствора сероводородом образуется гидросульфид калия KHS, который можно выделить в виде бесцветных кристаллов. Его применяют в аналитической химии для разделения тяжелых металлов.

Нагреванием сульфида калия с серой получают желтые или красные полисульфиды калия KS n (n = 2–6). Водные растворы полисульфидов калия можно получить кипячением растворов гидроксида или сульфида калия с серой. При спекании карбоната калия с избытком серы на воздухе образуется так называемая серная печень – смесь KS n и K 2 S 2 O 3 .

Применяют полисульфиды для сульфидирования стали и чугуна. Серная печень используется как лекарственное средство для лечения кожных заболеваний и как пестицид.

Сульфат калия K 2 SO 4 встречается в природе в месторождениях калийных солей и в водах соленых озер. Его можно получить обменной реакцией между хлоридом калия и серной кислотой или сульфатами других элементов.

Сульфат калия применяют как удобрение. Это вещество более дорогое, чем хлорид калия, но не гигроскопичное и не слеживающееся, в отличие от хлорида калия, сульфат калия можно применять на любых почвах, в том числе и засоленных.

Из сульфата калия получают квасцы и другие соединения калия. Он входит в состав шихты в производстве стекла.

Нитрат калия KNO 3 – сильный окислитель. Его часто называют калийной селитрой. В природе образуется при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий.

Получают нитрат калия обменной реакцией между хлоридом калия и нитратом натрия, а также действием азотной кислоты или нитрозных газов на карбонат или хлорид калия.

Нитрат калия – отличное удобрение, содержащее одновременно калий и азот, однако применяется меньше, чем хлорид калия, из-за высокой стоимости производства. Нитрат калия используется и для изготовления черного пороха и пиротехнических составов, в производстве спичек и стекла. Кроме того, он применяется при консервировании мясных продуктов.

Карбонат калия K 2 CO 3 называют также поташом. Получают при действии диоксида углерода на растворы гидроксида калия или суспензии карбоната магния в присутствии хлорида калия. Является побочным продуктом при переработке нефелина в глинозем.

Значительное количество карбоната калия содержится в растительной золе. Больше всего калия в золе подсолнечника – 36,3%. В золе дров оксида калия значительно меньше – от 3,2% (еловые дрова) до 13,8% (березовые дрова). Еще меньше калия в золе торфа.

Карбонат калия используется, главным образом, для производства высококачественного стекла, используемого в оптических линзах, трубках цветных телевизоров и флуоресцентных лампах. Применяется и в производстве фарфора, красителей и пигментов.

Перманганат калия KMnO 4 образует темно-фиолетовые кристаллы. Растворы этого вещества имеют красно-фиолетовый цвет. Перманганат калия получают анодным окислением марганца или ферромарганца в сильно щелочной среде.

Перманганат калия – сильный окислитель. Его используют как обесцвечивающее, отбеливающее и очищающее средство. Применяется и в органическом синтезе, например, при производстве сахарина.

Гидрид калия KH – белое твердое вещество, при нагревании разлагается на простые вещества. Гидрид калия является сильнейшим восстановителем. Он воспламеняется во влажном воздухе и в среде фтора или хлора. Гидрид калия может быть окислен даже такими слабыми окислителями, как вода и диоксид углерода:

KH + H 2 O = KOH + H 2

KH + CO 2 = K(HCOO) (формиат калия)

Гидрид калия вступает также в реакции с кислотами и спиртами, при этом возможно воспламенение. Он восстанавливают сероводород, хлороводород и другие вещества, содержащие водород(I):

2KH + H 2 S = K 2 S + 2H 2

KH + HCl = KCl + H 2

Гидрид калия используется как восстановитель при проведении неорганических и органических синтезов.

Цианид калия KCN, известный под названием цианистый калий, образует бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде и некоторых неводных растворителях. В водном растворе он постепенно гидролизуется с выделением циановодорода HCN, а при кипячении водных растворов разлагается на формиат калия и аммиак.

В присутствии цианида калия могут идти не совсем обычные реакции, например, медь реагирует с водой, выделяя из нее водород и образуя дицианокупрат(I) калия:

В подобных условиях идет взаимодействие и в случае золота. Правда, этот менее активный металл не способен окисляться водой, однако в присутствии кислорода переходит в раствор в виде цианокомплекса – дицианоаурата(I) калия:

4Au + 8KCN + 2H 2 O + O 2 = 4K + 4NaOH

Получают цианид калия взаимодействием циановодорода с избытком гидроксида калия. Он является реагентом для извлечения серебра и золота из бедных руд, компонентом электролитов для очистки платины от серебра и для гальванического золочения и серебрения. Цианид калия применяют как реактив в химическом анализе для определения серебра, никеля и ртути.

Цианид калия очень токсичен. Смертельная доза для человека 120 мг.

Комплексные соединения . Наиболее устойчивые комплексные соединения калий образует с полидентатными лигандами (молекулами или ионами, которые могут соединяться с атомом несколькими связями), например, с макроциклическими полиэфирами (краун-эфирами).

