Как сокращенно пишется калий

Калий
Серебристо-белый мягкий металл
Элементарный калий
Название, символ, номер	Калий / Kalium (K), 19
Атомная масса (молярная масса)	39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 4s1
Радиус атома	235 пм
Ковалентный радиус	203 пм
Радиус иона	133 пм
Электроотрицательность	0,82 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,92 В
Степени окисления	0; +1
Энергия ионизации (первый электрон)	418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)
Плотность (при н. у.)	0,856 г/см³
Температура плавления	336,8 К; +63,65 °C
Температура кипения	1047 К; 773,85 °C
Уд. теплота плавления	2,33 кДж/моль
Уд. теплота испарения	76,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,6 Дж/(K·моль)
Молярный объём	45,3 см³/моль
Структура решётки	кубическая объёмно-центрированная
Параметры решётки	5,332 Å
Температура Дебая	100 K
Теплопроводность	(300 K) 79,0 Вт/(м·К)
Номер CAS	7440-09-7

Калий — элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах.

Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь.

Во многих свойствах калий очень близок натрию, но с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов они антагонистичны.

История и происхождение названия

Соединения калия используются с древнейших времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия K₂CO₃, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого кали (KOH)(в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года). Дэви назвал его «потасий» (лат. potasium; это название (правда, в некоторых языках с двумя буквами s) до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках. При электролизе влажного едкого кали KOH на ртутном катоде он получил амальгаму калия, а после отгонки ртути — чистый металл. Дэви определил его плотность, изучил химические свойства, в том числе разложение воды и поглощение водорода.

В 1808 году французские химики Гей-Люссак и Л. Тенар выделили калий химическим путём — прокаливанием KOH с углём.

В 1809 году немецкий физик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.

Нахождение в природе

Ввиду высокой химической активности калий в свободном состоянии в природе не встречается. Породообразующий элемент, входит в состав слюд, полевых шпатов и т. д. Также калий входит в состав минералов сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O, каинита KCl·MgSO₄·6H₂O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K₂CO₃ (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль). Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Средняя концентрация в морской воде — 380 мг/л.

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории Канады (производитель PotashCorp), России (ПАО «Уралкалий», г. Березники, г. Соликамск, Пермский край, Верхнекамское месторождение калийных руд), Белоруссии (ПО «Беларуськалий», г. Солигорск, Старобинское месторождение калийных руд).

Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

 K⁺ + e⁻ → K

 2Cl⁻ → Cl₂

При электролизе гидроксида калия на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

 4OH⁻ → 2H₂O + O₂

Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

 Na + KOH →^{N2,380−450oC} NaOH + K

и восстановление из расплава хлорида калия карбидом кальция, алюминием или кремнием.

Физические свойства

Калий — серебристый металл с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.

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

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия). При умеренном нагревании реагирует с водородом с образованием гидрида (200—350 °C):

 2K + H₂ ⟶ 2KH 

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

 2K + E ⟶ K₂E 

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

 K + O₂ ⟶ KO₂ 

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

 3K + P ⟶ K₃P 

Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре (+20 °C) активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке (−50 °C) с образованием тёмно-синего раствора аммиаката калия.

 2K + 2H₂O ⟶ 2KOH + H₂↑

 2K + 2HCl ⟶ 2KCl + H₂↑ 

 K + 6NH₃ ⟶ [K(NH₃)]₆

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

 8K + 6H₂SO₄ ⟶ 4K₂SO₄ + SO₂↑ + S↓ + 6H₂O

 21K + 26HNO₃ ⟶ 21KNO₃ + NO↑ + N₂O↑ + N₂↑ + 13H₂O

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

 2K + 2KOH ⟶ 2K₂O + H₂↑ (450∘C)

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

 2K + 2NH₃ ⟶ 2KNH₂ + H₂

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

 2K + 2C₂H₅OH ⟶ 2C₂H₅OK + H₂↑ 

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

Соединения с кислородом

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

 2K + O₂ ⟶ K₂O₂

 K + O₂ ⟶ KO₂ 

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:

 4K + O₂ ⟶ 2K₂O 

 KO₂ + 3K ⟶ 2K₂O

Оксиды калия обладают ярко выраженными осно́вными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

 K₂O₂ + 2H₂O ⟶ 2KOH + H₂O₂ 

 4KO₂ + 2H₂O ⟶ 4KOH + 3O₂↑ 

 4KO₂ + 2CO₂ ⟶ 2K₂CO₃ + 3O₂↑ 

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется один объём O₂), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется три объёма O₂) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO₂ выделяется четыре объёма O₂).

Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

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

 4KOH + 4O₃ ⟶ 4KO₃ + O₂ + 2H₂O 

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

 6KO₃ + 5S ⟶ K₂SO₄ + 2K₂S₂O₇

Гидроксид

Основная статья: Гидроксид 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 кали при +20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение

• Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав с составом 12 % натрия, 47 % калия, 41 % цезия обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
• Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений. Калий является одним из трёх базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с азотом и фосфором. В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным катионом. При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов — клеточных органелл, в которых проходит фотосинтез. Внешне это проявляется в пожелтении и последующем отмирании листьев. При внесении калийных удобрений у растений увеличивается вегетативная масса, урожайность и устойчивость к вредителям.
• Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

• Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
• Гидроксид калия (едкое кали) применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
• Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.
• Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.
• Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
• Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
• Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

• Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
• Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
• Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
• Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
• Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
• Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали. Чрезвычайно ядовит, один из сильнейших ядов.
• Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).
• Сульфат калия применяется как удобрение.

Биологическая роль

Калий — 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 качестве катиона наряду с катионами натрия является базовым элементом так называемого калиево-натриевого насоса клеточной мембраны, который играет важную роль в проведении нервных импульсов.

Калий в организме человека

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

• Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
• Поддержание осмотической концентрации крови.
• Поддержание кислотно-щелочного баланса.
• Нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых — от 1800 до 5000 миллиграммов. Потребность в калии зависит от массы тела, физической активности, физиологического состояния и климата места проживания. Рвота, продолжительные поносы, обильное потение, использование мочегонных повышают потребность организма в калии.

Основными пищевыми источниками являются бобы (в первую очередь белая фасоль), шпинат и капуста кормовая, финики, картофель, батат, сушёные абрикосы, дыня, киви, авокадо, помело, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Практически все сорта рыбы содержат более 200 мг калия на 100 г. Количество калия в разных видах рыбы различается.

Овощи, грибы и травы также содержат много калия, однако в консервированных продуктах его уровень может быть гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

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

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

Изотопы

Основная статья: Изотопы калия

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: ³⁹K (изотопная распространённость 93,258 %) и ⁴¹K (6,730 %). Третий изотоп ⁴⁰K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251 миллиарда лет. Сравнительно малый период полураспада и большая распространённость калия по сравнению с ураном и торием означает, что на Земле ещё 2 млрд лет назад и ранее калий-40 вносил главный вклад в естественный радиационный фон. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 31,0±0,3 ядра ⁴⁰K, благодаря чему, например, в организме человека массой 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. Поэтому легкодоступные в быту соединения калия (поташ, хлорид калия, калийная селитра и т. д.) можно использовать как пробные радиоактивные источники для проверки бытовых дозиметров. ⁴⁰K наряду с ураном и торием считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (полная скорость энерговыделения оценивается в 40—44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается ⁴⁰Ar, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Один из искусственных изотопов — ³⁷K, — с временем полураспада 1,23651 секунды, применяется в экспериментах по изучению Стандартной модели слабого взаимодействия.

Калий,₁₉K

Калийный жемчуг (в парафиновом масле ~ 5 мм)
Калий
Произношение	​(pə-ТАС-ee-əm )
Внешность	серебристо-серый
Стандартный атомный вес Аr, std(K)	39.0983(1)[1]
Калий в периодическая таблица
Водород Гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титана Ванадий Хром Марганец Утюг Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Nihonium Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон Na ↑ K ↓ Руб. аргон ← калий → кальций
Атомный номер (Z)	19
Группа	группа 1: H и щелочные металлы
Период	период 4
Блокировать	s-блок
Категория элемента	Щелочной металл
Электронная конфигурация	[Ar ] 4s1
Электронов на оболочку	2, 8, 8, 1
Физические свойства
Фаза вSTP	твердый
Температура плавления	336.7 K (63,5 ° С, 146,3 ° F)
Точка кипения	1032 К (759 ° С, 1398 ° F)
Плотность (возлеr.t.)	0,89 г / см3
в жидком состоянии (приm.p.)	0,828 г / см3
Критическая точка	2223 К, 16 МПа[2]
Теплота плавления	2.33 кДж / моль
Теплота испарения	76,9 кДж / моль
Молярная теплоемкость	29,6 Дж / (моль · К)
Атомные свойства
Состояния окисления	−1, +1 (сильно базовый окись)
Электроотрицательность	Шкала Полинга: 0,82
Энергии ионизации	1-я: 418,8 кДж / моль 2-я: 3052 кДж / моль 3-я: 4420 кДж / моль (более )
Радиус атома	эмпирические: 227вечера
Ковалентный радиус	203 ± 12 часов
Радиус Ван-дер-Ваальса	275 вечера
Спектральные линии калия
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	​объемно-центрированный кубический (скрытая копия)
Скорость звука тонкий стержень	2000 м / с (при 20 ° C)
Тепловое расширение	83,3 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность	102,5 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление	72 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитный заказ	парамагнитный[3]
Магнитная восприимчивость	+20.8·10−6 см3/ моль (298 К)[4]
Модуль для младших	3,53 ГПа
Модуль сдвига	1,3 ГПа
Объемный модуль	3,1 ГПа
Твердость по Моосу	0.4
Твердость по Бринеллю	0,363 МПа
Количество CAS	7440-09-7
История
Открытие и первая изоляция	Хэмфри Дэви (1807)
Главный изотопы калия
Изотоп Изобилие Период полураспада (т1/2) Режим распада Продукт 39K 93.258% стабильный 40K 0.012% 1.248×109 у β− 40Ca ε 40Ar β+ 40Ar 41K 6.730% стабильный
Категория: Калий Посмотреть разговаривать редактировать | Рекомендации

Калий это химический элемент с символ K (из Неолатынь калий ) и атомный номер 19. Калий — серебристо-белый металл, достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом с небольшим усилием.^[5] Металлический калий быстро реагирует с атмосферным кислород образовывать белые хлопья перекись калия всего за секунды воздействия. Впервые был изолирован от поташ, пепел растений, от которого и произошло его название. в периодическая таблица, калий является одним из щелочных металлов, все из которых имеют один валентный электрон во внешней электронной оболочке, которая легко удаляется, чтобы создать ион с положительным зарядом — катион, который сочетается с анионы формировать соли. Калий в природе встречается только в ионных солях. Элементарный калий бурно реагирует с водой, выделяя достаточно тепла для воспламенения водород испускается в реакции, и горит с сирень -цветное пламя. Он растворен в морской воде (0,04% калия по весу).^[6][7]) и встречается во многих минералы Такие как ортоклаз, общий компонент граниты и другие Магматические породы.

Калий химически очень похож на натрий, предыдущий элемент в группе 1 периодической таблицы. У них похожие первые энергия ионизации, что позволяет каждому атому отдать свой единственный внешний электрон. В 1702 году предполагалось, что это разные элементы, сочетающиеся с одним и тем же анионы делать аналогичные соли,^[8] и было доказано в 1807 г. электролиз. Встречающийся в природе калий состоит из трех изотопы, из которых ⁴⁰
K является радиоактивный. Следы от ⁴⁰
K содержатся во всех калиях, и это самый распространенный радиоизотоп в теле человека.

Ионы калия жизненно важны для функционирования всех живых клеток. Перенос ионов калия через мембраны нервных клеток необходим для нормальной нервной передачи; дефицит и избыток калия могут привести к многочисленным признакам и симптомам, включая нарушение сердечного ритма и различные электрокардиографический аномалии. Свежие фрукты и овощи — хорошие диетические источники калия. Организм реагирует на приток калия с пищей, который повышает сыворотка уровни калия, с перемещением калия из внешних во внутрь клеток и увеличением выведения калия почками.

В большинстве промышленных применений калия используется высокая растворимость в воде соединений калия, таких как калий мыло. Производство тяжелых сельскохозяйственных культур быстро истощает почву от калия, и это можно исправить с помощью сельскохозяйственных удобрений, содержащих калий, на которые приходится 95% мирового химического производства калия.^[9]

Этимология

Английское название элемента калий происходит от слова «поташ «,^[10] который относится к раннему методу извлечения различных солей калия: помещение в горшок то пепел обгоревшей древесины или листьев деревьев, добавив воды, нагрея и выпарив раствор. Когда Хэмфри Дэви сначала изолировал чистый элемент, используя электролиз в 1807 году он назвал его калий, которое он получил от слова поташ.

Символ «К» происходит от Кали, само от корня слова щелочь, что, в свою очередь, происходит от арабский: القَلْيَه‎ аль-калия «зола растений». В 1797 году немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил в минералах калий лейцит и лепидолит, и понял, что «поташ» не является продуктом роста растений, а фактически содержит новый элемент, который он предложил назвать Кали.^[11] В 1807 году Хамфри Дэви произвел элемент путем электролиза: в 1809 году Людвиг Вильгельм Гилберт предложил название Калиум для «калия» Дэви.^[12] В 1814 году шведский химик Берцелиус отстаивал название калий для калия — с химическим знаком «K».^[13]

Англоязычные и франкоязычные страны приняли имя Дэви и Гей-Люссака / Тенара Калий, в то время как германские страны приняли имя Гилберта / Клапрота Калиум.^[14] «Золотая книга» Международный союз теоретической и прикладной химии обозначил официальный химический символ как K.^[15]

Характеристики

Физический

Калий — второй наименее плотный металл после литий. Это мягкое твердое вещество с низким температура плавления, и легко режется ножом. Свежесрезанный калий имеет серебристый вид, но сразу же начинает тускнеть до серого цвета на воздухе.^[16] В испытание пламенем, калий и его соединения излучают сиреневый цвет с максимальной длиной волны излучения 766,5 нанометров.^[17]

У нейтральных атомов калия 19 электронов, что на один больше, чем конфигурация атома калия. благородный газ аргон. Из-за низкого первого энергия ионизации из 418,8 кДж / моль, атом калия с гораздо большей вероятностью потеряет последний электрон и приобретет положительный заряд, хотя заряжен отрицательно алкалид K⁻
ионы не невозможны.^[18] Напротив, вторая энергия ионизации очень высока (3052 кДж / моль).

Химическая

Калий реагирует с кислородом, водой и компонентами углекислого газа в воздухе. С кислородом образует перекись калия. С водой образует калий гидроксид калия. Реакция калия с водой может быть бурной. экзотермический, тем более что совместное производство водород газ может загореться. Из-за этого калий и жидкий натрий-калиевый (NaK ) сплав сильнодействующий осушители, хотя они больше не используются как таковые.^[19]

Соединения

Хорошо изучены три оксида калия: оксид калия (K₂O), перекись калия (K₂О₂), и супероксид калия (КО₂).^[20] Бинарные соединения калий-кислород реагируют с водой, образуя гидроксид калия.

Гидроксид калия (КОН) — сильное основание. Иллюстрируя его гидрофильный характер, до 1,21 кг КОН может раствориться в одном литре воды.^[21][22] Безводный КОН встречается редко. КОН легко реагирует с диоксидом углерода с образованием карбонат калия и в принципе может использоваться для удаления следов газа из воздуха. Подобно близкому к нему гидроксиду натрия, гидроксид калия реагирует с жирами с образованием мыло.

Как правило, соединения калия являются ионными и из-за высокой энергии гидратации K⁺
ион, обладают отличной растворимостью в воде. Основными видами в водном растворе являются акватированные комплексы. [K (H
₂O)
_п]⁺
где n = 6 и 7.^[23] Гептафтортанталат калия является промежуточным продуктом при очистке тантала от стойкого в остальном загрязнителя ниобия.^[24]

Калийорганические соединения иллюстрируют неионные соединения калия. Они имеют высокополярные ковалентные связи K — C. Примеры включают бензил калия. Калий вставки в графит давать различные соединения, в том числе KC8.

