Где используется металлический калий

Обновлено: 13.05.2024

Калий — элемент 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 (CAS-номер: 7440-09-7) — 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 щёлочь. 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. История и происхождение названия калий

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 (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

В 1807 году 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 и польском 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.

Присутствие в природе калия

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 всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль).

Калий — получение калия

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 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 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).

Физические свойства калия

Калий — серебристое вещество 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.

Химические свойства калия

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 калия KO₂ (или K₂O₄). При нагревании в атмосфере водорода образуется гидрид калия 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 под слоем керосина.

Оксиды калия и пероксиды калия

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

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:

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:

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.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении 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.

Гидроксиды 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 калия при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение калия

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 состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
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.

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.
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.
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.
Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

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 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.

Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного транспорта.
Активация различных ферментов.
Нормализация ритма сердца.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1800 до 5000 миллиграмм. Потребность в калии зависит от общего веса 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 сушёные абрикосы, дыня, бобы, киви, картофель, авокадо, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин В6, затрудняет — алкоголь.

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

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

Изотопы

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: 39 K (изотопная распространённость 93,258 %) и 41 K (6,730 %). Третий изотоп 40 K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251×10 9 лет. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 32 ядра 40 K, благодаря чему, например, в организме человека весом 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. 40 K считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (мощность оценивается в 44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40 Ar, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

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.

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.

Калий под слоем ТГФ

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

Калий – элемент клеток живых организмов.

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

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

Сырье извлекают из шахт либо подземных соленых вод.

Крупнейшими залежами располагают Канада, Россия, Белоруссия.

Технология получения

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

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

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

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

Физико-химические характеристики

Калий как металл проявляет типично «щелочные» характеристики:

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

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

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.

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.

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

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

Кристаллы перманганата калия

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):

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.

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.

Калий углекислый — соединение, используемое человечеством с древнейших времен

Калий углекислый — неорганическое соединение, дикалиевая соль угольной кислоты. Часто употребляются также названия карбонат кальция, дикалий карбонат, поташ. Формула — K2CO3.

Поташ — старинное название, имеющее немецкие или голландские корни. По другой версии — пришло из латинского языка. Вещество используется человечеством с древних времен для стирки, очистки тканей от жира, для мыловарения. Его применяли уже в Древнем Риме — выделяли растворением в воде растительной золы и дальнейшей очисткой собранного концентрата. В России и других европейских странах карбонат калия производился в промышленных масштабах и играл очень большую роль в экономике вплоть до ХХ века. В России Петром I была введена государственная монополия на производство поташа.

Вещество встречается в природе в естественном виде. Получают же его:

из отходов от процесса получения глинозема из природных нефелинов (алюмосиликатов натрия и калия);
химическим синтезом из хлорида калия или гидроксида калия;
очисткой золы растительного сырья (злаковых растений или водорослей). Последний способ востребован при производстве высококачественных удобрений с большим содержанием хорошо усваиваемого калия.


Склянка для реактивов на 1000 мл из светлого стекла	Калий углекислый (карбонат) "ч"

Свойства

Соединение представляет собой хорошо растворимые в воде мелкие кристаллы или гранулы белого цвета. Реакция растворения в воде — экзотермическая (с выделением тепла). Кристаллы легко поглощают влагу из воздуха, превращаясь в кристаллогидрат K2CO3•1,5 Н2О. Этот же кристаллогидрат выкристаллизируется из раствора. Не растворяется в этиловом спирте и диэтиловом эфире. Вкус — выраженный щелочной, без запаха. Обладает бактерицидными качествами.

Водный раствор поташа имеет сильнощелочную реакцию. Раствор взаимодействует с окисью углерода и окисью серы. Химическая реакция с жирами приводит к их расщеплению.

Меры предосторожности

Калий углекислый считается малотоксичным соединением, относится к 3-му классу опасности. Тем не менее, попадание пылевидных частиц на влажную кожу или слизистые оболочки глаз и органов дыхания способны вызвать раздражение, экзему, язвы, аллергические реакции, приступы астмы, отек органов дыхания. Именно поэтому на производствах рабочее место должно быть оснащено принудительной вентиляцией. Работникам следует использовать защитную одежду, обувь, респираторы, очки.

При попадании поташа на кожу или в глаза поврежденные места нужно хорошо промыть холодной водой. Если пострадавший вдохнул пыль, то его нужно вынести на свежий воздух и вызвать скорую. Если реактив проглочен, то требуется промывание желудка.

Вещество хранят в герметичной упаковке, защищающей от проникновения влаги; на сухих складах с контролем влажности и встроенной системой вентиляции. Для транспортировки подходят все виды транспорта, кроме авиационного.

Применение

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.

Содержание

1 История и происхождение названия
2 Нахождение в природе
- 2.1 Месторождения
- 5.1 Взаимодействие с простыми веществами
- 5.2 Взаимодействие со сложными веществами
- 5.3 Соединения с кислородом
- 5.4 Гидроксид
- 6.1 Важные соединения
- 7.1 Калий в организме человека
История и происхождение названия

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:

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):

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

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

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

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.