Краун-эфиры (от английского crown – корона) содержат в цикле свыше 11 атомов, из которых не менее четырех –атомы кислорода. В тривиальных названиях краун-эфиров общее число атомов в цикле и число атомов кислорода обозначают цифрами, которые ставят, соответственно, до и после слова «краун». Такие названия намного короче систематических. Например, 12-краун-4 (рис. 1) по международной номенклатуре называется 1,4,7,10,13-тетраоксоциклододекан.

Рис. 1. ГРАФИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА соединения 12-краун-4.

Краун-эфиры образуют устойчивые комплексы с катионами металлов. При этом катион включается во внутримолекулярную полость краун-эфира и удерживается там благодаря ион-дипольному взаимодействию с атомами кислорода. Наиболее устойчивы комплексы с катионами, геометрические параметры которых соответствуют полости краун-эфира. С катионом калия наиболее устойчивые комплексы образуют краун-эфиры, содержащие 6 атомов кислорода, например, 18-краун-6 (рис. 2).

Рис. 2. ГРАФИЧЕСКАЯ ФОРМУЛА комплекса калияс 18-краун-6.

Биологическая роль калия (и натрия ). Калий вместе с натрием регулируют процессы обмена веществ в живых организмах. В организме человека внутри клеток содержится большое количество ионов калия (0,12–0,16 моль/л), но относительно мало ионов натрия (0,01 моль/л). Содержание ионов натрия значительно выше во внеклеточной жидкости (около 0,12 моль/л), поэтому ионы калия контролируют внутриклеточную активность, а ионы натрия – межклеточную. Эти ионы не могут заменить друг друга.

Существование натрий-калиевого градиента с внутренней и внешней стороны клеточной мембраны приводит к возникновению разности потенциалов на противоположных сторонах мембраны. Нервные волокна способны передавать импульсы, а мышцы – сокращаться именно благодаря существованию внутреннего отрицательного заряда по отношению к внешней поверхности мембраны. Таким образом, в организме ионы натрия и калия осуществляют физиологический контроль и пусковые механизмы. Они способствуют передаче нервного импульса. Психика человека зависит от баланса ионов натрия и калия в организме. Концентрацию ионов натрия и калия, задерживаемых и выделяемых через почки, контролируют некоторые гормоны. Так, минералокортикоиды способствуют увеличению выброса ионов калия и уменьшению выброса ионов натрия.

Ионы калия входят в состав ферментов, катализирующих перенос (транспорт) ионов через биомембраны, окислительно-восстановительные и гидролитические процессы. Они служат и для поддержания структуры клеточных стенок и контролируют их состояние. Ион натрия активирует несколько ферментов, которые калий не может активировать, так же как ион натрия не может действовать на калиезависимые ферменты. Когда эти ионы попадают внутрь клетки, они связываются подходящими лигандами в соответствии с их химической активностью. Роль таких лигандов выполняют макроциклические соединения, модельными аналогами которых являются краун-эфиры. Некоторые антибиотики (подобные валиномицину) транспортируют ионы калия в митохондрии.

Установлено, что для работы (Na + –K +)–АТФ-азы (аденозинтрифосфатазы) – мембранного фермента, катализирующего гидролиз АТФ, нужны одновременно ионы натрия и калия. Транспортная АТФ-аза связывает и высвобождает ионы натрия и калия на определенных стадиях ферментативной реакции, поскольку сродство активных центров фермента к ионам натрия и калия изменяется по мере протекания реакции. При этом структурные изменения фермента этом приводят к тому, что катионы натрия и калия принимаются по одну сторону от мембраны, а высвобождаются по другую. Таким образом, одновременно с гидролизом АТФ происходит и селективное перемещение катионов щелочных элементов (работа так называемого Na–K-насоса).

Суточная потребность в калии у ребенка составляет 12–13 мг на 1 кг веса, а у взрослого – 2–3 мг, т.е. в 4–6 раз меньше. Большую часть необходимого ему калия человек получает из пищи растительного происхождения.

Елена Савинкина

Калий

КА́ЛИЙ -я; м. [араб. kali] Химический элемент (K), металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли (поташа).

◁ Ка́лиевый, -ая, -ое. К-ые месторождения. К-ые соли. Кали́йный, -ая, -ое. К-ая промышленность. К-ые удобрения.

ка́лий

(лат. Kalium), химический элемент I группы периодической системы, относится к щелочным металлам. Название от арабского аль-кали - поташ (давно известное соединение калия, добываемое из древесной золы). Серебристо-белый металл, мягкий, легкоплавкий; плотность 0,8629 г/см 3 , t пл 63,51ºC. Быстро окисляется на воздухе, с водой реагирует со взрывом. По распространённости в земной коре занимает 7-е место (минералы: сильвин, каинит, карналлит и др.; см. Калийные соли). Входит в состав тканей растительных и животных организмов. Около 90% добываемых солей используется как удобрения. Металлический калий используют в химических источниках тока, как геттер в электронных лампах, для получения суперпероксида KO 2 ; сплавы K с Na - теплоносители в ядерных реакторах.

