Место калия в таблице Менделеева, химические и физические свойства и его важная роль в природе
Калий – активный химический элемент, который относится к группе щелочных металлов. Он расположен в первой группе периодической таблицы. Металлический элемент подлежит хранению в керосине, так как быстро вступает в реакцию с кислородом.
История открытия
Калий обладает аналогичными натрию химическими свойствами. Эти элементы имеют похожую энергию первой ионизации. В 1702 году было заявлено, что они представляют собой различные вещества, соединяющиеся с анионами и образующие однотипные соединения.

Об открытии элемента первым объявил английский химик Дэви. Это произошло 19 ноября 1807 года. Хамфри Дэви впервые произвел калий в чистом виде с помощью электролиза. Он расплавил небольшое количество поташа, пропустил через него электрический ток. Им было обнаружено, что образовалась маленькая жидкая капелька металла. Она была искусственным образцом.
На ртутном катоде выделялась амальгама, а после перегонки был получен металл в чистом виде. Дэви вычислил плотность этого вещества, проанализировал его физические и химические свойства.
В 1808 году ученые из Франции Луи-Жозеф Гей-Люссак и Луи-Жак Тенар тоже смогли получить его, нагревая смесь гидроксида и железного наполнителя при высокой температуре.
Хамфри Дэви назвал элемент потассием, от слова «поташ». Его получали извлечением различных солей – помещали в горшок золу сгоревшей древесины или листвы деревьев, добавляли воду, нагревали и выпаривали раствор. Но это название не прижилось.
В 1809 году от немецкого физика поступило предложение о названии элемента калием. В 1814 году шведский химик Берцелиус поддержал эту идею. Было принято решение обозначить химический элемент символом «К».
Название калий стало общепринятым после публикации учебника Гесса.
Калий в таблице Менделеева
Калий расположен в первой группе в четвертом периоде в первой подгруппе периодической таблицы химических элементов.
Все вещества в этой группе имеют один валентный электрон во внешней электронной оболочке, который легко удаляется, чтобы создать ион с положительным зарядом – катион, который соединяется с анионами с образованием солей.
Строение атома
Атом состоит из положительно заряженного ядра (+19), внутри которого есть 19 протонов и 20 нейтронов, вокруг по 4 орбиталям движутся 19 электронов. Конфигурация внешнего электронного слоя калия равна 4s1, поэтому он всегда проявляет степень окисления +1 (валентность I).
Атомный номер | 19 |
Атомная масса | 39,0983 г/моль |
Электроотрицательность по Полингу | 0,82 |
Плотность | 0,86 г/см³ при 0°C |
Температура плавления | 63,2°С |
Точка кипения | 760°C |
Радиус ван-дер-Ваальса | 0,235 нм |
Ионный радиус | 0,133 пм |
Изотопы | 25 |
Электронная оболочка | [ Ar ] 4s1 |
Энергия первой ионизации | 418,6 кДж/моль |
Физические свойства
Калий – это серебристое вещество с характерным металлическим блеском со слегка синеватым оттенком.
Это мягкое, легкоплавкое твердое вещество, которое можно легко разрезать ножом. Ртуть способна растворить его практически полностью, образуя амальгамы.
Элементарный калий:
- энергично реагирует с водой, выделяя достаточно тепла, чтобы воспламенить выделяющийся при реакции водород;
- горит сиреневым пламенем.
На воздухе свежий срез тускнеет из-за образования пленок соединений (оксиды и карбонат). При длительном контакте с воздухом способен полностью разрушиться. Может расплавиться над пламенем свечи. Это второй наименее плотный металл.
Калий и его соединения выделяют фиолетовый цвет в пламени, который может быть замаскирован сильным желтым излучением натрия, если он также присутствует. Кобальтовое стекло используют для фильтрации желтого натриевого цвета.
Концентрацию в растворе определяют с помощью:
- пламенной фотометрии;
- атомно-абсорбционной спектрофотометрии;
- индуктивно связанной плазмы;
- ионоселективных электродов.
Химические свойства
Элемент должен быть защищен от воздуха при хранении, чтобы предотвратить распад металла от оксидной и гидроксидной коррозии. Часто образцы выдерживаются в восстановительной среде, такой как керосин.
