Это вещество известно всем, особенно фанатам гигиены и чувствительным людям. Достоинства калия сделали его обязательным компонентом в науке, промышленном производстве, сельском хозяйстве.
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.
Самые известные минералы – каинит, сильвин, сильвинит, карналлит.
Калий – элемент клеток живых организмов.
Тонна земной коры содержит 24 кг калия, литр морской воды – 380 мг.
По распространенности калий – пятый среди металлов, седьмой среди всех элементов.
Сырье извлекают из шахт либо подземных соленых вод.
Крупнейшими залежами располагают Канада, Россия, Белоруссия.
Технология получения
Подобно другим щелочным металлам, калий извлекают электролизом расплава хлоридов либо щелочей.
При таком способе получения используют – как менее тугоплавкие – щелочи плюс сода либо поташ:
- На катоде и аноде появляются, соответственно, расплавленный калий и кислород.
- Вода из расплава испаряется.
- Чтобы исключить взаимодействие с кислородом, используют медный катод.
- Над катодом укрепляют медный цилиндр. В нем оседает расплавленный калий.
Анод изготовляют из никеля (для щелочей) либо графита (хлоридов).
Физико-химические характеристики
Калий как металл проявляет типично «щелочные» характеристики:
- Химически суперактивен: без проблем взаимодействует с неметаллами, сложными веществами. В результате образуются галогениды, фосфиды, оксиды, амальгамы, соли.
- Взаимодействие с металлами возможно только при нагревании. Образуются сплавы-интерметаллиды.
- Почти мгновенно окисляется на воздухе.
- С кислородом реагирует так бурно, что получается супероксид – K2O4.
- Легкий (кубик с ребром в 1 см весит меньше грамма), легкоплавок.
- Это мягкий металл – легко режется ножом, раскатывается до фольги.
- Не тонет в воде.
Взаимодействие металла с водой взрывоопасно, на воздухе он разрушается. Для нейтрализации этих недостатков калий хранят в бензине, керосине либо плотно закрываемых сосудах.
| Свойства атома | |
|---|---|
| Название, символ, номер | Калий / Kalium (K), 19 |
| Атомная масса (молярная масса) |
39,0983(1) а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 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 | 336,8 К; +63,65 °C |
| Температура кипения | 1047 К; 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 |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 79,0 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 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.
Советский 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.
Химическое вещество с формулой KMnO4 – это обычная марганцовка.
Достоинства металла оценили аграрии. 90% продукции – это калийные удобрения: поташ, селитра, сильвин («калийная соль»).
Биологическая роль металла
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.
Загрузка...