КАЛИЙ

КА́ЛИЙ (лат. Kalium), K (читается «калий»), химический элемент с атомным номером 19, атомная масса 39,0983.
Калий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 39 К (93,10% по массе) и 41 К (6,88%), а также одного радиоактивного 40 К (0,02%). Период полураспада калия-40 Т 1/2 примерно в 3 раза меньше, чем Т 1/2 урана-238 и составляет 1,28 миллиарда лет. При b-распаде калия-40 образуется стабильный кальций-40, а при распаде по типу электронного захвата (см. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ) образуется инертный газ аргон-40.
Калий принадлежит к числу щелочных металлов (см. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ) . В периодической системе Менделеева калий занимает место в четвертом периоде в подгруппе IА. Конфигурация внешнего электронного слоя 4s 1 , поэтому калий всегда проявляет степень окисления +1 (валентность I).
Атомный радиус калия 0,227 нм, радиус иона K + 0,133 нм. Энергии последовательной ионизации атома калия 4,34 и 31,8 эВ. Электроотрицательность (см. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ) калия по Полингу 0,82, что говорит о его ярко выраженных металлических свойствах.
В свободном виде - мягкий, легкий, серебристый металл.
История открытия
Соединения калия, как и его ближайшего химического аналога - натрия (см. НАТРИЙ) , были известны с древности и находили применение в различных областях человеческой деятельности. Однако сами эти металлы были впервые выделены в свободном состоянии только в 1807 в ходе экспериментов английского ученого Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) . Дэви, используя гальванические элементы как источник электрического тока, провел электролиз расплавов поташа (см. ПОТАШ) и каустической соды (см. КАУСТИЧЕСКАЯ СОДА) и таким образом выделил металлические калий и натрий, которые назвал «потассием» (отсюда сохранившееся в англоязычных странах и Франции название калия - potassium) и «содием». В 1809 английский химик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (от арабского аль-кали - поташ).
Нахождение в природе
Содержание калия в земной коре 2,41% по массе, калий входит в первую десятку наиболее распространенных в земной коре элементов. Основные минералы, содержащие калий: сильвин (см. СИЛЬВИН) KСl (52,44% К), сильвинит (Na,K)Cl (этот минерал представляет собой плотно спрессованную механическую смесь кристалликов хлорида калия KCl и хлорида натрия NaCl), карналлит (см. КАРНАЛЛИТ) KCl·MgCl 2 ·6H 2 O (35,8% К), различные алюмосиликаты (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ) , содержащие калий, каинит (см. КАИНИТ) KCl·MgSO 4 ·3H 2 O, полигалит (см. ПОЛИГАЛИТ) K 2 SO 4 ·MgSO 4 ·2CaSO 4 ·2H 2 O, алунит (см. АЛУНИТ) KAl 3 (SO 4) 2 (OH) 6 . В морской воде содержится около 0,04% калия.
Получение
В настоящее время калий получают при взаимодействии с жидким натрием расплавленных KOH (при 380-450°C) или KCl (при 760-890°C):
Na + KOH = NaOH + K
Калий также получают электролизом расплава KCl в смеси с K 2 CO 3 при температурах, близких к 700°C:
2KCl = 2K + Cl 2 ­
От примесей калий очищают вакуумной дистилляцией.
Физические и химические свойства
Металлический калий мягок, он легко режется ножом и поддается прессованию и прокатке. Обладает кубической объемно центрированной кубической решеткой, параметр а = 0,5344 нм. Плотность калия меньше плотности воды и равна 0,8629 г/см 3 . Как и все щелочные металлы, калий легко плавится (температура плавления 63,51°C) и начинает испаряться уже при сравнительно невысоком нагревании (температура кипения калия 761°C).
Калий, как и другие щелочные металлы, химически очень активен. Легко взаимодействует с кислородом воздуха с образованием смеси, преимущественно состоящей из пероксида К 2 О 2 и супероксида KO 2 (К 2 О 4):
2K + O 2 = K 2 O 2 , K + O 2 = KO 2 .
При нагревании на воздухе калий сгорает фиолетово-красным пламенем. С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует со взрывом (воспламеняется образующийся водород):
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 ­
Кислородсодержащие кислоты при таком взаимодействии могут восстанавливаться. Например, атом серы серной кислоты восстанавливается до S, SO 2 или S 2– :
8К + 4Н 2 SO 4 = K 2 S + 3K 2 SO 4 + 4H 2 O.
При нагревании до 200-300 °C калий реагирует с водородом с образованием солеподобного гидрида КН:
2K + H 2 = 2KH
С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) калий взаимодействует со взрывом. Интересно отметить, что с азотом калий не взаимодействует.
