Химические свойства металла калия. Калий — металл, имеющий огромное биогенное значение. Электронное строение атома калия

Калий - элементарное вещество, металл, настолько активный, что не встречается в природе в виде самородков. Калий входит в состав минералов и морской воды, в организмы растений и животных, по распространенности занимает 7-е место. Имеет огромное биогенное значение, так как необходим для жизнедеятельности живых клеток.

Физические и химические свойства калия

Калий - мягкое вещество (можно разрезать ножом), серебристого цвета, легкое (легче воды), легкоплавкое. Горит розово-фиолетовым пламенем.

Щелочной металл, активно реагирует с кислородом, водой, галогенами, разбавленными кислотами, реакции часто сопровождаются взрывом. С азотом в реакцию не вступает. Реагирует со щелочами, спиртами.

Работа с чистым калием требует применения средств защиты , поскольку попадание даже мельчайших частиц на кожу или в глаза вызывает серьезные ожоги.

Хранить калий следует в герметических железных сосудах под слоем веществ, препятствующих контакту с воздухом: минерального масла, силикона, обезвоженного керосина.

Применение калия и его соединений

В виде чистого металла вещество применяется в ограниченной сфере областей:
- из него изготавливают электроды в некоторых источниках тока;
- применяют в электронных лампах в качестве адсорбента газов, поддерживающего вакуум; в фотоэлементах, в газоразрядных лампах и устройствах, в термоэмиссионных преобразователях, в фотоэлектронных умножителях;
- для производства супероксида;
- с помощью изотопа калия-40 вычисляют возраст пород;
- искусственный изотоп калий-42 применяется как радиоактивный индикатор в медицине и биологии;
- сплав калия и натрия - жидкое вещество в нормальных условиях, используется как теплоноситель в атомных реакторах. Применяются также другие жидкие сплавы калия.

Гораздо более востребованы различные соединения калия.
- В медицинской практике используют хлористый калий, йодистый калий , перманганат, бромид калия. Калий обязательно входит в состав комплексных витаминно-минеральных препаратов. Он необходим нашему организму для работы мышц, в том числе, сердечной; для поддержания сбалансированного состава крови, водного и кислотно-щелочного баланса.
- Львиная часть получаемого промышленностью калия (более 90%) идет на производство калийных удобрений, которые жизненно важны для развития растений. Для этой цели в сельском хозяйстве используют различные соли калия. Наиболее востребована калиевая соль азотной кислоты, известная под названиями калиевая селитра, индийская или калийная селитра.
- КОН (гидроксид калия) применяют в аккумуляторах, для осушения газов.
- Поташ (углекислый калий) используют для получения поташного оптического стекла, в производстве удобрений, в процессах очистки газов, осушения, дубления кож.
- Пероксид и супероксид калия поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Это свойство используется для регенерации кислорода в противогазах, в шахтах, на подводных лодках, в космических кораблях.
- С помощью пероксидов отбеливают ткани.
- Соединения калия входят в состав различных взрывчатых и горючих веществ.
- Перманганат калия используется для лабораторного получения О2.
- Соединения калия находят применение в гальванотехнике и органическом синтезе, в лазерной технике и фотографии, в производстве ацетилена и сталей и пьезоэлектронике. Они используются для пайки цветных металлов и сталей, для мытья химической посуды.

Йодистый калий, калиевая селитра , углекислый калий - лишь малая часть соединений с калием, которые предлагает наш магазин химических реактивов. В Москве и Московской области покупать товары для лабораторий и производства в «ПраймКемикалсГрупп» удобно и выгодно. У нас отличный сервис, есть доставка и возможность самовывоза.

Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В лекции, прочитанной в Лондоне 20 ноября 1807 г. Хэмфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого калия он получил «маленькие шарики с сильным металлическим блеском... Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом». Это и был калий .

Калий - замечательный металл . Замечателен он не только потому, что режется ножом, плавает в воде, вспыхивает на ней со взрывом и горит, окрашивая пламя в фиолетовый цвет. И не только потому, что этот элемент - один из самых активных химически. Все это можно считать естественным, потому что соответствует положению щелочного металла калия в таблице Менделеева. Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне «нечетный» металл.

Обратите внимание: его атомный номер 19, атомная масса 39, во внешнем электронном слое - один электрон, валентность 1+ . Как считают химики, именно этим объясняется исключительная подвижность калия в природе. Он входит в состав нескольких сотен минералов . Он находится в почве, в растениях, в организмах людей и животных. Он - как классический Фигаро: здесь - там - повсюду.