Изотопы

Известно 25 изотопы калия, три из которых встречаются в природе: ³⁹
K (93.3%), ⁴⁰
K (0,0117%), и ⁴¹
K (6,7%). Встречающиеся в природе ⁴⁰
K имеет период полураспада 1,250 × 10⁹ годы. Он распадается до стабильного ⁴⁰
Ar к захват электронов или же позитронное излучение (11,2%) или до стабильного ⁴⁰
Ca к бета-распад (88.8%).^[25] Распад ⁴⁰
K к ⁴⁰
Ar является основой обычного метода датировки горных пород. Обычный K-Ar метод датирования зависит от предположения, что породы не содержали аргона во время образования и что весь последующий радиогенный аргон (⁴⁰
Ar) количественно сохранен. Минералы датируются измерением концентрации калия и количества радиогенных ⁴⁰
Ar что накопилось. Минералы, лучше всего подходящие для датирования, включают: биотит, москвич, метаморфический роговая обманка, и вулканический полевой шпат; весь рок образцы из вулканических потоков и мелководья насильственные действия также могут быть датированы, если они не изменены.^[25][26] Помимо датирования, изотопы калия использовались в качестве трассеры в исследованиях выветривание и для круговорот питательных веществ исследования, потому что калий макроэлемент требующийся для жизнь.^[27]

⁴⁰
K содержится в природном калии (и, следовательно, в некоторых коммерческих заменителях соли) в количестве, достаточном для того, чтобы большие пакеты этих заменителей можно было использовать в качестве радиоактивного источника для демонстраций в классе. ⁴⁰
K это радиоизотоп с наибольшим содержанием в организме. У здоровых животных и людей ⁴⁰
K представляет собой самый большой источник радиоактивности, даже превышающий ¹⁴
C. В теле человека 70 кг массы, около 4400 ядер ⁴⁰
K распад в секунду.^[28] Активность природного калия 31 Бк /грамм.^[29]

Космическое образование и распространение

Калий образуется в сверхновые к нуклеосинтез от более легких атомов. Калий в основном создается в сверхновых типа II через взрывной процесс сжигания кислорода.^{[30] 40}
K также формируется в s-процесс нуклеосинтез и процесс горения неона.^[31]

Калий является 20-м по распространению элементом в Солнечной системе и 17-м по весу элементом на Земле. Он составляет около 2,6% от веса земной коры и является седьмым по содержанию элементом в коре.^[32] Концентрация калия в морской воде 0,39 г / л^[6] (0,039 мас. / Об.%), Что составляет примерно одну двадцать седьмую концентрацию натрия.^[33][34]

Поташ

Основная статья: Поташ

Калий в первую очередь представляет собой смесь солей калия, потому что растения содержат мало натрия или совсем не содержат его, а остальные основные минеральные вещества растений состоят из солей кальция с относительно низкой растворимостью в воде. Хотя поташ использовался с древних времен, его состав не был понят. Георг Эрнст Шталь получил экспериментальные доказательства, которые привели его к предположению о фундаментальном различии солей натрия и калия в 1702 году,^[8] и Анри Луи Дюамель дю Монсо смог доказать эту разницу в 1736 году.^[35] Точный химический состав соединений калия и натрия и статус химического элемента калия и натрия тогда еще не был известен, и, следовательно, Антуан Лавуазье не включил щелочь в свой список химических элементов в 1789 году.^[36][37] В течение долгого времени единственным значительным применением поташа было производство стекла, отбеливателя, мыла и порох как нитрат калия.^[38] Калиевое мыло из животных жиров и растительных масел особенно ценилось, потому что они, как правило, более растворимы в воде и имеют более мягкую текстуру и поэтому известны как мягкие. мыло.^[9] Открытие Юстус Либих в 1840 году калий является необходимым элементом для растений и что большинству почв недостает калия.^[39] вызвал резкий рост спроса на соли калия. Древесная зола с елей первоначально использовалась в качестве источника калийной соли для удобрений, но с открытием в 1868 г. залежей полезных ископаемых, содержащих хлорид калия возле Staßfurt В Германии началось производство калийных удобрений в промышленных масштабах.^[40][41][42] Были обнаружены и другие месторождения калийных солей, и к 1960-м годам Канада стала доминирующим производителем.^[43][44]

Металл

Калий металл был впервые выделен в 1807 году Хамфри Дэви, который получил его электролизом расплавленного КОН с недавно обнаруженным гальваническая свая. Калий был первым металлом, выделенным электролизом.^[45] Позже в том же году Дэви сообщил о добыче металла. натрий из минерального производного (каустическая сода, NaOH или щелочь), а не растительную соль, с помощью аналогичной техники, демонстрируя, что элементы и, следовательно, соли различны.^{[36][37][46][47]} Хотя производство металлического калия и натрия должно было показать, что оба являются элементами, прошло некоторое время, прежде чем эта точка зрения получила всеобщее признание.^[37]

Из-за чувствительности калия к воде и воздуху, безвоздушные методы обычно используются для работы с элементом. Не реагирует с азотом и предельными углеводородами, такими как минеральное масло или керосин.^[48] Легко растворяется в жидкости. аммиак, до 480 г на 1000 г аммиака при 0 ° C. В зависимости от концентрации растворы аммиака от синего до желтого цвета, а их электропроводность аналогична проводимости жидких металлов. Калий медленно реагирует с аммиаком с образованием KNH
₂, но эта реакция ускоряется небольшими количествами солей переходных металлов.^[49] Потому что это может уменьшить соли к металлу калий часто используется в качестве восстановителя при получении тонкоизмельченных металлов из их солей путем Метод Рике.^[50] Показательным является препарат магния:

MgCl
₂ + 2 К → Mg + 2 KCl

Геология

Элементарный калий не встречается в природе из-за его высокой реакционной способности. Бурно реагирует с водой (см. Раздел «Меры предосторожности» ниже).^[48] а также реагирует с кислородом. Ортоклаз (калиевый полевой шпат) — распространенный породообразующий минерал. Гранит например, содержит 5% калия, что намного выше среднего уровня в земной коре. Сильвит (KCl), карналлит (KCl · MgCl
₂· 6 (H
₂О)), каинит (MgSO
₄· KCl · 3H
₂O) и лангбейнит (MgSO
₄· K
₂ТАК
₄) находятся ли минералы в больших эвапорит депозиты по всему миру. Отложения часто имеют слои, начиная с наименее растворимых снизу и наиболее растворимых сверху.^[34] Отложения селитры (азотнокислый калий ) образуются при разложении органических материалов при контакте с атмосферой, в основном в пещерах; из-за хорошей растворимости селитры в воде образование более крупных отложений требует особых условий окружающей среды.^[51]

Биологическая роль

Калий является восьмым или девятым по массе элементом (0,2%) в организме человека, так что 60 кг взрослого человека содержит в общей сложности около 120 г калия.^[52] В тело содержит примерно столько же калия, сколько сера и хлор, и только кальций и фосфор более распространены (за исключением повсеместных ЧОН элементы).^[53] Ионы калия присутствуют в большом количестве белков и ферментов.^[54]

Биохимическая функция

Уровни калия влияют на множество физиологических процессов, в том числе^[55][56][57]

• потенциал клеточной мембраны в состоянии покоя и распространение потенциалов действия в нейрональной, мышечной и сердечной тканях. Благодаря электростатическим и химическим свойствам, K⁺
  ионы больше, чем Na⁺
  ионы, а также ионные каналы и насосы в клеточных мембранах могут различать два иона, активно накачивая или пассивно пропуская один из двух ионов, блокируя другой.^[58]
• секреция и действие гормонов
• сосудистый тонус
• системный контроль артериального давления
• перистальтика желудочно-кишечного тракта
• кислотно-щелочной гомеостаз
• метаболизм глюкозы и инсулина
• минералокортикоидное действие
• почечная концентрирующая способность
• баланс жидкости и электролитов

Гомеостаз

Гомеостаз калия означает поддержание общего содержания калия в организме, уровня калия в плазме и соотношения внутриклеточных и внеклеточных концентраций калия в узких пределах, в условиях пульсирующего приема (приема пищи), обязательной почечной экскреции и сдвигов между внутриклеточными и внеклеточными отсеки.

Уровни плазмы

Калий в плазме обычно поддерживается на уровне от 3,5 до 5,0 миллимолей (ммоль) [или миллиэквивалентов (мэкв)] на литр с помощью нескольких механизмов. Уровни за пределами этого диапазона связаны с увеличением уровня смертности от нескольких причин,^[59] и некоторые сердечные, почки,^[60] легочные заболевания прогрессируют быстрее, если уровень калия в сыворотке не поддерживается в пределах нормы.

В среднем 40–50 человек. ммоль представляет организм с большим количеством калия, чем присутствует во всей плазме (20-25 ммоль). Однако этот всплеск вызывает повышение уровня калия в плазме не более чем на 10% в результате быстрого и эффективного клиренса как почечным, так и внепочечным механизмом.^[61]

Гипокалиемия, дефицит калия в плазме, в тяжелой форме может быть фатальным. Частые причины — повышенная желудочно-кишечная потеря (рвота, понос ) и повышенная почечная потеря (диурез ).^[62] Симптомы дефицита включают мышечную слабость, паралитическая непроходимость кишечника, Отклонения ЭКГ, снижение рефлекторной реакции; а в тяжелых случаях — паралич дыхания, алкалоз, и аритмия сердца.^[63]

Механизмы управления

Содержание калия в плазме строго контролируется четырьмя основными механизмами, которые имеют различные названия и классификации. Четыре из них: 1) система реактивной отрицательной обратной связи, 2) система реактивной прямой связи, 3) прогнозирующая или циркадный система, и 4) внутренняя или клеточная мембранная транспортная система. В совокупности первые три иногда называют «системой внешнего гомеостаза калия»;^[64] и первые два, «система реактивного гомеостаза калия».

• Реактивная система отрицательной обратной связи относится к системе, которая индуцирует почечную секрецию калия в ответ на повышение уровня калия в плазме (прием калия, выход из клеток или внутривенная инфузия).
• Под реактивной системой прямой связи понимается неполностью изученная система, которая индуцирует почечную секрецию калия в ответ на прием калия до любого повышения уровня калия в плазме. Это, вероятно, инициируется рецепторами калия кишечных клеток, которые обнаруживают поступление калия и запускают блуждающий афферентный сигналы гипофизу.
• Прогностическая или циркадная система увеличивает почечную секрецию калия в часы приема пищи (например, днем ​​для людей, ночью для грызунов) независимо от наличия, количества или отсутствия калия в организме. Это опосредовано циркадный осциллятор в супрахиазматическое ядро мозга (центральные часы), что заставляет почки (периферические часы) выделять калий в этом ритмичном циркадном режиме.

  

  Действие натриево-калиевый насос является примером первичного активный транспорт. Два белка-носителя, встроенные в клеточную мембрану слева, используют АТФ вывести натрий из клетки против градиента концентрации; Два белка справа используют вторичный активный транспорт для перемещения калия в клетку. Этот процесс приводит к восстановлению АТФ.
• Система переноса ионов перемещает калий через клеточную мембрану с помощью двух механизмов. Один активен и перекачивает натрий из клетки и калий в нее. Другой является пассивным и позволяет калию вытекать из клетки. Катионы калия и натрия влияют на распределение жидкости между внутриклеточными и внеклеточными компартментами посредством осмотический силы. Движение калия и натрия через клеточную мембрану опосредуется Na + / K + -АТФаза насос.^[65] Этот ионный насос использует АТФ чтобы выкачать три иона натрия из ячейки и два иона калия в ячейку, создавая электрохимический градиент и электродвижущую силу через клеточную мембрану. В высшей степени избирательный ионные каналы калия (которые тетрамеры ) имеют решающее значение для гиперполяризация внутри нейроны после срабатывания потенциала действия, чтобы процитировать один пример. Самым недавно обнаруженным ионным каналом калия является KirBac3.1, который состоит из пяти ионных каналов калия (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP и MthK) с определенной структурой. Все пятеро из прокариотический разновидность.^[66]

Почечная фильтрация, реабсорбция и экскреция

Обработка калия почками тесно связана с обработкой натрия. Калий — главный катион (положительный ион) внутри клеток животных [150 ммоль / л, (4,8 ж)], а натрий является основным катионом внеклеточной жидкости [150 ммоль / л, (3,345 грамм)]. В почках около 180 литров плазмы фильтруется через клубочки и в почечные канальцы в день.^[67] В этой фильтрации задействовано около 600 г натрия и 33 г калия. Поскольку только 1–10 г натрия и 1–4 г калия, вероятно, будут заменены диетой, почечная фильтрация должна эффективно реабсорбировать остаток из плазмы.

Натрий реабсорбируется для поддержания внеклеточного объема, осмотического давления и концентрации натрия в сыворотке в узких пределах. Калий реабсорбируется, чтобы поддерживать концентрацию калия в сыворотке крови в узких пределах.^[68] Натриевые насосы в почечных канальцах реабсорбирует натрий. Калий необходимо сохранять, но поскольку количество калия в плазме крови очень мало, а запас калия в клетках примерно в 30 раз больше, ситуация для калия не столь критична. Поскольку калий перемещается пассивно^[69][70] в противотоке к натрию в ответ на кажущееся (но не реальное) Доннановское равновесие,^[71] моча никогда не может опуститься ниже концентрации калия в сыворотке, за исключением случаев активного выделения воды в конце обработки. Калий дважды выводится из организма и трижды реабсорбируется, прежде чем моча достигнет собирающих канальцев.^[72] В этот момент моча обычно имеет примерно такую ​​же концентрацию калия, как и плазма. В конце обработки калий секретируется еще раз, если его уровень в сыворотке слишком высок.^{[нужна цитата ]}

Без потребления калия он выводится примерно через 200 мг в день до тех пор, пока примерно через неделю уровень калия в сыворотке не снизится до умеренно недостаточного уровня 3,0–3,5 ммоль / л.^[73] Если калий по-прежнему задерживается, концентрация продолжает падать, пока серьезный дефицит не приведет к смерти.^[74]

Калий пассивно проходит через поры клеточной мембраны. Когда ионы проходят Переносчики ионов (насосы) в насосах с обеих сторон мембраны клетки есть ворота, и одновременно может быть открыт только один клапан. В результате примерно 100 ионов проходят через каждую секунду. Ионный канал имеют только один затвор, и через него может проходить только один вид ионов со скоростью от 10 до 100 миллионов ионов в секунду.^[75] Кальций необходим для открытия пор,^[76] хотя кальций может действовать в обратном направлении, блокируя по крайней мере одну из пор.^[77] Карбонильные группы внутри пор на аминокислотах имитируют гидратацию воды, которая имеет место в водном растворе.^[78] по природе электростатических зарядов на четырех карбонильных группах внутри поры.^[79]

Питание

Диетические рекомендации

Соединенные штаты. Национальная Медицинская Академия (NAM) от имени США и Канады устанавливает ориентировочные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA), или Адекватное потребление (AI), когда нет достаточной информации для установки EAR и RDA. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются Рекомендуемая диета.

И для мужчин, и для женщин младше 9 лет AI для калия составляет: 400. мг калия для детей в возрасте 0-6 месяцев, 860 мг калия для детей в возрасте 7-12 месяцев, 2000 г. мг калия для детей 1-3 лет и 2300 мг калия для детей 4-8 лет.

Для мужчин от 9 лет ИВ для калия составляет: 2500. мг калия для мужчин 9-13 лет, 3000 мг калия для 14-18-летних мужчин и 3400 мг для мужчин 19 лет и старше.

Для женщин в возрасте 9 лет и старше AI для калия: 2300 мг калия для девочек 9-18 лет и 2600 мг калия для женщин в возрасте 19 лет и старше.

Для беременных и кормящих женщин AI для калия: 2600 мг калия для беременных женщин 14-18 лет, 2900 мг для беременных женщин 19 лет и старше; кроме того, 2,500 мг калия для кормящих самок 14-18 лет и 2,800 мг для кормящих женщин 19 лет и старше. Что касается безопасности, NAM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, но для калия доказательств было недостаточно, поэтому UL не был установлен.^[80][81]

По состоянию на 2004 год большинство взрослых американцев потребляли менее 3000 мг.^[82]

Точно так же в Евросоюз, в частности в Германия и Италия, недостаточное потребление калия встречается довольно часто.^[83] В Британская национальная служба здравоохранения рекомендует аналогичное потребление, говоря, что взрослым нужно 3500 мг в день, и это избыточное количество может вызвать проблемы со здоровьем, такие как боль в желудке и диарея.^[84]

Ранее адекватное потребление для взрослых было установлено на уровне 4700 мг в день. В 2019 году Национальные академии наук, инженерии и медицины пересмотрел AI для калия до 2600 мг / день для женщин 19 лет и старше и 3400 мг / день для мужчин 19 лет и старше.^[85]

Источники питания

Калий присутствует во всех фруктах, овощах, мясе и рыбе. Продукты с высоким содержанием калия включают: сладкий картофель, петрушка сушеные абрикосы, молоко, шоколад, все орехи (особенно миндаль и фисташки ), картофель, побеги бамбука, бананы, авокадо, кокосовая вода, соевые бобы, и отруби.^[86]

В USDA списки томатная паста, апельсиновый сок, свекольная зелень, белые бобы, картофель, подорожники, бананы, абрикосы и многие другие диетические источники калия, ранжированные в порядке убывания содержания калия. Дневная норма калия содержится в 5 бананах или 11 бананах.^[87]

Недостаточное потребление

Диеты с низким содержанием калия могут привести к гипертония^[88] и гипокалиемия.