Как и другие щелочные металлы, калий легко растворяется в жидком аммиаке с образованием голубых растворов. В таком состоянии калий используют для проведения некоторых реакций. При хранении калий медленно реагирует с аммиаком с образованием амида KNH 2:
2K + 2NH 3 жидк. = 2KNH 2 + H 2 ­
Важнейшие соединения калия: оксид К 2 О, пероксид К 2 О 2 , супероксид К 2 О 4 , гидроксид КОН, иодид KI, карбонат K 2 CO 3 и хлорид KCl.
Оксид калия К 2 О, как правило, получают косвенным путем за счет реакции пероксида и металлического калия:
2K + K 2 O 2 = 2K 2 O
Этот оксид проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием гидроксида калия КОН:
K 2 O + H 2 O = 2KOH
Гидроксид калия, или едкое кали, хорошо растворим в воде (до 49,10% массе при 20°C). Образующийся раствор - очень сильное основание, относящееся к щелочам (см. ЩЕЛОЧИ) . КОН реагирует с кислотными и амфотерными оксидами:
SO 2 + 2KOH = K 2 SO 3 + H 2 O,
Al 2 O 3 + 2KOH + 3H 2 O = 2K (так реакция протекает в растворе) и
Al 2 O 3 + 2KOH = 2KAlO 2 + H 2 O­ (так реакция протекает при сплавлении реагентов).
В промышленности гидроксид калия KOH получают электролизом водных растворов KCl или K 2 CO 3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:
2KCl + 2H 2 O = 2KOH + Cl 2 ­+ H 2 ­,
или за счет обменных реакций растворов K 2 CO 3 или K 2 SO 4 с Ca(OH) 2 или Ba(OH) 2:
K 2 CO 3 + Ba(OH) 2 = 2KOH + BaCO 3
Попадание твердого гидроксида калия или капель его растворов на кожу и в глаза вызывает тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек, поэтому работать с этими едкими веществами следует только в защитных очках и перчатках. Водные растворы гидроксида калия при хранении разрушают стекло, расплавы - фарфор.
Карбонат калия K 2 CO 3 (обиходное название поташ) получают при нейтрализации раствора гидроксида калия углекислым газом:
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + Н 2 О.
В значительных количествах поташ содержится в золе некоторых растений.
Применение
Металлический калий - материал для электродов в химических источниках тока. Сплав калия с другим щелочным металлом - натрием находит применение в качестве теплоносителя (см. ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ) в ядерных реакторах.
В гораздо больших масштабах, чем металлический калий, находят применение его соединения. Калий - важный компонент минерального питания растений, он необходим им в значительных количествах для нормального развития, поэтому широкое применение находят калийные удобрения (см. КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ) : хлорид калия КСl, нитрат калия, или калийная селитра, KNO 3 , поташ K 2 CO 3 и другие соли калия. Поташ используют также при производстве специальных оптических стекол, как поглотитель сероводорода при очистке газов, как обезвоживающий агент и при дублении кож.
В качестве лекарственного средства находит применение иодид калия KI. Иодид калия используют также в фотографии и в качестве микроудобрения. Раствор перманганата калия КMnO 4 («марганцовку») используют как антисептическое средство.
По содержанию в горных породах радиоактивного 40 К определяют их возраст.
Калий в организме
Калий - один из важнейших биогенных элементов (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , постоянно присутствующий во всех клетках всех организмов. Ионы калия К + участвуют в работе ионных каналов (см. ИОННЫЕ КАНАЛЫ) и регуляции проницаемости биологических мембран (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ) , в генерации и проведении нервного импульса, в регуляции деятельности сердца и других мышц, в различных процессах обмена веществ. Содержание калия в тканях животных и человека регулируется стероидными гормонами надпочечников. В среднем организм человека (масса тела 70 кг) содержит около 140 г калия. Поэтому для нормальной жизнедеятельности с пищей в организм должно поступать 2-3 г калия в сутки. Богаты калием такие продукты, как изюм, курага, горох и другие.
Особенности обращения с металлическим калием
Металлический калий может вызвать очень сильные ожоги кожи, при попадании мельчайших частичек калия в глаза возникают тяжелые поражения с потерей зрения, поэтому работать с металлическим калием можно только в защитных перчатках и очках. Загоревшийся калий заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Хранят калий в герметично закрытых железных контейнерах под слоем обезвоженного керосина или минерального масла.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "калий" в других словарях:

Калий 40 … Википедия

Новолатинск. kalium, от араб. kali, щелочь. Мягкий и легкий металл, составляющий основание кали. Открыт Деви в 1807 году. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865.… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Kalium), K, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам; tпл 63,51шC. В живых организмах калий основной внутриклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических… … Современная энциклопедия

КАЛИЙ - (Kalium, s. Potassium), хим. элемент, симв. К, порядковый номер 19, серебристо белый, блестящий металл, имеющий при обыкновенной ta плотность воска; открыт Деви в 1807 г. Уд. в. при 20° 0,8621, атомный вес 39,1, одновалентен; t° плавления … Большая медицинская энциклопедия

Калий - (Kalium), K, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам; tпл 63,51°C. В живых организмах калий основной внутриклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (символ К), распространенный химический элемент, относящийся к ЩЕЛОЧНЫМ МЕТАЛЛАМ. Впервые был выделен сэром Хэмфри Дэви в 1807 г. Его основными рудами являются сильвин (хлорид калия), карналлит и полигалит. Калий является теплоносителем в АТОМНЫХ … Научно-технический энциклопедический словарь

Муж. потасий, металл, составляющий основанье кали, весьма сходный с натрием (содием). Кали ср., нескл., растительная щелочь или щелочная соль; углекислый калий, чистый поташ. Калиевый, к калию относящийся. Калистый, содержащий кали. Толковый… … Толковый словарь Даля - КАЛИЙ, калия, мн. нет, муж., и кали, нескл., ср. (араб. поташ) (хим.). Химический элемент щелочный металл серебристо белого цвета, добываемый из углекалиевой соли. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

В этой статье будет дана характеристика калия с точки зрения физики и химии. Первая из этих наук изучает механические и внешние свойства веществ. А вторая - их взаимодействие друг с другом - это химия. Калий - девятнадцатый по счету элемент в таблице Менделеева. Он принадлежит к В этой статье будет рассмотрена и электронная формула калия, и его поведение с другими веществами и т. д. Это один из наиболее активных металлов. Наука, которая занимается изучением этого и других элементов - химия. 8 класс предусматривает изучение и их свойств. Поэтому данная статья будет полезна школьникам. Итак, начнем.

Характеристика калия с точки зрения физики

Это простое вещество, которое при нормальных условиях находится в твердом агрегатном состоянии. Температура плавления составляет шестьдесят три градуса по шкале Цельсия. Закипает же данный металл, когда температура достигает семисот шестидесяти одного градуса по Цельсию. Рассматриваемое вещество обладает серебристо-белой окраской. Имеет металлический блеск.

Плотность калия составляет восемьдесят шесть сотых грамма на сантиметр кубический. Это очень легкий металл. Формула калия очень проста - он не формирует молекул. Данное вещество состоит из атомов, которые расположены близко друг к другу и имеют кристаллическую решетку. Атомная масса калия равняется тридцати девяти граммам на моль. Твердость его очень низкая - его можно легко порезать ножом, как сыр.

Калий и химия

Начнем с того, что калий - химический элемент, который обладает очень высокой химической активностью. Даже хранить его на открытом воздухе нельзя, так как он моментально начинает реагировать с окружающими его веществами. Калий - химический элемент, который относится к первой группе и четвертому периоду таблицы Менделеева. Он обладает всеми свойствами, которые характерны для металлов.

Взаимодействие с простыми веществами

К ним относятся: кислород, азот, сера, фосфор, галогены (йод, фтор, хлор, бром). По порядку рассмотрим взаимодействие калия с каждым из них. Взаимодействие с кислородом называется окислением. В течение данной химической реакции расходуется калий и оксиген в молярном соотношении четыре части к одной, в результате чего образуется оксид рассматриваемого металла в количестве двух частей. Данное взаимодействие можно выразить при помощи следующего уравнения реакции: 4К + О2 = 2К2О. При горении калия можно наблюдать ярко-фиолетовое пламя.

Поэтому данная реакция считается качественной на определение калия. Реакции с галогенами называются в соответствии с названиями этих химических элементов: это йодирование, фторирование, хлорирование, бромирование. Данные взаимодействия можно назвать реакциями присоединения, так как атомы двух разных веществ объединяются в одно. Примером подобного процесса может служить реакция между калием и хлором, в результате которой образуется хлорид рассматриваемого металла. Для проведения данного взаимодействия необходимо взять два этих компонента - два моля первого и один второго. В результате образуется два моля соединения калия. Эта реакция выражается таким уравнением: 2К + СІ2 = 2КСІ. С азотом калий может давать соединения при горении на открытом воздухе. Во время этой реакции расходуется рассматриваемый металл и азот в молярном соотношении шесть частей к одной, в результате данного взаимодействия образуется нитрид калия в количестве двух частей. Это можно показать в виде следующего уравнения: 6К + N2 = 2K3N. Это соединение представляет собой кристаллы зелено-черного цвета. С фосфором рассматриваемый металл реагирует по такому же принципу. Если взять три моля калия и один моль фосфора, получим один моль фосфида. Данное химическое взаимодействие можно записать в виде такого уравнения реакции: 3К + Р = К3Р. Кроме того, калий способен реагировать с водородом, образуя при этом гидрид. В качестве примера может быть приведено такое уравнение: 2К + Н2 = 2КН. Все реакции присоединения происходят только при наличии высоких температур.

Взаимодействие со сложными веществами

Характеристика калия с точки зрения химии предусматривает рассмотрение и этой темы. К с которыми способен реагировать калий, относятся вода, кислоты, соли, оксиды. Со всеми ними рассматриваемый металл реагирует по-разному.

Калий и вода

Данный химический элемент бурно реагирует с ней. При этом образуется гидроксид, а также водород. Если взять по два моля калия и воды, то получим столько же и один моль водорода. Данное химическое взаимодействие можно выразить с помощью следующего уравнения: 2К + 2Н2О = 2КОН = Н2.

