Kálium | |||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Argon | Kalcium → | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag megjelenése | |||||||||||||||||||||
Elemi kálium | |||||||||||||||||||||
Az atom tulajdonságai | |||||||||||||||||||||
Név, szimbólum, szám | Kálium/Kálium (K), 19 | ||||||||||||||||||||
Csoport , időszak , blokk |
1 (elavult 1), 4, s-elem |
||||||||||||||||||||
Atomtömeg ( moláris tömeg ) |
39.0983(1) [1] a. e.m. ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||
Elektronikus konfiguráció |
[Ar] 4s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
||||||||||||||||||||
Atom sugara | 235 óra | ||||||||||||||||||||
Kémiai tulajdonságok | |||||||||||||||||||||
kovalens sugár | 203 óra | ||||||||||||||||||||
Ion sugara | 133 óra | ||||||||||||||||||||
Elektronegativitás | 0,82 (Pauling skála) | ||||||||||||||||||||
Elektróda potenciál | -2,92 V | ||||||||||||||||||||
Oxidációs állapotok | 0, +1 | ||||||||||||||||||||
Ionizációs energia (első elektron) |
418,5 (4,34) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai | |||||||||||||||||||||
Sűrűség ( n.a. ) | 0,856 g/cm³ | ||||||||||||||||||||
Olvadási hőmérséklet | 336,8 K; +63,65°C | ||||||||||||||||||||
Forráshőmérséklet | 1047 K; Olvadáspont: 773,85 °C | ||||||||||||||||||||
Oud. fúzió hője | 2,33 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Oud. párolgási hő | 76,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Moláris hőkapacitás | 29,6 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||
Moláris térfogat | 45,3 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||
Egy egyszerű anyag kristályrácsa | |||||||||||||||||||||
Rácsszerkezet | Köbös test középen | ||||||||||||||||||||
Rács paraméterei | 5,332 Å | ||||||||||||||||||||
Debye hőmérséklet | 100K_ _ | ||||||||||||||||||||
Egyéb jellemzők | |||||||||||||||||||||
Hővezető | (300 K) 79,0 W/(m K) | ||||||||||||||||||||
CAS szám | 7440-09-7 | ||||||||||||||||||||
Emissziós spektrum | |||||||||||||||||||||
leghosszabb életű izotópjai | |||||||||||||||||||||
|
19 | Kálium |
K39.0983 | |
[Ar]4s 1 |
A kálium ( kémiai szimbólum - K, lat. Kalium ) az 1. csoport kémiai eleme ( az elavult besorolás szerint - az első csoport fő alcsoportja, az IA), a D. I. kémiai elemeinek periodikus rendszerének negyedik periódusa . Mengyelejev , 19-es rendszámmal .
Az egyszerű anyag , a kálium , egy puha , ezüstös-fehér alkálifém . A természetben a kálium csak más elemekkel alkotott vegyületekben fordul elő , például a tengervízben , valamint sok ásványi anyagban .
Levegőn nagyon gyorsan oxidálódik és nagyon könnyen reagál, különösen vízzel , lúgot képezve .
A kálium sok tulajdonságában nagyon közel áll a nátriumhoz , de biológiai funkciója és az élő szervezetek sejtjei általi felhasználása szempontjából antagonista hatású .
A káliumvegyületeket ősidők óta használták. Tehát a hamuzsír előállítása (amit mosószerként használt) már a 11. században is létezett . A szalma vagy fa égetésekor keletkező hamut vízzel kezeltük, majd a keletkező oldatot ( lúg ) szűrés után elpárologtattuk. A száraz maradék a kálium-karbonát K 2 CO 3 mellett kálium-szulfátot K 2 SO 4 , szódát és KCl kálium- kloridot tartalmazott .
1807. november 19-én a Baker-előadásban az angol kémikus , Davy arról számolt be, hogy kálium szabadul fel egy olvadt kálium elektrolízisével (KOH) [3] (az előadás kéziratában Davy jelezte, hogy október 6-án fedezte fel a káliumot , 1807 [4] ). Davy "káliumnak" nevezte ( lat. kálium [3] :32 ); ez a név (bár egyes nyelveken két s -vel ) még mindig általánosan használatos az angol, francia, spanyol, portugál és lengyel nyelvekben. Nedves kálium-kálium-hidroxid higanykatódon végzett elektrolízise során kálium-amalgámot, a higany desztillációja után pedig tiszta fémet kapott. Davy meghatározta a sűrűségét, tanulmányozta kémiai tulajdonságait, beleértve a víz bomlását és a hidrogén abszorpcióját.