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

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

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

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

Соединения с кислородом

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:

Также известен озонид калия KO₃, оранжево-красного цвета. Получить его можно взаимодействием гидроксида калия с озоном при температуре не выше +20 °C:

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

Гидроксид

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.
- 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.
- 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 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 в организме человека

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

Изотопы

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: 39 K (изотопная распространённость 93,258 %) и 41 K (6,730 %). Третий изотоп 40 K (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 40 K, 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. 40 K 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 40 Ar, 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 — 37 K, — с временем полураспада 1,23651 секунды, применяется в экспериментах по изучению Стандартной модели слабого взаимодействия.

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H₂,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

Литий
Li
Атомный номер: 3
Атомная масса: 6,941
Темп. плавления: 453,85 К
Темп. кипения: 1615 К
Плотность: 0,534 г/см³
Электроотрицательность: 0,98

Натрий
Na
Атомный номер: 11
Атомная масса: 22,98976928
Темп. плавления: 371,15 К
Темп. кипения: 1156 К
Плотность: 0,97 г/см³
Электроотрицательность: 0,96

Калий
K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39,0983
Темп. плавления: 336,58 К
Темп. кипения: 1032 К
Плотность: 0,86 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Рубидий
Rb
Атомный номер: 37
Атомная масса: 85,4678
Темп. плавления: 312,79 К
Темп. кипения: 961 К
Плотность: 1,53 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Цезий
Cs
Атомный номер: 55
Атомная масса: 132,9054519
Темп. плавления: 301,59 К
Темп. кипения: 944 К
Плотность: 1,93 г/см³
Электроотрицательность: 0,79

Франций
Fr
Атомный номер: 87
Атомная масса: (223)
Темп. плавления: ~300 К
Темп. кипения: ~950 К
Плотность: 1,87 г/см³
Электроотрицательность: 0,7

Калий. Свойства калия. Применение калия

0,12 грамма убивают человека за 5 часов. Так действует цианистый калий. Один из самых сильны ядов – это соль циановодородной кислоты. Ее еще называют синильной. В состав вещества входит 19-ый элемент таблицы Менделеева . Однако, чистый калий – благо для организма, а не его убийца.

Даже ребенку в день требуется минимум 600 миллиграммов элемента. Иначе, нарушается работа мускулатуры, в том числе и сердечной. Возникают судороги, может развиться невралгия.

Восполнить дефицит удается, употребляя курагу, морепродукты, орехи, цитрусовые, бананы. Подвигайте эти продукты поближе и продолжайте знакомство с элементом №19.

Химические и физические свойства калия

Название элементу дало одно из его соединений, известное с древности, — карбонат калия. Арабы именовали его «аль-кали» и использовали при стирке одежды. Реагируя с водой, соли калия «рождают» щелочную среду. В ней очищают ткани и поныне.

С веками карбонату нашли и иное применение. Вещество стало пищевым стабилизатором. Как выполняет эту роль калий? Вода и масло, к примеру, не смешиваются. Но, в присутствии карбоната получить однородный состав, все же, удается. На упаковке будет отмечено «Е501».

У калия масса соединений. 19-ый элемент включен в первую группу периодической системы, а в ней лишь щелочные металлы. Все они имеют на внешнем электронном уровне лишь 1 электрон.

Это делает элементы активными восстановителями. Электронная формула калия четырехслойная. Поэтому, металл находится в 4-ом периоде таблицы Менделеева. То есть, внешний электрон удален от ядра и легко отсоединяется, замещается.

В чистом виде калий – вещество твердое и, при этом, легкое. Плотность элемента равна лишь 0,06 грамма на кубический сантиметр. Невелика и атомная масса – 39, 098 граммов на моль. Кстати, в калии только и есть, что атомы. Именно они формируют кристаллическу решетку. Молекул простое вещество не формирует.

Масса калия невелика, как и большинство показателей металла. Он даже твердостью похвастаться не может, хоть агрегатное состояние вещества в обычных условиях и таково. По шкале Мооса элементу дают меньше 1-го балла.

Калий без труда режется ножом, словно это не металл, а сыр. Не сложно и расплавить вещество. Достаточно нагрева до 63,5 градусов. Добиться кипения сложнее, нужен показатель 700 по шкале Цельсия.

Будучи металлом, элемент имеет характерный блеск . Цвет вещества серебристо-белый, с сероватым отливом. Если рядом вода, любоваться слитками лучше на расстоянии.

Погружаясь в жидкость, калий взрывается. Легко металл реагирует и с кислородом, моментально окисляясь. Особых условий для этого не надо. Требуется лишь атмосфера и калий.

Какой итог реакции металла с кислородом? Образуется оксид 19-го элемента. Образуется и пламя. Загораясь на воздухе, калий вспыхивает фиолетовым. Реакция является одним из способов идентификации щелочного металла.