Реакции с кислотами

Так как калий - активный металл, он с легкостью вытесняет атомы гидрогена из их соединений. Примером может быть реакция, которая происходит между рассматриваемым веществом и соляной кислотой. Для ее проведения нужно взять два моля калия, а также кислоту в том же количестве. В результате образуется - два моля и водород - один моль. Этот процесс можно записать таким уравнением: 2К + 2НСІ = 2КСІ + Н2.

Калий и оксиды

С данной группой неорганических веществ рассматриваемый металл реагирует только при значительном нагревании. Если атом металла, входящего в состав оксида, пассивнее того, о котором мы говорим в данной статье, происходит, по сути, реакция обмена. Например, если взять два моля калия и один моль оксида купрума, то в результате их взаимодействия можно получить по одному молю оксида рассматриваемого химического элемента и чистый купрум. Это можно показать в виде такого уравнения: 2К + CuO = К2О + Cu. Вот где проявляются сильные восстановительные свойства калия.

Взаимодействие с основаниями

Калий способен реагировать с гидроксидами металлов, которые находятся правее него в электрохимическом ряду активности. В таком случае также проявляются его восстановительные свойства. Например, если взять два моля калия и один моль гидроксида бария, то в результате реакции замещения мы получим такие вещества, как гидроксид калия в количестве два моля и чистый барий (один моль) - он выпадет в осадок. Представленное химическое взаимодействие можно отобразить в виде следующего уравнения: 2К + Ba(OH)2 = 2КОН + Ba.

Реакции с солями

В данном случае калий все так же проявляет свои свойства как сильный восстановитель. Замещая атомы химически более пассивных элементов, он позволяет получить чистый металл. Например, если добавить к в количестве два моля три моля калия, то в результате данной реакции получим три моля хлорида калия и два моля алюминия. Выразить данный процесс с помощью уравнения можно следующим образом: 3К + 2АІСІ3 = 3КСІ2 + 2АІ.

Реакции с жирами

Если добавить калий к какому-либо органическому веществу данной группы, он также вытеснит один из атомов гидрогена. Например, при смешивании стеарина с рассматриваемым металлом образуется стеарат калия и водород. Полученное вещество применяется для изготовления жидкого мыла. На этом характеристика калия и его взаимодействий с другими веществами заканчивается.

Использование калия и его соединений

Как и все металлы, рассматриваемый в данной статье необходим для многих процессов в промышленности. Основное применение калия происходит в химической отрасли. Благодаря своей высокой химической активности, ярко выраженным щелочнометаллическим и восстановительным свойствам, он применяется в качестве реагента для многих взаимодействий и получения разнообразных веществ. Кроме того, сплавы с содержанием калия используются как теплоносители в ядерных реакторах. Также рассматриваемый в данной статье металл находит свое применение в электротехнике. Помимо всего вышеперечисленного, он является одним из главных компонентов удобрений для растений. Кроме того, его соединения применяются в самых разнообразных отраслях промышленности. Так, в добыче золота используется цианид калия, который служит реагентом для выделения ценных металлов из руд. В производстве стекла применяется Фосфаты рассматриваемого химического элемента являются компонентами всевозможных чистящих средств и порошков. В спичках присутствует хлорат данного металла. В изготовлении пленок для старых фотоаппаратов использовался бромид рассматриваемого элемента. Как вы уже знаете, добыть его возможно путем бромирования калия в условии высокой температуры. В медицине используется хлорид данного химического элемента. В мыловарении - стеарат и другие производные от жиров.

Получение рассматриваемого металла

В наше время калий добывают в лабораториях двумя основными способами. Первый - восстановление его из гидроксида с помощью натрия, который химически еще более активен, чем калий. А второй - получение его из хлорида, тоже с помощью натрия. Если добавить к одному молю гидроксида калия столько же натрия, образуется по одному молю щелочи натрия и чистого калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом: КОН + Na = NaOH + К. Для проведения реакции второго типа нужно смешать хлорид рассматриваемого металла и натрий в равных молярных пропорциях. В результате этого образуются такие вещества, как кухонная соль и калий в одинаковом соотношении. Выразить данное химическое взаимодействие можно с помощью такого уравнения реакции: КСІ + Na = NaCl + К.

Строение калия

Атом данного химического элемента, как и всех остальных, состоит из ядра, в котором содержатся протоны и нейтроны, а также электронов, которые вращаются вокруг него. Количество электронов всегда равно количеству протонов, которые находятся внутри ядра. Если же какой-либо электрон отсоединился или присоединился к атому, то он уже перестает быть нейтральным и превращается в ион. Они бывают двух видов: катионы и анионы. Первые обладают положительным зарядом, а вторые - отрицательным. Если к атому присоединился электрон, то он превращается в анион, если же какой-либо из электронов покинул свою орбиту, нейтральный атом становится катионом. Так как порядковый номер калия, согласно таблице Менделеева, девятнадцать, то и протонов в ядре данного химического элемента находится столько же. Поэтому можно сделать вывод, что и электронов вокруг ядра расположено девятнадцать. Количество протонов, которые содержатся в структуре атома, можно определить, отняв от атомной массы порядковый номер химического элемента. Так можно сделать вывод, что в ядре калия находится двадцать протонов. Так как рассматриваемый в этой статье металл принадлежит к четвертому периоду, он имеет четыре орбиты, на которых равномерно располагаются электроны, которые все время находятся в движении. Схема калия выглядит следующим образом: на первой орбите расположены два электрона, на второй - восемь; также как и на третьей, на последней, четвертой, орбите вращается всего один электрон. Этим и объясняется высокий уровень химической активности данного металла - его последняя орбита не заполнена полностью, поэтому он стремится соединиться с какими-либо другими атомами, в результате чего их электроны последних орбит станут общими.