Реакции с Na, Tl, Sn, Pb, Bi приводят к получению интерметаллидов.
На открытом воздухе этот элемент вступает в реакцию с:
- кислородом;
- водой;
- компонентами углекислого газа.
Благодаря этому свойству калий и жидкий натрий-калиевый сплав (NaK) являются мощными осушителями. Тем не менее, этот сплав больше не используется в таких целях.
Он бурно реагирует с водой, выделяет газообразный водород. В этой реакции образуется так много тепла, что газ фактически загорается, может взорваться. В этом случае калий будет скакать по поверхности воды. Это вызвано выделением водорода, образующегося в реакции выталкивания металла.
Элемент легко реагирует со всеми кислотами и со всеми неметаллами, такими как:
- сера;
- хлор;
- фтор;
- фосфор;
- азот.
Гидрид можно получить, если произойдет взаимодействие с водородом. Реакция происходит при температуре 200-350°C.
2K + H2 ⟶ 2KH
Калий реагирует с халькогенами при температуре 100-200°C, (E = S, Se, Te).
Надпероксид получают при реакции с кислородом.
K + O2 ⟶ KO2
С фосфором реакция происходит при 200°C. В ходе реакции образуется фосфид зеленого цвета.
3K + P ⟶ K3P
Гидроксид элемента сильно реагирует с углекислым газом, образуя карбонат, и используется для удаления его следов из воздуха. Гидроксид получается при взаимодействии с водой. Реакция является сильно экзотермической, тем более что образующийся газообразный водород может воспламеняться.
2K + 2H2O ⟶ 2KOH + H2↑
Уравнение реакции с кислотами.
2K + 2HCl ⟶ 2KCl + H2↑
Реакции с аммиаком проходят медленно.
K + 6NH3 ⟶ [K(NH3)]6
Можно восстановить разбавленные серную и азотную кислоты с помощью калия.
8K + 6H2SO4 ⟶ 4K2SO4 + SO2↑ + S↓ + 6H2O
21K + 26HNO3 ⟶ 21KNO3 + NO↑ + N2O↑ + N2↑ + 13H3O
Водород гидроксогруппы можно восстановить, если сплавить металлический калий со щелочами.
2K + 2KOH ⟶ 2K2O + H2↑ (450°C)
Элемент вступает в реакцию с газообразным аммиаком с образованием амида. Реакция проходит при умеренном нагревании (+65…+105°C).
2K + 2NH3 ⟶ 2KNH2 + H2
В реакцию со спиртами он вступает с образованием алкоголятов.
2K + 2C2H2OH ⟶ 2C2H5OK + H2↑
При взаимодействии с кислородом.
2K + O2 ⟶ K2O2
K + O2 ⟶ KO2
При нагреве до 180°C образуется оксид.
4K + O2 ⟶ 2K2O
KO2 + 3K ⟶ 2K2O
Калий играет роль восстановителя при получении мелкодисперсных металлов из их солей методом Рике.
Методы разделения элементов осаждением включают использование:
- тетрафенилбора натрия;
- гексагидрата дигидрогексахлороплатината (IV);
- кобальтинитрита натрия.
Соединения калия обычно обладают превосходной растворимостью в воде благодаря высокой энергии гидратации иона К+. Ион вещества в воде бесцветен.
Калий в природе
Калий составляет около 2,4% массы земной коры. Поскольку он электроположительный, трудно получить из его минералов. В природе никогда не бывает свободным, так как бурно реагирует с водой.
Калийные соли:
- сильвит;
- карналлит;
- каинит;
- лангбейнит.
Они встречаются в древних озерах, морях. Эти минералы образуют обширные залежи, благодаря которым добыча достаточно экономична.
Из-за постоянных реакций не представлен в природе в виде чистого металла. Большинство минералов содержится в магматических породах и плохо растворимы. Металл трудно получить из этих минералов.
Не закончена дискуссия о том, сколько изотопов существует. Называются числа в диапазоне от 17 до 25. Три встречающихся в природе изотопа – 39, 40, 41.
Калий-40 представляет особый интерес для ученых, поскольку было доказано, что почти все на Земле содержит по крайней мере крошечное количество радиоактивного калия-40. Применяется для измерения возраста горных пород.