Калий и почва

Вряд ли можно объяснить случайностью или прихотью лингвистов тот факт, что в русском языке одним словом обозначаются и сама наша планета, и ее верхний слой - почва. «Земля-матушка», «земля-кормилица» - это, скорее, о почве, чем о планете в целом...

Но что такое почва? Самостоятельное и весьма своеобразное природное тело. Оно образуется из поверхностных слоев разнообразных горных пород под действием воздуха, воды, температурных перепадов, жизнедеятельности всевозможных обитателей Земли. Ниже, под почвой, скрыты так называемые материнские горные породы, сложенные из различных минералов. Они постепенно разрушаются и пополняют «запасы» почвы. А в почве, помимо чисто механического, постоянно происходит и другое разрушение. Его называют химическим выветриванием. Вода и углекислый газ (в меньшей мере другие вещества) постепенно разрушают минералы.

Почти 18% веса земной коры приходится на долю калийсодержащего минерала - ортоклаза . Это двойная соль кремневой кислоты K 2 Al 2 Si 6 O 16 или K 2 O-Al 2 O 3 -BSiO 2 . Вот что происходит с ортоклазом в результате химического выветривания:

K 2 O*AI 2 O 3 *6SO 2 + 2Н 2 О + CO 2 → K 2 CO 3 + Al 2 O 3 *2SO 2 *2H 2 O + + 4SiO 2 .

Ортоклаз превращается в каолин (разновидность глины), песок и поташ. Песок и глина идут на построение минерального костяка почвы, а K, перешедший из ортоклаза в поташ, «раскрепощается», становится доступным для растений. Но не весь сразу.

В почвенных водах молекулы K 2 CO 3 диссоциируют: К 2 СO 3 ↔ + К + + КСO 3 - ↔ 2К + + CO 3 2- . Часть ионов калия остается в почвенном растворе, который для растений служит источником питания. Но большая часть ионов калия поглощается коллоидными частицами почвы, откуда корням растений извлечь их довольно трудно. Вот и получается, что, хотя калия в земле много, часто растениям его не хватает. Из-за того, что комочки почвы «запирают» большую часть калия, содержание этого элемента в морской воде почти в 50 раз меньше, чем натрия. 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 А. Е. Ферсман.

Калий и растения

Калий содержится во всех растениях . Отсутствие калия приводит растение к гибели. Почти весь калий находится в растениях в ионной форме - K + . Часть ионов находится в клеточном соке, другая часть поглощена структурными элементами клетки. Ионы калия участвуют во многих биохимических процессах, происходящих в растении. Установлено, что в клетках растений эти ионы находятся главным образом в протоплазме. В клеточном ядре они не обнаружены. Следовательно, в процессах размножения и в передаче наследственных признаков элемент № 19 не участвует. Но и без этого роль калия в жизни растения велика и многообразна.

Калий входит и в плоды, и в корни, и в стебли, и в листья, причем в вегетативных органах его, как правило, больше, чем в плодах. Еще одна характерная особенность: в молодых растениях больше калия, чем в старых. Замечено также, что по мере старения отдельных органов растений ионы калия перемещаются в точки наиболее интенсивного роста. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть.

Установлено, что ионы калия активизируют синтез органических веществ в растительных клетках. Особенно сильно влияют они на процессы образования углеводов. Если калия не хватает, растение хуже усваивает углекислый газ, и для синтеза новых молекул углеводов ему недостает углеродного «сырья». Одновременно усиливаются процессы дыхания, и сахара, содержащиеся в клеточном соке, окисляются. Таким образом, запасы углеводов в растениях, оказавшихся на голодном пайке (по калию), не пополняются, а расходуются. Плоды такого растения - это особенно заметно на фруктах - будут менее сладкими, чем у растений, получивших нормальную дозу калия. Крахмал - тоже углевод, поэтому и на его содержание в плодах сильно влияет элемент № 19.

Но и это не все. Растения, получившие достаточно калия, легче переносят засуху и морозные зимы. Это объясняется тем, что элемент № 19 влияет на способность коллоидных веществ растительных клеток поглощать воду и набухать. Не хватает калия - клетки хуже усваивают и удерживают влагу, сжимаются, отмирают.

Ионы калия влияют и на азотный обмен веществ. При недостатке калия в клетках накапливается избыток аммиака. Это может привести к отравлению и гибели растения.