Где можно встретить данный элемент в природе?

Так как он обладает чрезвычайно высокой химической активностью, то на планете он нигде не встречается в чистом виде. Его можно увидеть только в составе разнообразных соединений. калия в земной коре составляет 2,4 процента. Самые распространенные минералы, в состав которых входит калий, - это сальвинит и карналлит. Первый обладает следующей химической формулой: NaCl.KCl. Он обладает пестрой расцветкой и состоит из множества кристаллов разнообразной окраски. В зависимости от соотношения хлорида калия и натрия, а также от наличия примесей, он может содержать красные, синие, розовые, оранжевые составляющие. Второй минерал - карналлит - выглядит как прозрачные, нежно-голубые, светло-розовые либо бледно-желтые кристаллы. Его химическая формула выглядит так: KCl.MgCl2.6Н2О. Он является кристаллогидратом.

Роль калия в организме, симптомы недостатка и избытка

Он вместе с натрием поддерживает водно-солевой баланс клетки. Также он участвует в передаче между мембранами нервного импульса. Кроме того, он регулирует кислотно-щелочной баланс в клетке и во всем организме в целом. Он принимает участие в процессах обмена веществ, противодействует возникновению отеков, входит в состав цитоплазмы - около пятидесяти ее процентов - соли рассматриваемого металла. Главными признаками того, что организму не хватает калия, является отечность, возникновение такого заболевания, как водянка, раздражительность и нарушения в работе нервной системы, заторможенность реакции и ухудшение памяти.

Кроме того, недостаточное количество данного микроэлемента отрицательно сказывается на сердечно-сосудистой и мышечной системах. Недостаток калия на протяжении очень длительного времени может спровоцировать инфаркт либо инсульт. А вот из-за избытка калия в организме может развиться язва тонкого кишечника. Для сбалансирования своего питания таким образом, чтобы получать нормальное количество калия, нужно знать, в каких продуктах он содержится.

Еда с высоким содержанием рассматриваемого микроэлемента

Прежде всего, это орехи, такие как кешью, грецкие, фундук, арахис, миндаль. Также большое его количество находится в картошке. Кроме того, калий содержится в сухофруктах, таких как изюм, курага, чернослив. Данным элементом богаты и кедровые орешки. Также высокая его концентрация наблюдается в бобовых: фасоли, горохе, чечевице. Морская капуста также богата данным химическим элементом. Еще одними продуктами, содержащими данный элемент в большом количестве, являются зеленый чай и какао. Кроме того, в высокой концентрации он находится и во многих фруктах, таких как авокадо, бананы, персики, апельсины, грейпфруты, яблоки. Многие крупы богаты рассматриваемым микроэлементом. Это прежде всего перловка, а также пшеничная и гречневая крупа. В петрушке и брюссельской капусте тоже есть много калия. Кроме того, он содержится в моркови и дыне. Лук и чеснок обладают немалым количеством рассматриваемого химического элемента. Куриные яйца, молоко и сыр также отличаются высоким содержанием в них калия. Суточная норма данного химического элемента для среднестатистического человека составляет от трех до пяти граммов.

Заключение

Прочитав эту статью, можно сделать вывод, что калий является чрезвычайно важным химическим элементом. Он необходим для синтезирования многих соединений в химической промышленности. Кроме того, используется и во многих других отраслях. Также он очень важен для организма человека, поэтому должен регулярно и в необходимом количестве поступать туда с едой.

Калий (Kalium), K , химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 19, атомная масса 39,098; серебряно-белый, очень легкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов - 39 K (93,08%), 41 K (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40 K (0,01%) с периодом полураспада 1,32·10 9 лет.

Историческая справка. Некоторые соединения Калия (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако их не отличали от соединений натрия. Только в 18 веке было показано различие между "растительной щелочью" (поташем K 2 СО 3) и "минеральной щелочью" (содой Na 2 CO 3). В 1807 году Г. Дэви электролизом слегка увлажненных твердых едких кали и натра (KOH и NaOH) выделил Калий и натрий и назвал их потассием и содием. В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название "калий" (от арабского аль-кали - поташ) и "натроний" (от арабского натрун - природная сода); последнее И. Я. Берцелиус в 1811 году изменил на "натрий". Название "потассий" и "содий" сохранились в Великобритании, США, Франции и некоторых других странах. В России эти названия в 1840-х годах были заменены на "калий" и "натрий", принятые в Германии, Австрии и Скандинавских странах.