1808-ban a francia kémikusok, Gay-Lussac és L. Tenard kémiai úton izolálták a káliumot a KOH szénnel való kalcinálásával.
1809- ben L. V. Gilbert német fizikus javasolta a "kálium" nevet ( lat. kalium , arab al-kali - potash ). Ez a név bekerült a német nyelvbe , onnan Észak- és Kelet-Európa legtöbb nyelvébe (beleértve az oroszt is), és "nyert" az elem szimbólumának kiválasztásakor - K.
A földkéregben a kálium clarke 2,4%-a (az 5. legelterjedtebb fém, a 7. legelterjedtebb elem a földkéregben). A tengervíz átlagos koncentrációja 380 mg/l [5] .
A nagy kémiai aktivitás miatt a kálium szabad állapotban nem található meg a természetben. Kőzetképző elem, része csillámnak , földpátnak stb. A kálium a szilvin KCl, szilvinit KCl NaCl, karnallit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 6H 2 O ásványi anyagok része is, és a hamuban is megtalálható egyes növények K 2 CO 3 karbonát ( kálium ) formájában. A kálium minden sejt része (lásd alább a " Biológiai szerep " részt).
A legnagyobb káliumlelőhelyek Kanadában (gyártó PotashCorp ), Oroszországban (PJSC Uralkali , Berezniki , Solikamsk , Perm Territory , Verkhnekamskoye káliumérc-lelőhely [6] ), Fehéroroszországban (PO Belaruskali , Soligorsk , Starobinskoe orsze [ 7 ] potash lelőhely ) találhatók. .
A káliumot, más alkálifémekhez hasonlóan , olvadt kloridok vagy lúgok elektrolízisével nyerik . Mivel a kloridok olvadáspontja magasabb (600-650 ° C ), az olvadt lúgok elektrolízisét gyakrabban végezzük szóda vagy hamuzsír hozzáadásával (legfeljebb 12%). Az olvadt kloridok elektrolízise során a katódon olvadt kálium , az anódon pedig klór szabadul fel :
A kálium-hidroxid elektrolízise során a katódon olvadt kálium, az anódon pedig oxigén szabadul fel :
Az olvadékból származó víz gyorsan elpárolog. Annak megakadályozására, hogy a kálium kölcsönhatásba lépjen a klórral vagy az oxigénnel, a katód rézből készül, és egy rézhengert helyeznek el felette. Az olvadt formában képződött káliumot a hengerben gyűjtik össze. Az anód nikkel henger (lúgok elektrolízisénél) vagy grafit (kloridok elektrolízisénél ) henger formájában is készül .
A termokémiai visszanyerés módszerei is nagy ipari jelentőséggel bírnak:
és kálium-klorid olvadékból történő kinyerése kalcium-karbiddal , alumíniummal vagy szilíciummal [8] [9] .
A kálium egy ezüstös fém, amely a frissen kialakított felületen jellegzetes csillogással rendelkezik. Nagyon könnyű és könnyű. Viszonylag jól oldódik higanyban , amalgámokat képez . Az égő lángjába vezetve a kálium (valamint vegyületei) jellegzetes rózsaszín-lila színűre színezi a lángot [10] .
A kálium köbös kristályokat képez , I. tércsoport m 3 m , cellaparaméterek a = 0,5247 nm , Z = 2 .
Az elemi kálium, más alkálifémekhez hasonlóan , jellegzetes fémes tulajdonságokkal rendelkezik, és nagyon reaktív, mivel erős redukálószer. Levegőben a friss vágás gyorsan elhomályosodik, mivel vegyületfilmek (oxidok és karbonátok) képződnek. A légkörrel való hosszan tartó érintkezés esetén teljesen összeomolhat. Robbanásveszélyesen reagál vízzel. Benzin- , kerozin- vagy szilikonréteg alatt kell tárolni , nehogy levegő és víz érintkezzen a felületével. Na , Tl , Sn , Pb , Bi -vel a kálium intermetallikus vegyületeket képez .