Уже упоминалось, что K влияет и на дыхание растений, а усиление дыхания сказывается не только на содержании углеводов. Чем интенсивнее дыхание, тем активнее идут все окислительные процессы, и многие органические вещества превращаются в органические кислоты. Избыток кислот может вызвать распад белков. Продукты этого распада - весьма благоприятная среда для грибков и бактерий. Вот почему при калийном голодании растения намного чаще поражаются болезнями и вредителями. Фрукты и овощи, содержащие продукты распада белков, плохо переносят транспортировку, их нельзя долго хранить.Одним словом, хочешь получать вкусные и хорошо сохраняющиеся плоды - корми растение калием вволю. А для зерновых калий важен еще по одной причине: он увеличивает прочность соломы и тем самым предупреждает полегание хлебов...

• ВСТРЕЧА С КАЛИЕМ? Если на складе или на товарной станции вы увидите стальные ящики с надписями: «Огнеопасно!», «От воды взрывается», то весьма вероятно, что вы встретились с калием.

Много предосторожностей предпринимают при перевозке этого металла. Поэтому, вскрыв стальной ящик, вы не увидите калия, а увидите тщательно запаянные стальные банки. В них - калий и инертный газ - единственная безопасная для калия среда. Большие партии калия перевозят в герметических контейнерах под давлением инертного газа, равным 1,5 атм.

• ЗАЧЕМ НУЖЕН МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАЛИЙ? Металлический K используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. В последнее время основным применением этого металла стало производство перекиси калия K 2 O 2 , используемой для регенерации кислорода . Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах, а в производстве титана - восстановителем.
• ИЗ СОЛИ И ЩЕЛОЧИ. Получают элемент №19 чаще всего в обменной реакции расплавленных едкого калия и металлического натрия: KOH + Na → NaOH + K. Процесс идет в ректификационной колонне из никеля при температуре 380-440°С. Подобным образом получают элемент № 19 и из хлористого калия, только в этом случае температура процесса выше - 760-800°С. При такой температуре и натрий, и калий превращаются в пар, а хлористый калий (с добавками) плавится. Пары натрия пропускают через расплавленную соль и конденсируют полученные пары калия. Этим же способом получают и сплавы натрия с калием. Состав сплава в большой мере зависит от условий процесса.

• КАК БЫТЬ, ЕСЛИ вы впервые имеете дело с металлическим калием. Необходимо помнить о высочайшей реакционной способности этого металла, о том, что калий воспламеняется от малейших следов воды. Работать с калием обязательно в резиновых перчатках и защитных очках, а лучше - в маске» закрывающей все лицо. С большими количествами калия работают в специальных камерах, заполненных азотом или аргоном. (Разумеется, в специальных скафандрах.) А если K все-таки воспламенился, его тушат не водой, а содой или поваренной солью.
• КАК БЫТЬ С ОТХОДАМИ. Правила безопасности категорически запрещают накапливать в лабораториях больше двух граммов остатков или отходов какого-либо щелочного металла, калия в том числе. Отходы подлежат уничтожению на месте. Классический способ - образование под действием этилового спирта этилата калия C 2 H 5 OK: просто льют в отходы спирт. Но есть и другой - безспиртовой способ. Отходы заливают керосином или бензином. Калий с ними не реагирует и, будучи легче воды, но тяжелее этих органических жидкостей, оседает на дно. И тогда в наклоненный сосуд начинают по каплям добавлять воду. Когда вода доберется до металла, произойдет реакция и K превратится в едкое кали. Слои щелочного раствора и керосина или бензина довольно легко разделяются на делительной воронке.
• ЕСТЬ ЛИ В РАСТВОРЕ ИОНЫ КАЛИЯ? Выяснить это несложно. Проволочное колечко опустите в раствор, а затем внесите в пламя газовой горелки. Если калий есть, пламя окрасится в фиолетовый цвет, правда, не в такой яркий, как желтый цвет, придаваемый пламени соединениями натрия. Сложнее определить, сколько калия в растворе. Нерастворимых в воде соединений у этого металла немного. Обычно калий осаждают в виде перхлората - соли очень сильной хлорной кислоты HClO 4 . Кстати, перхлорат калия - очень сильный окислитель и в этом качестве применяется в производстве некоторых взрывчатых веществ и ракетных топлив.
• ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ЦИАНИСТЫЙ КАЛИЙ? Для извлечения золота и серебра из руд. Для гальванического золочения и серебрения неблагородных металлов. Для получения многих органических веществ. Для азотирования стали - это придает ее поверхности большую прочность. К сожалению, это очень нужное вещество чрезвычайно ядовито. А выглядит KCN вполне безобидно: мелкие кристаллы белого цвета с коричневатым или серым оттенком.
• ЧТО ТАКОЕ ХРОМПИК? Точнее - хромпик калиевый. Это оранжевые кристаллы состава K 2 Cr 2 O 7 . Хромпик используют в производстве красителей, а его растворы - для «хромового» дубления кож, а также в качестве протравы при окраске и печатании тканей. Раствор хромпика в серной кислоте - хромовая смесь, которую во всех лабораториях применяют для мытья стеклянной посуды.