Распространение Калия в природе. Калий - распространенный элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах Калий, как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и других породы (среднее содержание Калия 3,34%). Калий входит в состав полевых шпатов и слюд. В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, Калия мало. На земной поверхности Калий, в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород Калий частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны Калием и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане Калий поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% Калия - в 25 раз меньше, чем натрия. В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения NaCl, кристаллизовались соли Калия и магния - карналлит KCl·MgCl 2 ·6H 2 O и другие (Соликамское месторождение в России, Штасфуртское в Германии и т. д.). В большинстве почв растворимых соединений Калия мало, и культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.

Радиоактивный изотоп 40 K - важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40 K образуются 40 Ca и аргон 40 Ar, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы Калия не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (так называемый калий-аргоновый метод).

Физические свойства Калия. Калий - серебряно-белый, очень легкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решетка Калия объемноцентрированная кубическая, а = 5,33 Å. Атомный радиус 2,36 Å, ионный радиус K + 1,33 Å. Плотность 0,862 г/см 3 (20 °C), t пл 63,55 °C, (кип 760 °C; коэффициент термического расширения 8,33·10 -5 (0-50 °C); теплопроводность при 21°C 97,13 вт/(м-Калий) ; удельная теплоемкость (при 20 °C) 741,2 дж/(кг·К), то есть 0,177 кал/(г·°C), удельное электросопротивление (при 20 °C) 7,118·10 -8 ом·м; температурный коэффициент электросопротивления 5,8·10 -5 (20 °C). Твердость по Бринеллю 400 кн/м 2 (0,04 кгс/мм 2).

Химические свойства Калия. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Калия 4s 1 , в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома Калия более удален от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность Калия выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, Калий быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре Калий реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном - с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода Калий образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и Калий не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид Калия KN 3 и нитрид Калия K 3 N. При нагревании Калия с графитом получаются карбиды KC 8 (при 300 °С) и KC 16 (при 360 °C). В сухом воздухе (или кислороде) Калий образует желтовато-белый оксид K 2 O и оранжевый пероксид KO 2 (известны также перекиси K 2 O 2 и K 2 O 3 , получаемые действием кислорода на раствор Калия в жидком аммиаке).

Калий весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя водород (2К + 2Н 2 О = 2KOH + H 2), а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке Калий медленно растворяется; полученный синий раствор - сильный восстановитель. При нагревании Калий отнимает кислород от оксидов и солей кислородных кислот с образованием K 2 O и свободных металлов (или их оксидов). Калий со спиртами дает алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует калийалкилы и калийарилы. Присутствие Калия легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.

Получение Калия. В промышленности Калий получают по обменным реакциям между металлическим натрием и KOH или же KCl, соответственно: KOH + Na = NaOH + К, KCl + Na = NaCl + К.

В первом случае реакция идет между расплавленным гидрооксидом KOH и жидким Na - противотоком в тарельчатой реакционной колонке из никеля при 380-440 °С. Во втором - через расплавленную соль KCl пропускают пары Na при 760-800 °С; выделяющиеся пары Калия конденсируют. Возможно также получение Калия нагреванием выше 200 °C смесей хлорида Калия с алюминием (или кремнием) и известью. Получение Калия электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов Калия по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

Применение Калия. Основное применение металлического Калия - приготовление пероксида Калия, служащего для регенерации кислорода (в подводных лодках и других). Сплавы натрия с 40-90% Калия, сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве титана и как поглотители кислорода. Сельское хозяйство - главный потребитель солей Калия.

Калий в организме. Калий - один из биогенных элементов, постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в Калии у взрослого человека (2-3 г) покрывается за счет мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в Калии (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60-70 мг% Калия. Многие морские организмы извлекают Калий из воды. Растения получают Калий из почвы. У животных содержание Калия составляет в среднем 2,4 г/кг. В отличие от натрия, Калий сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке Калий распределен неравномерно.

Ионы Калия участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и других мышц, поддерживают осмотическое давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм Калия тесно связан с углеводным обменом; ионы Калия влияют на синтез белков. K + в большинстве случаев нельзя заменить на Na + . Клетки избирательно концентрируют K + . Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу K + из клеток, часто в обмен на Na + . Выделяется Калий из организма главным образом с мочой. Содержание Калия в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников - кортикостероидами. В растениях Калий распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много Калия в бобовых, свекле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20- 30 г/кг сухого вещества). При недостатке Калия в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа сельскохозяйственной культуры и почвы.

В биосфере микроэлементы Rb и Cs сопутствуют Калию. Ионы Li + и Na + - антагонисты K + , поэтому важны не только абсолютные концентрации K + и Na + , но и оптимальные соотношения K + /Na + в клетках и среде. Естественная радиоактивность организмов (гамма-излучение) почти на 90% обусловлена присутствием в тканях естественного радиоизотопа 40 K.