Дополнение

Добавки калия наиболее широко используются в сочетании с мочегонные средства которые блокируют реабсорбцию натрия и воды перед дистальный каналец (тиазиды и петлевые диуретики ), потому что это способствует усилению секреции калия в дистальных канальцах и, как следствие, повышенной экскреции калия. Доступны разнообразные добавки, отпускаемые по рецепту и без рецепта. Хлорид калия можно растворить в воде, но из-за соленого / горького вкуса жидкие добавки становятся невкусными.^[89] Типичные дозы колеблются от 10 ммоль (400 мг), до 20 ммоль (800 мг). Калий также доступен в таблетках или капсулах, состав которых позволяет калию медленно вымываться из матрикса, поскольку очень высокие концентрации иона калия, которые возникают рядом с твердой таблеткой, могут повредить слизистую оболочку желудка или кишечника. По этой причине количество таблеток калия, отпускаемых без рецепта, ограничено законом в США до 99. мг калия.^{[нужна цитата ]}

Поскольку почки являются местом выведения калия, люди с нарушенной функцией почек подвержены риску гиперкалиемия если диетический калий и пищевые добавки не ограничены. Чем серьезнее нарушение, тем серьезнее ограничение, необходимое для предотвращения гиперкалиемии.^{[нужна цитата ]}

А метаанализ пришел к выводу, что 1640 г. Увеличение суточного потребления калия на мг было связано со снижением риска инсульта на 21%.^[90] Хлорид калия и бикарбонат калия может быть полезно для контроля легкой гипертония.^[91] В 2017 году калий был 37-м лекарством, которое чаще всего выписывали в Соединенных Штатах, с более чем 19 миллионами рецептов.^[92][93]

Обнаружение вкусовыми рецепторами

Калий можно определить по вкусу, потому что он вызывает три из пяти типов вкусовых ощущений в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы ионов калия имеют сладкий вкус, позволяя умеренные концентрации в молоке и соках, в то время как более высокие концентрации становятся все более горькими / щелочными и, наконец, солеными на вкус. Комбинированная горечь и соленость растворов с высоким содержанием калия делает прием высоких доз калия жидкими напитками проблемой вкусовых качеств.^[89][94]

Коммерческое производство

Добыча полезных ископаемых

Соли калия, такие как карналлит, лангбейнит, полигалит, и сильвит сформировать обширный эвапорит отложения на дне древних озер и морское дно,^[33] делая извлечение солей калия в этих средах коммерчески выгодным. Основной источник калия — поташ — добывается в Канада, Россия, Беларусь, Казахстан, Германия, Израиль, Соединенные Штаты, Иордания, и в других местах по всему миру.^[95][96][97] Первые разработанные месторождения были расположены недалеко от Штасфурта, Германия, но залежи простираются от Великобритания через Германию в Польшу. Они расположены в Zechstein и были депонированы в середине и конце Пермский период. Самые большие из когда-либо обнаруженных залежей лежат на глубине 1000 метров (3300 футов) под поверхностью канадской провинции Саскачеван. Депозиты расположены в Группа Элк Пойнт произведено в Средний девон. Саскачеван, где с 1960-х годов работали несколько крупных рудников, впервые применил метод замораживания влажных песков (формация Блэрмор) для проходки через них шахтных стволов. Основная компания по добыче калийных удобрений в Саскачеване до слияния была Калийная корпорация Саскачевана, сейчас же Nutrien.^[98] Вода Мертвое море используется Израилем и Иорданией в качестве источника калийных удобрений, в то время как концентрация в обычных океанах слишком мала для коммерческого производства при текущих ценах.^[96][97]

Для отделения солей калия от соединений натрия и магния используются несколько методов. Наиболее распространенный метод — фракционное осаждение с использованием разницы растворимости солей. Электростатическая сепарация измельченной солевой смеси также применяется на некоторых рудниках. Образующиеся натриевые и магниевые отходы либо хранятся под землей, либо скапливаются в отвалы шлака. Большая часть добытого минерала калия оказывается в виде хлорид калия после обработки. В горнодобывающей промышленности хлорид калия называют калием, хлористым калием или просто СС.^[34]

Чистый металлический калий можно выделить электролиз своего гидроксид в процессе, который мало изменился с тех пор, как он был впервые использован Хамфри Дэви в 1807 году. Хотя процесс электролиза был разработан и использовался в промышленном масштабе в 1920-х годах, термический метод путем взаимодействия натрия с хлорид калия в 1950-х годах доминирующим методом стала реакция химического равновесия.

Производство натриево-калиевые сплавы достигается изменением времени реакции и количества натрия, используемого в реакции. Процесс Грисхаймера, использующий реакцию фторид калия с карбид кальция также использовался для производства калия.^[34][99]

Na + KCl → NaCl + К                      (Термический метод)

2 KF + CaC
₂ → 2 тыс. + CaF
₂ + 2 С    (Процесс Гришеймера)

Реагент-класс металлический калий стоит около 10 долларов США /фунт ($22/кг ) в 2010 году при покупке тонна. Металл более низкой чистоты значительно дешевле. Рынок нестабилен, потому что длительное хранение металла затруднено. Его необходимо хранить в сухом инертный газ атмосфера или безводный минеральное масло для предотвращения образования поверхностного слоя супероксид калия, чувствительный к давлению взрывной который взрывается при царапинах. В результате взрыва часто возникает пожар, который трудно потушить.^[100][101]

Идентификация катионов

Калий в настоящее время определяется методами ионизации, но в свое время его количественно определяли с помощью гравиметрический анализ.

Реагенты, используемые для осаждения солей калия, включают: тетрафенилборат натрия, платинохлористоводородная кислота, и кобальтинитрит натрия в соответственно тетрафенилборат калия, гексахлороплатинат калия, и кобальтинитрит калия.^[48]Реакция с кобальтинитрит натрия является иллюстративным:

3К⁺ + Na₃[Co (NO₂)₆] → K₃[Co (NO₂)₆] + 3Na⁺

Кобальтинитрит калия получают в виде твердого вещества желтого цвета.

Коммерческое использование

Удобрения

Ионы калия являются важным компонентом растение питания и содержатся в большинстве почва типы.^[9] Они используются как удобрение в сельское хозяйство, садоводство, и гидропонный культура в форме хлористый (KCl), сульфат (K
₂ТАК
₄), или же нитрат (KNO
₃), представляющий ‘K’ в «NPK». На сельскохозяйственные удобрения приходится 95% мирового химического производства калия, и около 90% этого калия поставляется в виде KCl.^[9] Содержание калия в большинстве растений колеблется от 0,5% до 2% от собранного веса сельскохозяйственных культур, что обычно выражается как количество K
₂О. Современные высокиеурожай сельское хозяйство зависит от удобрений для восполнения потерь калия при сборе урожая. Большинство сельскохозяйственных удобрений содержат хлорид калия, в то время как сульфат калия используется для культур, чувствительных к хлоридам, или культур, требующих более высокого содержания серы. Сульфат образуется в основном при разложении сложных минералов. каинит (MgSO
₄· KCl · 3H
₂О) и лангбейнит (MgSO
₄· K
₂ТАК
₄). Лишь очень немногие удобрения содержат нитрат калия.^[102] В 2005 году около 93% мирового производства калия приходилось на производство удобрений.^[97] Кроме того, калий может играть ключевую роль в круговороте питательных веществ, контролируя состав подстилки.^[103]

Медицинское использование

Калий, в виде хлорид калия используется как лекарство для лечения и профилактики низкий уровень калия в крови.^[104] Низкий уровень калия в крови может возникнуть из-за: рвота, понос, или определенные лекарства.^[105] Это дается медленное введение в вену или через рот.^[106]

Пищевые добавки

Тартрат калия-натрия (KNaC
₄ЧАС
₄О
₆, Рошель соль ) является основной составляющей некоторых разновидностей порошок для выпечки; он также используется в серебрение зеркал. Бромат калия (KBrO
₃) — сильный окислитель (E924), используемый для улучшения прочности теста и повышения его высоты. Бисульфит калия (ХСО
₃) используется как пищевой консервант, например, в вино и пиво -приготовление (но не в мясе). Он также используется для отбеливать текстиля и соломы, а также при дублении кожи.^[107][108]

Промышленное

Основными химическими веществами калия являются гидроксид калия, карбонат калия, сульфат калия и хлорид калия. Ежегодно производятся мегатонны этих соединений.^[109]

Гидроксид калия КОН это сильная база, которая используется в промышленности для нейтрализации сильных и слабых кислоты, контролировать pH и производить калий соли. Он также используется для омылять жиры и масла, в промышленных чистящих средствах и в гидролиз реакции, например сложные эфиры.^[110][111]

Азотнокислый калий (KNO
₃) или селитру получают из природных источников, таких как гуано и эвапориты или произведены через Процесс Габера; это окислитель в порох (черный порошок ) и важное сельскохозяйственное удобрение. Цианистый калий (KCN) используется в промышленности для растворения медь и драгоценные металлы, в частности серебро и золото, формируя комплексы. Его приложения включают золотодобыча, гальваника, и гальванопластика из этих металлы; он также используется в органический синтез сделать нитрилы. Карбонат калия (K
₂CO
₃ или поташ) используется в производстве стекла, мыла, цветных телевизионных трубок, люминесцентных ламп, красок и пигментов для текстиля.^[112] Перманганат калия (KMnO
₄) является окислителем, отбеливающим и очищающим веществом и используется для производства сахарин. Хлорат калия (KClO
₃) добавляется к спичкам и взрывчатке. Бромид калия (KBr) ранее использовался как успокаивающее средство и в фотографии.^[9]

Хромат калия (K
₂CrO
₄) используется в чернила, красители, пятна (яркий желтовато-красный цвет); в взрывчатка и фейерверк; при дублении кожи, при летать бумага и безопасные спички,^[113] но все эти применения связаны с химией хромат-ион, а не ион калия.^[114]

Ниша использует

Существуют тысячи применений различных соединений калия. Одним из примеров является супероксид калия, КО
₂, оранжевое твердое вещество, которое действует как портативный источник кислорода и поглотитель углекислого газа. Он широко используется в системы дыхания в шахтах, подводных лодках и космических кораблях, так как требует меньшего объема, чем газообразный кислород.^[115][116]

4 КО
₂ + 2 CO
2 → 2 K
₂CO
₃ + 3 О
₂

Другой пример кобальтинитрит калия, K
₃[Co (NO
₂)
₆], который используется как пигмент художника под названием Ауреолин или желтый кобальт.^[117]

Стабильные изотопы калия могут быть с лазерным охлаждением и используется для исследования фундаментальных и технологический проблемы в квантовая физика. Два бозонный изотопы обладают удобными Резонансы Фешбаха для проведения исследований, требующих настраиваемого взаимодействия, в то время как ⁴⁰K — один из двух стабильных фермионы среди щелочных металлов.^[118]

Лаборатория использует

An сплав натрия и калия, NaK это жидкость, используемая в качестве теплоносителя и осушитель для производства сухие и безвоздушные растворители. Его также можно использовать в реактивная перегонка.^[119] Тройной сплав 12% Na, 47% K и 41% Cs имеет самую низкую температуру плавления -78. ° C любого металлического соединения.^[16]

Металлический калий используется в нескольких типах магнитометры.^[120]

Меры предосторожности

Калий

Опасности
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHS	Опасность
Положения об опасности GHS	H260, H314
Меры предосторожности GHS	P223, P231 + 232, P280, P305 + 351 + 338, P370 + 378, P422[121]
NFPA 704 (огненный алмаз)	3 3 2 W

Металлический калий может бурно реагировать с водой с образованием гидроксид калия (КОН) и водород газ.

2 К (с) + 2 ЧАС
2О (л) → 2 КОН (водн.) + ЧАС
₂↑ (г)

Эта реакция является экзотермической и выделяет достаточно тепла для воспламенения образующегося водорода в присутствии кислорода. Мелкоизмельченный калий воспламеняется на воздухе при комнатной температуре. При нагревании основной металл воспламеняется на воздухе. Поскольку его плотность 0,89 г / см³Горящий калий плавает в воде, которая подвергает его воздействию кислорода воздуха. Многие распространенные средства пожаротушения, включая воду, либо неэффективны, либо усугубляют калийный пожар. Азот, аргон, хлорид натрия (столовая соль), карбонат натрия (кальцинированная сода) и диоксид кремния (песок) эффективны, если они сухие. Немного Класс D Также эффективны порошковые порошковые огнетушители, предназначенные для металлических возгораний. Эти агенты лишают огонь кислорода и охлаждают металлический калий.^[122]

При хранении калий образует пероксиды и супероксиды. Эти пероксиды могут бурно реагировать с органические соединения такие как масла. И пероксиды, и супероксиды могут взрывоопасно реагировать с металлическим калием.^[123]

Поскольку калий реагирует с водяным паром в воздухе, он обычно хранится в безводном минеральном масле или керосине. Однако, в отличие от лития и натрия, калий не следует хранить в масле дольше шести месяцев, за исключением инертной (бескислородной) атмосферы или вакуума. После длительного хранения на воздухе опасные, чувствительные к ударам перекиси могут образовываться на металле и под крышкой контейнера и могут взорваться при открытии.^[124]

Проглатывание большого количества соединений калия может привести к гиперкалиемия, сильно влияющие на сердечно-сосудистую систему.^[125][126] Хлорид калия используется в Соединенные Штаты за смертельная инъекция казни.^[125]

Смотрите также

Рекомендации

Библиография

• Буркхардт, Элизабет Р. (2006). «Калий и калиевые сплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. A22. С. 31–38. Дои:10.1002 / 14356007.a22_031.pub2. ISBN  978-3-527-30673-2.
• Greenwood, Norman N .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
• Холлеман, Арнольд Ф .; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (2007). «Калий». Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (91–100 изд.). Вальтер де Грюйтер. ISBN  978-3110177701.
• Schultz, H .; и другие. (2006). «Соединения калия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. A22. С. 39–103. Дои:10.1002 / 14356007.a22_031.pub2. ISBN  978-3-527-30673-2.
• Национальная база данных по питательным веществам в USDA Интернет сайт

внешняя ссылка

• «Калий». Портал информации о наркотиках. Национальная медицинская библиотека США.
• Калий (К) на Британская энциклопедия

Ка́лий (химический символ — K, от лат. Kalium) — химический элемент 1-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы, IA), четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19.

Простое вещество калий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах.

Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь.

Во многих свойствах калий очень близок натрию, но с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов они антагонистичны.

История и происхождение названия

Соединения калия используются с древнейших времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия K₂CO₃, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого кали (KOH)^[3] (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года^[4]). Дэви назвал его «потасий» (лат. potasium^[3]:32); это название (правда, в некоторых языках с двумя буквами s) до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках. При электролизе влажного едкого кали KOH на ртутном катоде он получил амальгаму калия, а после отгонки ртути — чистый металл. Дэви определил его плотность, изучил химические свойства, в том числе разложение воды и поглощение водорода.

В 1808 году французские химики Гей-Люссак и Л. Тенар выделили калий химическим путём — прокаливанием KOH с углём.

В 1809 году немецкий физик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.

Нахождение в природе

Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в земной коре элемент). Средняя концентрация в морской воде — 380 мг/л^[5].

Ввиду высокой химической активности калий в свободном состоянии в природе не встречается. Породообразующий элемент, входит в состав слюд, полевых шпатов и т. д. Также калий входит в состав минералов сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O, каинита KCl·MgSO₄·6H₂O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K₂CO₃ (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел «Биологическая роль»).

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории Канады (производитель PotashCorp), России (ПАО «Уралкалий», г. Березники, г. Соликамск, Пермский край, Верхнекамское месторождение калийных руд^[6]), Белоруссии (ПО «Беларуськалий», г. Солигорск, Старобинское месторождение калийных руд^[7]).

Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

При электролизе гидроксида калия на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

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).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

и восстановление из расплава хлорида калия карбидом кальция, алюминием или кремнием^[8][9].

Физические свойства

Калий — серебристый металл с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет^[10].

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

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия). При умеренном нагревании реагирует с водородом с образованием гидрида (200—350 °C):

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

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

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

Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре (+20 °C) активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке (−50 °C) с образованием тёмно-синего раствора аммиаката калия.

^{[источник не указан 164 дня]}

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

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

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

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

Соединения с кислородом

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 осно́вными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется один объём O₂), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется три объёма O₂) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO₂ выделяется четыре объёма O₂).

Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

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

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

Гидроксид

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого кали при +20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение

• Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав с составом 12 % натрия, 47 % калия, 41 % цезия обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
• Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений. Калий является одним из трёх базовых элементов, которые необходимы для роста растений наряду с азотом и фосфором. В отличие от азота и фосфора, калий является основным клеточным катионом. При его недостатке у растения прежде всего нарушается структура мембран хлоропластов — клеточных органелл, в которых проходит фотосинтез. Внешне это проявляется в пожелтении и последующем отмирании листьев. При внесении калийных удобрений у растений увеличивается вегетативная масса, урожайность и устойчивость к вредителям.
• Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

• Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
• Гидроксид калия (едкое кали) применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
• Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла, как кормовая добавка для птицы.
• Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.
• Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
• Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
• Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

• Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
• Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
• Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
• Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
• Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
• Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали. Чрезвычайно ядовит, один из сильнейших ядов.
• Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).
• Сульфат калия применяется как удобрение.

Биологическая роль

Калий — 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 качестве катиона наряду с катионами натрия является базовым элементом так называемого натрий-калиевого насоса клеточной мембраны, который играет важную роль в проведении нервных импульсов.

Калий в организме человека

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

• создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений,
• поддержание осмотической концентрации крови,
• поддержание кислотно-щелочного баланса,
• нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная норма потребления калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых — от 1800 до 5000 миллиграммов. Потребность в калии зависит от массы тела, физической активности, физиологического состояния и климата места проживания. Рвота, продолжительные поносы, обильное потовыделение, использование мочегонных средств повышают потребность организма в калии.

Основными пищевыми источниками калия являются бобы (в первую очередь фасоль белая), шпинат, капуста, финики, картофель, батат, сушёные абрикосы, дыня, киви, авокадо, помело, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Практически все сорта рыбы содержат более 200 мг калия на 100 г. Количество калия в разных видах рыбы различается.

Овощи, грибы и травы также содержат много калия, однако в консервированных продуктах его уровень может быть гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

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

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

Изотопы

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: ³⁹K (изотопная распространённость 93,258 %) и ⁴¹K (6,730 %). Третий изотоп ⁴⁰K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251 миллиарда лет. Сравнительно малый период полураспада и большая распространённость калия по сравнению с ураном и торием означает, что на Земле ещё 2 млрд лет назад и ранее калий-40 вносил главный вклад в естественный радиационный фон. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 31,0±0,3 ядра ⁴⁰K, благодаря чему, например, в организме человека массой 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. Поэтому легкодоступные в быту соединения калия (поташ, хлорид калия, калийная селитра и т. д.) можно использовать как пробные радиоактивные источники для проверки бытовых дозиметров. ⁴⁰K наряду с ураном и торием считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (полная скорость энерговыделения оценивается в 40—44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается ⁴⁰Ar, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Один из искусственных изотопов — ³⁷K, — с временем полураспада 1,23651 секунды, применяется в экспериментах по изучению Стандартной модели слабого взаимодействия^[11].

См. также

• Банановый эквивалент

Примечания

Литература

• Пилипенко А. Т. Натрий и калий // Справочник по элементарной химии. — 2-е изд. — Киев: Наукова думка, 1978. — С. 316—319.
• Дроздов А. Яростные металлы // Энциклопедия для детей. Химия. — М.: Аванта +, 2002. — С. 184—187. — ISBN 5-8483-0027-5.
• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Химия, 1974.
• Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М.: МГУ, 1991, 1994.
• Лидин Р. А. и др. Элементы IA-группы. Калий // Химические свойства неорганических веществ: Уч. пособие для вузов. — 4-е изд. — М.: КолосС, 2003. — С. 29—40. — ISBN 5-9532-0095-1.

Ссылки

• Калий на Webelements
• Калий в Популярной библиотеке химических элементов

Эта страница в последний раз была отредактирована 9 января 2023 в 12:17.

Как только страница обновилась в Википедии она обновляется в Вики 2.
Обычно почти сразу, изредка в течении часа.

19 Аргон ← Калий → Кальций 19K
Внешний вид простого вещества
Серебристо-белый мягкий металл
Свойства атома
Имя, символ, номер	Калий / Kalium (K), 19
Атомная масса (молярная масса)	39,0983[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ar] 4s1
Радиус атома	235 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	203 пм
Радиус иона	133 пм
Электроотрицательность	0,82 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,92 В
Степени окисления	1
Энергия ионизации (первый электрон)	418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	0,856 г/см³
Температура плавления	63,51°С; 336,8 K
Температура кипения	1047 K
Теплота плавления	2,33 кДж/моль
Теплота испарения	76,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,6[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём	45,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	кубическая объёмно-центрированная
Параметры решётки	5,332 Å
Температура Дебая	100 K
Прочие характеристики
Теплопроводность	(300 K) 79,0 Вт/(м·К)

Ка́лий — 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. 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 всё же отличаются.

История и происхождение названия

Калий (точнее, его соединения) использовался с давних времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

В 1807 году английский химик Дэви электролизом расплава 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.

Нахождение в природе

В свободном состоянии не встречается. Породообразующий элемент, входит в состав слюд, полевых шпатов и т.д. Также калий входит в состав сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O, каинита KCl·MgSO₄·6H₂O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K₂CO₃ (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль). Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Концентрация в морской воде 380 мг/л^[3].

Месторождения

Крупнейшие месторождения калия находятся на территории Канады (производитель PotashCorp), России (ОАО «Уралкалий», г. Березники, ОАО «Сильвинит», г. Соликамск, Пермский край, Верхнекамское месторождение калийных руд^[4]), Белоруссии (ПО «Беларуськалий», г. Солигорск, Старобинское месторождение калийных руд^[5]).

Получение

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расплавленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:

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).

Важное промышленное значение имеют и методы термохимического восстановления:

и восстановление из расплава хлорида калия карбидом кальция, алюминием или кремнием.^[6][7]

Физические свойства

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^[8].

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

Химические свойства

Элементарный калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, является сильным восстановителем. На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с атмосферой способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом. Хранить его необходимо под слоем бензина, керосина или силикона, дабы исключить контакт воздуха и воды с его поверхностью. С Na, Tl, Sn, Pb, Bi калий образует интерметаллиды.

Взаимодействие с простыми веществами

Калий при комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами; практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия). При умеренном нагревании реагирует с водородом с образованием гидрида (200—350 °C):

,

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

.

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

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

Взаимодействие со сложными веществами

Калий при комнатной температуре активно реагирует с водой, кислотами, растворяется в жидком аммиаке (−50 °C) с образованием тёмно-синего раствора.

Калий глубоко восстанавливает разбавленные серную и азотную кислоты:

При сплавлении металлического калия со щелочами он восстанавливает водород гидроксогруппы:

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

Металлический калий реагирует со спиртами с образованием алкоголятов:

Алкоголяты щелочных металлов (в данном случае, этаноат калия) являются очень сильными основаниями и широко используются в органическом синтезе.

Соединения с кислородом

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

Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:

Оксиды калия обладают ярко выраженными основными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется один объём O₂), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется три объёма O₂) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO₂ выделяется четыре объёма O₂).

Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

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

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

Гидроксид

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого кали при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение

• Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав состава: натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % — обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
• Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений.
• Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.

Важные соединения

• Бромид калия применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
• Гидроксид калия (едкое кали) применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
• Карбонат калия (поташ) используется как удобрение, при варке стекла.
• Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») используется как удобрение.
• Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
• Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
• Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.

• Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
• Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
• Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
• Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
• Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
• Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали.
• Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

Биологическая роль

Калий — важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются очень плохо, уменьшается урожай, поэтому около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.

Калий в организме человека

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 12 мая 2011.

Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:

• Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
• Поддержание осмотической концентрации крови.
• Поддержание кислотно-щелочного баланса.
• Нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых от 1800 до 5000 миллиграммов. Потребность в калии зависит от 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, батат, авокадо, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.

Практически все сорта рыбы содержат более 200 мг калия в 100 г. Количество калия в разных видах рыбы различается. Овощи, грибы и травы также содержат много калия, однако в консервированных продуктах его уровень может быть гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде.

Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин B6, затрудняет — алкоголь.

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

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

Изотопы

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: ³⁹K (изотопная распространённость 93,258 %) и ⁴¹K (6,730 %). Третий изотоп ⁴⁰K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251·10⁹ лет. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 32 ядра ⁴⁰K, благодаря чему, например, в организме человека массой 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. Поэтому легкодоступные в быту соединения калия (поташ, хлорид калия, калийная селитра и т. д.) можно использовать как пробные радиоактивные источники для проверки бытовых дозиметров. ⁴⁰K наряду с ураном и торием считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (полная скорость энерговыделения оценивается в 40—44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

См. также

	Калий на Викискладе?

• Натрий
• Щелочные металлы
• Банановый эквивалент

Примечания

Литература

1. Пилипенко А. Т. Натрий и калий // Справочник по элементарной химии. — 2-е изд. — Киев: Наукова думка, 1978. — С. 316—319.
2. Дроздов А. Яростные металлы // Энциклопедия для детей. Химия. — М.: Аванта +, 2002. — С. 184—187. — ISBN 5-8483-0027-5
3. Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
4. Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Химия, 1974.
5. Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М.: МГУ, 1991, 1994.
6. Лидин Р. А. и др. Элементы IA-группы. Калий // Химические свойства неорганических веществ: Уч. пособие для вузов. — 4-е изд. — М.: КолосС, 2003. — С. 29—40. — ISBN 5-9532-0095-1

Ссылки

• Калий на Webelements
• Калий в Популярной библиотеке химических элементов

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
	1	2															3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18
1	H		He
2	Li	Be		B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg		Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca		Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr		Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Uut	Fl	Uup	Lv	Uus	Uuo
Щелочные металлы  Щёлочноземельные металлы  Лантаноиды Актиноиды Переходные металлы Другие металлы Металлоиды Другие неметаллы Галогены Инертные газы

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

Соединения калия

Азид калия (KN3) • Амид калия (KNH2) • Ацесульфам (C4H4KNO4S) • Ацетат калия (CH3COOK) • Ацетиленид калия (K2C2) • Бензоат тригидрат калия (Брутто-формула:C7H11KO5) • Бромат калия (KBrO3) • Бромид калия (KBr) • Гексагидроксоплатинат(IV) калия (K2[Pt(OH)6]) • Гексагидроксостибат калия (K[Sb(OH)6]) • Гексанитрокобальтат(III) калия (K3[Co(NO3)6]) • Гексаоксибензол калия (C6(OK)6) • Гексафторогерманат калия (K2[GeF6]) • Гексафторокупрат(III) калия (K3CuF6) • Гексафторомолибдат(III) калия (K3MoF6) • Гексафтороплатинат(V) калия (K[PtF6]) • Гексафторосиликат(IV) калия (K2[SiF6]) • Гексафторфосфат калия (KPF6) • Гексахлоропалладат(IV) калия (K2[PdCl6]) • Гексахлороплатинат(IV) калия (K2[PtCl6]) • Гексахлоростаннат(IV) калия (K2[SnCl6]) • Гексахлорплатинат калия (K2PtCl6) • Гексацианоферрат(II) калия (K4[Fe(CN)6]) • Гексацианоферрат(II) тригидрат калия (K4[Fe(CN)6]•3H2O) • Гексацианоферрат(III) калия (K3[Fe(CN)6]) • Гептафторониобат(V) калия (K2[NbF7]) • Гидрид калия (KH) • Гидрокарбонат калия (KHCO3) • Гидроксид калия (KOH) • Гидроортофосфат калия (K2HPO4) • Гидросульфат калия (KHSO4) • Гидросульфид калия (KHS) • Гидросульфит калия (KHSO3) • Гидрофторид калия (KHF2) • Дигидроарсенат калия (KH2AsO4) • Дигидроортофосфат калия (KH2PO4) • Динитрамид калия (KN(NO2)2) • Дисульфат калия (K2S2O7) • Дисульфит калия (K2S2O5) • Дисульфонатнитроксил калия ((KO3S)2NO) • Дитионат калия (K2S2O6) • Дихлородиамминпалладий ([Pd(NH3)2]Cl2) • Дихромат калия (K2Cr2O7) • Дицианоаргентат(I) калия (K[Ag(СN)2]) • Дицианоаурат(I) калия (K[Au(СN)2]) • Иодат калия (KIO3) • Иодид калия (KI) • Карбонат калия (K2CO3) • Манганат калия (K2MnO4) • Метаванадат калия (KVO3) • Метасиликат калия (K2SiO3) • Метафосфат калия (KPO3) • Надпероксид калия (KO2 или K2O4) • Нитрат калия (KNO3) • Нитрит калия (KNO2) • Озонид калия (KO3) • Оксалат калия (K2C2O4) • Оксалат моногидрат калия (K2C2O4•H2O) • Оксид калия (K2O) • Октахлоромолибдат калия (K4Mo2Cl8) • Ортофосфат калия (K3PO4) • Пербромат калия (KBrO4) • Периодат калия (KIO4) • Перманганат калия (KMnO4) • Пероксид калия (K2O2) • Пероксодикарбонат калия (К2С2О6) • Пероксомоносульфат калия (K2SO5) • Пероксодисульфат калия (K2S2O6(O2)) • Перренат калия (KReO4) • Перхлорат калия (KClO4) • Полисульфиды калия (K2Sn) • Политионаты калия (K2SnO6) • Сегнетова соль (NaKC4H4O6) • Соль Джонсона (K[I(I)2]•H2O) • Соль Цейзе (K[Pt(C2H4)Cl3]•H2O) • Сорбат калия (C6H7KO2) • Сульфат гидрат калия-гадолиния • Сульфат гидрат калия-кальция (K2Ca(SO4)2•H2O) • Сульфат калия (K2SO4) • Сульфат калия-кальция (K2Ca(SO4)2) • Сульфат хрома(III)-калия (KCr(SO4)2) Сульфид калия (K2S) • Сульфит дигидрат калия (K2SO3•2H2O) • Сульфит калия (K2SO3) • Тетрагидроалюминат калия (KAlH4) • Тетрагидроксодиоксоосмат(VI) калия (K2[OsO2(OH)4]) • Тетрагидроортотеллурат калия (K2H4TeO6) • Тетраиодомеркурат(II) калия (K2[HgI4]) • Тетранитроплатинат(II) калия (K2[Pt(NO2)4]) • Тетраоксорутенат(VI) калия (K2RuO4) • Тетрапероксохромат(V) калия (K3CrO8) • Тетрасиликат калия (K2Si4O9•H2O) • Тетрахлоромолибдат(III) калия (KMoCl4) • Тетрахлоропалладат(II) калия (K2[PdCl4]) • Тетрахлороплатинат(II) калия (K2[PtCl4]) • Тетрахлороферрат(III) калия (K[FeCl4]) • Тетрахлорплатинат калия (K2PtCl4) • Тетрацианоникколат(II) калия (K2[Ni(CN)4]) • Тетрацианоплатинат(II) калия (K2[Pt(CN)4]) • Тиосульфат калия (K2SO3S) • Тиоцианат калия (KSCN) • Феррат калия (K2FeO4) • Феррооксалат калия (K3[Fe(C2O4)3]) • Формиат калия (HCOOK) Фталимид калия • Фторид калия (KF) • Фторсульфит калия (KSO2F) • Хлорат калия (KClO3) • Хлорид калия (KCl) • Хлорид-триэтилалюминий калия ((C2H5)3Al•KCl) • Хромат калия (K2CrO4) • Хромит калия (KCrO2) • Цианат калия (KOCN) • Цианид калия (KCN) • Цианоаурат калия (K[Au(CN)2] • Этилксантогенат калия (C2H5OC(S)SK) •

Калий, свойства атома, химические и физические свойства.

K 19  Калий

39,0983(1)      1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹

Калий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации — главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.

Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия

Изотопы и модификации калия

Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства калия

Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием

Получение калия

Применение калия

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия:

Калий (лат. Kalium, от араб. аль-кали – «поташ») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением K и атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации – главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.

