Важнейшим природным соединением калия является. Получение калия: способы, реакция, формулы, виды калия и его химические свойства. Электронное строение атома калия

— 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.

Калий

КА́ЛИЙ -я; м. [араб. kali] Химический элемент (K), металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли (поташа).

◁ Ка́лиевый, -ая, -ое. К-ые месторождения. К-ые соли. Кали́йный, -ая, -ое. К-ая промышленность. К-ые удобрения.

(лат. Kalium), химический элемент I группы периодической системы, относится к щелочным металлам. Название от арабского аль-кали - поташ (давно известное соединение калия, добываемое из древесной золы). Серебристо-белый металл, мягкий, легкоплавкий; плотность 0,8629 г/см 3 , t пл 63,51ºC. Быстро окисляется на воздухе, с водой реагирует со взрывом. По распространённости в земной коре занимает 7-е место (минералы: сильвин, каинит, карналлит и др.; см. Калийные соли). Входит в состав тканей растительных и животных организмов. Около 90% добываемых солей используется как удобрения. Металлический калий используют в химических источниках тока, как геттер в электронных лампах, для получения суперпероксида KO 2 ; сплавы K с Na - теплоносители в ядерных реакторах.

КА́ЛИЙ (лат. Kalium), K (читается «калий»), химический элемент с атомным номером 19, атомная масса 39,0983.
Калий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 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 (см. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ) образуется инертный газ аргон-40.
Калий принадлежит к числу щелочных металлов (см. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ) . В периодической системе Менделеева калий занимает место в четвертом периоде в подгруппе IА. Конфигурация внешнего электронного слоя 4s 1 , поэтому калий всегда проявляет степень окисления +1 (валентность I).
Атомный радиус калия 0,227 нм, радиус иона K + 0,133 нм. Энергии последовательной ионизации атома калия 4,34 и 31,8 эВ. Электроотрицательность (см. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ) калия по Полингу 0,82, что говорит о его ярко выраженных металлических свойствах.
В свободном виде - мягкий, легкий, серебристый металл.
История открытия
Соединения калия, как и его ближайшего химического аналога - натрия (см. НАТРИЙ) , были известны с древности и находили применение в различных областях человеческой деятельности. Однако сами эти металлы были впервые выделены в свободном состоянии только в 1807 в ходе экспериментов английского ученого Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) . Дэви, используя гальванические элементы как источник электрического тока, провел электролиз расплавов поташа (см. ПОТАШ) и каустической соды (см. КАУСТИЧЕСКАЯ СОДА) и таким образом выделил металлические калий и натрий, которые назвал «потассием» (отсюда сохранившееся в англоязычных странах и Франции название калия - potassium) и «содием». В 1809 английский химик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (от арабского аль-кали - поташ).
Нахождение в природе
Содержание калия в земной коре 2,41% по массе, калий входит в первую десятку наиболее распространенных в земной коре элементов. Основные минералы, содержащие калий: сильвин (см. СИЛЬВИН) KСl (52,44% К), сильвинит (Na,K)Cl (этот минерал представляет собой плотно спрессованную механическую смесь кристалликов хлорида калия KCl и хлорида натрия NaCl), карналлит (см. КАРНАЛЛИТ) KCl·MgCl 2 ·6H 2 O (35,8% К), различные алюмосиликаты (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ) , содержащие калий, каинит (см. КАИНИТ) KCl·MgSO 4 ·3H 2 O, полигалит (см. ПОЛИГАЛИТ) K 2 SO 4 ·MgSO 4 ·2CaSO 4 ·2H 2 O, алунит (см. АЛУНИТ) KAl 3 (SO 4) 2 (OH) 6 . В морской воде содержится около 0,04% калия.
Получение
В настоящее время калий получают при взаимодействии с жидким натрием 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.
Физические и химические свойства
Металлический калий мягок, он легко режется ножом и поддается прессованию и прокатке. Обладает кубической объемно центрированной кубической решеткой, параметр а = 0,5344 нм. Плотность калия меньше плотности воды и равна 0,8629 г/см 3 . Как и все щелочные металлы, калий легко плавится (температура плавления 63,51°C) и начинает испаряться уже при сравнительно невысоком нагревании (температура кипения калия 761°C).
