Взаимодействие калия и воды. Калий — металл, имеющий огромное биогенное значение

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

КАЛИЙ (латинский Kalium), К, химический элемент I гpyппы короткой формы (1-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 19; атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам. Природный калий состоит из трёх изотопов: 39 К (93,2581%), 40 К (0,0117%; слаборадиоактивный, Т 1/2 1,277·10 9 лет, β-распад до 40 Са), 41 К (6,7302%). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 32-54.

Историческая справка. Некоторые соединения калия были известны в древности, например калия карбонат К 2 СО 3 (так называемая растительная щёлочь) выделяли из древесной золы и использовали при варке мыла. Металлический калий впервые получил Г. Дэви в 1807 электролизом влажного твёрдого гидроксида КОН и назвал потассием (английский potassium от английский potash - название карбоната калия). В 1809 году было предложено название «калий» (от арабского аль-кали - поташ). Название «потассий» сохранилось в Великобритании, США, Франции и других странах. В России с 1840 употребляют название «калий», принятое также в Германии, Австрии, Скандинавских странах.

Распространённость в природе . Содержание калия в земной коре составляет 2,6% по массе. В свободном состоянии калий в природе не встречается. В значительных количествах калий содержится в силикатах нефелине и лейците, полевых шпатах (например, в ортоклазе), слюдах (например, в мусковите). Собственные минералы калия - сильвин, сильвинит, карналлит, каинит, лангбейнит K 2 SО 4 ∙2MgSО 4 образуют большие скопления природных калийных солей. В результате действия воды и диоксида углерода калий переходит в растворимые соединения, которые частично уносятся в моря, частично удерживаются почвой. Соли калия содержатся также в рапе соляных озёр и подземных рассолах.

Свойства . Конфигурация внешней электронной оболочки атома калия 4s 1 ; в соединениях проявляет степень окисления +1; энергии ионизации К 0 →К + →К 2+ соответственно равны 4,3407 и 31,8196 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,82; атомный радиус 220 пм, радиус иона К + 152 пм (координационное число 6).

Калий - серебристо-белый мягкий металл; кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная; t пл 63,38 °С, t кип 759 °С, плотность 856 кг/м 3 (20 °С); теплоёмкость 29,60 Дж/(моль·К) при 298 К.

Калий поддаётся прессованию и прокатыванию, легко режется ножом и сохраняет пластичность при низких температурах; твёрдость по Бринеллю 0,4 мПа.

Калий - металл высокой химической активности (калий хранят под слоем бензина, керосина или минерального масла). При нормальных условиях калий взаимодействует с кислородом (образуется оксид К 2 О, пероксид К 2 О 2 , надпероксид КО 2 - основной продукт), галогенами (соответствующие калия галогениды), при нагревании - с серой (сульфид К 2 S), селеном (селенид К 2 Se), теллуром (теллурид К 2 Те), с фосфором в атмосфере азота (фосфиды К 3 Р и К 2 Р5), углеродом (слоистые соединения состава КС 8 - КС 60), водородом (гидрид КН). С азотом калий взаимодействует только при воздействии электрического разряда (в небольшом количестве образуются азид KN 3 и нитрид К 3 N). Калий взаимодействует с некоторыми металлами, образуя интерметаллиды или твёрдые растворы (сплавы калия). Наибольшее практическое значение имеют сплавы с натрием, отличающиеся высокой химической активностью; получают сплавлением металлов в инертной атмосфере или при действии металлического натрия на гидроксид КОН или хлорид КСl.

Металлический калий - сильный восстановитель: энергично (при нормальных условиях - со взрывом и воспламенением металла) реагирует с водой (образуется калия гидроксид КОН), бурно (иногда со взрывом) реагирует с кислотами (образуются соответствующие соли, например калия дихромат, калия нитрат, калия перманганат, калия фосфаты, калия цианид), восстанавливает оксиды В, Si, Al, Ag, Bi, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn, Ti до элементов; сульфаты, сульфиты, нитраты, нитриты, карбонаты и фосфаты других металлов - до оксидов соответствующих металлов. Металлический калий медленно растворяется в жидком аммиаке, при этом образуется тёмно-синий раствор с металлической проводимостью; растворённый металл постепенно реагирует с аммиаком с образованием амида: 2К + 2NH 3 = 2KNH 2 + Н 2 . Калий взаимодействует с различными органическими соединениями: спиртами (образуются алкоголяты, например этилат С 2 Н 5 ОК), ацетиленом (ацетилениды КС≡СН и КС≡СК), алкилгалогенидами (калийалкилы, например этилкалий С 2 Н 5 К) и арилгалогенидами (калийарилы, например фенилкалий С 6 Н 5 К). Металлический калий инициирует реакции полимеризации алкенов и диенов. С N- и О-донорными полициклическими лигандами (краун-эфирами, криптандами и другими ионофорами) калий образует комплексные соединения.

При работе с калием необходимо учитывать его высокую реакционную способность, в том числе способность загораться при контакте с водой. В целях безопасности необходимо использовать резиновые перчатки, защитные очки или маску. С большим количеством калия следует работать в специальных камерах, в инертной атмосфере (аргон, азот). Для тушения горящего калия применяют поваренную соль NaCl или кальцинированную соду Na 2 СО 3 .

Биологическая роль . Калий относится к биогенным элементам. Суточная потребность человека в калии около 2 г. В живых организмах ионы калия играют важную роль в процессах регуляции обмена веществ, в частности, транспорта ионов через клеточные мембраны (смотри, например, в статье Ионные насосы).

Получение . В промышленности калий получают восстановлением расплавленного гидроксида КОН или хлорида КСl металлическим натрием в противоточной колонне с последующей конденсацией паров калия. Перспективны вакуум-термические способы получения калия, основанные на восстановлении хлорида КСl при нагревании смесью алюминия или кремния с оксидом кальция (6КСl + 2Al + 4СаО = 6К + ЗСаСl 2 + СаО·Аl 2 О 3 или 4КСl + Si + 4СаО = 4К + 2CaCl 2 + 2CaО∙SiО 2), а также способ, основанный на получении сплава калия со свинцом электролизом карбоната К 2 СО 3 или хлорида КСl с расплавленным свинцовым катодом и последующей отгонке из сплава калия. Объём мирового производства калия около 28 т/год (2004).

Применение . Металлический калий - материал электродов в химических источниках тока, катализатор в процессах получения синтетического каучука. Широко применяют различные соединения калия: пероксид К 2 О 2 и надпероксид КО 2 - компоненты составов для регенерации кислорода (на подводных лодках, космических кораблях и в других закрытых помещениях), гидрид КН - восстановитель в химическом синтезе, сплав калия с натрием (10-60% Na по массе, жидкий при комнатной температуре) - теплоноситель в ядерных реакторах, восстановитель в производстве титана, реагент для очистки газов от кислорода и паров воды; соли калия используют в качестве калийных удобрений, компонентов моющих средств. Комплексы калия с ионофорами являются моделями для изучения транспорта ионов калия через клеточные мембраны. Радиоизотоп 42 К (Т 1/2 12,36 ч) применяют как радиоактивный индикатор в химии, медицине и биологии.

Лит.: Натрий и калий. Л., 1959; Степин Б. Д., Цветков А. А. Неорганическая химия. М., 1994; Неорганическая химия: химия элементов / Под редакцией Ю. Д. Третьякова. М., 2004. Т. 2.

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.

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 . 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 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 . 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 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 , 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 . 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 , рения и 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 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.

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.