Калий – металл. Относится к группе щелочных металлов, а также лёгких, цветных металлов.

Калий обозначается символом K.

Как простое вещество калий при нормальных условиях представляет собой мягкий металл серебристо-белого цвета.

Молекула калия одноатомна.

Химическая формула калия K.

Электронная конфигурация атома калия 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. Потенциал ионизации (первый электрон) атома калия равен 418,81 кДж/моль (4,34066369(9) эВ).

Строение атома калия. Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 19 электронов. При этом 18 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку калий расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая и третья – внутренние оболочки представлена s- и р-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома калия – на 4s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома калия состоит из 19 протонов и 20 нейтронов. Калий относится к элементам s-семейства.

Радиус атома калия (вычисленный) составляет 243 пм.

Атомная масса атома калия составляет 39,0983(1) а. е. м.

Калий – седьмой по распространённости элемент в земной коре. Содержание его в земной коре составляет 1,5 %, в океанах и морях – 0,042 %.

Калий очень легко вступает в химические реакции.

Изотопы и модификации калия:

Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Подробные сведения на сайте ChemicalStudy.ru

100	Общие сведения
101	Название	Калий
102	Прежнее название
103	Латинское название	Kalium
104	Английское название	Potassium
105	Символ	K
106	Атомный номер (номер в таблице)	19
107	Тип	Металл
108	Группа	Щелочной, лёгкий, цветной металл
109	Открыт	Хемфри Дэви, Великобритания, 1807 г.
110	Год открытия	1807 г.
111	Внешний вид и пр.	Мягкий, серебристо-белый металл
112	Происхождение	Природный материал
113	Модификации
114	Аллотропные модификации
115	Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116	Конденсат Бозе-Эйнштейна	39K, 41K
117	Двумерные материалы
118	Содержание в атмосфере и воздухе (по массе)	0 %
119	Содержание в земной коре (по массе)	1,5 %
120	Содержание в морях и океанах (по массе)	0,042 %
121	Содержание во Вселенной и космосе (по массе)	0,0003 %
122	Содержание в Солнце (по массе)	0,0004 %
123	Содержание в метеоритах (по массе)	0,07 %
124	Содержание в организме человека (по массе)	0,2 %
200	Свойства атома
201	Атомная масса (молярная масса)	39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
202	Электронная конфигурация	1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
203	Электронная оболочка	K2 L8 M8 N1 O0 P0 Q0 R0
204	Радиус атома (вычисленный)	243 пм
205	Эмпирический радиус атома*	220 пм
206	Ковалентный радиус*	203 пм
207	Радиус иона (кристаллический)	K+ 151 (4) пм, 152 (6) пм, 165 (8) пм, 178 (12) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле)
208	Радиус Ван-дер-Ваальса	275 пм
209	Электроны, Протоны, Нейтроны	19 электронов, 19 протонов, 20 нейтронов
210	Семейство (блок)	элемент s-семейства
211	Период в периодической таблице	4
212	Группа в периодической таблице	1-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 1-ой группы)
213	Эмиссионный спектр излучения
300	Химические свойства
301	Степени окисления	0, +1
302	Валентность	I
303	Электроотрицательность	0,82 (шкала Полинга)
304	Энергия ионизации (первый электрон)	418,81 кДж/моль (4,34066369(9) эВ)
305	Электродный потенциал	K+ + e– → K, Eo = -2,924 В
306	Энергия сродства атома к электрону	48,383(2) кДж/моль (0,501459(13) эВ)
400	Физические свойства
401	Плотность*	0,862 г/см3 (при 20 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), 0,828  г/см3 (при температуре плавления 63,5 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость)
402	Температура плавления*	63,5 °C (336,7 K, 146,3 °F)
403	Температура кипения*	759 °C (1032 K, 1398 °F)
404	Температура сублимации
405	Температура разложения
406	Температура самовоспламенения смеси газа с воздухом
407	Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл)*	2,33 кДж/моль
408	Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип)*	76,9 кДж/моль
409	Удельная теплоемкость при постоянном давлении
410	Молярная теплоёмкость	29,6 Дж/(K·моль)
411	Молярный объём	45,675584 см³/моль
412	Теплопроводность	102,5 Вт/(м·К) (при стандартных условиях), 79,0 Вт/(м·К) (при 300 K)
500	Кристаллическая решётка
511	Кристаллическая решётка #1
512	Структура решётки	Кубическая объёмно-центрированная
513	Параметры решётки	5,332 Å
514	Отношение c/a
515	Температура Дебая	100 К
516	Название пространственной группы симметрии	Im_ 3m
517	Номер пространственной группы симметрии	229
900	Дополнительные сведения
901	Номер CAS	7440-09-7

Примечание:

205* Эмпирический радиус атома калия согласно [1] и [3] составляет 227 пм и 235 пм соответственно.

206* Ковалентный радиус калия согласно [1] составляет 203±12 пм.

401* Плотность калия согласно [3] составляет 0,856 г/см³ (при 0 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – твердое тело), согласно [4] 0,826  г/см³ (при 64 °C и иных стандартных условиях, состояние вещества – жидкость).

402* Температура плавления калия согласно [3] и [4] составляет 63,65 °C  (336,8 K, 146,57 °F) и 63,55 °C (336,7 K, 146,39 °F) соответственно.

403* Температура кипения калия согласно [3] и [4] составляет 773,85 °C (1047 K, 1424,93 °F) и 776 °C (1049,15 K, 1428,8 °F) соответственно.

407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔH_пл) калия согласно [4] составляет 2,38 кДж/моль.

408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔH_кип) калия согласно [4] составляет 79,2 кДж/моль.

Физические свойства калия:

Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием:

Получение калия:

Применение калия:

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

1. 1. Водород
2. 2. Гелий
3. 3. Литий
4. 4. Бериллий
5. 5. Бор
6. 6. Углерод
7. 7. Азот
8. 8. Кислород
9. 9. Фтор
10. 10. Неон
11. 11. Натрий
12. 12. Магний
13. 13. Алюминий
14. 14. Кремний
15. 15. Фосфор
16. 16. Сера
17. 17. Хлор
18. 18. Аргон
19. 19. Калий
20. 20. Кальций
21. 21. Скандий
22. 22. Титан
23. 23. Ванадий
24. 24. Хром
25. 25. Марганец
26. 26. Железо
27. 27. Кобальт
28. 28. Никель
29. 29. Медь
30. 30. Цинк
31. 31. Галлий
32. 32. Германий
33. 33. Мышьяк
34. 34. Селен
35. 35. Бром
36. 36. Криптон
37. 37. Рубидий
38. 38. Стронций
39. 39. Иттрий
40. 40. Цирконий
41. 41. Ниобий
42. 42. Молибден
43. 43. Технеций
44. 44. Рутений
45. 45. Родий
46. 46. Палладий
47. 47. Серебро
48. 48. Кадмий
49. 49. Индий
50. 50. Олово
51. 51. Сурьма
52. 52. Теллур
53. 53. Йод
54. 54. Ксенон
55. 55. Цезий
56. 56. Барий
57. 57. Лантан
58. 58. Церий
59. 59. Празеодим
60. 60. Неодим
61. 61. Прометий
62. 62. Самарий
63. 63. Европий
64. 64. Гадолиний
65. 65. Тербий
66. 66. Диспрозий
67. 67. Гольмий
68. 68. Эрбий
69. 69. Тулий
70. 70. Иттербий
71. 71. Лютеций
72. 72. Гафний
73. 73. Тантал
74. 74. Вольфрам
75. 75. Рений
76. 76. Осмий
77. 77. Иридий
78. 78. Платина
79. 79. Золото
80. 80. Ртуть
81. 81. Таллий
82. 82. Свинец
83. 83. Висмут
84. 84. Полоний
85. 85. Астат
86. 86. Радон
87. 87. Франций
88. 88. Радий
89. 89. Актиний
90. 90. Торий
91. 91. Протактиний
92. 92. Уран
93. 93. Нептуний
94. 94. Плутоний
95. 95. Америций
96. 96. Кюрий
97. 97. Берклий
98. 98. Калифорний
99. 99. Эйнштейний
100. 100. Фермий
101. 101. Менделеевий
102. 102. Нобелий
103. 103. Лоуренсий
104. 104. Резерфордий
105. 105. Дубний
106. 106. Сиборгий
107. 107. Борий
108. 108. Хассий
109. 109. Мейтнерий
110. 110. Дармштадтий
111. 111. Рентгений
112. 112. Коперниций
113. 113. Нихоний
114. 114. Флеровий
115. 115. Московий
116. 116. Ливерморий
117. 117. Теннессин
118. 118. Оганесон

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

Источники:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium
2. https://de.wikipedia.org/wiki/Kalium
3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Калий
4. http://chemister.ru/Database/properties.php?dbid=1&id=229
5. https://chemicalstudy.ru/kaliy-svoystva-atoma-himicheskie-i-fizicheskie-svoystva/

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

калий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле калия
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

Коэффициент востребованности
2 997

Калий,  ₁₉ К

Жемчужины калия (в парафиновом масле, ~5 мм каждая)
Калий
Произношение	​( pə- TASS -ee-əm )
вид	серебристо-серый
Стандартный атомный вес A r °(K)	39,0983 ± 0,0001 39,098 ± 0,001  (сокращенно)
Калий в периодической таблице
Водород гелий Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера хлор Аргон Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг кобальт никель Медь Цинк Галлий Германий мышьяк Селен Бром Криптон Рубидий Стронций Иттрий Цирконий ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод ксенон Цезий Барий Лантан Церий Празеодим неодим Прометий Самарий европий Гадолиний Тербий диспрозий гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести висмут Полоний Астатин Радон Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран нептуний Плутоний Америций Куриум Берклиум Калифорния Эйнштейний Фермиум Менделевий Нобелий Лоуренсиум Резерфордиум Дубниум Сиборгиум борий Хассиум Мейтнериум Дармштадциум рентгений Коперниций Нихоний Флеровиум Московиум Ливермориум Теннесси Оганесон Na ↑ K ↓ Rb аргон ← калий → кальций
Атомный номер ( Z )	19
Группа	группа 1: водород и щелочные металлы
Период	период 4
Блокировать	s-блок
Электронная конфигурация	[ Ар ] 4с 1
Электроны на оболочку	2, 8, 8, 1
Физические свойства
Фаза на  СТП	твердый
Температура плавления	336,7  К (63,5 ° С, 146,3 ° F)
Точка кипения	1032 К (759 ° С, 1398 ° F)
Плотность (около  rt )	0,89 г/см 3
в жидком состоянии (при  т.пл. )	0,828 г/см 3
Критическая точка	2223 К, 16 МПа
Теплота плавления	2,33  кДж/моль
Теплота парообразования	76,9 кДж/моль
Молярная теплоемкость	29,6 Дж/(моль·К)
Атомные свойства
Степени окисления	−1, +1 (сильноосновной оксид )
электроотрицательность	Шкала Полинга: 0,82
Энергии ионизации	1-й: 418,8 кДж/моль 2-й: 3052 кДж/моль 3-й: 4420 кДж/моль ( больше )
Радиус атома	эмпирический: 227  часов
Ковалентный радиус	203±12 часов
Радиус Ван-дер-Ваальса	275 часов
Спектральные линии калия
Другие свойства
Естественное явление	изначальный
Кристальная структура	объемно -центрированная кубическая (ОЦК)
Скорость звука тонкий стержень	2000 м/с (при 20 °C)
Тепловое расширение	83,3 мкм/(м⋅K) (при 25 °C)
Теплопроводность	102,5 Вт/(м⋅К)
Удельное электрическое сопротивление	72 нОм⋅м (при 20 °C)
Магнитный порядок	парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость	+20,8 × 10–6  см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших	3,53 ГПа
Модуль сдвига	1,3 ГПа
Объемный модуль	3,1 ГПа
Твердость по шкале Мооса	0,4
твердость по Бринеллю	0,363 МПа
Количество CAS	7440-09-7
История
Открытие и первая изоляция	Хамфри Дэви (1807 г.)
Символ	«K»: от нового латинского kalium.
Основные изотопы калия
Изотоп Избыток Период полувыведения ( t 1/2 ) Режим затухания Товар 39 К 93,258% стабильный 40 К 0,012% 1,248×10 9  лет β — 40 Са ε 40 Ар β + 40 Ар 41 К 6,730% стабильный
Категория: Калий Посмотреть разговаривать редактировать | использованная литература

Калий — это химический элемент с символом K (от неолатинского kalium ) и атомным номером  19. Калий — серебристо-белый металл, достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом с небольшим усилием. Металлический калий быстро реагирует с кислородом воздуха с образованием чешуйчатого белого пероксида калия всего за несколько секунд воздействия. Впервые он был выделен из поташа , золы растений, откуда и произошло его название. В периодической таблице калий является одним из щелочных металлов , каждый из которых имеет один валентный электрон на внешней электронной оболочке, который легко удаляется, образуя ион с положительным зарядом – катион , который соединяется с анионами с образованием солей . . Калий в природе встречается только в ионных солях. Элементарный калий энергично реагирует с водой, выделяя достаточно тепла для воспламенения водорода , выделяющегося в результате реакции, и горит пламенем сиреневого цвета . Он растворяется в морской воде (которая составляет 0,04% калия по весу) и встречается во многих минералах , таких как ортоклаз , обычный компонент гранитов и других магматических пород .

Калий химически очень похож на натрий , предыдущий элемент в группе 1 периодической таблицы. У них одинаковая первая энергия ионизации , которая позволяет каждому атому отдать свой единственный внешний электрон. В 1702 году предполагалось, что это отдельные элементы, которые соединяются с одними и теми же анионами с образованием сходных солей, и в 1807 году это было доказано с помощью электролиза . Встречающийся в природе калий состоит из трех изотопов , из которых⁴⁰
К радиоактивен ._ Следы от⁴⁰
K содержится во всем калии, и это наиболее распространенный радиоизотоп в организме человека.

Ионы калия необходимы для функционирования всех живых клеток. Перенос ионов калия через мембраны нервных клеток необходим для нормальной нервной передачи; Дефицит и избыток калия могут привести к многочисленным признакам и симптомам, включая аномальный сердечный ритм и различные электрокардиографические отклонения. Свежие фрукты и овощи являются хорошими диетическими источниками калия. Организм реагирует на приток пищевого калия, который повышает уровень калия в сыворотке, сдвигом калия извне внутрь клеток и увеличением экскреции калия почками.

В большинстве промышленных применений калия используется высокая растворимость в воде соединений калия, таких как калиевые мыла . Интенсивное растениеводство быстро истощает почву калием, и это можно исправить с помощью сельскохозяйственных удобрений, содержащих калий, на долю которых приходится 95% мирового химического производства калия.

Этимология

Английское название элемента калий происходит от слова potash , которое относится к раннему методу извлечения различных солей калия: помещение в горшок золы сгоревшего дерева или листьев дерева, добавление воды, нагревание и выпаривание раствора. Когда Хамфри Дэви впервые выделил чистый элемент с помощью электролиза в 1807 году, он назвал его калием , который он получил от слова поташ .

Символ К происходит от слова кали , которое, в свою очередь, происходит от корня слова щелочь , которое, в свою очередь, происходит от арабского : القَلْيَه al-qalyah «растительный пепел». В 1797 году немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил «калий» в минералах лейците и лепидолите и понял, что «калий» не является продуктом роста растений, а на самом деле содержит новый элемент, который он предложил назвать калием . В 1807 году Хамфри Дэви произвел этот элемент с помощью электролиза: в 1809 году Людвиг Вильгельм Гилберт предложил название калий для «калий» Дэви. В 1814 году шведский химик Берцелиус выступил за название калия для калия с химическим символом
K.

Англо- и франкоязычные страны приняли имя Дэви и Гей-Люссака/Тенара Potassium , тогда как германские страны приняли имя Гилберта/Клапрота Kalium . В «Золотой книге» Международного союза теоретической и прикладной химии официальный химический символ обозначен как
K.

Характеристики

Физический

Калий является вторым наименее плотным металлом после лития . Это мягкое твердое вещество с низкой температурой плавления , которое легко режется ножом. Свежесрезанный калий имеет серебристый вид, но сразу же начинает тускнеть до серого на воздухе. В тесте на пламя калий и его соединения излучают сиреневый цвет с максимальной длиной волны излучения 766,5 нанометров.

Нейтральные атомы калия имеют 19 электронов, что на один больше, чем у благородного газа аргона . Из-за низкой энергии первой ионизации 418,8  кДж / моль атом калия с гораздо большей вероятностью потеряет последний электрон и приобретет положительный заряд, хотя отрицательно заряженный щелочной K⁻
ионы не исключены. Напротив, вторая энергия ионизации очень велика (3052  кДж/моль).

Химическая

Калий реагирует с компонентами кислорода, воды и углекислого газа в воздухе. С кислородом образует перекись калия . С водой калий образует гидроксид калия . Реакция калия с водой может быть сильно экзотермической , особенно потому, что попутно образующийся газообразный водород может воспламениться. Из-за этого калий и жидкий сплав натрия и калия ( NaK ) являются сильными осушителями , хотя они больше не используются как таковые.

Соединения

Хорошо изучены три оксида калия: оксид калия (К ₂ О), пероксид калия (К ₂ О ₂ ) и супероксид калия (КО ₂ ). Бинарные бинарные соединения калия и кислорода реагируют с водой с образованием гидроксида калия .

Гидроксид калия (КОН) является сильным основанием. Иллюстрируя его гидрофильный характер, до 1,21 кг КОН может раствориться в одном литре воды. Безводный КОН встречается редко. КОН легко реагирует с углекислым газом с образованием карбоната калия и в принципе может быть использован для удаления следов газа из воздуха. Подобно близкородственному гидроксиду натрия, гидроксид калия реагирует с жирами с образованием мыла .
 

В целом соединения калия являются ионными и из-за высокой энергии гидратации K⁺
ион, обладают отличной растворимостью в воде. Основными частицами в водном растворе являются водные комплексы [K(H
₂О)
_н]⁺
где n = 6 и 7. Гептафтортанталат калия является промежуточным продуктом при очистке тантала от стойких примесей ниобия.

Калийорганические соединения иллюстрируют неионогенные соединения калия. Они имеют высокополярные ковалентные связи K—C. Примеры включают бензил калия . Калий встраивается в графит с образованием различных соединений, в том числе KC8 .

Изотопы

Известно 25 изотопов калия, три из которых встречаются в природе:³⁹
К (93,3%),⁴⁰
К (0,0117%) и⁴¹
К (6,7%). Встречающиеся в природе⁴⁰
K имеет период полураспада 1,250×10 ⁹ лет. Он распадается на стабильный⁴⁰
Ar за счет электронного захвата или эмиссии позитронов (11,2%) или до стабильного⁴⁰
Ca путем бета-распада (88,8%). Распад⁴⁰
от К до⁴⁰
Ar является основой распространенного метода датирования горных пород. Традиционный метод K-Ar датирования основан на предположении, что породы не содержали аргона во время образования и что весь последующий радиогенный аргон (⁴⁰
Ar ) количественно сохраняется. Минералы датируются измерением концентрации калия и количества радиогенных⁴⁰
Ar , который накопился. Минералы, наиболее подходящие для датирования, включают биотит , мусковит , метаморфическую роговую обманку и вулканический полевой шпат ; целые образцы горных пород из вулканических потоков и неглубоких интрузивов также могут быть датированы, если они не изменены. Помимо датирования, изотопы калия использовались в качестве индикаторов в исследованиях выветривания и круговорота питательных веществ , поскольку калий является макроэлементом , необходимым для жизни .

⁴⁰
K встречается в природном калии (и, следовательно, в некоторых коммерческих заменителях соли) в количестве, достаточном для того, чтобы большие мешки с этими заменителями можно было использовать в качестве радиоактивного источника для демонстраций в классе.⁴⁰
К — радиоизотоп с наибольшим содержанием в организме. У здоровых животных и людей⁴⁰
K представляет собой крупнейший источник радиоактивности, даже больший, чем¹⁴
С . В теле человека массой 70 кг около 4400 ядер⁴⁰
К распадается в секунду. Активность природного калия составляет 31 Бк /г.

Космическое формирование и распространение

Калий образуется в сверхновых путем нуклеосинтеза из более легких атомов. Калий в основном образуется в сверхновых типа II в результате взрывного процесса сжигания кислорода .⁴⁰
K также образуется в s-процессе нуклеосинтеза и в процессе горения неона .

Калий является 20-м наиболее распространенным элементом в Солнечной системе и 17-м наиболее распространенным элементом по весу на Земле. Он составляет около 2,6% веса земной коры и является седьмым по распространенности элементом в земной коре. Концентрация калия в морской воде составляет 0,39  г/л (0,039 мас./об.%), примерно одна двадцать седьмая от концентрации натрия.

Калий

Основная статья: Калий

Калий представляет собой в первую очередь смесь солей калия, потому что в растениях мало или совсем нет натрия, а остальная часть основного минерального содержимого растений состоит из солей кальция с относительно низкой растворимостью в воде. Хотя поташ использовался с древних времен, его состав не был понятен. Георг Эрнст Шталь получил экспериментальные данные, которые привели его к предположению о принципиальном различии солей натрия и калия в 1702 году, а Анри Луи Дюамель дю Монсо смог доказать это различие в 1736 году. Точный химический состав соединений калия и натрия и статус Калий и натрий как химический элемент тогда не были известны, поэтому Антуан Лавуазье не включил щелочь в свой список химических элементов в 1789 году. и порох в виде нитрата калия. Калийные мыла из животных жиров и растительных масел особенно ценились, потому что они, как правило, лучше растворяются в воде и имеют более мягкую текстуру, поэтому их называют мягкими мылами . Открытие Юстусом Либихом в 1840 году того, что калий является необходимым элементом для растений и что большинству типов почв не хватает калия, вызвало резкий рост спроса на калийные соли. Древесная зола елей изначально использовалась в качестве источника калийной соли для удобрений, но с открытием в 1868 году месторождений полезных ископаемых, содержащих хлорид калия, недалеко от Штасфурта , Германия, производство калийсодержащих удобрений началось в промышленных масштабах. Были открыты другие месторождения калия, и к 1960-м годам Канада стала доминирующим производителем.

Металл

Металлический калий был впервые выделен в 1807 году Гемфри Дэви, который получил его электролизом расплавленного КОН с помощью недавно открытого вольтова столба . Калий был первым металлом, который был выделен электролизом. Позже в том же году Дэви сообщил об экстракции металлического натрия из минерального производного ( каустической соды , NaOH или щелочи), а не из растительной соли, с помощью аналогичной техники, демонстрируя, что элементы и, следовательно, соли разные. Хотя производство металлических калия и натрия должно было показать, что оба являются элементами, потребовалось некоторое время, прежде чем эта точка зрения стала общепризнанной.

Из-за чувствительности калия к воде и воздуху для работы с этим элементом обычно используются безвоздушные методы . Он не вступает в реакцию с азотом и насыщенными углеводородами, такими как минеральное масло или керосин . Хорошо растворяется в жидком аммиаке до 480 г на 1000 г аммиака при 0  °С. В зависимости от концентрации растворы аммиака имеют цвет от синего до желтого, а их электропроводность аналогична электропроводности жидких металлов. Калий медленно реагирует с аммиаком с образованием KNH.
₂, но эта реакция ускоряется малыми количествами солей переходных металлов. Поскольку он может восстанавливать соли до металла, калий часто используется в качестве восстановителя при получении тонкоизмельченных металлов из их солей по методу Рике . Показательным является приготовление магния:

MgCl
₂+ 2 К → Mg + 2 KCl

Геология

Элементарный калий не встречается в природе из-за его высокой реакционной способности. Он бурно реагирует с водой (см. раздел «Меры предосторожности» ниже), а также реагирует с кислородом. Ортоклаз (калиевый полевой шпат) — распространенный породообразующий минерал. Гранит , например, содержит 5% калия, что намного выше среднего показателя в земной коре. Сильвит (KCl), карналлит (KCl·MgCl
₂·6(Н
₂O)) , каинит (MgSO
₄·KCl·3H
₂O) и лангбейнит (MgSO
₄·К
₂ТАК
₄) — это минералы, обнаруженные в крупных месторождениях эвапоритов по всему миру. Отложения часто имеют слои, начиная с наименее растворимого внизу и наиболее растворимого вверху. Залежи селитры ( нитрата калия ) образуются при разложении органического материала при контакте с атмосферой, преимущественно в пещерах; из-за хорошей растворимости селитры в воде образование более крупных отложений требует особых условий окружающей среды.

Биологическая роль

Калий является восьмым или девятым наиболее распространенным элементом по массе (0,2%) в организме человека, так что  взрослый человек весом 60 кг содержит в общей сложности около 120  г калия. Калия в организме примерно столько же, сколько серы и хлора, и только кальция и фосфора больше (за исключением вездесущих элементов CHON ). Ионы калия присутствуют в большом количестве белков и ферментов.

Биохимическая функция

Уровни калия влияют на множество физиологических процессов, в том числе

• клеточно-мембранный потенциал покоя и распространение потенциалов действия в нейронах, мышцах и сердечной ткани. Благодаря электростатическим и химическим свойствам K⁺
  ионы больше, чем Na⁺
  ионы, а ионные каналы и насосы в клеточных мембранах могут различать два иона, активно перекачивая или пассивно пропуская один из двух ионов, блокируя другой.
• секреция и действие гормонов
• сосудистый тонус
• системный контроль артериального давления
• моторика желудочно-кишечного тракта
• кислотно-щелочной гомеостаз
• метаболизм глюкозы и инсулина
• минералокортикоидное действие
• почечная концентрационная способность
• водно-электролитный баланс

Гомеостаз

Гомеостаз калия означает поддержание общего содержания калия в организме, уровня калия в плазме и соотношения концентраций внутриклеточного и внеклеточного калия в узких пределах, в условиях пульсирующего поступления (приема пищи), обязательной почечной экскреции и сдвигов между внутриклеточной и внеклеточной отсеки.

Плазменные уровни

Уровень калия в плазме обычно поддерживается на уровне от 3,5 до 5,5 миллимолей (ммоль) [или миллиэквивалентов (мэкв)] на литр с помощью нескольких механизмов. Уровни за пределами этого диапазона связаны с увеличением смертности от различных причин, а некоторые болезни сердца, почек и легких прогрессируют быстрее, если уровень калия в сыворотке крови не поддерживается в пределах нормы.

Средняя порция 40–50  ммоль дает организму больше калия, чем содержится во всей плазме (20–25  ммоль). Однако этот всплеск вызывает повышение уровня калия в плазме не более чем на 10% в результате быстрого и эффективного клиренса как почечными, так и внепочечными механизмами.

Гипокалиемия , дефицит калия в плазме, в тяжелой форме может привести к летальному исходу. Распространенными причинами являются повышенные желудочно-кишечные потери ( рвота , диарея ) и повышенные почечные потери ( диурез ). Симптомы дефицита включают мышечную слабость, паралитическую кишечную непроходимость , нарушения ЭКГ, снижение рефлекторной реакции; а в тяжелых случаях — паралич дыхания, алкалоз и сердечная аритмия .

Механизмы управления

Содержание калия в плазме жестко контролируется четырьмя основными механизмами, имеющими различные названия и классификации. Четыре из них: 1) реактивная система отрицательной обратной связи, 2) реактивная система прямой связи, 3) прогнозирующая или циркадианная система и 4) внутренняя или клеточная мембранная транспортная система. В совокупности первые три иногда называют «внешней системой гомеостаза калия»; и первые два, «реактивная система гомеостаза калия».

• Реактивная система отрицательной обратной связи относится к системе, которая индуцирует почечную секрецию калия в ответ на повышение уровня калия в плазме (прием калия, выход из клеток или внутривенное вливание).
• Система реактивной прямой связи относится к не до конца изученной системе, которая индуцирует секрецию калия почками в ответ на прием калия до любого повышения уровня калия в плазме. Это, вероятно, инициируется рецепторами калия клеток кишечника, которые обнаруживают проглоченный калий и запускают афферентные сигналы блуждающего нерва к гипофизу.
• Прогностическая или циркадианная система увеличивает почечную секрецию калия в часы приема пищи (например, в дневное время для людей, ночное время для грызунов) независимо от наличия, количества или отсутствия приема калия. Это опосредовано циркадным генератором в супрахиазматическом ядре мозга (центральные часы), который заставляет почки (периферические часы) выделять калий в этом ритмичном циркадном режиме.

  

  Действие натрий-калиевого насоса является примером первичного активного транспорта . Два белка-переносчика, встроенные в клеточную мембрану слева, используют АТФ для перемещения натрия из клетки против градиента концентрации; Два белка справа используют вторичный активный транспорт для перемещения калия в клетку. Этот процесс приводит к восстановлению АТФ.

• Система переноса ионов перемещает калий через клеточную мембрану, используя два механизма. Один из них активен и перекачивает натрий из клетки, а калий в нее. Другой пассивен и позволяет калию вытекать из клетки. Катионы калия и натрия влияют на распределение жидкости между внутриклеточными и внеклеточными компартментами осмотическими силами. Перемещение калия и натрия через клеточную мембрану опосредуется насосом Na+/K+-АТФазы . Этот ионный насос использует АТФ для откачки трех ионов натрия из клетки и двух ионов калия в клетку, создавая электрохимический градиент и электродвижущую силу через клеточную мембрану. Высокоселективные калиевые ионные каналы (которые представляют собой тетрамеры ) имеют решающее значение для гиперполяризации внутри нейронов после запуска потенциала действия, если привести один пример. Самым недавно обнаруженным каналом иона калия является KirBac3.1, который составляет в общей сложности пять каналов иона калия (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP и MthK) с определенной структурой. Все пять относятся к прокариотическим видам.

Почечная фильтрация, реабсорбция и экскреция

Обработка калия почками тесно связана с обработкой натрия. Калий является основным катионом (положительным ионом) внутри клеток животных [150  ммоль/л, (4,8  г)], тогда как натрий является основным катионом внеклеточной жидкости [150  ммоль/л, (3,345  г)]. В почках за сутки через клубочки и в почечные канальцы  фильтруется около 180 литров плазмы. Эта фильтрация включает около 600 г натрия и 33 г калия. Поскольку только 1–10 г натрия и 1–4 г калия могут быть заменены диетой, почечная фильтрация должна эффективно реабсорбировать остаток из плазмы.
    

Натрий реабсорбируется для поддержания внеклеточного объема, осмотического давления и концентрации натрия в сыворотке в узких пределах. Калий реабсорбируется для поддержания концентрации калия в сыворотке крови в узких пределах. Натриевые насосы в почечных канальцах работают для реабсорбции натрия. Калий необходимо беречь, но поскольку количество калия в плазме крови очень мало, а пул калия в клетках примерно в 30 раз больше, для калия ситуация не столь критична. Поскольку калий перемещается пассивно в противотоке натрию в ответ на кажущееся (но не фактическое) равновесие Доннана , моча никогда не может опуститься ниже концентрации калия в сыворотке, за исключением случаев, когда в конце обработки активно выделяется вода. Калий дважды экскретируется и трижды реабсорбируется, прежде чем моча достигает собирательных трубочек. В этот момент моча обычно имеет примерно такую ​​же концентрацию калия, как и плазма. В конце обработки калий выделяется еще раз, если его уровень в сыворотке слишком высок.

При отсутствии потребления калия он выводится из организма в количестве около 200  мг в день до тех пор, пока примерно через неделю уровень калия в сыворотке не снизится до умеренно дефицитного уровня 3,0–3,5  ммоль/л. Если калий все еще удерживается, концентрация продолжает падать до тех пор, пока серьезный дефицит не приведет к возможной смерти.

Калий пассивно перемещается через поры в клеточной мембране. Когда ионы движутся через переносчики ионов (насосы), в насосах есть ворота с обеих сторон клеточной мембраны, и только один из них может быть открыт одновременно. В результате за секунду проходит около 100 ионов. Ионный канал имеет только одни ворота, и через них может проходить только один тип ионов со скоростью от 10 до 100 миллионов ионов в секунду. Кальций необходим для открытия пор, хотя кальций может работать и в обратном направлении, блокируя хотя бы одну из пор. Карбонильные группы внутри поры аминокислот имитируют гидратацию воды, происходящую в водном растворе, благодаря природе электростатических зарядов на четырех карбонильных группах внутри поры.

Питание

Диетические рекомендации

Национальная медицинская академия США (NAM) от имени США и Канады устанавливает расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) или адекватное потребление (AI) для случаев, когда нет достаточной информации для установления EAR. и RDA. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются эталонными нормами потребления с пищей .

Как для мальчиков, так и для девочек в возрасте до 9 лет ИА для калия составляют: 400  мг калия для детей в возрасте 0–6 месяцев, 860  мг калия для детей в возрасте 7–12 месяцев, 2000  мг калия для детей. детям 1-3 лет и 2300  мг калия детям 4-8 лет.