Калий, как и другие щелочные металлы, химически очень активен. Легко взаимодействует с кислородом воздуха с образованием смеси, преимущественно состоящей из пероксида К 2 О 2 и супероксида KO 2 (К 2 О 4):
2K + O 2 = K 2 O 2 , K + O 2 = KO 2 .
При нагревании на воздухе калий сгорает фиолетово-красным пламенем. С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует со взрывом (воспламеняется образующийся водород):
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 ­
Кислородсодержащие кислоты при таком взаимодействии могут восстанавливаться. Например, атом серы серной кислоты восстанавливается до S, SO 2 или S 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 с образованием солеподобного гидрида КН:
2K + H 2 = 2KH
С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) калий взаимодействует со взрывом. Интересно отметить, что с азотом калий не взаимодействует.
Как и другие щелочные металлы, калий легко растворяется в жидком аммиаке с образованием голубых растворов. В таком состоянии калий используют для проведения некоторых реакций. При хранении калий медленно реагирует с аммиаком с образованием амида KNH 2:
2K + 2NH 3 жидк. = 2KNH 2 + H 2 ­
Важнейшие соединения калия: оксид К 2 О, пероксид К 2 О 2 , супероксид К 2 О 4 , гидроксид КОН, иодид KI, карбонат K 2 CO 3 и хлорид KCl.
Оксид калия К 2 О, как правило, получают косвенным путем за счет реакции пероксида и металлического калия:
2K + K 2 O 2 = 2K 2 O
Этот оксид проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием гидроксида калия КОН:
K 2 O + H 2 O = 2KOH
Гидроксид калия, или едкое кали, хорошо растворим в воде (до 49,10% массе при 20°C). Образующийся раствор - очень сильное основание, относящееся к щелочам (см. ЩЕЛОЧИ) . КОН реагирует с кислотными и амфотерными оксидами:
SO 2 + 2KOH = K 2 SO 3 + H 2 O,
Al 2 O 3 + 2KOH + 3H 2 O = 2K (так реакция протекает в растворе) и
Al 2 O 3 + 2KOH = 2KAlO 2 + H 2 O­ (так реакция протекает при сплавлении реагентов).
В промышленности гидроксид калия KOH получают электролизом водных растворов KCl или K 2 CO 3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:
2KCl + 2H 2 O = 2KOH + Cl 2 ­+ H 2 ­,
или за счет обменных реакций растворов K 2 CO 3 или K 2 SO 4 с Ca(OH) 2 или Ba(OH) 2:
K 2 CO 3 + Ba(OH) 2 = 2KOH + BaCO 3
Попадание твердого гидроксида калия или капель его растворов на кожу и в глаза вызывает тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек, поэтому работать с этими едкими веществами следует только в защитных очках и перчатках. Водные растворы гидроксида калия при хранении разрушают стекло, расплавы - фарфор.
Карбонат калия K 2 CO 3 (обиходное название поташ) получают при нейтрализации раствора гидроксида калия углекислым газом:
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + Н 2 О.
В значительных количествах поташ содержится в золе некоторых растений.
Применение
Металлический калий - материал для электродов в химических источниках тока. Сплав калия с другим щелочным металлом - натрием находит применение в качестве теплоносителя (см. ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ) в ядерных реакторах.
В гораздо больших масштабах, чем металлический калий, находят применение его соединения. Калий - важный компонент минерального питания растений, он необходим им в значительных количествах для нормального развития, поэтому широкое применение находят калийные удобрения (см. 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.
По содержанию в горных породах радиоактивного 40 К определяют их возраст.
Калий в организме
Калий - один из важнейших биогенных элементов (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , постоянно присутствующий во всех клетках всех организмов. Ионы калия К + участвуют в работе ионных каналов (см. ИОННЫЕ КАНАЛЫ) и регуляции проницаемости биологических мембран (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ) , 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.
Особенности обращения с металлическим калием
Металлический калий может вызвать очень сильные ожоги кожи, при попадании мельчайших частичек калия в глаза возникают тяжелые поражения с потерей зрения, поэтому работать с металлическим калием можно только в защитных перчатках и очках. Загоревшийся калий заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Хранят калий в герметично закрытых железных контейнерах под слоем обезвоженного керосина или минерального масла.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "калий" в других словарях:

Калий 40 … Википедия

Новолатинск. kalium, от араб. kali, щелочь. Мягкий и легкий металл, составляющий основание кали. Открыт Деви в 1807 году. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865.… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Kalium), K, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам; tпл 63,51шC. В живых организмах калий основной внутриклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических… … Современная энциклопедия

КАЛИЙ - (Kalium, s. Potassium), хим. элемент, симв. К, порядковый номер 19, серебристо белый, блестящий металл, имеющий при обыкновенной ta плотность воска; открыт Деви в 1807 г. Уд. в. при 20° 0,8621, атомный вес 39,1, одновалентен; t° плавления … Большая медицинская энциклопедия

Калий - (Kalium), K, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам; tпл 63,51°C. В живых организмах калий основной внутриклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (символ К), распространенный химический элемент, относящийся к ЩЕЛОЧНЫМ МЕТАЛЛАМ. Впервые был выделен сэром Хэмфри Дэви в 1807 г. Его основными рудами являются сильвин (хлорид калия), карналлит и полигалит. Калий является теплоносителем в АТОМНЫХ … Научно-технический энциклопедический словарь

Муж. потасий, металл, составляющий основанье кали, весьма сходный с натрием (содием). Кали ср., нескл., растительная щелочь или щелочная соль; углекислый калий, чистый поташ. Калиевый, к калию относящийся. Калистый, содержащий кали. Толковый… … Толковый словарь Даля - КАЛИЙ, калия, мн. нет, муж., и кали, нескл., ср. (араб. поташ) (хим.). Химический элемент щелочный металл серебристо белого цвета, добываемый из углекалиевой соли. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Калий - девятнадцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - K от латинского «kalium». Расположен в четвертом периоде, IА группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 19.

Калий не встречается в природе в свободном состоянии. Наиболее важными минералами калия являются: сильвин KCl, сильвинит NaCl×KCl, карналлит KCl×MgCl 2 ×6H 2 O, каинит KCl×MgSO 4 ×3H 2 O.

В виде простого вещества калий представляет собой блестящий серебристо-серый металл (рис. 1) с объемно-центрированной кристаллической решеткой. Исключительно реакционноспособный металл: на воздухе быстро окисляется, образуя рыхлые продукты взаимодействия.

Рис. 1. Калий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса калия

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии калий существует в виде одноатомных молекул K, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 39,0983.

Изотопы калия

Известно, что в природе калий может находиться в виде двух стабильных изотопов 39 Kи 41 K. Их массовые числа равны 39 и 41 соответственно. Ядро атома изотопа калия 39 K содержит девятнадцать протонов и двадцать нейтронов, а изотопа 41 K - такое же количество протонов идвадцать два нейтрона.

Существуют искусственные изотопы калия с массовыми числами от 32-х до 55-ти, среди которых наиболее стабильным является 40 K с периодом полураспада равным 1,248×10 9 лет.

Ионы калия

На внешнем энергетическом уровне атома калия имеется один электрон, который является валентным:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .

В результате химического взаимодействия калий отдает свой единственный валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:

К 0 -1e → Л + .

Молекула и атом калия

В свободном состоянии калий существует в виде одноатомных молекул Л. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу калия:

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание

Вычислите массу гидроксида калия, который требуется для приготовления раствора щелочи объемом 20 мл (массовая доля KOH 20%, плотность 1,22 г/мл).

