Химический элемент Калий

Калий, представленный символом K, является одним из щелочных металлов. Этот элемент мягкий и имеет серебристо-белый цвет. Как и другие щелочные металлы, калий в основном принимает форму солей. Кроме того, ионы калия необходимы для нормальной передачи нервных импульсов внутри живых клеток.

Десять интересных фактов о калии
Калий был впервые выделен из поташа, растительной золы, замоченной в горшке с водой. Название “калий” также происходит от “поташ”.
Вторым по плотности металлом после лития является калий.
Первым металлом, выделенным электролизом, был калий.
Жиры могут вступать в реакцию с гидроксидом калия с образованием мыла.
Калий состоит из трех основных изотопов, и один из изотопов 40 K является радиоактивным. 40 К содержится во всем калии и является наиболее распространенным радиоизотопом в организме человека.
Клетки полагаются на ионы калия, чтобы функционировать должным образом.
Как дефицит, так и избыток калия могут вызывать серьезные симптомы.
Бананы являются хорошим источником калия. Пять бананов или одиннадцать бананов обеспечат достаточное ежедневное количество калия. Однако слишком большое количество бананаas также приведет к ужасающим побочным эффектам.
Коммерческая добыча солей калия осуществляется из эвапоритовых отложений на дне древних озер, например, Мертвого моря.
Удобрения используют соли калия в качестве источника питания растений.

Калий в Периодической таблице
В периодической таблице калий (K) находится в группе 1 и периоде 4. Это щелочной металл с атомным номером 19. Электронная конфигурация калия равна [Ar] 4s 1. Как и другие щелочные металлы, он имеет один валентный электрон, который легко удаляется, образуя катион. Катионная форма калия соединяется с различными анионами с образованием солей.

Калий – оздоровительный эффект
Калий необходим для функционирования живых клеток, потому что он играет жизненно важную роль в нервных функциях и жидкостных системах человека. В нервной системе калий в его катионной форме помогает отправлять сообщения между мозгом и телом. Эти сообщения представляют собой нервные импульсы, которые контролируют сердцебиение, мышечные сокращения и другие функции организма. Выход калия из клетки и поступление натрия в клетку вызывает изменение напряжения в клетке, что, в свою очередь, создает эти нервные импульсы. Поэтому для поддержания здоровой нервной функции необходимо получать достаточное количество калия.

Люди могут получать калий из фруктов и овощей, включая картофель, бананы и белую фасоль; однако важно, чтобы уровень калия оставался в пределах здорового диапазона. Слишком много калия в крови может вызвать низкое кровяное давление или даже сердечный приступ. С другой стороны, дефицит калия приводит к таким симптомам, как судороги ног, паралич мышц, ненормальное сердцебиение и т. Д. Исследования показали, что повышение уровня калия окажет значительное влияние на снижение артериального давления у людей с низким и здоровым уровнем калия. Кроме того, увеличение потребления калия может оказывать прямое благотворное воздействие на сердечно-сосудистую систему. Лучший способ увеличить потребление калия - увеличить потребление фруктов и овощей, что также оказывает благотворное влияние на здоровье независимо от потребления калия.

Изотопы калия
Существует три основных изотопа калия: 39 К, 40 К и 41 К. Среди них только 40 К радиоактивны. В общем, радиоактивный изотоп - это тот, ядра которого нестабильны и могут выделять энергию, самопроизвольно испуская излучение в форме альфа, бета и гамма-лучей.

40К представляет большой интерес для ученых, и это составляет 0,012% от общего количества калия, обнаруженного в природе. Калий широко распространен в природе, например, в растениях, животных и минералах, что означает, что радиоактивность 40 К присутствует в большинстве вещей вокруг нас, даже в человеческих телах. Однако его количества недостаточно, чтобы причинить какой-либо вред.

Радиоактивные 40К в минералах помогают определять возраст объектов. Если минерал содержит какой-либо калий, при распаде 40К образуется изотоп аргона, который будет заперт в минерале. Соотношение между 40K и 40Ar указывает на время, прошедшее с момента образования минерала. Чем старше порода, тем больше 40Ar и меньше 40K она содержит.

Применение калия в современном мире
Калий, широко применяемый в промышленности и в биологических приложениях, доказывает свою важность.

Промышленное применение
В качестве теплообменной среды используется сплав калия с натрием (NaK). Сильноосновной гидроксид калия (KOH) образует мыло из жиров и масел и полезен в реакциях гидролиза с образованием сложных эфиров. Хлорат калия (KClO3) необходим для обеспечения безопасности спичек, а также используется в сельском хозяйстве в качестве эффективного средства от сорняков.

Использовать в качестве удобрения
В удобрениях используется калий, ионно связанный с хлоридом, нитратом и сульфатом. Он помогает поддерживать функции устьиц (регулирование воды) в растительных клетках и других важных ферментах. И наоборот, без калия растения не способны противостоять высоким температурам. Удивительно, что сельскохозяйственные удобрения потребляют 95% производимого калия, и около 90% поташа поступает из KCl.

Калиевый элемент в организме человека
Калий является важнейшим элементом для человеческого организма. В частности, ионы калия присутствуют в сочетании с широким спектром белков и ферментов. Он помогает поддерживать уровень кислотности и кровяное давление. Это преобладающий положительный ион внутри клеток человека, натрий является основным положительным ионом вне клеток человека. Разница между концентрациями этих двух ионов внутри и снаружи может влиять на электрический потенциал, который необходим для основных функций организма, таких как передача сигналов нейронами (нейротрансмиссия), работа сердца и сокращение мышц.

История калия
Калий был первым металлом, выделенным электролизом. Впервые он был обнаружен сэром Хамфри Дэви из Англии в 1807 году. Он обнаружил крошечную капельку жидкого металла, образовавшуюся при электролизе небольшого количества расплавленного поташа, и назвал элемент “калий” на основе слова “поташ”.

Химия калия – соединения, реакции, степени окисления
Химические свойства калия
Как и другие щелочные металлы, калий очень реакционноспособен. Он может бурно реагировать с водой, образуя газообразный водород (H2). Избыточное тепло, выделяемое в результате этой реакции, вместе с Н2 в качестве продукта, может быть взрывоопасным. Калий также может вступать в реакцию с воздухом и образовывать оксидные слои. Когда калий сжигается на воздухе, он может образовывать оранжевый супероксид калия в форме KO2. Калий также может быстро реагировать со всеми галогенами (F2, Cl2, I2) с образованием галогенидов калия (KF, KCl, KBr).

Соединения калия
Хлорид калия (KCl) является наиболее важным соединением калия. Искусственные удобрения максимально используют это соединение. Он не имеет запаха, имеет вид белого / бесцветного кристалла и легко растворяется в воде. Другие соединения калия также коммерчески важны:

K2 SO 4: Сульфат калия представляет собой белый и твердый кристалл. Он негорюч и растворим в воде, но не в спирте. Он также служит удобрением, которое помогает растениям лучше расти.
KHCO3: Пищевая сода или бикарбонат калия могут использоваться в качестве разрыхлителей, антацидов (при расстройстве желудка) и добавок в безалкогольные напитки.
KHSO3: бисульфит калия используется для консервирования пищевых продуктов, отбеливания текстиля и дубления кож. Бисульфит калия представляет собой химическую смесь с приблизительной химической формулой KHSO3. Это не настоящее соединение, а смесь солей, которые дают растворы, состоящие из ионов калия и бисульфита.
KBr: Бромат калия используется в гравировке и в качестве добавки к хлебу. Это белый кристалл, растворимый в воде. В разбавленном водном растворе бромид калия имеет сладкий вкус. При более высоких концентрациях он не очень приятный на вкус.
K2 SiF 6: фторсиликат калия используется для изготовления специализированных стекол и керамики.
КОН: Гидроксид калия, также называемый едким калием, имеет множество промышленных применений, включая средство для удаления краски, производство специализированных мыл, топливных элементов и батарей. Кроме того, как и NaOH, он служит источником OH–, высоко нуклеофильного аниона, который разрушает полярные связи в органических материалах.
KNO 3: Нитрат калия присутствует во взрывчатых веществах, фейерверках, спичках и ракетном топливе.

Выделение калия
Соли калия находятся в эвапоритовых отложениях на дне древних озер и морском дне. Извлечение солей калия из этих обширных источников является экономически выгодным. Основными типами источников калия являются карналлиты, содержащие 45-85% карналлита и 18-50% галита с небольшим количеством сильвита, ангидрита, глинистых минералов и карбонатов; сильвинит, включающий 95-98% сильвита и галита, остальное является нерастворимым остатком; и твердая соль, содержащая 8-25% сильвита, 18-30% кизерита, 40-60% галита и 0,5–2,0% карбонатов, ангидрита и глинистых минералов. Большинство известных ресурсов сосредоточено в СССР на Урале (Соликамск, Пермская область), в Западном Казахстане, западной Украине и Белоруссии. Значительные иностранные месторождения включают месторождения в Германской Демократической Республике (Штасфурт), Федеративной Республике Германии (Ганновер, Гарц, Гессен, Баден), США (регион Карлсбад в Нью-Мексико; озеро Сирлз в Калифорнии), Канаде (Саскачеван), Франции (Эльзас) и Италии (Сицилия).

Для отделения солей калия от Na- и Mn-соединений можно применить несколько методов. В частности, фракционное осаждение является широко используемым методом выделения этих растворимых солей. И большая часть калия поступает в виде хлорида калия (KCl) и используется в качестве удобрения.

Первый метод выделения
Сэр Хамфри Дэви впервые выделил чистый калий с помощью простого лабораторного химического эксперимента в 1807 году. Более конкретно, он применил электричество к расплавленной древесной золе в процессе, называемом электролизом. При электролизе древесной золы сначала готовят раствор, помещая древесную золу в металлическую посуду и нагревая золу с помощью горелки Бунзена. Зола, содержащая высокую концентрацию гидроксида калия (KOH), растает. Затем к каждому электроду батареи прикрепляется провод, и провода батареи помещаются в расплавленную золу до тех пор, пока возле анода не образуется жидкий металлический калий. Провод на положительной клемме служит анодом, а провод на отрицательной клемме - катодом. На аноде накапливается металлический калий.

Этот процесс электролиза также использовался в промышленности в 1920-х годах. Однако термический процесс взаимодействия натрия с хлоридом калия в химической равновесной реакции стал доминирующим промышленным методом.

Состояния окисления калия
Электронная конфигурация калия равна [Ar] 4s 1. Наиболее распространенной степенью окисления является K + 1.

Физические свойства калия
Калий - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. Он может вступать в реакцию с водой и кислородом.

Символ калия: K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39,0983 а.е.м.
Температура плавления: 312,46 К
Температура кипения: 961 К
Плотность: 1,53 г /см3
Электроотрицательность: 0,8
Энергия ионизации: 4,341 эВ
Степень окисления: +1
Классификация: Щелочной металл, металл группы I
Естественное содержание 2,6% в земной коре
Конфигурация электронной оболочки: [Ar] 4s 1
Изотопы – Калий имеет 3 основных изотопа: 39 К, 40 К, 41 К

Где я могу купить калий?
Регулярные поставщики химических веществ продают калий. Цена меняется в зависимости от чистоты (обычно 2-5 долларов за г). Более низкая чистота металлического калия дешевле. Однако длительное хранение металлического калия является сложным. Сухой нереактивный газ или минеральное масло окружает элемент, чтобы предотвратить образование слоя супероксида калия.

Кроме того, поскольку калий необходим для здоровья человека, большинство магазинов общего назначения продают калий для людей, которым не хватает калия в их ежедневном рационе или у которых дефицит калия из-за болезни.