Для мужчин в возрасте 9 лет и старше ИП для калия составляют: 2500  мг калия для мужчин в возрасте 9-13 лет, 3000  мг калия для мужчин в возрасте 14-18 лет и 3400  мг калия для мужчин, которые 19 лет и старше.

Для женщин в возрасте 9 лет и старше ИП калия составляют: 2300  мг калия для женщин в возрасте 9-18 лет и 2600  мг калия для женщин в возрасте 19 лет и старше.

Для беременных и кормящих женщин ИП калия составляют: 2600  мг калия для беременных женщин в возрасте 14-18 лет, 2900  мг для беременных женщин в возрасте 19 лет и старше; кроме того, 2500  мг калия для кормящих женщин в возрасте 14-18 лет и 2800  мг для кормящих женщин в возрасте 19 лет и старше. Что касается безопасности, NAM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, но для калия доказательств было недостаточно, поэтому UL не был установлен.

По состоянию на 2004 год большинство взрослых американцев потребляют менее 3000  мг.

Аналогичным образом, в Европейском Союзе , в частности в Германии и Италии , довольно часто встречается недостаточное потребление калия. Британская национальная служба здравоохранения рекомендует аналогичное потребление, заявляя, что взрослым требуется 3500  мг в день и что избыточное количество может вызвать проблемы со здоровьем, такие как боль в животе и диарея.

Ранее Адекватное потребление для взрослых было установлено на уровне 4700 мг в день. В 2019 году Национальные академии наук, инженерии и медицины пересмотрели ИИ для калия до 2600 мг/сутки для женщин 19 лет и старше и 3400 мг/сутки для мужчин 19 лет и старше.

Источники питания

Калий присутствует во всех фруктах, овощах, мясе и рыбе. Продукты с высоким содержанием калия включают батат , петрушку , курагу , молоко , шоколад , все орехи (особенно миндаль и фисташки ), картофель , побеги бамбука , бананы , авокадо , кокосовую воду , соевые бобы и отруби .

Министерство сельского хозяйства США перечисляет томатную пасту , апельсиновый сок , зелень свеклы , белую фасоль , картофель , плантаны , бананы , абрикосы и многие другие диетические источники калия, ранжированные в порядке убывания содержания калия. Суточная норма калия содержится в 5 бананах или 11 бананах.

Недостаточное потребление

Диеты с низким содержанием калия могут привести к гипертонии и гипокалиемии .

Дополнение

Добавки калия наиболее широко используются в сочетании с диуретиками , которые блокируют реабсорбцию натрия и воды выше по течению от дистальных канальцев ( тиазиды и петлевые диуретики ), поскольку это способствует увеличению секреции калия в дистальных канальцах, что приводит к увеличению экскреции калия. Доступны различные рецептурные и безрецептурные добавки. Хлорид калия можно растворить в воде, но соленый/горький вкус делает жидкие добавки неприятными на вкус. Типичные дозы варьируются от 10  ммоль (400  мг) до 20  ммоль (800  мг). Калий также доступен в таблетках или капсулах, состав которых обеспечивает медленное выщелачивание калия из матрицы, поскольку очень высокие концентрации ионов калия, присутствующие рядом с твердой таблеткой, могут повредить слизистую оболочку желудка или кишечника. По этой причине безрецептурные таблетки калия в США ограничены законом до 99  мг калия.

Поскольку почки являются местом экскреции калия, люди с нарушением функции почек подвержены риску гиперкалиемии , если не ограничивать потребление калия и добавок с пищей. Чем тяжелее нарушение, тем более строгие ограничения необходимы для предотвращения гиперкалиемии.

Мета -анализ  пришел к выводу, что увеличение ежедневного потребления калия на 1640 мг было связано со снижением риска инсульта на 21%. Хлорид калия и бикарбонат калия могут быть полезны для контроля легкой гипертензии . В 2017 году калий был 37-м наиболее часто назначаемым лекарством в Соединенных Штатах: было выписано более 19 миллионов рецептов.

Обнаружение вкусовыми рецепторами

Калий можно определить по вкусу, потому что он вызывает три из пяти типов вкусовых ощущений в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы ионов калия имеют сладкий вкус, что позволяет иметь умеренные концентрации в молоке и соках, в то время как более высокие концентрации становятся все более горькими/щелочными и, наконец, также солеными на вкус. Сочетание горечи и солености растворов с высоким содержанием калия делает добавление высоких доз калия в жидкие напитки проблемой вкусовых качеств.

Коммерческое производство

Добыча

Соли калия, такие как карналлит , лангбейнит , полигалит и сильвит , образуют обширные залежи эвапорита на дне древних озер и на морском дне , что делает добычу солей калия в этих средах коммерчески выгодной. Основной источник калия – поташ – добывается в Канаде , России , Белоруссии , Казахстане , Германии , Израиле , США , Иордании и других местах по всему миру. Первые добытые месторождения были расположены недалеко от Штасфурта, Германия, но месторождения простираются от Великобритании через Германию до Польши. Они расположены в Цехштайне и отложились в средней и поздней перми . Крупнейшие из когда-либо обнаруженных месторождений лежат на глубине 1000 метров (3300 футов) под поверхностью канадской провинции Саскачеван . Месторождения расположены в группе Элк-Пойнт , разрабатываемой в среднем девоне . В Саскачеване, где с 1960-х годов работает несколько крупных шахт, впервые была применена технология замораживания влажных песков (формация Блэрмор) для прохода через них шахтных стволов. Основной компанией по добыче калия в Саскачеване до ее слияния была Potash Corporation of Saskatchewan , теперь Nutrien . Вода Мертвого моря используется Израилем и Иорданией в качестве источника калия, в то время как его концентрация в обычных океанах слишком мала для коммерческого производства по нынешним ценам.

Для отделения солей калия от соединений натрия и магния используется несколько методов. Наиболее часто используется метод фракционного осаждения с использованием различий в растворимости солей. На некоторых шахтах также применяется электростатическое разделение измельченной солевой смеси. Образующиеся натриевые и магниевые отходы либо складируются под землей, либо складируются в отвалах . Большая часть добытого минерала калия после обработки превращается в хлорид калия. Горнодобывающая промышленность называет хлорид калия либо поташем, либо хлористым калием, либо просто MOP.

Чистый металлический калий может быть выделен электролизом его гидроксида в процессе, который мало изменился с тех пор, как он был впервые использован Гемфри Дэви в 1807 году. Хотя процесс электролиза был разработан и использовался в промышленных масштабах в 1920-х годах, термический метод реакции натрия с хлоридом калия в равновесной химической реакции стал доминирующим методом в 1950-х годах.

Производство сплавов натрия и калия осуществляется путем изменения времени реакции и количества натрия, используемого в реакции. Процесс Грисхаймера, использующий реакцию фторида калия с карбидом кальция , также использовался для получения калия.

Na + KCl → NaCl + K (термический метод)                    

2 КФ + СаС
₂→ 2 К + CaF
₂+ 2 C (процесс Гризхаймера)   

Металлический калий реактивной чистоты стоит около 10 долларов США за фунт (22 доллара США за кг ) в 2010 году при закупке тоннами . Металл более низкой чистоты значительно дешевле. Рынок нестабилен, потому что долгосрочное хранение металла затруднено. Он должен храниться в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла , чтобы предотвратить образование поверхностного слоя надпероксида калия , чувствительного к давлению взрывчатого вещества , которое детонирует при царапании. В результате взрыва часто возникает пожар, который трудно потушить.

Катионная идентификация

В настоящее время калий определяют количественно методами ионизации, но когда-то его количественно определяли гравиметрическим анализом .

Реагенты, используемые для осаждения солей калия, включают тетрафенилборат натрия , гексахлорплатиновую кислоту и кобальтинитрит натрия в соответственно тетрафенилборат калия , гексахлорплатинат калия и кобальтинитрит калия . Показательна реакция с кобальтинитритом натрия :

3K ⁺ + Na ₃ [Co(NO ₂ ) ₆ ] → K ₃ [Co(NO ₂ ) ₆ ] + 3Na ⁺

Кобальтинитрит калия получают в виде твердого вещества желтого цвета.

Коммерческое использование

Удобрение

Ионы калия являются важным компонентом питания растений и содержатся в большинстве типов почв . Они используются в качестве удобрения в сельском хозяйстве , садоводстве и гидропонной культуре в виде хлорида (KCl), сульфата ( K
₂ТАК
₄), или нитрат ( KNO
₃), представляющий «К» в «NPK» . Сельскохозяйственные удобрения потребляют 95% мирового химического производства калия, и около 90% этого калия поставляется в виде KCl. Содержание калия в большинстве растений колеблется от 0,5 % до 2 % от убранной массы урожая, условно выражаемое в виде количества калия .
₂О . Современное высокоурожайное сельское хозяйство зависит от удобрений, которые восполняют потерю калия при сборе урожая. Большинство сельскохозяйственных удобрений содержат хлорид калия, а сульфат калия используется для культур, чувствительных к хлоридам, или культур, требующих более высокого содержания серы. Сульфат образуется в основном при разложении сложных минералов каинита ( MgSO
₄·KCl·3H
₂O ) и лангбейнит ( MgSO
₄·К
₂ТАК
₄). Лишь очень немногие удобрения содержат нитрат калия. В 2005 г. около 93% мирового производства калия потреблялось промышленностью по производству удобрений. Кроме того, калий может играть ключевую роль в круговороте питательных веществ, контролируя состав подстилки.

Медицинское использование

цитрат калия

Цитрат калия используется для лечения почечнокаменной болезни , называемой почечным канальцевым ацидозом .

Хлорид калия

Калий в форме хлорида калия используется в качестве лекарства для лечения и предотвращения низкого содержания калия в крови . Низкий уровень калия в крови может возникнуть из-за рвоты , диареи или приема некоторых лекарств. Его вводят путем медленной инъекции в вену или внутрь.

Пищевые добавки

Тартрат калия-натрия ( KNaC
₄ЧАС
₄О
₆, сегнетовая соль ) является основным компонентом некоторых разновидностей разрыхлителя ; он также используется при серебрении зеркал. Бромат калия ( KBrO
₃) — сильный окислитель (Е924), используемый для повышения прочности теста и высоты подъема. Бисульфит калия ( KHSO
₃) используется в качестве пищевого консерванта, например, в виноделии и пивоварении (но не в мясе). Он также используется для отбеливания текстиля и соломы, а также при дублении кожи .

промышленный

Основными химическими веществами калия являются гидроксид калия, карбонат калия, сульфат калия и хлорид калия. Ежегодно производятся мегатонны этих соединений.

Гидроксид калия KOH является сильным основанием, которое используется в промышленности для нейтрализации сильных и слабых кислот , для контроля pH и для производства солей калия . Он также используется для омыления жиров и масел , в промышленных чистящих средствах и в реакциях гидролиза , например, сложных эфиров .

Нитрат калия ( KNO
₃) или селитра получена из природных источников, таких как гуано и эвапориты , или произведена с помощью процесса Габера ; это окислитель в порохе ( черный порох ) и важное сельскохозяйственное удобрение. Цианид калия (KCN) используется в промышленности для растворения меди и драгоценных металлов, в частности серебра и золота , путем образования комплексов . Его применения включают добычу золота , гальваническое покрытие и гальванопластику этих металлов ; он также используется в органическом синтезе для получения нитрилов . Карбонат калия ( K
₂СО
₃или поташ) используется в производстве стекла, мыла, цветных телевизионных трубок, люминесцентных ламп, текстильных красителей и пигментов. Перманганат калия ( KMnO
₄) является окисляющим, отбеливающим и очищающим веществом и используется для производства сахарина . Хлорат калия ( KClO
₃) добавляется к спичкам и взрывчатым веществам. Бромид калия (KBr) раньше использовался как успокаивающее средство и в фотографии.

В то время как хромат калия ( K
₂CrO
₄) используется в производстве множества различных коммерческих продуктов, таких как чернила , красители , морилки (путем реакции с дубильной кислотой в древесине), взрывчатые вещества , фейерверки , бумага для мух и безопасные спички , а также при дублении кожа, все эти применения обусловлены химическим составом иона хромата, а не иона калия.

Ниша использует

Существуют тысячи применений различных соединений калия. Одним из примеров является супероксид калия , KO
₂, оранжевое твердое вещество, которое действует как портативный источник кислорода и поглотитель углекислого газа. Он широко используется в дыхательных системах в шахтах, подводных лодках и космических кораблях, так как занимает меньший объем, чем газообразный кислород.

4 КО 
₂+ 2  СО ₂ → 2 К 
₂СО
₃+ 3 О 
₂

Другим примером является кобальтинитрит калия , K
₃[Ко(НЕТ
₂)
₆] , который используется в качестве художественного пигмента под названием ауреолин или желтый кобальт.

Стабильные изотопы калия можно охлаждать лазером и использовать для исследования фундаментальных и технологических проблем квантовой физики . Два бозонных изотопа обладают удобными резонансами Фешбаха , позволяющими проводить исследования, требующие настраиваемых взаимодействий, в то время как ⁴⁰ K является одним из двух стабильных фермионов среди щелочных металлов.

Лабораторное использование

Сплав натрия и калия, NaK представляет собой жидкость, используемую в качестве теплоносителя и осушителя для производства сухих и безвоздушных растворителей . Его также можно использовать в реактивной дистилляции . Тройной сплав из 12% Na, 47% K и 41% Cs имеет самую низкую температуру плавления -78 ° C среди всех металлических соединений.
 

Металлический калий используется в нескольких типах магнитометров .

Меры предосторожности

Калий

Опасности
Маркировка СГС :
Пиктограммы
Сигнальное слово	Опасность
Заявления об опасности	Х260 , Х314
Заявления о мерах предосторожности	П223 , П231+П232 , П280 , П305+П351 +П338 , П370+П378 , П422
NFPA 704 (огненный алмаз)	3 3 2 Вт

Металлический калий может бурно реагировать с водой с образованием гидроксида калия (КОН) и газообразного водорода .

2 K (т) + 2
H ₂ O (ж) → 2 KOH (водн.) + H
₂↑ (г)

Эта реакция является экзотермической и выделяет достаточно тепла для воспламенения образующегося водорода в присутствии кислорода. Мелкоизмельченный калий воспламеняется на воздухе при комнатной температуре. Объемный металл воспламеняется на воздухе при нагревании. Поскольку его плотность составляет 0,89  г/см ³ , горящий калий всплывает в воде, подвергая его воздействию атмосферного кислорода. Многие распространенные средства пожаротушения, включая воду, либо неэффективны, либо усугубляют калиевый пожар. Азот , аргон , хлорид натрия (поваренная соль), карбонат натрия (кальцинированная сода) и диоксид кремния (песок) эффективны, если они сухие. Некоторые порошковые огнетушители класса D , предназначенные для тушения металлических пожаров, также эффективны. Эти агенты лишают огонь кислорода и охлаждают металлический калий.

При хранении калий образует пероксиды и супероксиды. Эти пероксиды могут бурно реагировать с органическими соединениями , такими как масла. И пероксиды, и супероксиды могут взрывоопасно реагировать с металлическим калием.

Поскольку калий реагирует с водяным паром на воздухе, его обычно хранят под безводным минеральным маслом или керосином. Однако, в отличие от лития и натрия, калий не следует хранить под маслом дольше шести месяцев, за исключением инертной (бескислородной) атмосферы или вакуума. При длительном хранении на воздухе на металле и под крышкой контейнера могут образоваться опасные ударочувствительные пероксиды, способные детонировать при открывании.

Прием внутрь большого количества соединений калия может привести к гиперкалиемии , сильно влияющей на сердечно-сосудистую систему. Хлорид калия используется в Соединенных Штатах для смертельных инъекций .

Смотрите также

использованная литература

Библиография

• Буркхардт, Элизабет Р. (2006). «Калий и калиевые сплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Том. А22. стр. 31–38. doi : 10.1002/14356007.a22_031.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
• Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Холлеман, Арнольд Ф .; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (2007). «Калий» . Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (91–100 изд.). Вальтер де Грюйтер. ISBN 978-3110177701.
• Шульц, Х .; и другие. (2006). «Соединения калия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Том. А22. стр. 39–103. doi : 10.1002/14356007.a22_031.pub2 . ISBN 978-3-527-30673-2.
• Национальная база данных питательных веществ . Архивировано 10 августа 2014 г. в Wayback Machine на веб- сайте Министерства сельского хозяйства США .

внешние ссылки

• «Калий» . Информационный портал о наркотиках . Национальная медицинская библиотека США.

