Калий металл или неметалл. Калий
В этой статье будет дана характеристика калия с точки зрения физики и химии. Первая из этих наук изучает механические и внешние свойства веществ. А вторая - их взаимодействие друг с другом - это химия. Калий - девятнадцатый по счету элемент в таблице Менделеева. Он принадлежит к В этой статье будет рассмотрена и электронная формула калия, и его поведение с другими веществами и т. д. Это один из наиболее активных металлов. Наука, которая занимается изучением этого и других элементов - химия. 8 класс предусматривает изучение и их свойств. Поэтому данная статья будет полезна школьникам. Итак, начнем.
Характеристика калия с точки зрения физики
Это простое вещество, которое при нормальных условиях находится в твердом агрегатном состоянии. Температура плавления составляет шестьдесят три градуса по шкале Цельсия. Закипает же данный металл, когда температура достигает семисот шестидесяти одного градуса по Цельсию. Рассматриваемое вещество обладает серебристо-белой окраской. Имеет металлический блеск.
Плотность калия составляет восемьдесят шесть сотых грамма на сантиметр кубический. Это очень легкий металл. Формула калия очень проста - он не формирует молекул. Данное вещество состоит из атомов, которые расположены близко друг к другу и имеют кристаллическую решетку. Атомная масса калия равняется тридцати девяти граммам на моль. Твердость его очень низкая - его можно легко порезать ножом, как сыр.
Калий и химия
Начнем с того, что калий - химический элемент, который обладает очень высокой химической активностью. Даже хранить его на открытом воздухе нельзя, так как он моментально начинает реагировать с окружающими его веществами. Калий - химический элемент, который относится к первой группе и четвертому периоду таблицы Менделеева. Он обладает всеми свойствами, которые характерны для металлов.
Взаимодействие с простыми веществами
К ним относятся: кислород, азот, сера, фосфор, галогены (йод, фтор, хлор, бром). По порядку рассмотрим взаимодействие калия с каждым из них. Взаимодействие с кислородом называется окислением. В течение данной химической реакции расходуется калий и оксиген в молярном соотношении четыре части к одной, в результате чего образуется оксид рассматриваемого металла в количестве двух частей. Данное взаимодействие можно выразить при помощи следующего уравнения реакции: 4К + О2 = 2К2О. При горении калия можно наблюдать
Поэтому данная реакция считается качественной на определение калия. Реакции с галогенами называются в соответствии с названиями этих химических элементов: это йодирование, фторирование, хлорирование, бромирование. Данные взаимодействия можно назвать реакциями присоединения, так как атомы двух разных веществ объединяются в одно. Примером подобного процесса может служить реакция между калием и хлором, в результате которой образуется хлорид рассматриваемого металла. Для проведения данного взаимодействия необходимо взять два этих компонента - два моля первого и один второго. В результате образуется два моля соединения калия. Эта реакция выражается таким уравнением: 2К + СІ2 = 2КСІ. С азотом калий может давать соединения при горении на открытом воздухе. Во время этой реакции расходуется рассматриваемый металл и азот в молярном соотношении шесть частей к одной, в результате данного взаимодействия образуется нитрид калия в количестве двух частей. Это можно показать в виде следующего уравнения: 6К + N2 = 2K3N. Это соединение представляет собой кристаллы зелено-черного цвета. С фосфором рассматриваемый металл реагирует по такому же принципу. Если взять три моля калия и один моль фосфора, получим один моль фосфида. Данное химическое взаимодействие можно записать в виде такого уравнения реакции: 3К + Р = К3Р. Кроме того, калий способен реагировать с водородом, образуя при этом гидрид. В качестве примера может быть приведено такое уравнение: 2К + Н2 = 2КН. Все реакции присоединения происходят только при наличии высоких температур.
Взаимодействие со сложными веществами
Характеристика калия с точки зрения химии предусматривает рассмотрение и этой темы. К с которыми способен реагировать калий, относятся вода, кислоты, соли, оксиды. Со всеми ними рассматриваемый металл реагирует по-разному.