A kálium szobahőmérsékleten reagál a légköri oxigénnel, halogénekkel; gyakorlatilag nem reagál nitrogénnel (ellentétben a lítiummal és a nátriummal). Mérsékelt hevítéssel hidrogénnel reagálva hidridet képez (200-350 °C):
kalkogénekkel (100-200 °C , E = S, Se, Te):
A kálium levegőben történő elégetésekor kálium-szuperoxid KO 2 képződik (K 2 O 2 keverékével ):
A foszforral való reakció során inert atmoszférában zöld kálium-foszfid (200 ° C) képződik:
A kálium szobahőmérsékleten (+20 °C) aktívan reagál vízzel, savakkal, feloldódik folyékony ammóniában (-50 °C), kálium- ammónia sötétkék oldatát képezve .
A kálium mélyen helyreállítja a hígított kénsavat és salétromsavat :
Amikor a fémes káliumot lúgokkal fuzionálják, redukálja a hidroxocsoport hidrogénjét:
Mérsékelt hevítés mellett gázhalmazállapotú ammóniával amid keletkezik (+65…+105 °C):
A fém-kálium alkoholokkal reagál, alkoholátokat képezve :
Az alkálifém-alkoholátokat (ebben az esetben a kálium-etoxidot ) széles körben használják a szerves szintézisben.
Amikor a kálium kölcsönhatásba lép a légköri oxigénnel , nem oxid képződik , hanem peroxid és szuperoxid :
A kálium-oxidot úgy lehet előállítani, hogy a fémet 180 °C-ot meg nem haladó hőmérsékletre melegítjük nagyon kevés oxigént tartalmazó környezetben , vagy kálium-szuperoxid és kálium-fém keverékét melegítjük:
A kálium-oxidok kifejezett bázikus tulajdonságokkal rendelkeznek, hevesen reagálnak vízzel, savakkal és savas oxidokkal. Nincs gyakorlati értékük. A peroxidok sárgásfehér porok, amelyek vízben oldódnak, lúgokat és hidrogén-peroxidot képeznek :
A szén-dioxid oxigénre cseréjének képességét gázálarcok szigetelésénél és tengeralattjárókon használják. Abszorberként kálium-szuperoxid és nátrium-peroxid ekvimoláris keverékét használják. Ha a keverék nem ekvimoláris, akkor nátrium-peroxid felesleg esetén több gáz nyelődik el, mint amennyi felszabadul (két térfogat CO 2 elnyelésekor egy térfogatnyi O 2 szabadul fel ), és a nyomás a zárt térben. csökken a tér, és kálium-szuperoxid felesleg esetén (két térfogat CO elnyelésekor 2 három térfogatnyi O 2 szabadul fel ) több gáz szabadul fel, mint amennyi elnyelődik, és a nyomás emelkedik.
Ekvimoláris elegy esetén (Na 2 O 2 : K 2 O 4 = 1:1) az elnyelt és kibocsátott gázok térfogata egyenlő lesz (négy térfogat CO 2 elnyelésekor négy térfogatnyi O 2 szabadul fel ).
A peroxidok erős oxidálószerek, ezért a textiliparban szövetek fehérítésére használják.
A peroxidokat fémek szén-dioxidtól mentes levegőben történő égetésével állítják elő .
Ismert még a narancsvörös színű kálium-ozonid KO 3 . Kálium-hidroxid és ózon kölcsönhatása révén nyerhető +20 ° C-ot meg nem haladó hőmérsékleten:
A kálium-ozonid nagyon erős oxidálószer, például az elemi ként már +50 °C-on szulfáttá és diszulfáttá oxidálja :
A kálium-hidroxid (vagy lúgos hamuzsír ) kemény, fehér, átlátszatlan, erősen higroszkópos kristály, amely 360 °C-on olvad. A kálium-hidroxid lúg. Jól oldódik vízben, nagy mennyiségű hő felszabadulásával. A maró hamuzsír oldhatósága +20 °C-on 100 g vízben 112 g .
A kálium a legfontosabb biogén elem , különösen a növényvilágban. A talaj káliumhiányával a növények nagyon rosszul fejlődnek, csökken a terméshozam, így a kivont káliumsók mintegy 90%-át műtrágyaként használják fel.
A kálium, mint kation, a nátriumkationokkal együtt a sejtmembrán úgynevezett nátrium-kálium pumpájának alapeleme , amely fontos szerepet játszik az idegimpulzusok vezetésében .
A kálium főleg a sejtekben található , akár 40-szer több, mint a sejtközi térben. A sejtműködés során a felesleges kálium elhagyja a citoplazmát , ezért a koncentráció fenntartásához a nátrium-kálium pumpával vissza kell pumpálni . A kálium és a nátrium funkcionális kapcsolatban állnak egymással, és a következő funkciókat látják el:
Az ajánlott napi káliummennyiség gyermekeknek 600-1700 milligramm, felnőtteknek 1800-5000 milligramm. A káliumszükséglet a testtömegtől, a fizikai aktivitástól, a fiziológiai állapottól és a lakóhely éghajlatától függ . Hányás , hosszan tartó hasmenés , erős izzadás , vízhajtók használata növeli a szervezet káliumszükségletét.
A kálium fő táplálékforrásai a bab (elsősorban fehérbab ), spenót , káposzta , datolya , burgonya , édesburgonya , szárított sárgabarack , dinnye , kivi , avokádó , pomelo , banán , brokkoli , máj , tej , dióvaj , citrusfélék szőlő . A kálium bőséges a halakban és a tejtermékekben .
Szinte minden halfajta több mint 200 mg káliumot tartalmaz 100 grammonként . A különböző halfajtákban a kálium mennyisége változó.
A zöldségek , gombák és gyógynövények szintén magas káliumtartalmúak, de a konzervek sokkal alacsonyabb szinteket tartalmazhatnak. A csokoládé sok káliumot tartalmaz .
A felszívódás a vékonybélben történik . A kálium felszívódása elősegíti a B6-vitamin , a nehéz alkohol felszívódását .
Káliumhiány esetén hypokalaemia alakul ki . Megsértik a szív- és a vázizmok munkáját . A hosszan tartó káliumhiány az akut neuralgia oka lehet .
Káliumfelesleg esetén hyperkalaemia alakul ki , amelynek fő tünete a vékonybél fekélye . A valódi hiperkalémia szívmegállást okozhat.
A természetes kálium három izotópból áll . Közülük kettő stabil: 39 K ( izotóp abundancia 93,258%) és 41 K (6,730%). A harmadik 40 K izotóp (0,0117%) béta-aktív , felezési ideje 1,251 milliárd év. A kálium viszonylag rövid felezési ideje és az uránhoz és tóriumhoz viszonyított nagy mennyisége azt jelenti, hogy a Földön 2 milliárd évvel ezelőtt és korábban is a kálium-40 járult hozzá a természetes sugárzási háttérhez. Egy gramm természetes káliumban másodpercenként átlagosan 31,0 ± 0,3 40 K atommag bomlik le, aminek következtében például egy 70 kg tömegű emberi testben másodpercenként körülbelül 4000 radioaktív bomlás következik be. Ezért a mindennapi életben könnyen elérhető káliumvegyületek ( kálium , kálium-klorid , kálium-nitrát stb.) felhasználhatók teszt radioaktív forrásként a háztartási dózismérők tesztelésére . A 40 K az uránnal és a tóriummal együtt a Föld belsejében felszabaduló geotermikus energia egyik fő forrásának számít (a teljes energiafelszabadulási sebességet 40-44 TW -ra becsülik ). A káliumot tartalmazó ásványok fokozatosan felhalmozzák a 40Ar -t, a kálium- 40 egyik bomlástermékét , ami lehetővé teszi a kőzetek korának mérését; A kálium-argon módszer a nukleáris geokronológia egyik fő módszere .
Az egyik mesterséges izotóp, a 37 K, felezési ideje 1,23651 másodperc, a Gyenge Kölcsönhatás Standard Modelljének [11] tanulmányozására szolgáló kísérletekben .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszere | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Fémek elektrokémiai tevékenységsorai | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
alkálifémek | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|