• ЗАЧЕМ НУЖНО ЕДКОЕ КАЛИ? В самом деле, зачем? Ведь свойства этой щелочи и более дешевого едкого натра практически одинаковы. Разницу между этими веществами химики обнаружили лишь в XVIII в. Самое заметное различие между NaOH и KOH в том, что едкое кали в воде растворяется еще лучше, чем едкий натр. KOH получают электролизом растворов хлористого калия. Чтобы примесь хлоридов была минимальной, используют ртутные катоды. А нужно это вещество прежде всего как исходный продукт для получения различных солей калия. Кроме того, без едкого кали не обойтись в производстве жидких мыл, некоторых красителей и органических соединений. Раствор едкого кали используется в качестве электролита в щелочных аккумуляторах.
• СЕЛИТРА ИЛИ СЕЛИТРЫ? Правильнее - селитры. Это общее название азотнокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Если же говорят просто «селитра» (не «натриевая» или «кальциевая» или «аммиачная», а просто - «селитра»), то имеют в виду нитрат калия. Этим веществом человечество пользуется уже больше тысячи лет - для получения черного пороха. Кроме того, селитра - первое двойное удобрение: из трех важнейших для растений элементов в ней есть два - азот и калий. Вот как описал селитру Д. И. Менделеев в «Основах химии»:

«Селитра представляет бесцветную соль, имеющую особый прохладительный вкус. Она легко кристаллизуется длинными, по бокам бороздчатыми, ромбическими, шестигранными призмами, оканчивающимися такими же пирамидами. Ее кристаллы (уд. вес 1,93) не содержат воды. При слабом накаливании (339°) селитра плавится в совершенно бесцветную жидкость. При обыкновенной температуре в твердом виде KNO 3 малодеятельна и неизменна, но при возвышенной температуре она действует как весьма сильное окисляющее средство, потому что может отдать смешанным с нею веществам значительное количество кислорода. Брошенная на раскаленный уголь селитра производит быстрое его горение, а механическая смесь ее с измельченным углем загорается от прикосновения с накаленным телом и продолжает сама собою гореть. При этом выделяется азот, а кислород селитры идет на окисление угля, вследствие чего и получаются углекалиевая соль и углекислый газ...

В химической практике и технике селитра употребляется во многих случаях как окислительное сродство, действующее при высокой температуре. На этом же основано применение ее для обыкновенного пороха, который есть механическая смесь мелко измельченных: серы, селитры и угля».

• ГДЕ И ДЛЯ ЧЕГО ПРИМЕНЯЮТСЯ ПРОЧИЕ СОЛИ КАЛИЯ? Бромистый калий KBr - в фотографии, чтобы предохранить негатив или отпечаток от вуали.

1. Йодистый калий KI - в медицине и как химический реактив.
2. Фтористый калий KF - в составе металлургических флюсов и для введения фтора в органические соединения.
3. Углекислый калий (поташ) K 2 CO 3 - в стекольном и мыловаренном производствах, а также как удобрение.
4. Фосфаты калия, в частности K 4 P 2 O 7 и K 5 P 3 O 10 , - как компоненты моющих средств.
5. Хлорат калия (бертолетова соль) KClO 3 - в спичечном производстве и пиротехнике.
6. Кремнефтористый калий K 2 SiF 6 - как добавка к шихте при извлечении редкоземельных элементов из минералов.
7. Железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) K 4 Fe(CN) 6 -SH 2 O - как протрава при крашении тканей и в фотографии.