Решение

Найдем массу раствора гидроксида калия: 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. Калием называется элемент, находящийся в периодической системе Менделеева под 19-ым номером. Вещество принято обозначать заглавной буквой К (от латинского Kalium). В русской химической номенклатуре настоящее название элемента появилось благодаря Г.И. Гессу в 1831 году. Изначально калий называли «аль-кали», что в переводе с арабского означает «зола растений». Именно едкий кали стал материалом для самого первого получения вещества. Едкий кали, в свою очередь, добывался из поташа, который являлся продуктами горения растений (карбонат калия). Его первооткрывателем стал Х. Дэви. Стоит отметить, что карбонат калия является прототипом современного моющего средства. Позже он использовался для удобрений, используемых в сельском хозяйстве, в производстве стекла и других целей. В настоящее поташ - это пищевая добавка, прошедшая официальную регистрацию, а калий научились добывать совершенно другими путями. В природе калий можно обнаружить только в виде соединений с другими элементами (например, морская вода, или минералы), свободный его вид не встречается вообще. Он способен в достаточно короткий промежуток времени окисляться на открытом воздухе, а также вступать в химические реакции (например, при взаимодействии калия с водой, образуется щелочь). Таблица 1.Запасы калийных солей (млн т в пересчете на к2о) и среднее содержание к2о в рудах, % Страна, часть света Запасы общие Запасы подтвержденные Их % от мира Среднее содержание 1 2 3 4 5 Россия 19118 3658 31,4 17,8 Европа 3296 2178 18,5 - Беларусь 1568 1073 9,1 16 Великобритания 30 23 0,2 14 Германия 1200 730 6,2 14 Испания 40 20 0,2 13 Италия 40 20 0,2 11 Польша 10 10 0,1 12 Украина 375 292 2,5 11 Франция 33 10 0,1 15 Азия 2780 1263 10,8 - Израиль 600 44 0,4 1,4 Иордания 600 44 0,4 1,4 Казахстан 102 54 0,5 8 Китай 320 320 2,7 12 Таиланд 150 75 0,6 2,5 Туркменистан 850 633 5,4 11 Узбекистан 159 94 0,8 12 Африка 179 71 0,6 - Конго 40 10 0,1 15 Тунис 34 19 0,2 1,5 Эфиопия 105 42 >0,4 25 14915 4548 38,7 - Аргентина 20 15 0,1 12 Бразилия 160 50 0,4 15 Канада 14500 4400 37,5 23 Мексика 10 - 0 12 США 175 73 0,6 12 Чили 50 10 0,1 3 Итого: 40288 11744 100 - Описание калия Калий в виде простого вещества представляет собой щелочной металл. Для него характерен серебристо-белый окрас. На свежей поверхности моментально появляется блеск. Калий является мягким металлом, легко поддающимся плавлению. Если вещество или его соединения поместить в пламя горелки, то огонь приобретет розово-фиолетовый цвет. Физические свойства калия Калий очень мягкий металл, который легко разрезать обычным ножом. Его твердость по Бринеллю составляет 400 кн/м 2 (или 0,04 кгс/мм 2). Он имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку (5=5,33 А). Его плотность составляет 0,862 г/см 3 (20 0 С). Вещество начинает плавиться при температуре в 63,55 0 С, закипать - при 760 0 С. Имеет коэффициент термического расширения, который равняется 8,33*10 -5 (0-50 0 С). Его удельная теплоемкость при температуре в 20 0 С составляет 741,2 дж/(кг*К) или же 0,177 кал/(г* 0 С). При той же температуре имеет удельное электросопротивление, равное 7,118*10 -8 ом*м. Температурный коэффициент электросопротивления металла составляет 5,8*10 -15 . Калий образует кристаллы кубической сингонии, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,5247 нм, Z = 2. Химические свойства Калий является щелочным металлом. В связи с этим, металлические свойства калия проявляются типично, так же, как и других подобных металлов. Элемент проявляет свою сильную химическую активность, а кроме этого, также выступает в роли сильного восстановителя Как уже говорилось выше, металл активно вступает в реакцию с воздухом, о чем свидетельствует появление пленок на его поверхности, в результате чего его цвет становится тусклым. Данную реакцию можно наблюдать невооруженным глазом. Если калий на протяжении достаточно длительного времени контактирует с атмосферой, то есть вероятность его полного разрушения. При вступлении в реакцию с водой, происходит характерный взрыв. Это связано с выделяющимся водородом, который воспламеняется характерным розовато-фиолетовым пламенем. А при добавлении в воду, реагирующую с калием фенолфталеина, она приобретает малиновый цвет, который свидетельствует о щелочной реакции образующегося гидроксида калия (КОН). При взаимодействии металла с такими элементами, как Na, Tl, Sn, Pb, Bi, образуются интерметаллиды Указанные характеристики калия говорят о необходимости соблюдений определенных правил безопасности и условий во время хранения вещества. Так, вещество следует покрывать слоем бензина, керосина или силикона. Это делается для полного исключения его контакта с воздухом или водой. Стоит отметить, что в условиях комнатной температуры металл вступает в реакцию с галогенами. Если его немного нагреть, то он легко взаимодействует с серой. В случае же увеличения температуры, калий способен соединяться с селеном и теллуром. Если повысить температуру более 200 0 С в атмосфере водорода, то образуется гидрид КН, который способен воспламеняться без посторонней помощи, т.е. самостоятельно. Калий совершенно не взаимодействует с азотом, даже если для этого создать надлежащие условия (повышенные температуру и давление). Однако, контактировать эти два вещества можно заставить, повлияв на них электрическим разрядом. В данном случае получится азид калия KN 3 и нитрид калия K 3 N. Если нагреть вместе графит и калий, то в результате получатся карбиды KC 8 (при 300 °С) и KC 16 (при 360 °C). При взаимодействии калия и спиртов получаются алкоголяты. Кроме этого, калий делает существенно быстрее процесс полимеризации олефинов и диолефинов. Галогеналкилы и галогенарилы вместе с девятнадцатым элементом в результате дают калийалкилы и калийарилы. Таблица 2. Химические свойства калия Характеристика Значение Свойства атома Название, символ, номер Калий / Kalium (K), 19 Атомная масса (молярная масса) 39,0983(1) а. е. м. (г/моль) Электронная конфигурация 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 0; +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 336,8К; 63,65 °C Температура кипения 1047К; 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 Кристаллическая решётка простого вещества Структура решётки Кубическая объёмно-центрированная Параметры решётки 5,332 Å Температура Дебая 100 K Электронное строение атома калия Калий имеет положительно заряженное ядро атома (+19). В середине этого атома присутствуют 19 протонов и 19 нейтронов, которые окружаются четырьмя орбитами, где в постоянном движении находятся 19 электронов. Электроны распределены на орбиталях в следующем порядке: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 . На внешнем энергетическом уровне атома металла находится всего 1 валентный электрон. Это объясняет тот факт, что абсолютно во всех соединениях калий имеет валентность 1. В отличие от лития и натрия, данный электрон располагается на более удаленном расстоянии от ядра атома. Это является причиной повышенной химической активностью калия, чего нельзя сказать об упомянутых двух металлах. Таким образом, внешняя электронная оболочка калия представлена следующей конфигурацией: Не смотря на присутствие вакантных 3p - и 3d -орбиталей, возбужденное состояние отсутствует. Рекомендуем почитать Офисные программы Подробный анализ стихотворения "во глубине сибирских руд" пушкина Смартфоны “Тарас Бульба” характеристика Остапа Windows инструкции Биография сильвио берлускони Windows инструкции Последовательность пищеварительных процессов Windows инструкции Работы художника т мавриной Планшеты Запомним их такими: имена и фотографии погибших в авиакатастрофе