Обозначается латинской буквой K (от латинского Kalium). Некоторые соединения калия (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако сам калий был открыт только в 1807 году английским химиком Гемфри Дэви, который назвал новый химический элемент «потассий» (по созвучию с уже известным поташом — карбонатом калия K 2 CO 3). В 1809 году немецкий учёный Людвиг Вильгельм Гильберт предложил название «калий» (от арабского аль-кали — поташ), которое успешно прижилось. Калий имеет огромное значение для здоровье человека, даже небольшие изменения содержания калия в организме могут повлиять на его нормальное функционирование. Давайте рассмотрим, для чего необходим калий в организме человека, чем опасен его дефицит и, наоборот, избыточная концентрация?
Для всех утро наступило, а для тебя нет? На работе аврал, а у тебя усталость, нервы на пределе? Надо взбодриться, конечно, выручить может только кофе. Закончился рабочий день, а настроение так и не улучшилось? Думаешь можно прибегнуть к алкоголю, дабы избавиться от лихого настроения, а заесть его шоколадкой? Тогда вопрос – как себя чувствуешь? Беспокоят нервы и общая усталость? Да, кофеин бодрит. Только надолго ли? Проблема уже обозначена – организм подорван злоупотреблением сладким, физическими нагрузками и спиртными напитками. В результате теряется такой ценный микроэлемент, как калий, который поддерживает наши мышцы в тонусе, вселяет в нас бодрость и обеспечивает хорошее настроение. Происходит это не «вдруг». Кофе и все мочегонные напитки просто вымывают этот микроэлемент из организма, алкоголь и сахаросодержащие продукты замедляют его усвоение.
Симптомы дефицита калия в организме
Если от незначительных прикосновений на теле появляется синяк, в мышцах стали проявляться, не известные до сих пор, болезненные ощущения – это тоже снижение присутствия калия в организме. На некоторое время избавиться от недуга можно благодаря питательному составу, в соотношении 1:1, меда и яблочного уксуса. Втирая этот раствор в больные мышцы, за счет хорошо впитываемого уксуса, ткани снабжаются калием.
К дефициту калия можно отнести и такие симптомы как, беспричинные судороги и появление лопающихся мелких кровеносных сосудов. Хочешь чувствовать себя здоровым, узнай об этом микроэлементе как можно больше. При первых же симптомах заболевания многие бегут в аптеку. Но без рекомендации специалиста лучше не принимать никаких мер. Для лечения дефицита калия в организме необходимо иметь развернутый анализ крови, так как превышение калия в организме способствует более тяжелым заболеваниям, чем его недостаток. Гиперкалиемия опасна для здоровья. Может произойти обезвоживание организма, расстройство желудка, наступить сонливость, аритмия, потеря ориентации. Такое состояние возникает при приеме противоопухолевых и некоторых противовоспалительных препаратах. Только врач назначает лечение и дает рекомендации по употреблению необходимых продуктов питания. Хочешь не обременять близких тебе людей, своими проблемами со здоровьем, принимай калий содержащие продукты.
Калий в продуктах питания
Есть чудесный рецепт, позволяющий увеличить содержание калия в организме, который был известен еще нашим бабушкам – по утрам натощак, выпивать чайную ложку меда разбавленную в стакане кипяченой воды. Сегодня он усовершенствован. Теперь рекомендуется пить столько же кипяченой воды, но с добавлением по одной чайной ложечке пчелиного меда и яблочного уксуса, так как калий именно в этих продуктах находится в наибольшем количестве. Принимать такой напиток рекомендуется в течении всего дня, перед каждым приемом пищи, небольшими глотками.
Содержание калия в значительном количестве существует не только в яблочном уксусе и меде, но и в пшеничных отрубях, и в дрожжах. Зависящая от физической активности и массы тела, суточная доля калия для каждого человека сугубо индивидуальна. Поддерживать ее не трудно, если принимать в пищу соответствующие продукты. Калий находится как в мясных, так и в растительных продуктах, это составная часть всех растений и животных. Все морские организмы получают калий из воды. Фруктовые деревья, орехи, овощные и злаковые растения извлекают его из почвы. Как пополнить организм калием, научившись разбираться в продуктах, с этим бесценным минералом? Разбиваем их на группу растений и группу животный мир.
Из растительного мира грецкие орехи и кешью проигрывают своим собратьям кураге, изюму и черносливу. В сухофруктах первенство занимают изюм, инжир и все тот же чернослив. Чтобы поддержать суточную долю калия в организме летом, достаточно включить в рацион овощи и зелень. Свежие ягоды, редис, томаты, огурцы, морковь, кабачки должны иметь предпочтение перед консервированными продуктами. Надо помнить, чтобы калий сохранялся длительное время в овощах и фруктах – мыть и чистить их желательно перед употреблением. Картофель – же, приготовленный на пару или печенный в духовке, будет полезней, чем отварной. Не оставляйте на долго резаные фрукты и овощи – в таком виде они быстро теряют калий. Для обогащения организма калием желательно использовать и фрукты: дыни, апельсины, бананы, арбузы, а разнообразить меню можно приготовив из них ягодно-фруктовые коктейли, фреши, и пюре. Зимой поддержать организм калием помогут продукты животного происхождения: творог, печень, рыба и все остальные мясомолочные продукты.
Для нормализации кислотно-щелочного баланса, поддержания водного баланса и нормализации осмотической концентрации крови в организме человека, калий всегда функционально связан с натрием и магнием. Только так сердце будет работать без нарушений, мозг будет получать достаточно кислорода и исчезнет утомляемость и хроническая усталость. Одним словом, не ждите, когда прозвучит тревожный звоночек, предупреждающий о сбое в организме, позаботьтесь о себе заранее.
Калий (Kalium), K , химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 19, атомная масса 39,098; серебряно-белый, очень легкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов - 39 K (93,08%), 41 K (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40 K (0,01%) с периодом полураспада 1,32·10 9 лет.
Историческая справка. Некоторые соединения Калия (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако их не отличали от соединений натрия. Только в 18 веке было показано различие между "растительной щелочью" (поташем K 2 СО 3) и "минеральной щелочью" (содой Na 2 CO 3). В 1807 году Г. Дэви электролизом слегка увлажненных твердых едких кали и натра (KOH и NaOH) выделил Калий и натрий и назвал их потассием и содием. В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название "калий" (от арабского аль-кали - поташ) и "натроний" (от арабского натрун - природная сода); последнее И. Я. Берцелиус в 1811 году изменил на "натрий". Название "потассий" и "содий" сохранились в Великобритании, США, Франции и некоторых других странах. В России эти названия в 1840-х годах были заменены на "калий" и "натрий", принятые в Германии, Австрии и Скандинавских странах.
Распространение Калия в природе. Калий - распространенный элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах Калий, как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и других породы (среднее содержание Калия 3,34%). Калий входит в состав полевых шпатов и слюд. В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, Калия мало. На земной поверхности Калий, в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород Калий частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны Калием и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане Калий поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% Калия - в 25 раз меньше, чем натрия. В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения NaCl, кристаллизовались соли Калия и магния - карналлит KCl·MgCl 2 ·6H 2 O и другие (Соликамское месторождение в России, Штасфуртское в Германии и т. д.). В большинстве почв растворимых соединений Калия мало, и культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.
Радиоактивный изотоп 40 K - важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40 K образуются 40 Ca и аргон 40 Ar, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы Калия не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (так называемый калий-аргоновый метод).
Физические свойства Калия. Калий - серебряно-белый, очень легкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решетка Калия объемноцентрированная кубическая, а = 5,33 Å. Атомный радиус 2,36 Å, ионный радиус K + 1,33 Å. Плотность 0,862 г/см 3 (20 °C), t пл 63,55 °C, (кип 760 °C; коэффициент термического расширения 8,33·10 -5 (0-50 °C); теплопроводность при 21°C 97,13 вт/(м-Калий) ; удельная теплоемкость (при 20 °C) 741,2 дж/(кг·К), то есть 0,177 кал/(г·°C), удельное электросопротивление (при 20 °C) 7,118·10 -8 ом·м; температурный коэффициент электросопротивления 5,8·10 -5 (20 °C). Твердость по Бринеллю 400 кн/м 2 (0,04 кгс/мм 2).
Химические свойства Калия. Конфигурация внешней электронной оболочки атома Калия 4s 1 , в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома Калия более удален от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность Калия выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, Калий быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре Калий реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном - с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода Калий образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и Калий не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид Калия KN 3 и нитрид Калия K 3 N. При нагревании Калия с графитом получаются карбиды KC 8 (при 300 °С) и KC 16 (при 360 °C). В сухом воздухе (или кислороде) Калий образует желтовато-белый оксид K 2 O и оранжевый пероксид KO 2 (известны также перекиси K 2 O 2 и K 2 O 3 , получаемые действием кислорода на раствор Калия в жидком аммиаке).
Калий весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя водород (2К + 2Н 2 О = 2KOH + H 2), а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке Калий медленно растворяется; полученный синий раствор - сильный восстановитель. При нагревании Калий отнимает кислород от оксидов и солей кислородных кислот с образованием K 2 O и свободных металлов (или их оксидов). Калий со спиртами дает алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует калийалкилы и калийарилы. Присутствие Калия легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.
Получение Калия. В промышленности Калий получают по обменным реакциям между металлическим натрием и KOH или же KCl, соответственно: KOH + Na = NaOH + К, KCl + Na = NaCl + К.
В первом случае реакция идет между расплавленным гидрооксидом KOH и жидким Na - противотоком в тарельчатой реакционной колонке из никеля при 380-440 °С. Во втором - через расплавленную соль KCl пропускают пары Na при 760-800 °С; выделяющиеся пары Калия конденсируют. Возможно также получение Калия нагреванием выше 200 °C смесей хлорида Калия с алюминием (или кремнием) и известью. Получение Калия электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов Калия по току и трудности обеспечения безопасности процесса.
Применение Калия. Основное применение металлического Калия - приготовление пероксида Калия, служащего для регенерации кислорода (в подводных лодках и других). Сплавы натрия с 40-90% Калия, сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве титана и как поглотители кислорода. Сельское хозяйство - главный потребитель солей Калия.
Калий в организме. Калий - один из биогенных элементов, постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в Калии у взрослого человека (2-3 г) покрывается за счет мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в Калии (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60-70 мг% Калия. Многие морские организмы извлекают Калий из воды. Растения получают Калий из почвы. У животных содержание Калия составляет в среднем 2,4 г/кг. В отличие от натрия, Калий сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке Калий распределен неравномерно.
Ионы Калия участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и других мышц, поддерживают осмотическое давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм Калия тесно связан с углеводным обменом; ионы Калия влияют на синтез белков. K + в большинстве случаев нельзя заменить на Na + . Клетки избирательно концентрируют K + . Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу K + из клеток, часто в обмен на Na + . Выделяется Калий из организма главным образом с мочой. Содержание Калия в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников - кортикостероидами. В растениях Калий распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много Калия в бобовых, свекле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20- 30 г/кг сухого вещества). При недостатке Калия в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа сельскохозяйственной культуры и почвы.
В биосфере микроэлементы Rb и Cs сопутствуют Калию. Ионы Li + и Na + - антагонисты K + , поэтому важны не только абсолютные концентрации K + и Na + , но и оптимальные соотношения K + /Na + в клетках и среде. Естественная радиоактивность организмов (гамма-излучение) почти на 90% обусловлена присутствием в тканях естественного радиоизотопа 40 K.
КАЛИЙ (латинский Kalium), К, химический элемент I гpyппы короткой формы (1-й группы длинной формы) периодической системы; атомный номер 19; атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам. Природный калий состоит из трёх изотопов: 39 К (93,2581%), 40 К (0,0117%; слаборадиоактивный, Т 1/2 1,277·10 9 лет, β-распад до 40 Са), 41 К (6,7302%). Искусственно получены радиоизотопы с массовыми числами 32-54.
Историческая справка. Некоторые соединения калия были известны в древности, например калия карбонат К 2 СО 3 (так называемая растительная щёлочь) выделяли из древесной золы и использовали при варке мыла. Металлический калий впервые получил Г. Дэви в 1807 электролизом влажного твёрдого гидроксида КОН и назвал потассием (английский potassium от английский potash - название карбоната калия). В 1809 году было предложено название «калий» (от арабского аль-кали - поташ). Название «потассий» сохранилось в Великобритании, США, Франции и других странах. В России с 1840 употребляют название «калий», принятое также в Германии, Австрии, Скандинавских странах.
Распространённость в природе . Содержание калия в земной коре составляет 2,6% по массе. В свободном состоянии калий в природе не встречается. В значительных количествах калий содержится в силикатах нефелине и лейците, полевых шпатах (например, в ортоклазе), слюдах (например, в мусковите). Собственные минералы калия - сильвин, сильвинит, карналлит, каинит, лангбейнит K 2 SО 4 ∙2MgSО 4 образуют большие скопления природных калийных солей. В результате действия воды и диоксида углерода калий переходит в растворимые соединения, которые частично уносятся в моря, частично удерживаются почвой. Соли калия содержатся также в рапе соляных озёр и подземных рассолах.
Свойства . Конфигурация внешней электронной оболочки атома калия 4s 1 ; в соединениях проявляет степень окисления +1; энергии ионизации К 0 →К + →К 2+ соответственно равны 4,3407 и 31,8196 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,82; атомный радиус 220 пм, радиус иона К + 152 пм (координационное число 6).
Калий - серебристо-белый мягкий металл; кристаллическая решётка кубическая объёмноцентрированная; t пл 63,38 °С, t кип 759 °С, плотность 856 кг/м 3 (20 °С); теплоёмкость 29,60 Дж/(моль·К) при 298 К.
Калий поддаётся прессованию и прокатыванию, легко режется ножом и сохраняет пластичность при низких температурах; твёрдость по Бринеллю 0,4 мПа.
Калий - металл высокой химической активности (калий хранят под слоем бензина, керосина или минерального масла). При нормальных условиях калий взаимодействует с кислородом (образуется оксид К 2 О, пероксид К 2 О 2 , надпероксид КО 2 - основной продукт), галогенами (соответствующие калия галогениды), при нагревании - с серой (сульфид К 2 S), селеном (селенид К 2 Se), теллуром (теллурид К 2 Те), с фосфором в атмосфере азота (фосфиды К 3 Р и К 2 Р5), углеродом (слоистые соединения состава КС 8 - КС 60), водородом (гидрид КН). С азотом калий взаимодействует только при воздействии электрического разряда (в небольшом количестве образуются азид KN 3 и нитрид К 3 N). Калий взаимодействует с некоторыми металлами, образуя интерметаллиды или твёрдые растворы (сплавы калия). Наибольшее практическое значение имеют сплавы с натрием, отличающиеся высокой химической активностью; получают сплавлением металлов в инертной атмосфере или при действии металлического натрия на гидроксид КОН или хлорид КСl.
Металлический калий - сильный восстановитель: энергично (при нормальных условиях - со взрывом и воспламенением металла) реагирует с водой (образуется калия гидроксид КОН), бурно (иногда со взрывом) реагирует с кислотами (образуются соответствующие соли, например калия дихромат, калия нитрат, калия перманганат, калия фосфаты, калия цианид), восстанавливает оксиды В, Si, Al, Ag, Bi, Co, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Sn, Ti до элементов; сульфаты, сульфиты, нитраты, нитриты, карбонаты и фосфаты других металлов - до оксидов соответствующих металлов. Металлический калий медленно растворяется в жидком аммиаке, при этом образуется тёмно-синий раствор с металлической проводимостью; растворённый металл постепенно реагирует с аммиаком с образованием амида: 2К + 2NH 3 = 2KNH 2 + Н 2 . Калий взаимодействует с различными органическими соединениями: спиртами (образуются алкоголяты, например этилат С 2 Н 5 ОК), ацетиленом (ацетилениды КС≡СН и КС≡СК), алкилгалогенидами (калийалкилы, например этилкалий С 2 Н 5 К) и арилгалогенидами (калийарилы, например фенилкалий С 6 Н 5 К). Металлический калий инициирует реакции полимеризации алкенов и диенов. С N- и О-донорными полициклическими лигандами (краун-эфирами, криптандами и другими ионофорами) калий образует комплексные соединения.
При работе с калием необходимо учитывать его высокую реакционную способность, в том числе способность загораться при контакте с водой. В целях безопасности необходимо использовать резиновые перчатки, защитные очки или маску. С большим количеством калия следует работать в специальных камерах, в инертной атмосфере (аргон, азот). Для тушения горящего калия применяют поваренную соль NaCl или кальцинированную соду Na 2 СО 3 .
Биологическая роль . Калий относится к биогенным элементам. Суточная потребность человека в калии около 2 г. В живых организмах ионы калия играют важную роль в процессах регуляции обмена веществ, в частности, транспорта ионов через клеточные мембраны (смотри, например, в статье Ионные насосы).
Получение . В промышленности калий получают восстановлением расплавленного гидроксида КОН или хлорида КСl металлическим натрием в противоточной колонне с последующей конденсацией паров калия. Перспективны вакуум-термические способы получения калия, основанные на восстановлении хлорида КСl при нагревании смесью алюминия или кремния с оксидом кальция (6КСl + 2Al + 4СаО = 6К + ЗСаСl 2 + СаО·Аl 2 О 3 или 4КСl + Si + 4СаО = 4К + 2CaCl 2 + 2CaО∙SiО 2), а также способ, основанный на получении сплава калия со свинцом электролизом карбоната К 2 СО 3 или хлорида КСl с расплавленным свинцовым катодом и последующей отгонке из сплава калия. Объём мирового производства калия около 28 т/год (2004).
Применение . Металлический калий - материал электродов в химических источниках тока, катализатор в процессах получения синтетического каучука. Широко применяют различные соединения калия: пероксид К 2 О 2 и надпероксид КО 2 - компоненты составов для регенерации кислорода (на подводных лодках, космических кораблях и в других закрытых помещениях), гидрид КН - восстановитель в химическом синтезе, сплав калия с натрием (10-60% Na по массе, жидкий при комнатной температуре) - теплоноситель в ядерных реакторах, восстановитель в производстве титана, реагент для очистки газов от кислорода и паров воды; соли калия используют в качестве калийных удобрений, компонентов моющих средств. Комплексы калия с ионофорами являются моделями для изучения транспорта ионов калия через клеточные мембраны. Радиоизотоп 42 К (Т 1/2 12,36 ч) применяют как радиоактивный индикатор в химии, медицине и биологии.
Лит.: Натрий и калий. Л., 1959; Степин Б. Д., Цветков А. А. Неорганическая химия. М., 1994; Неорганическая химия: химия элементов / Под редакцией Ю. Д. Третьякова. М., 2004. Т. 2.
| Атомный номер | |
| Внешний вид простого вещества |
Серебристо-белый мягкий металл |
| Свойства атома | |
|
Атомная масса (молярная масса) |
39,0983 а. е. м. (г/моль) |
| Радиус атома | |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
418,5 (4,34) кДж/моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | |
| Радиус иона | |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
|
| Электродный потенциал | |
| Степени окисления | |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | |
| Молярная теплоёмкость |
29,6 Дж/(K·моль) |
| Теплопроводность |
79,0 Вт/(м·K) |
| Температура плавления | |
| Теплота плавления |
102,5 кДж/моль |
| Температура кипения | |
| Теплота испарения |
2,33 кДж/моль |
| Молярный объём |
45,3 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки |
кубическая объёмноцентрированная |
| Параметры решётки | |
| Отношение c/a | — |
| Температура Дебая | |
| K | 19 |
| 39,0983 | |
| 4s 1 | |
— элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий (CAS-номер: 7440-09-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. Он очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются. История и происхождение названия калий
Калий (точнее, его соединения) использовался с давних времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K 2 SO 4 , соду и хлорид калия KCl.
В 1807 году английский химик Дэви электролизом твёрдого едкого кали (KOH) выделил калий и назвал его «потассий» (лат. potassium ; это название до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium , от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K .
Присутствие в природе калия
В свободном состоянии не встречается. Калий входит в состав сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O, каинита KCl·MgSO 4 ·6H 2 O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K 2 CO 3 (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль ).
Калий — получение калия
Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расправленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:
K + + e − → K
2Cl − − 2e − → Cl 2
При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:
4OH − − 4e − → 2H 2 O + O 2
Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).
Физические свойства калия
Калий — серебристое вещество с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.
Химические свойства калия
Калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, легко отдаёт электроны.
Является сильным восстановителем. Он настолько активно соединяется с кислородом, что образуется не оксид, а супероксид калия KO 2 (или K 2 O 4). При нагревании в атмосфере водорода образуется гидрид калия KH. Хорошо взаимодействует со всеми неметаллами, образуя галогениды, сульфиды, нитриды, фосфиды и т. д., а также со сложными веществами, такими как вода (реакция проходит со взрывом), различные оксиды и соли. В этом случае они восстанавливают другие металлы до свободного состояния.
Калий хранят под слоем керосина.
Оксиды калия и пероксиды калия
При взаимодействии калия с кислородом воздуха образуется не оксид, а пероксид и супероксид:
Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:
Оксиды калия обладают ярко выраженными основными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:
Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO 2 выделяется один объём O 2), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO 2 выделяется три объёма O 2) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.
В случае эквимолярной смеси (Na 2 O 2:K 2 O 4 = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO 2 выделяется четыре объёма O 2).
Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.
Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.
Гидроксиды калия
Гидроксид калия (или едкое кали ) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого калия при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.
Применение калия
- Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например, в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием. Сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
- Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений.
- Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока.
Важные соединения
Фиолетовый цвет пламени ионов калия в пламени горелки
- Бромид калия — применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
- Гидроксид калия (едкое кали) — применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
- Карбонат калия (поташ) — используется как удобрение, при варке стекла.
- Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») — используется как удобрение.
- Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
- Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
- Дихромат калия (хромпик) — сильный окислитель, используется для приготовления «хромовой смеси» для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.
- Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
- Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
- Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
- Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).
- Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
- Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали.
- Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).
Биологическая роль
Калий — важнейший биогенный элемент, особенно в растительном мире. При недостатке калия в почве растения развиваются очень плохо, уменьшается урожай, поэтому около 90 % добываемых солей калия используют в качестве удобрений.
Калий в организме человека
Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса.
Калий и натрий между собой функционально связаны и выполняют следующие функции:
- Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
- Поддержание осмотической концентрации крови.
- Поддержание кислотно-щелочного баланса.
- Нормализация водного баланса.
- Обеспечение мембранного транспорта.
- Активация различных ферментов.
- Нормализация ритма сердца.
Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1800 до 5000 миллиграмм. Потребность в калии зависит от общего веса тела, физической активности, физиологического состояния, и климата места проживания. Рвота, продолжительные поносы, обильное потение, использование мочегонных повышают потребность организма в калии.
Основными пищевыми источниками являются сушёные абрикосы, дыня, бобы, киви, картофель, авокадо, бананы, брокколи, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые, виноград. Калия достаточно много в рыбе и молочных продуктах.
Всасывание происходит в тонком кишечнике. Усвоение калия облегчает витамин В6, затрудняет — алкоголь.
При недостатке калия развивается гипокалиемия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия может быть причиной острой невралгии.
K Калий
КАЛИЙ (лат. Kalium), K (читается «калий»), химический элемент с атомным номером 19, атомная масса 39,0983.
Калий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов: 39 К (93,10% по массе) и 41 К (6,88%), а также одного радиоактивного 40 К (0,02%). Период полураспада калия-40 Т 1/2 примерно в 3 раза меньше, чем Т 1/2 урана-238 и составляет 1,28 миллиарда лет. При b распаде калия-40 образуется стабильный кальций-40, а при распаде по типу электронного захвата образуется инертный газ аргон-40.
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
8К + 4Н 2 SO 4 = K 2 S + 3K 2 SO 4 + 4H 2 O.
При нагревании до 200-300°C калий реагирует с водородом (H) с образованием солеподобного гидрида КН:
Получение: в настоящее время калий получают при взаимодействии с жидким натрием (Na) расплавленных KOH (при 380-450°C) или KCl (при 760-890°C):
Na + KOH = NaOH + K
Калий также получают электролизом расплава KCl в смеси с K 2 CO 3 при температурах, близких к 700°C:
2KCl = 2K + Cl 2
От примесей калий очищают вакуумной дистилляцией.
Применение: металлический калий материал для электродов в химических источниках тока. Сплав калия с другим щелочным металлом натрием (Na) находит применение в качестве теплоносителя в ядерных реакторах.
В гораздо больших масштабах, чем металлический калий, находят применение его соединения. Калий важный компонент минерального питания растений (на это уходит около 90% добываемых солей калия), он необходим им в значительных количествах для нормального развития, поэтому широкое применение находят калийные удобрения: хлорид калия КСl, нитрат калия, или калийная селитра, KNO 3 , поташ K 2 CO 3 и другие соли калия. Поташ используют также при производстве специальных оптических стекол, как поглотитель сероводорода при очистке газов, как обезвоживающий агент и при дублении кож.
В качестве лекарственного средства находит применение иодид калия KI. Иодид калия используют также в фотографии и в качестве микроудобрения. Раствор перманганата калия КMnO 4 («марганцовку») используют как антисептическое средство.
Биологическая роль: калий один из важнейших биогенных элементов , постоянно присутствующий во всех клетках всех организмов. Ионы калия К + участвуют в работе ионных каналов и регуляции проницаемости биологических мембран, в генерации и проведении нервного импульса, в регуляции деятельности сердца и других мышц, в различных процессах обмена веществ. Содержание калия в тканях животных и человека регулируется стероидными гормонами надпочечников. В среднем организм человека (масса тела 70 кг) содержит около 140 г калия. Поэтому для нормальной жизнедеятельности с пищей в организм должно поступать 2-3 г калия в сутки. Богаты калием такие продукты, как изюм, курага, горох и другие.