• ПОЧЕМУ КАЛИЙ НАЗВАЛИ КАЛИЕМ? Слово это арабского происхождения. По-арабски, «аль-кали» - зола растений. Впервые калий получен из едкого кали, а едкое кали - из поташа, выделенного из золы растений... Впрочем, в английском и других европейских языках сохранилось название potassium, данное калию его первооткрывателем X. Дэви. В русскую химическую номенклатуру название «калий» введено в 1831 г. Г. И. Гессом.
• ОТНЮДЬ HE ТОЛЬКО В КУРАГЕ. Сердечникам, в первую очередь людям, перенесшим инфаркт, для восполнения потерь калия в организме настоятельно рекомендуют есть курагу. Или в крайнем случае изюм. В 100 граммах кураги до 2 г калия. Столько же ее в урюке (но для точности при расчете надо вычесть вес косточек). Изюм содержит калия примерно вдвое меньше. Но не надо думать, будто сухофрукты - единственный источник калия. Его довольно много почти в любой растительной пище. Например, сорок граммов жареного картофеля эквивалентны 10 граммам отборной кураги. Богаты калием бобовые, чай, порошок какао. Одним словом, суточную дозу калия (2,5-5 г) при нормальном питании получить нетрудно.

— 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 K 2 SO 4 , 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·MgCl 2 ·6H 2 O, каинита KCl·MgSO 4 ·6H 2 O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K 2 CO 3 (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 − → Cl 2

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:
4OH − − 4e − → 2H 2 O + O 2

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 KO 2 (или K 2 O 4). 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 CO 2 выделяется один объём O 2), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO 2 выделяется три объёма O 2) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na 2 O 2:K 2 O 4 = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO 2 выделяется четыре объёма O 2).

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

Фиолетовый цвет пламени ионов калия в пламени горелки

• 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 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.
• 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.

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.

(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.

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 .

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

Существует три основных класса соединений. Это кислоты, щелочи и оксиды. Кислота состоит из катиона водорода и аниона кислотного остатка. Щелочь - из катиона металла и гидроксильной группы. Об оксидах мы поговорим подробнее далее.

Что такое оксид?

Это соединение, состоящее из двух разных химических элементов, одним из которых является кислород. Вторым же может быть металл или неметалл. Количество атомов кислорода зависит от валентности второго химического элемента, входящего в состав соединения. Так, например, валентность калия равна одному, поэтому оксид калия будет содержать один атом кислорода и два атома калия. Валентность кальция равна двум, поэтому его оксид будет состоять из одного атома кислорода и одного атома кальция. Валентность фосфора равна пяти, поэтому его оксид состоит из двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода.

В этой статье мы более подробно поговорим про оксид калия. А именно - о его физических и химических свойствах, о его применении в различных областях промышленности.

Оксид калия: формула

Так как валентность данного металла равна одному, а валентность кислорода - двум, то это химическое соединение будет состоять из двух атомов металла и одного атома Оксигена. Итак, оксид калия: формула - К 2 О.

Физические свойства

Рассматриваемый оксид обладает бледно-желтой окраской. Иногда он может быть и бесцветным. При комнатной температуре он обладает твердым агрегатным состоянием.

Температура плавления данного вещества равняется 740 градусам Цельсия.

Плотность составляет 2,32 г/см 3 .

При термическом разложении данного оксида образуется пероксид этого же металла и чистый калий.

Растворим в органических растворителях.

В воде не растворяется, а вступает в реакцию с ней.

Обладает высокой гигроскопичностью.

Химические свойства К 2 О

Данное вещество обладает типичными для всех основных оксидов химическими свойствами. Рассмотрим химические реакции данного оксида с различными веществами по порядку.

Реакция с водой

В первую очередь оно способно реагировать с водой с образованием в результате гидроксида данного металла.

Уравнение такой реакции выглядит следующим образом:

• К 2 О + Н 2 О = 2КОН

Зная молярную массу каждого из веществ, из уравнения можно сделать следующий вывод: из 94 граммов рассматриваемого оксида и 18 граммов воды можно получить 112 граммов калий гидроксида.

С другими оксидами

Кроме того, рассматриваемый оксид способен реагировать с диоксидом карбона (углекислым газом). При этом образуется соль - карбонат калия.

Уравнение реакции оксида калия и оксида карбона можно записать следующим образом:

• К 2 О + СО 2 = К 2 СО 3

Так, можно сделать вывод, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 44 граммов углекислого газа получается 138 граммов калий карбоната.

Также рассматриваемый оксид может вступать в реакцию с оксидом сульфура. При этом образуется другая соль - калий сульфат.

Взаимодействие оксида калия с оксидом сульфура можно выразить следующим уравнением:

• К 2 О + SO 3 = K 2 SO 4

Из него видно, что, взяв 94 грамма рассматриваемого оксида и 80 граммов оксида сульфура, можно получить 174 грамма сульфата калия.

Таким же образом К 2 О может реагировать и с другими оксидами.