Кислород – один из галогенов, то есть элементов 17-ой группы таблицы Менделеева. Калий легко реагирует с каждым из них по принципу присоединения. Вещества объединяются в одно. Так получаются хлорид калия, йодит, бромид, фторид и не только. Присоединение всегда происходит при повышенных температурах.

Во взаимодействие 19-ый элемент вступает и с некоторыми сложными веществами. Это не только вода. Реагировать с металлом может и любая кислота. Калий вытесняет из вещества атомы гидрогена. Так, от смешивания с соляной кислотой «рождается» водород и хлорид. Реакция проходит в обычных условиях.

Взаимодействие с оксидами возможно лишь при повышенных температурах. Большинство реакций протекают по схеме обмена. Здесь-то и проявляются восстановительные свойства калия. Реакция с оксидом купрума, к примеру, дает оксид уже 19-го элемента и чистый купрум.

По принципу восстановления проходит, так же, взаимодействие с солями. Если в них включены менее активные с химической точки зрения элементы, калий замещает их атомы. В итоге, добываются чистые металлы. Так, соединение с хлоридом алюминия дает алюминий уже в чистом виде.

С гидроксидами металлов реакции происходят лишь в том случае, если они располагаются правее калия в ряду электрохимической активности. Возьмем для примера барий, точнее, его гидроксид. Союз с 19-ым элементом гарантирует наличие уже гидроксида калия. Барий освободится.

Применение калия

Калий нужен не только организму людей, но их промышленности. Цианид металла закупают золотодобытчики. Реагент помогает им извлекать драгоценные элементы из руды. Облегчается получение не только золота , но и серебра.

В сфере нефтедобычи пригождается формиат металла. Он служит жидкостью для добуривания скважин, то есть, используется раствор калия. Фтористый металл применяется в металлургии в качестве флюса . Так промышленники называют добавки, снижающие температуру плавления. Флюсы, так же, облегчают отделение от металла пустой породы, шлаков.

На атомных станциях присутствует тетрафторобромат калия. Без него не получить гексафторид урана. Он является стадией отделения урана от примесей редкоземельных элементов. С помощью калия получают, так же, фториды вольфрама , рения и молибдена Без них атомная промышленность не обходится.

В стекольной промышленности нашел место углекислый калий. Небольшие добавки вещества улучшают оптические свойства продукции. Углекислая форма металла идет и на мыловарение. В пиротехнических изделиях содержится хлорат 19-го элемента, а в бытовой химии – фосфат.

Сульфат калия – популярное удобрение для растений. Вообще, примерно 90% добываемых солей 19-го металла идут именно на производство подкормок. Они ускоряют рост культур, увеличивают урожайность, провоцируют пышное цветение. Так, вместо сульфата можно выбрать нитрат калия. Кроме удобрения он котируется, как пищевая добавка, усилитель вкуса.

Элемент не упустили и поля зрения медики. Оротат калия – лекарство, применяемое при заболеваниях желчных путей и печени. Перманганат калия – антисептик. Калий-магний – дуэт, включенный в «Панангин». Он восполняет дефицит обоих элементов.

Лучше всего металлы усваиваются в паре. Если соединить в препарате натрий и калий, можно отладить в организме проведение нервных импульсов. Так что, сфер применения 19-го элемента масса. На руку человечеству то, что калий не является редкостью.

Добыча калия

В природе наиболее часто встречаются соли калия. Больше всего их в России, на Урале. Не зря один из городов региона назван Соликамском. Крупные месторождения разрабатываются и в Белоруссии. Третьи по величине запасы калия в мире обнаружены 10 лет назад в Бразилии.

Если нужно выделить чистый металл, ископаемые смешивают с жидким натрием. Работает и электролиз хлорида калия. Ток проводят в его смеси с карбонатом 19-го элемента при температуре около 800-от градусов Цельсия.

После реакции калий требует очистки. Помогает вакуумная дистилляция. Порой, электролизу подвергают гидроксид калия. Метод не распространен. Трудно соблюсти технику безопасности. Не устраивает промышленников и выход по току.

Цена калия

На биржах цветных металлов за 19-ый элемент просят не менее 1 000 долларов США. Это ценник за тонну металла. На соединения калия стоимость разнится. Все зависит от востребованность вещества, объемов поставок. Калиевую селитру, к примеру, продают по 60-75 рублей за килограмм.

Лекарство орорат тоже стоит около 50-ти рублей. За 100 таблеток йодита калия просят 140-170 рублей. 10-миллимитровая ампула хлорида 19-го элемента обходится покупателям в 30-40 рублей.

Столько же стоит аналогичный объем перманганата. 40-килограммовый мешок удобрения в виде сульфата предлагают за 3 200 – 3 700 рублей. Цены усреднены. В разных регионах и у разных поставщиков они отличаются. Нередко запросы продавцов зависят от объемов поставок. Оптовикам обещают скидки.

Читайте также: