Калий

Калий это химический элемент, простое вещество, в нормальных условиях быстро окисляется покрываясь тонким слое оксида кали.

Калий щелочной металл по своей активности быстрее чем натрий и кальций, реакция с водой может сопровождаться воспламенение и взрывом.

Применяется для получения солей на основе калия, нитрат калия, хлорид калия и д.р.

Что такое калий

(Kalium;   от   араб,  аль-кали — поташ), К — химический элемент 1-й группы, атомный номер 19, атомная масса 39,098.4

Серебристо-белый мягкий металл. В соединениях проявляет степень окисления 0, +1.

Металлический калий впервые получил (1807), назвав его «потассием», англ. химик и физик Г. Дэви электролизом влажного едкого кали.

Название «калий» предложил в 1809 нем. физик и химик Л.-В. Гильберт.

Калий один из наиболее распространенных элементов. Содержание  его в земной коре 2,5%.

В свободном состоянии в природе не встречается из-за большой хим. активности.

Входит в состав полевых шпатов, нефелина, слюд, лейцита и др. минералов, слагающих горные породы.

При воздействии воды и двуокиси углерода на горные калийсодержащие породы переходит в растворимые соединения, легко вымывающиеся водой.

Важнейшие минералы калия сильвин, карналлит, каинит KMg[Cl/SО₄]•3H₂О и полигалит K₂Ca₂Mg [SО₄]₄ • 2Н₂О.

Физические свойства калия

Кристаллическая решетка — объемноцентрированная  кубическая   с периодом а = 5,33 Å.

Атомный радиус 2,36 Å, ионный радиус К⁺ составляет 1,33 Å. Плотность (т-ра О С) 0,8629 г/см³; ,t_пл 63,41 ° С; t_кип 760° С.

Электронная конфигурация: [Ar] 4s1

Полная электронная конфигурация 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

Рис. Схема  распределения электронов по атомным орбиталям в атоме калия.

Температурный коэфф. линейного расширения твердого К. (т-ра 0—50° С) 8,33 • 10^-5 град^-1; температурный коэфф. объемного расширения    (т-ра     70—100° С)     2,498•10^-4 град^-1.

Коэфф. теплопроводности (т-ра 21° С) 0,232 кал/см-сек-град) удельная теплоемкость (т-ра 20° С; 0,182 кал/г • град.

Калий отличается высокой электропроводностью. Удельное   электр.    сопротивление   (т-ра 20° С) 6,992 10-6 ом-см.

Металлический парамагнитен. В холодном состоянии легко режется ножом, прессуется и прокатывается; НВ = 0,037.

Сжимаемость при давлении 1 бар равна 31,5 ·10^-6.

Металлический на воздухе быстро окисляется, а при нагревании загорается. При взаимодействии с кислородом образует желтовато-белую окись К₂О и ярко-желтую перекись КО₂.

При действии кислорода на его аммиачный раствор образуются соединения К₂О₂ и К₂О₃.

На воздухе поверхность металла покрывается слоем перекиси с подстилающим слоем окиси.

При очистке поверхности калия от окислов ножом возможны сильные взрывы в результате соприкосновения перекиси металла с металлическим калием.

Химические свойства

Калий — серебристо — белый, мягкий металл, активнее натрия, хранят также под слоем керосина.

Металлический калий окисляется и горит на воздухе, непосредственно соединяется с галогенами, серой, фосфором, с некоторыми другими элементами.

С водородом при 350°C образует гидрид KH разлагаемый  водой, как и гидрид натрия:

KH + H₂O = H₂↑ + KOH

Калий вытесняет водород из воды легче, чем натрий:

2K + 2H₂O =  H2↑ + 2KOH

Супероксид ( надперекись ) калия K₂O₄ образуется при сгорании калия в избытке кислорода.

Как и пероксид натрия, это сильный окислитель. Оксид калия K₂O получают косвенным путём.

Оба соединения, взаимодействуя с водой, дают гидроксид калия:

K₂O + H₂O = 2KOH

2K₂O₄ + 2H₂O = 4KOH + 3O₂↑

Гидроксид калия (едкое кали) KOH в технике получают электролизом водного раствора хлорида калия.

Это твёрдое кристаллическое вещество, похожее на гидроксид натрия, оно гигроскопично, разрушает животные и растительные ткани.

Главные потребители гидроксида калия — мыловаренная промышленность, производство карбоната калия K₂CO₃ и хлората калия KClO₃.

Почти все соли калия хорошо растворимы в воде, но в отличие от солей натрия не содержат кристаллизационной воды.

В месте с азотом и фосфором калий — один из основных элементов питания растений, при отсутствии его они погибают.

Изотопы

Природный калий состоит из стабильных изотопов ³⁹К (93,08%), ⁴¹К (6,91%) и одного слабо радиоактивного изотопа ⁴⁰К (0,01%) с периодом полураспада-1,32 • 10⁹   лет.

Из искусственных  радиоактивных изотопов наибольшее значение имеет изотоп   ⁴²К   с   периодом полураспада 12,52 года.