Калий и вода
Данный химический элемент бурно реагирует с ней. При этом образуется гидроксид, а также водород. Если взять по два моля калия и воды, то получим столько же и один моль водорода. Данное химическое взаимодействие можно выразить с помощью следующего уравнения: 2К + 2Н2О = 2КОН = Н2.
Реакции с кислотами
Так как калий - активный металл, он с легкостью вытесняет атомы гидрогена из их соединений. Примером может быть реакция, которая происходит между рассматриваемым веществом и соляной кислотой. Для ее проведения нужно взять два моля калия, а также кислоту в том же количестве. В результате образуется - два моля и водород - один моль. Этот процесс можно записать таким уравнением: 2К + 2НСІ = 2КСІ + Н2.
Калий и оксиды
С данной группой неорганических веществ рассматриваемый металл реагирует только при значительном нагревании. Если атом металла, входящего в состав оксида, пассивнее того, о котором мы говорим в данной статье, происходит, по сути, реакция обмена. Например, если взять два моля калия и один моль оксида купрума, то в результате их взаимодействия можно получить по одному молю оксида рассматриваемого химического элемента и чистый купрум. Это можно показать в виде такого уравнения: 2К + CuO = К2О + Cu. Вот где проявляются сильные восстановительные свойства калия.
Взаимодействие с основаниями
Калий способен реагировать с гидроксидами металлов, которые находятся правее него в электрохимическом ряду активности. В таком случае также проявляются его восстановительные свойства. Например, если взять два моля калия и один моль гидроксида бария, то в результате реакции замещения мы получим такие вещества, как гидроксид калия в количестве два моля и чистый барий (один моль) - он выпадет в осадок. Представленное химическое взаимодействие можно отобразить в виде следующего уравнения: 2К + Ba(OH)2 = 2КОН + Ba.
Реакции с солями
В данном случае калий все так же проявляет свои свойства как сильный восстановитель. Замещая атомы химически более пассивных элементов, он позволяет получить чистый металл. Например, если добавить к в количестве два моля три моля калия, то в результате данной реакции получим три моля хлорида калия и два моля алюминия. Выразить данный процесс с помощью уравнения можно следующим образом: 3К + 2АІСІ3 = 3КСІ2 + 2АІ.
Реакции с жирами
Если добавить калий к какому-либо органическому веществу данной группы, он также вытеснит один из атомов гидрогена. Например, при смешивании стеарина с рассматриваемым металлом образуется стеарат калия и водород. Полученное вещество применяется для изготовления жидкого мыла. На этом характеристика калия и его взаимодействий с другими веществами заканчивается.
Использование калия и его соединений
Как и все металлы, рассматриваемый в данной статье необходим для многих процессов в промышленности. Основное применение калия происходит в химической отрасли. Благодаря своей высокой химической активности, ярко выраженным щелочнометаллическим и восстановительным свойствам, он применяется в качестве реагента для многих взаимодействий и получения разнообразных веществ. Кроме того, сплавы с содержанием калия используются как теплоносители в ядерных реакторах. Также рассматриваемый в данной статье металл находит свое применение в электротехнике. Помимо всего вышеперечисленного, он является одним из главных компонентов удобрений для растений. Кроме того, его соединения применяются в самых разнообразных отраслях промышленности. Так, в добыче золота используется цианид калия, который служит реагентом для выделения ценных металлов из руд. В производстве стекла применяется Фосфаты рассматриваемого химического элемента являются компонентами всевозможных чистящих средств и порошков. В спичках присутствует хлорат данного металла. В изготовлении пленок для старых фотоаппаратов использовался бромид рассматриваемого элемента. Как вы уже знаете, добыть его возможно путем бромирования калия в условии высокой температуры. В медицине используется хлорид данного химического элемента. В мыловарении - стеарат и другие производные от жиров.
Получение рассматриваемого металла
В наше время калий добывают в лабораториях двумя основными способами. Первый - восстановление его из гидроксида с помощью натрия, который химически еще более активен, чем калий. А второй - получение его из хлорида, тоже с помощью натрия. Если добавить к одному молю гидроксида калия столько же натрия, образуется по одному молю щелочи натрия и чистого калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом: КОН + Na = NaOH + К. Для проведения реакции второго типа нужно смешать хлорид рассматриваемого металла и натрий в равных молярных пропорциях. В результате этого образуются такие вещества, как кухонная соль и калий в одинаковом соотношении. Выразить данное химическое взаимодействие можно с помощью такого уравнения реакции: КСІ + Na = NaCl + К.
Строение калия
Атом данного химического элемента, как и всех остальных, состоит из ядра, в котором содержатся протоны и нейтроны, а также электронов, которые вращаются вокруг него. Количество электронов всегда равно количеству протонов, которые находятся внутри ядра. Если же какой-либо электрон отсоединился или присоединился к атому, то он уже перестает быть нейтральным и превращается в ион. Они бывают двух видов: катионы и анионы. Первые обладают положительным зарядом, а вторые - отрицательным. Если к атому присоединился электрон, то он превращается в анион, если же какой-либо из электронов покинул свою орбиту, нейтральный атом становится катионом. Так как порядковый номер калия, согласно таблице Менделеева, девятнадцать, то и протонов в ядре данного химического элемента находится столько же. Поэтому можно сделать вывод, что и электронов вокруг ядра расположено девятнадцать. Количество протонов, которые содержатся в структуре атома, можно определить, отняв от атомной массы порядковый номер химического элемента. Так можно сделать вывод, что в ядре калия находится двадцать протонов. Так как рассматриваемый в этой статье металл принадлежит к четвертому периоду, он имеет четыре орбиты, на которых равномерно располагаются электроны, которые все время находятся в движении. Схема калия выглядит следующим образом: на первой орбите расположены два электрона, на второй - восемь; также как и на третьей, на последней, четвертой, орбите вращается всего один электрон. Этим и объясняется высокий уровень химической активности данного металла - его последняя орбита не заполнена полностью, поэтому он стремится соединиться с какими-либо другими атомами, в результате чего их электроны последних орбит станут общими.
Где можно встретить данный элемент в природе?
Так как он обладает чрезвычайно высокой химической активностью, то на планете он нигде не встречается в чистом виде. Его можно увидеть только в составе разнообразных соединений. калия в земной коре составляет 2,4 процента. Самые распространенные минералы, в состав которых входит калий, - это сальвинит и карналлит. Первый обладает следующей химической формулой: NaCl.KCl. Он обладает пестрой расцветкой и состоит из множества кристаллов разнообразной окраски. В зависимости от соотношения хлорида калия и натрия, а также от наличия примесей, он может содержать красные, синие, розовые, оранжевые составляющие. Второй минерал - карналлит - выглядит как прозрачные, нежно-голубые, светло-розовые либо бледно-желтые кристаллы. Его химическая формула выглядит так: KCl.MgCl2.6Н2О. Он является кристаллогидратом.
Роль калия в организме, симптомы недостатка и избытка
Он вместе с натрием поддерживает водно-солевой баланс клетки. Также он участвует в передаче между мембранами нервного импульса. Кроме того, он регулирует кислотно-щелочной баланс в клетке и во всем организме в целом. Он принимает участие в процессах обмена веществ, противодействует возникновению отеков, входит в состав цитоплазмы - около пятидесяти ее процентов - соли рассматриваемого металла. Главными признаками того, что организму не хватает калия, является отечность, возникновение такого заболевания, как водянка, раздражительность и нарушения в работе нервной системы, заторможенность реакции и ухудшение памяти.
Кроме того, недостаточное количество данного микроэлемента отрицательно сказывается на сердечно-сосудистой и мышечной системах. Недостаток калия на протяжении очень длительного времени может спровоцировать инфаркт либо инсульт. А вот из-за избытка калия в организме может развиться язва тонкого кишечника. Для сбалансирования своего питания таким образом, чтобы получать нормальное количество калия, нужно знать, в каких продуктах он содержится.
Еда с высоким содержанием рассматриваемого микроэлемента
Прежде всего, это орехи, такие как кешью, грецкие, фундук, арахис, миндаль. Также большое его количество находится в картошке. Кроме того, калий содержится в сухофруктах, таких как изюм, курага, чернослив. Данным элементом богаты и кедровые орешки. Также высокая его концентрация наблюдается в бобовых: фасоли, горохе, чечевице. Морская капуста также богата данным химическим элементом. Еще одними продуктами, содержащими данный элемент в большом количестве, являются зеленый чай и какао. Кроме того, в высокой концентрации он находится и во многих фруктах, таких как авокадо, бананы, персики, апельсины, грейпфруты, яблоки. Многие крупы богаты рассматриваемым микроэлементом. Это прежде всего перловка, а также пшеничная и гречневая крупа. В петрушке и брюссельской капусте тоже есть много калия. Кроме того, он содержится в моркови и дыне. Лук и чеснок обладают немалым количеством рассматриваемого химического элемента. Куриные яйца, молоко и сыр также отличаются высоким содержанием в них калия. Суточная норма данного химического элемента для среднестатистического человека составляет от трех до пяти граммов.
Заключение
Прочитав эту статью, можно сделать вывод, что калий является чрезвычайно важным химическим элементом. Он необходим для синтезирования многих соединений в химической промышленности. Кроме того, используется и во многих других отраслях. Также он очень важен для организма человека, поэтому должен регулярно и в необходимом количестве поступать туда с едой.
Калий - щелочной металл, который достаточно широко распространен на Земле. Соединения калия с давних времен знакомы людям. Элемент был открыт в 1807 году и был изначально назван потассием. Однако, название не прижилось и чуть позже элемент был назван калием.
С давних времен люди получали поташ (карбонат калия) из продуктов горения. Его использовали как моющее средство, чуть позже его начали применять для производства различных сельскохозяйственных удобрений, для изготовления стекла и других целей. На сегодняшний день поташ даже является официально зарегистрированной пищевой добавкой.
Характеристика калия
Физические свойства
Элемент имеет бледно-серебристый цвет. На только что образовавшейся поверхности возникает характерный блеск. Калий - легкий металл. Легко плавится. Его можно растворить в ртути, в результате этого процесса образуются амальгамы. Горит красновато-фиолетовым пламенем.
Химические свойства
Калий является металлом и обладает всеми соответствующими свойствами. Также элемент относится к группе щелочных. Этим и объясняется его повышенная химическая активность. Калий, реагируя с другими веществами, отдает электроны, является сильным восстановителем.
- Вступает в бурную реакцию с кислородом, образуя супероксид калия.
- При нагревании реагирует с водородом.
- Хорошо реагирует со всеми неметаллическими элементами, образуя при этом нитриды, фосфиды, сульфиды и другие соединения.
- Вступает в реакцию со многими сложными веществами: солями, оксидами, а также с водой. Реакция с водой протекает очень бурно, со взрывом.
Соединения калия достаточно распространены в природе. В чистом виде калий встретить нельзя. Причина этому - его повышенная химическая активность.
Где же в природе можно найти калий?
- Во-первых, калий в достаточно больших количествах содержится в коре Земли. Его содержание оценивается примерно в 2,4%. Калий является важной составляющей почвы, горных пород.
- Во-вторых, большие залежи солей калия зафиксированы на местах испарения древних морей.
- Также существенное количество калия содержат в себе воды Мирового океана. В водах Мирового океана концентрация калия составляет примерно 0,06%. В отдельных водоемах (например, Мертвое море), концентрация калия может быть и 1,5%. Такая повышенная концентрация делает экономически выгодной добычу калия. Так, в Иордании стоит завод по добыче калия из вод Мертвого моря.
Области применения калия
Сфера использования калия существенно уже по сравнению с тем же натрием. Это обусловлено тем, что калий обладает большей химической активностью. Кроме того, калий является более дорогим металлом. Тем не менее, калий все же используется в различных отраслях промышленности.
- Активней всего калий используют в химической промышленности для производства удобрений. Калий является важным элементом для растений. Довольно часто растения испытывают нехватку калия, что приводит к тому, что растение не может использовать весь свой потенциал роста. Растение становится ослабленным, медленнее растет, стебель слабеет, листья желтеют и опадают, семена становятся менее всхожими. Дефицит калия в таких случаях восполняют с помощью удобрений. Именно калийные удобрения являются основной продукцией, для которой используется калий. Самым распространенным калийным удобрением является хлорид калия (KCl).
- Кроме того, элемент и его соединения используют в машиностроении. Гидроксид калия - важнейший элемент для изготовления аккумуляторов.
- Соединения калия также используются в пищевой промышленности. Яркий пример - нитрат калия. Вещество является пищевой добавкой. Используется в качестве консерванта.
Температура плавления калия 63,5°, температура кипения 760°, плотность при 20° 0,862 г/см%, твердость 0,5, удельная теплоемкость 0,17 кал, удельная электропроводность 15*10в-4 мо*см (при 10°). Нормальный электродный потенциал (по отношению к водороду), полученный косвенным путем, равен 2,92 в Теплота сублимации калия 23 ккал/г*атом. Электрохимический эквивалент калия 1,459 г/а*ч. Энергия ионизации паров калия 100 ккал/г-атом.
Пары калия зеленого цвета. В парах калия наряду с одноатомными молекулами содержится и некоторое количество двухатомных.
Калий кристаллизуется в кубической системе. Чистая поверхность калия обладает серебристым блеском. Тонкие пластинки калия просвечивают с фиолетовым оттенком. При комнатной температуре калий мягок, на холоду становится хрупким.
Калий энергично соединяется с большинством металлоидов; особенно ярко выражено его сродство к галоидам и к элементам кислородной группы.
Свежая блестящая поверхность калия на воздухе быстро окисляется и тускнеет. Окисление может протекать столь энергично, что металл плавится и воспламеняется с характерным фиолетовым пламенем, образуя при недостатке кислорода окись калия Абсолютно сухой кислород с калием не взаимодействует даже при нагревании. Во влажном кислороде при его избытке или при высокой температуре калий сгорает с образованием перекиси калия, К2О2.
Калий бурно разлагает воду по реакции
2К + 2Н2О = 2КОН + Н2;
выделяющийся водород в присутствии воздуха обычно воспламеняется.
С хлором, фтором и парами брома, калий образует соответствующие галоидные соединения. С йодом он соединяется со вспышкой, с жидким бромом - со взрывом. С серой, селеном и теллуром калий энергично реагирует при легком нагревании; он непосредственно соединяется также с фосфором, мышьяком и сурьмой.
С ртутью калий образует амальгамы, с натрием дает сплав, жид кий при комнатной температуре. При 400° калий медленно поглощает водород с образованием гидрида КН.
Металлический калий растворим в жидком аммиаке. Эти растворы обладают высокой электропроводностью достигающей по величине электропроводность металлической ртути.
В природе калий встречается только в виде различных солей и силикатов Количество его в земной коре весьма велико--2,4%.
В форме хлоридов - минералов сильвинита (KCl+NaCl), карнал лита (KCh*MgCl2*6H2O, каинитa (KCl*MgSO4*3H2O) - калий встречается в соляных месторождениях, в морской и озерной воде. Самое крупное в мире месторождение хлористого калия находится в России в Соликамске. В Прикарпатском районе имеется соляное месторождение, содержащее лангбейнит (2MgSО4*KbSO4*H2O).
В форме силикатов - полевых шпатов, нефелинов, сиенитов, лейцитов и др. - калий встречается в больших количествах, например, на Кольском полуострове (нефелины), в Красноярском крае (ужурские нефелиновые сиениты), в Армянской CCP (сиениты) и т. п.
Металлический калий впервые получен Деви в 1807 г. электролизом твердого, слегка влажного едкого кали Позднее Гей-Люссак и Тенар получали калий в значительных количествах, прокаливая едкое кали с углем в стальной трубке.
Первоначально металл применялся в основном для изучения его физико-химических свойств. Впоследствии металлический калий начал находить более широкое применение в различных областях науки и техники.
Так, жидкий сплав калия с натрием используется вместо ртути при изготовлении термометров. Металлический калий применяется в производстве калий-дивинилового каучука. Особо широкое применение нашел калий при получении тетраокиси калия - полупродукта в производстве регенеративных веществ, например - для поглощения углекислоты и влаги.
16.07.2019
Подходить к выбору автосалона необходимо так же ответственно, как и к покупке самого транспортного средства. Дело в том, что автомобильные салоны, предлагающие машины...
16.07.2019
На сегодняшний день действует большое количество дилеров разных марок транспортных средств. Однако далеко не все они являются одинаково хорошими и честными по отношению...
16.07.2019
Согласно сведениям, озвученным гендиректором Департамента энергии и природных ресурсов Индонезии Бамбангом Гатотом Арийоноо, через три года на территории государства...
16.07.2019
В процессе покупки машины важно отыскать надёжного автодилера, заслуживающего доверия, с которым вам будет комфортно сотрудничать. Статистические данные говорят о том,...
16.07.2019
На сегодняшний день сваи железобетонные активно применяют при возведении разнообразных объектов. Они способны принимать на себя значительную часть нагрузок, поскольку...
16.07.2019
Сотрудники органов исполнительной власти Перу не так давно приняли решение по поводу выдачи корпорации Southern Copper, владельцем которой выступает предприятие из...
15.07.2019
15.07.2019
С развитием технического прогресса миру было явлено множество различной техники и оборудования. И одними из необходимых машин в современном строительстве, производстве и...
15.07.2019
В традиционном и привычном видении, мягкая мебель представляет собой два кресла и диван. Тем не менее, в настоящий момент мягкая мебель приобрела более расширенный...
15.07.2019
Девять лет назад были внесены определённые изменения в лицензирование определённых сфер в области обеспечения безопасности. С этого момента строительные и другие фирмы...
Калий - девятнадцатый элемент периодической таблицы Менделеева, относится к щелочным металлам. Это простое вещество, которое при нормальных условиях пребывает в твердом агрегатном состоянии. Закипает калий при температуре 761 °С. Температура плавления элемента - 63 °С. Калий имеет серебристо-белую окраску с металлическим блеском.
Химические свойства калия
Калий - , обладающий высокой химической активностью, поэтому его нельзя хранить на открытом воздухе: щелочной металл моментально вступает в реакцию с окружающими веществами. Этот химический элемент относится к I группе и IV периоду таблицы Менделеева. Калий обладает всеми характерными для металлов свойствами.
Он взаимодействует с простыми веществами, к которым относятся галогены (бром, хлор, фтор, иод) и фосфор, азот и кислород. Взаимодействие калия с кислородом называется окислением. В течение этой химической реакции кислород и калий расходуются в молярном соотношении 4:1, в результате чего образуется оксид калия в количестве двух частей. Такое взаимодействие можно выразить уравнением реакции:
4К + О₂ = 2К₂О
Во время горения калия наблюдается пламя ярко-фиолетового цвета.
Такое взаимодействие считается качественной реакцией на определение калия. Реакции калия с галогенами называются в соответствии с названиями химических элементов: это фторирование, иодирование, бромирование, хлорирование. Такие взаимодействия являются реакциями присоединения. Пример - реакция между калием и хлором, в результате которой образуется хлорид калия. Для проведения такого взаимодействия берут два моля калия и один моль . В результате образуется два моля калия:
2К + СІ₂ = 2КСІ
Молекулярное строение хлорида калияПри горении на открытом воздухе калий и азот расходуются в молярном соотношении 6:1. В результате такого взаимодействия образуется нитрид калия в количестве двух частей:
6К + N₂ = 2K₃N
Соединение представляет собой кристаллы зелено-черного цвета. С фосфором калий реагирует по такому же принципу. Если взять 3 моля калия и 1 моль фосфора, получится 1 моль фосфида:
3К + Р = К₃Р
Калий реагирует с водородом, образуя гидрид:
2К + Н₂ = 2КН
Все реакции присоединения происходят при высоких температурах
Взаимодействие калия со сложными веществами
К сложным веществам, с которыми вступает в реакцию калий, относятся вода, соли, кислоты и оксиды. Так как калий - активный металл, он вытесняет атомы водорода из их соединений. Пример - реакция, происходящая между калием и соляной кислотой. Для ее проведения берется по 2 моля калия и кислоты. В результате реакции образуется 2 моля хлорида калия и 1 моль водорода:
2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂
Более детально стоит рассмотреть процесс взаимодействия калия с водой. Калий бурно взаимодействует с водой. Он движется по поверхности воды, его подталкивает выделяющийся водород:
2K + 2H₂O = 2KOH + H₂
В ходе реакции в единицу времени выделяется много тепла, что приводит к воспламенению калия и выделяющегося водорода. Это очень интересный процесс: при контакте с водой калий мгновенно воспламеняется, фиолетовое пламя потрескивает и быстро передвигается по поверхности воды. В конце реакции происходит вспышка с разбрызгиванием капель горящего калия и продуктов реакции.
Реакция калия с водой
Основной конечный продукт реакции калия с водой - гидроксид калия (щелочь). Уравнение реакции калия с водой:
4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH
Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно!
При неправильном проведении эксперимента можно получить ожог щелочью. Для реакции обычно используют кристаллизатор с водой, в который помещают кусочек калия. Как только водород прекращает горение, многие хотят заглянуть в кристаллизатор. В этот момент происходит завершающая стадия реакции калия с водой, сопровождающаяся слабым взрывом и разбрызгиванием образовавшейся горячей щелочи. Поэтому в целях безопасности стоит держаться на некотором расстоянии от лабораторного стола, пока реакция не завершится полностью. вы найдете самые зрелищные опыты, которые можно проводить с детьми дома.
Строение калия
Атом калия состоит из ядра, в котором содержатся протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг него. Количество электронов всегда равно количеству протонов, находящихся внутри ядра. При отсоединении электрона или при присоединении к атому он перестает быть нейтральным и превращается в ион. Ионы делятся на катионы и анионы. Катионы обладают положительным зарядом, анионы - отрицательным. При присоединении к атому электрона он превращается в анион; если же один из электронов покидает свою орбиту, нейтральный атом превращается в катион.
Порядковый номер калия в периодической таблице Менделеева - 19. Значит, протонов в ядре химического элемента находится тоже 19. Вывод: электронов вокруг ядра расположено 19. Количество протонов в структуре определяется так: от атомной массы отнять порядковый номер химического элемента. Вывод: в ядре калия находится 20 протонов. Калий принадлежит к IV периоду, имеет 4 «орбиты», на которых равномерно располагаются электроны, пребывающие в постоянном движении. На первой «орбите» расположены 2 электрона, на второй - 8; на третьей и на последней, четвертой «орбите», вращается 1 электрон. Этим объясняется высокий уровень химической активности калия: его последняя «орбита» не заполнена полностью, поэтому элемент стремится соединиться с другими атомами. В результате электроны последних орбит двух элементов станут общими.
| 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.