Калий
Аргон ← Калий → Кальций N / A     19 K                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ K ↓ Руб. Полный стол • Расширенный стол
Положение в периодической таблице
Символ	K
Фамилия	Калий
Атомный номер	19
Группа	1
Период	4- й период
Блокировать	Блок s
Семейство элементов	Щелочной металл
Электронная конфигурация	[ Ar ] 4 с 1
Электроны по уровню энергии	2, 8, 8, 1
Атомарные свойства элемента
Атомная масса	39,0983  ± 0,0001  ед.
Атомный радиус (расч.)	220  вечера ( 243  вечера )
Ковалентный радиус	203  ± 12  часов
Радиус Ван-дер-Ваальса	275  вечера
Состояние окисления	1
Электроотрицательность ( Полинг )	0,82
Окись	база сильная
Энергии ионизации
1 re  : 4,3406633  эВ	2 e  : 31,63  эВ
3 э  : 45,806  эВ	4 e  : 60,91  эВ
5 e  : 82,66  эВ	6 e  : 99,4  эВ
7 e  : 117,56  эВ	8 e  : 154,88  эВ
9 e  : 175,8174  эВ	10 e  : 503,8  эВ
11 e  : 564,7  эВ	12 e  : 629,4  эВ
13 e  : 714,6  эВ	14 e  : 786,6  эВ
15 e  : 861,1  эВ	16 e  : 968  эВ
17 e  : 1033,4  эВ	18 e  : 4610,8  эВ
19- я  : 4 934 046  эВ
Самые стабильные изотопы
Исо ГОД Период Доктор медицины Эд PD МэВ 39 К 93,26  % стабильный с 20 нейтронами 40 К 116,7  частей на миллион 1,248 × 10 9  а 10,48  % β + ,ε —-— 89,52  % β— 1,505 — 1,3111 40 Ar —-— 40 Ca 41 К 6,73  % стабильный с 22 нейтронами
Простые физические свойства тела
Обычное состояние	твердый
Объемная масса	0,89  г · см -3
Кристаллическая система	Кубический центрированный
Твердость	0,4
Цвет	серебристо-белый
Точка слияния	63,5  ° С
Точка кипения	759  ° С
Энергия термоядерного синтеза	2,334  кДж · моль -1
Энергия парообразования	79,87  кДж · моль -1
Молярный объем	45,94 × 10 -6  м 3 · моль -1
Давление газа	1,06 × 10-4  Па
Скорость звука	2000  м · с -1 до 20  ° C
Массовое тепло	757  Дж · кг -1 · К -1
Электрическая проводимость	13,9 х 10 6  См · м -1
Теплопроводность	102,4  Вт · м -1 · К -1
Разные
Н о  CAS	7440-09-7
N о  ИК	100 028 290
N о  ЕС	231-119-8
Меры предосторожности
SGH
Опасность H260, H314, EUH014, P223, P231, P232, P280, P305, P338, P351, P370, P378, P422,
WHMIS
B6, E,
NFPA 704
3 3 2 W
Транспорт
423    2257
Единицы SI и STP, если не указано иное.

Калия является химическим элементом из атомного номера 19, символ K (от  латинского  калия ). Это мягкий щелочной металл с металлически- белым слегка голубоватым оттенком, который естественным образом обнаруживается в связке с другими элементами в морской воде и во многих минералах. Он быстро окисляется при контакте с воздухом и бурно реагирует с водой . По химическому составу он похож на натрий .

История

Калий был обнаружен в 1807 г. сэром Хамфри Дэви , который получают путем электролиза из гидроксида калия  ; это также первый металл, выделенный электролизом. Это также Дэви, который придумал слово калий от слова поташ (название гидроксида калия в то время) и суффикса -ium .

Символ K относится к латинскому kalium , которое произошло от арабского al-qalyah — القَلْيَة ( « саликорний ясень  » ), растения, богатого калием. Калий также называют калием на немецком и других германских языках.

В биологическом анализе

Уровень калия в крови называется сывороточным калием . В крови взрослого натощак со средним весом он должен быть от 3,5 до 4,5 ммоль / л.

Характеристики

Химические характеристики

Калий — это мягкое твердое вещество, которое легко разрезать ножом. Свежие нарезанные поверхности имеют металлический вид. Он быстро окисляется на воздухе и поэтому должен храниться в масле.

Как и другие щелочные металлы, вода разлагается при контакте с образованием водорода . При погружении в воду он бурно реагирует с образованием водорода, который может воспламениться или даже взорваться в присутствии кислорода и источника тепла.

Его соли излучают пурпурный цвет при воздействии пламени.

Физические характеристики

• В сочетании с натрием калий составляет смесь NaK, используемую в качестве хладагента в теплообменниках. Смесь 78% K и 22% Na имеет точку плавления -12,6 и кипит при 785  ° C, что облегчает работу контура жидкости и предотвращает риск замерзания.
• Коэффициент расширения при 25  ° C = 83 × 10 ⁻⁶  K ⁻¹
• Оценка плотности твердого тела: ρ = 890 / (1 + 0,000 083⋅ (t-25)) ³  ; с ρ в кг / м ³ и t в ° C
• Соотношение плотности жидкости: ρ = 839,853 — 0,222 ⋅ т; с ρ в кг / м ³ и t в ° C; применим от 100 до 600  ° C
• Корреляция для значения Cp твердого тела: Cp = 0,709 16 + 0,002076 6 ⋅ t; с Cp в кДж / (кг⋅K) и t в ° C; применимо от 0 до 60  ° C
• Корреляция для значения Cp жидкости: Cp = 0,950 054 — 0,000 488 51 t + 0,000 000 314 284 ⋅ t ²  ; с Cp в кДж / (кг⋅K) и t в ° C; применим от 70 до 600  ° C
• Соотношение динамической вязкости жидкости: μ = — 0,000 000 013 350 779 t ³ + 0,000 014 391 07 ⋅ t ² — 0,005 149 607 1 ⋅ t + 0,8329122; с μ в мкг / (м⋅с) и t в ° C; применим от 70 до 600  ° C

Некоторые термодинамические характеристики калия

Температура (° C)	Массовая плотность ρ (кг / м 3 )	Динамическая вязкость μ (10 -3 кг / (m⋅s))	Тепловая проводимость λ (Вт / (m⋅K))	Тепловая емкость при постоянном давлении Cp (кДж / (kg⋅K))	Комментарий
-173,15	925,5			0,628	твердый
0	890 (860)		102,4	0,757 (0,709)	твердый
25	884,5		102,5 (99,0)	0,753 (0,761)	твердый
63,5	876,00 (твердый) 825,7 (жидкий)	0,56		0,921 (жидкость)	разжижение
100	817,7 (819,0)	0,4588		0,905 (0,8117)	жидкость
200	795,5 (795,0)	0,3050	«8»	0,865 (0,7895)	жидкость
300	773,3	0,2358	«11»	0,832 (0,7924)	жидкость
400	751,1 (747,0)	0,1947	«13»	0,805 (0,7782)	жидкость

Изотопы

Калий имеет 24 известных изотопа с массовыми числами от 32 до 55, а также четыре ядерных изомера .

Калий встречается в природе в виде трех изотопов: ³⁹ К (93,26%) и ⁴¹ К (6,73%), оба стабильных, и долгоживущий радиоизотоп ( период полураспада 1,248 миллиарда лет), ⁴⁰ К (0,01167%). Все остальные радиоизотопы калия имеют период полураспада менее одного дня, а большинство из них — менее одной минуты.

Стандартная атомная масса калия составляет 39,0983 (1) ед.

Распад ⁴⁰ K:

• по β-излучению ^— в ⁴⁰ Ca (88,8%)
• с помощью электронного захвата (11,2%) и с помощью & beta ; ⁺ эмиссии (очень редко) в ⁴⁰ Ar  ;

Калий-аргонный метод датирования (пара изотопов ⁴⁰ K — ⁴⁰ Ar) обычно используется для датирования горных пород.

Ион калия

Ион K ⁺ представляет собой большой катион (~ 140  мкм ), который плохо координируется , и поэтому его трудно осаждать в водном растворе. Однако перхлорат калия KClO ₄ плохо растворим в воде ( 7  г / л при 0  ° C , 20  г / л при 25  ° C ). Он образует комплексы с краун-эфирами , что позволяет растворять часть его солей в органическом растворе.

Депозиты

Этот элемент составляет примерно 2,58% от общего веса земной коры , из которых он является одним из семи самых распространенных элементов.

Калий не является естественным элементом . Его получают в основном из гидроксида калия с помощью процесса сухого электролиза в расплаве, принцип которого практически не изменился с момента его открытия сэром Дэви .

Минералы, такие как карналлит KMgCl ₃ 6H ₂ O, лангбейнит K ₂ Mg ₂ (SO ₄ ) ₃ , полигалит K ₂ Ca ₂ Mg (SO ₄ ) ₄ 2H ₂ O и сильвин KCl, обнаруженные на дне древних озер и морей. являются важными минералами калия и позволяют его экономическое использование.

Основные месторождения калия расположены в Саскачеване , Беларуси , России (см. Компанию « Уралкалий » ), Нью-Мексико , Калифорнии и Юте , а также в Эльзасе и Германии .

Океаны представляют собой важный резерв калия, но его концентрация ниже, чем у натрия (ср. Морская вода ).

Синтез калия

Калий получают восстановлением жидкого хлорида калия (KCl) парами натрия при 870  ° C с последующей перегонкой.

Использование калия

Применение металлического калия

• Металлический калий используется в качестве реагента во многих тонких химических и фармацевтических реакциях, где он используется, в частности, из-за его свойств в качестве мощного восстановителя (действие аналогично металлическому натрию ).
• NaK сплав используется в термотрансферах: калий, как натрий , является отличным проводником тепла.

Соединения калия

Калий — незаменимый элемент для роста растений; он обнаружен в виде соединений в большинстве почв (см. Роль калия в удобрении ).

Калий жизненно важен для функционирования клеток животных (см. Натрий-калиевый насос ).

Его основные соединения:

• гидроксид калия более известный под названием едкого кали или едкого кали , и используется для изготовления продукции моющих средств  ;
• хлорид калия используется в качестве замены поваренной соли , вливание в больнице , чтобы восполнить дефицит , вызывая сердечные аритмии. Слишком высокие дозы могут остановить сердце  : это случай смертельных инъекций;
• нитрат калия — селитра или селитра , используемая в порохе  ;
• карбонат калия используется в производстве стекла и является основным компонентом калийных удобрений (удобрения);
• в удобрениях NPK ( азот — фосфор — калий);
• другие важные соли калия:
  • бромид калия ,
  • йодид калия ,
  • фосфат калия ,
  • сульфат калия ,
  • бисульфит калия .

Медицинские аспекты

Питание и медицина

Калий является важным питательным веществом для питания человека.

Калий в форме катиона K ⁺ является основным внутриклеточным ионом организма . Существует градиент концентрации в пользу выхода иона из внутриклеточного компартмента во внеклеточный компартмент. Этот градиент поддерживается насосами, расположенными в клеточных мембранах , в частности, натриево-калиевый насос отвечает за существование отрицательного потенциала покоя, присутствующего во всех живых клетках.

Концентрация К ^{+ в} плазме (или калия в сыворотке ) очень точно регулируется, особенно в почках , так что этот уровень остается в точном диапазоне от 3,5 до 5,5  ммоль · л ^-1 . Патологические изменения уровня калия в сыворотке ( гипокалиемия и особенно гиперкалиемия ) являются тяжелыми нарушениями, которые могут привести к фатальным сердечным аномалиям .

Разнообразное питание — лучший способ поддерживать в организме хороший уровень калия. Исследования показали, что диета с высоким содержанием калия может снизить риск высокого кровяного давления .

Адекватная суточная доза для взрослых и подростков составляет 3500 мг в соответствии с EFSA и 4700 мг в соответствии с NAM . Максимальных рекомендуемых доз не существует.

Самые богатые продукты — это фрукты, овощи и шоколад. Хорошее количество калия содержится в:

• несладкий какао- порошок (1524 мг / 100г)
• в горошек (930  мг / 100  г )
• что линзы (837  мг / 100  г )
• сливовый (732  мг / 100  г )
• в миндалинах (728  мг / 100  г )
• то даты (656mg / 100g)
• на каштаны (600  мг / 100  г )
• черная редька (554  мг / 100  г )
• адвокат (485  мг / 100  г )
• шпината (466  мг / 100  г )
• картофеля (379  мг / 100  г )
• что клубни в целом
  • сельдерея
  • репа
• банана (358  мг / 100  г )
• перец (322  мг / 100  г )
• киви (270  мг / 100  г )
• сердечник (320  мг / 100  г )
• дыни (300  мг / 100  г
• помидор (280  мг / 100  г )
• тыквы (223  мг / 100  г )
• апельсиновый сок (200  мг / 100  г ).

Дефицит

Дефицит калия может привести к гипертонии и гипокалиемии .

Токсическая доза

Калий может оказывать действие при вдыхании. Вдыхание может вызвать раздражение глаз, носа, горла, легких при чихании, кашле и боли в горле. Более высокое воздействие может вызвать скопление жидкости в легких, что может привести к смерти. Попадание на кожу и в глаза может вызвать серьезные ожоги, ведущие к необратимым повреждениям.

Когда почки работают со сбоями, происходит накопление калия, который может вызвать нарушение сердечного ритма. Калий выше 25 мг / кг токсичен. При внутривенном введении смертельная доза для человека составляет от 30 до 35  мг / кг . Передозировка калия вызывает гиперкалиемию , а недостаточная дозировка калия вызывает гипокалиемию . Гиперкалиемия чаще всего возникает в результате очень выраженной почечной недостаточности (почки больше не выделяют калий, и, следовательно, он увеличивается), в то время как гиперкалиемия практически невозможна при нормальной работе почек. Гиперкалиемия лечится инфузиями бикарбоната (кровь подщелачивается), вплоть до самых крайних случаев, когда проводится гемодиализ (искусственная почка) … Остановка сердца может произойти, особенно если наблюдаются резкие изменения уровня калия в сыворотке. Есть предшествующие проявления: нарушение сердечного ритма, расстройства пищеварения (только гипокалиемия), мышечные боли (только гипокалиемия).

Меры предосторожности

Калий в форме металла бурно реагирует с водой. Более того, его реакция с водой намного сильнее, чем реакция натрия в водной среде. Калий также может бурно реагировать с собственным оксидом; например, удар по потоку окисленного калия может вызвать взрыв. Поэтому этот металл следует хранить вдали от воды и окислительной или влажной атмосферы. Чаще всего его хранят погруженным в масло или окруженным жиром. В пробах, предназначенных для школьных и университетских лабораторных экспериментов, он поставляется в бутылках в виде оливок, чтобы в случае сомнений по поводу повреждения этикетки не спутать его с натрием.

Радиоактивность в организме человека из-за ⁴⁰ K

Примечания и ссылки

Библиография

• Андре Хаттерер, Анри Кесслер, статья «Калий», Encyclopædia Universalis, 2001. начало статьи онлайн

Смотрите также

Статьи по Теме

• Феррицианид калия
• Макроэлемент
• Калий 40

Внешние ссылки

• (ru) «  Технические данные для калия  » (по состоянию на 30 июня 2016 г. ) с известными данными для каждого изотопа на подстраницах.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

ЧАС

Привет

2

Ли

Быть

B

ПРОТИВ

НЕТ

О

F

Родившийся

3

N / A

Mg

Al

да

п

S

Cl

Ar

4

K

Это

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Или же

Cu

Zn

Ga

Ge

Туз

Se

Br

Kr

5

Руб.

Sr

Y

Zr

Nb

Пн

Tc

RU

Rh

Pd

Ag

CD

В

Sn

Sb

Ты

я

Xe

6

CS

Ба

В

Этот

Pr

Nd

Вечера

См

Имел

Б-г

Tb

Dy

Хо

Э

Тм

Yb

Читать

Hf

Ваш

W

Re

Кость

Ir

Pt

В

Hg

Tl

Pb

Би

По

В

Rn

7

Пт

Ра

Ac

Чт

Па

U

Np

Мог

Являюсь

См

Bk

Cf

Является

FM

Мкр

Нет

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Ур.

Ц

Og

8

119

120

*

*

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Щелочные   металлы	Щелочная   земля	Лантаноиды	Переходные   металлы	Бедные   металлы	Металло-   loids	ОТСУТСТВИЯ   металлы	гены   ореола	Благородные   газы	Неклассифицированные   предметы
Актиниды
	Суперактиниды