Калий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 19 и условным обозначением K. Калий в свободном виде и при нормальных атмосферных условиях представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
Открытие
Такой химический элемент как калий был известен человечеству с древнейших времен. Его соединения использовались для производства мыла и в качестве удобрений долгие годы, но открытие его как химического элемента задержалось вплоть до XIX века.
19 ноября 1807 года английский химик Хэмфри Дэви сообщил королевскому обществу в Лондоне, что ему удалось получить два разных металла электролизом слегка увлажненных едких щелочей. Один из вышеперечисленных металлов, который впервые удалось получить 6 октября 1807 года, он назвал калием поскольку его можно получить из поташа.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 63,5 ° С |
| Точка кипения | 757,643°С |
| Плотность при Н.У. | 0,859 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 0.4 |
| Критическая точка | 2223 K, 16 МПа |
| Мол. теплота плавления | 2,33 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 76,9 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 29,6 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 45,3 см 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 19 |
| Атомная масса | 39,098 |
| Электронная конфигурация | 4s1 |
| Радиус атома | 235 пм |
| Ковалентный радиус | 203 пм |
| Степени окисления | -1, +1 |
| Радиус иона | 133 пм |
| Электроотрицательность | 0.82 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 418,5 кДж/моль |
| Изотопы | ³⁹K; ⁴⁰K; ⁴¹K |
Интересное:
Добыча и производство
Калий является достаточно распостраненным химическим элементом как во Вселенной так и на планете Земля. По распространенности в Солнечной системе он занимает 20 позицию и является 17 элементом по весу в земной коре. По оценкам ученых, вес калия составляет 2,6% от общей массы земной коры. В самой земной коре по распространенности среди элементов, он звнимает седьмую строчку рейтинга.
Металлический калий из-за своей высокой реакционной способности в свободном виде в земной коре не встречается. Он достаточно бурно реагирует с водой, а так же хорошо реагирует с кислородом. Именно по этой причине основной формой содержания его в земной коре являются минеральные соединения. Самыми распространенными и коммерчески важными минералами содержащими калий являются сильвит (KCl), карналлит (KCl*MgCl2*6H2O), каинит (MgSO4*KCl*3H2O), лангбейнит (MgSO4*K2SO4) и ортоклаз (KAlSi3O8).
Получение такого чистого химического элемента как калий на сегодняшний день реализуется многими способами. Даже способов коммерческого производства несколько. Наиболее распространенным способом получения элементарного калия является восстановление хлорида калия в атмосфере инертного газа с металлическим натрием при температуре 870°C. В данном случае химическая реакция выглядит достаточно просто:
Na + KCl -870°C→ K + NaCl
Кроме того, в промышленности достаточно часто пользуются методом термохимического разложения гидроксида по формуле:
Na + KOH — 400°C→NaOH + K
В качестве лабораторного метода получения калия используется реакция восстановления хромата или дихромата при помощи циркония по химическим формулам:
2K2CrO4 + Zr → 4K + Zr(CrO4)2
2K2Cr2O7 + Zr → 4K + Zr(Cr2O7)2
Все вышеперечисленные методы были разработаны еще в XX веке и используются повсеместно различными перерабатывающими компаниями.
Интересное:
Применение
Такой химический элемент как калий является очень важным и распространенным веществом в различных сферах жизнедеятельности человека. Наиболее масштабными сферами применения калия и его соединений являются сельское хозяйство, медицина, пищевая отрасль и промышленность.
В сельском хозяйстве различные калиевые соединения используются в качестве удобрений. Данный химический элемент является одним из трех важнейших биогенных компонентов (наряду с фосфором и азотом), которые жизненно необходимы для роста растений. В числе наиболее пополярных соединений применяемых в качестве удобрений состоит карбонат калия (K2CO3), хлорид калия (сильвин KCl), нитрат калия (KNO3) и сульфат калия (K2SO4). Помимо всех вышеперечисленных имеется и множество других соединений которые используются в качестве удобрений в сельском хозяйстве, в том числе и модифицированных на их основе.
Следующей важной отраслью, где применяются калийсодержащие соединения является медицина. Все дело в том, что данный химический элемент необходим не только растениям, но и человеку. У нормального здорового взрослого человека содержание калия в крови оценивается в пределах от 3.5 до 5.2 ммоль/л. Если содержание калия в крови человека выходит за данные пределы, то в организме начинают проявляться различного рода отклонения. В большинстве случаев регистрируется нехватка калия, которая известна в медицине под понятием гипокалиемия. Для восполнения нехватки калия в организме человека применяются калийсодержащие препараты, разновидностей которых на самом деле очень большое количество. В большинстве случаев для данных целей применяется хлорид калия. Кроме того, для лечения некоторых мочекаменных заболеваний используется цитрат калия. Бромид калия используется в качестве средства успокаивающее нервную система, а пермарганат калия используется в качестве антисептического средства.
В пищевой отрасли применение калийсодержащих соединений достаточно велико. Бромат калия (KBrO3) используется в пищевой промышленности в качестве сильного окислителя с номенклатурой пищевой добавки E924. Его используют для улучшения прочности и высоты подъема теста. Бисульфит калия (KHSO3) используется в качестве пищевого консерванта при производстве вина и пива. Сегнетовая соль (KNaC4H4O6) используется в качестве разрыхлителя и многое многое другое.
Промышленность находит так же крупномасштабные применения калиевым соединениям благодаря их практическим свойствам. Гидроксид калия (КОН) является сильным основанием, которое используется в промышленности для нейтрализации сильных и слабых кислот, для регулирования pH и производства калийных солей . Селитра или нитрат калия используется для изготовления пороха и других пиротехнических средств. Цианид калия (KCN) применяется в промышленности для растворения меди и драгоценных металлов, в частности серебра и золота, путем образования комплексов.
Интересное:
Безопасность
Не смотря на то, что калий является жизненно необходимым для организма человека веществом, некоторые его соединения и формы являются сильнейшими отравляющими веществами и веществами представляющими опасность для жизни и здоровья.
Металлический калий может бурно реагировать с водой с образованием гидроксида (KOH) и газообразного водорода. Так как химическая реакция является экзотермической и она выделяет достаточное количество тепла для воспламенения водорода в воздухе может возникнуть пожар. Многие из современных средств пожаротушения являются неэффективными при тушении калиевых пожаров и поэтому представляют особую опасность.
В частности соединений, хлорид калия используется в США в качестве смертельных инъекций для осуществления казней заключенных приговоренных к смерти. Цианид калия является смертельным веществом из фильмов про шпионов, которые при поимке раскусывали капсулу и погибали. С научной точки зрения это является правдой, так как 200 миллиграммов данного вкщества способно убить практически любого человека.