Соединения калия с веществами

С водородом при нагревании до т-ры 200° С практически не взаимодействует, а при более высокой т-ре образуются белые кристаллы гидрида KH, легко воспламеняющиеся на воздухе.

С азотом калий не реагирует даже при сравнительно высокой т-ре и давлении.

Однако при воздействии калия в среде азота электр. разрядов образуются бесцветные кристаллы азида KN₃ и небольшое количество нитрида KNO₂.

При взаимодействии с галогенами калий образует соответствующие соли:

1. Фторид KF.
2. Хлорид КСl.
3. Бромид КВr.
4. Йодид KI.

При нагревании с серой образуется сульфид K₂S — твердое кристаллическое   вещество   белого цвета, гигроскопичное и постепенно разлагающееся на воздухе.

С теллуром и селеном образует соответственно теллурид К₂Те и  селенид K₂Se. Известны различного состава кристаллические соединения с углеродом (карбиды).

Все карбиды калия исключительно реакционноспособны, на воздухе окисляются, бурно реагируют с кислородом и водой.

С кремнием образует силициды состава KSi и KSi₈.

Известны соединения с фосфором, мышьяком и бором.

Растворимость калия веществах

Калий растворяется в воде, охлажденной до т-ры 0° С и не содержащей кислорода. Однако с водой, имеющей  более высокую т-ру, калий реагирует со взрывом; при этом образуется гидроокись КОН и выделяется водород.

Металл растворяется в жидком аммиаке, тетрагидрофуране, диглиме и др. эфирах. Все эти растворы — голубого цвета различной интенсивности.

Калий хорошо растворяется во многих металлах, с ртутью образует  амальгамы.

В гидроксильной группе спиртов замещает водород, образуя соответствующие алкоголяты.

Эту особенность используют, в частности, для уничтожения небольших остатков щелочных металлов.

Калий способствует полимеризации олефинов и диолефинов, замещает галогены в галогеналкилах и галогенарилах, образуя калий-алкилы и калий-арилы.

Взаимодействие с хлорированными органическими соединениями, например с четыреххлористым углеродом, происходит со взрывом.

Получение калия

В промышленных   масштабах калий получают электролизом расплавов едкого кали или кислородных солей металла в расплавленных галогенидах.

Используют также обменные реакции взаимодействия фторида калия с карбидом кальция, жидкого натрия с расплавом едкого кали (при т-ре 380— 410° С).

Или взаимодействие   между парами натрия и расплавом хлорида при т-ре 760—800° С.

Применение

Металлический калий используют для получении его надперекиси, применяемой   для регенерации кислорода в замкнутых пространствах.

Например  в  подводных лодках.

Для восстановления титана из его солей (TiCl₄) при высокой т-ре; в различных газоразрядных   приборах.

Пары калия находят применение в магнитогидродинамических генераторах — установках, непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую.

Сплавы натрия и калия используют как   теплоносители в ядерных реакторах, как рабочее тело в спец. транспортных энергетических установках и для поглощения кислорода.

Соли редко образуют крупные месторождения. Наиболее распространены минералы сильвинит KCl · NaCl , карналлит KCl  · MgCl₂ · 6H₂O , каинит KCl  · MgSO₄  · 3H₂O.

Калий и растения

Большое количество калия уходит из почвы с урожаем подсолнечника, льна, конопли, накапливающих его в своих стеблях и поэтому калий находиться в продуктах.

Калий участвует в процессе фотосинтеза, недостаток его в почве понижает интенсивность фотосинтеза.

Приводит к снижению содержания сахара в корнеплодах свеклы и крахмала в зерне, отмиранию листьев растений.

Повышение восприимчивости к грибкам и бактериальным заболеваниям, снижение схожести семян.

Различают доступный для растений обменный калий почвы и недоступный — необходимый , входящий в состав силикатов и алюмосиликатов.

Обычно доступного для растений калия в почве недостаточно: поэтому для получения высоких урожаев (особенно сахарной свеклы и картофеля) вносят калийные удобрения.

Соли калия

Хлорид калия KCl — наиболее концентрированное калийное удобрение. Добывают его из руд — сильвинита и карналлита.

Нитрат калия  ( калийная селитра ) KNO₃ — содержит два элемента питания растений — калий и азот .

Такое удобрение называют сложным.

Получают нитрат калия в результате обменной реакции:

KCl + NaNO₃ = KNO₃ + NaCl

Отделяют нитрат калия от хлорида натрия, пользуясь их различной растворимостью. Его используют также в производстве тугоплавкого стекла и чёрного пороха.

Метафосфат калия KPO₃ — сложное удобрение, содержащее два элемента питания растений — калий и фосфор.

Сульфат калия K₂SO₄ — получают из природных калийных солей и применяют как удобрение.
Карбонат калия ( или поташ ) K₂CO₃ — раньше выделяли из золы растений, сейчас получают при пропускании двуокиси углерода через раствор гидроксида калия.

Карбонат калия используют как калийное удобрение.

Другие соединения калия: гидроксид калия, перманганат калия, дихромат калия, уксуснокислый калий.

Статья на тему калий