Другой тип взаимодействия - реакции не с кислотными, а с амфотерными оксидами. В таком случае образуется не кислота, а соль. Примером такого химического процесса может служить взаимодействие рассматриваемого оксида с оксидом цинка.

Эту реакцию можно выразить следующим уравнением:

• К 2 О + ZnO = K 2 ZnO 2

Из него видно, что при взаимодействии рассматриваемого оксида и оксида цинка образуется соль под названием калий цинкат. Если знать молярную массу всех веществ, то можно подсчитать, что из 94 граммов К 2 О и 81 грамма оксида цинка можно получить 175 граммов калий цинката.

Также К 2 О способен взаимодействовать с оксидом азота. При этом образуется смесь из двух солей: нитрата и нитрита калия. Уравнение этой реакции выглядит таким образом:

• К 2 О + 2NO 2 = KNO 3 + KNO 2

Если знать молярные массы веществ, можно сказать, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 92 граммов оксида нитрогена можно получить 101 грамм нитрата и 85 граммов нитрита.

Взаимодействие с кислотами

Самый распространенный случай - оксид калия + серная кислота = сульфат калия + вода. Уравнение реакции выглядит таким образом:

• К 2 О + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Н 2 О

Из уравнения можно сделать вывод, что для получения 174 граммов сульфата калия и 18 граммов воды необходимо взять 94 грамма рассматриваемого оксида и 98 граммов серной кислоты.

Похожим образом происходит химическое взаимодействие между рассматриваемым оксидом и азотной кислотой. При этом образуется нитрат калия и вода. Уравнение этой реакции можно записать следующим образом:

• 2К 2 О + 4HNO 3 = 4KNO 3 + 2Н 2 О

Таким образом, из 188 граммов рассматриваемого оксида и 252 граммов азотной кислоты можно получить 404 грамма нитрата калия и 36 граммов воды.

По такому же принципу рассматриваемый оксид может реагировать и с другими кислотами. В процессе этого будут образовываться другие соли и вода. Так, к примеру, при реакции этого оксида с фосфорной кислотой получается фосфат и вода, с хлоридной кислотой - хлорид и вода и так далее.

К 2 О и галогены

Рассматриваемое химическое соединение способно реагировать и с веществами данной группы. К галогенам относятся простые соединения, состоящие из нескольких атомов одного и того же химического элемента. Это, например, хлор, бром, иод и некоторые другие.

Итак, хлор и оксид калия: уравнение:

• К 2 О + СІ 2 = КСІ + КСІО

В результате такого взаимодействия образуется две соли: хлорид и гипохлорит калия. Из 94 грамм рассматриваемого оксида и 70 грамм хлора получается 74 грамма хлорида калия и 90 грамм гипохлорита калия.

Взаимодействие с аммиаком

К 2 О способен реагировать с этим веществом. В результате такого химического взаимодействия образуется гидроксид и амид калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

• К 2 О + NH 3 = КОН + KNH 2

Зная молярные массы всех веществ, можно вычислить пропорции реагентов и продуктов реакции. Из 94 граммов рассматриваемого оксида и 17 граммов аммиака можно получить 56 граммов гидроксида калия и 55 граммов амида калия.

Взаимодействие с органическими веществами

Из органических химических веществ оксид калия взаимодействует с эфирами и спиртами. Однако эти реакции идут медленно и требуют специальных условий.

Получение К 2 О

Данное химическое вещество можно получать несолькими способами. Вот самые распространенные из них:

1. Из нитрата калия и металлического калия. Эти два реагента нагревают, в результате чего образуется К 2 О и азот. Уравнение реакции выглядит следующим образом: 2KNO 3 + 10К = N 2 + 6К 2 О.
2. Второй способ происходит в два этапа. Сначала происходит реакция между калием и кислородом, в результате чего образуется пероксид калия. Уравнение реакции выглядит так: 2К + О 2 = К 2 О 2 . Далее пероксид обогащают калием, в результате чего и получают оксид калия. Уравнение реакции можно записать таким образом: К 2 О 2 + 2К = 2К 2 О.

Использование К 2 О в промышленности

Наиболее часто рассматриваемое вещество используется в сельскохозяйственной промышленности. Данный оксид является одним из компонентов минеральных удобрений. Калий очень важен для растений, так как повышает их стойкость к различным заболеваниям. Также рассматриваемое вещество применяется в строительстве, так как может присутствовать в составе некоторых видов цемента. Кроме того, оно применяется в химической промышленности для получения других соединений калия.