Помимо датировки, изотопы нашли применение в изучении выветривания. Их использовали как индикаторы во время изучения круговорота в природе различных веществ.
Применение
Металлический калий иногда применяется как теплообменная среда на атомных электростанциях. Там тепло вырабатывается в активной зоне, в центре реактора.
Жидкий элемент герметизируется в трубах, окружающих ядро. При выделении тепла оно поглощается калием. Затем он вытесняется в соседнее помещение. Там калиевые трубы обернуты вокруг элементов, наполненных водой.
Тепло калия согревает воду. В результате она становится достаточно горячей, чтобы закипеть. Превращается в пар и используется для работы устройств, вырабатывающих электричество.
Поскольку калий быстро реагирует даже со следами воды, а продукты его реакции нелетучие, его иногда используют отдельно или в качестве NaK (сплав с натрием, остающийся жидким при комнатной температуре) для сушки растворителей перед дистилляцией. В этой роли он служит мощным осушителем.
Калиевые соли широко применяются в гальванопокрытии, так как они растворимые, и поэтому активизируют электролиты при увеличении плотности тока.
Большая часть калия (95%) идет на удобрения, а остальное – на получение гидроксида (KOH) путем электролиза раствора хлорида калия, а затем превращения его в карбонат калия (K2CO3). Он необходим для производства стекла, особенно используемого для телевизоров. Гидроксид нужен для изготовления жидкого мыла и других моющих средств.
Немного хлористого калия идет в фармацевтические препараты, медицинские капельницы и физиологические инъекции.
Где используется:
- Хлорид калия востребован в сельскохозяйственной области. По меньшей мере 85% этого соединения применяется для производства синтетических удобрений.
- Хромат нужен для производства краски (яркий желтовато-красный цвет), взрывчатых веществ и пиротехнических изделий, спичек.
- Фторсиликат позволяет создавать специализированные стекла, керамику и эмали, инсектициды.
- Гидроксид или едкий калий используется в производстве средств для удаления краски, специализированных мыл, топливных элементов и батарей.
- Нитрат или селитра нужен для взрывчатых веществ, фейерверков, спичек, ракетного топлива. Задействован при производстве стекла.
- Бикарбонат является добавкой в порошок огнетушителей.
- Сульфид используется как компонент фоточувствительных эмульсий в фотографии. Его применяют в качестве аналитического реагента для разделения сульфидов металлов и в составах для обработки шкур.
- Перманганат востребован в качестве антисептика в медицине, для лабораторного производства кислорода.
Калий часто является ключевым ингредиентом жидкостей, которые внутривенно вводятся пациентам в клинических условиях для дегидратации, питания и пополнения электролитов. Такие составы включают цитрат, хлорид и калий с декстрозой и хлоридом натрия.
Элемент необходим как для жизни растений, так и для жизни животных. Это одно из трех основных питательных веществ, микроэлементов, необходимых растениям. Им требуется относительно большое количество калия, чтобы расти и оставаться здоровыми.
Последствия низкого содержания калия в почве проявляются в различных симптомах:
- ограниченном росте;
- снижении цветения, урожайности;
- ухудшении качества продукции.
Калий – один из внутриклеточных элементов, выполняющих существенную роль в организме. Он участвует в регулировании кислотно-щелочного баланса крови. Этот элемент имеет значительное влияние на внутриклеточный метаболизм, регулирование водно-солевого обмена и кислотно-основного состояния организма.
Он помогает в переваривании пищи, способствует правильной работе глаз. Во многих из реакций калий и натрий работают вместе, чтобы эти функции выполнялись должным образом.
Соединения калия могут быть извлечены из земли, так как он содержится во многих твердых веществах, почве и морской воде. Самой ранней версией, известной человеку, был поташ, который можно было легко получить, просто сжигая дерево и собирая его из пепла.
Поташ также добывался из больших блоков соляных шахт, которые образовались, когда древние моря высохли. Известно, что в Германии, США, Канаде и России имеются значительные месторождения полезных ископаемых, богатых калием.
В окрестностях города Березники находится одно из богатейших в мире месторождений калийной соли. В 1925 году геологическая экспедиция обнаружила залежи сильвинита, богатого минералами. Это стало отправной точкой развития калийной промышленности в нашей стране.
Была ли Вам полезна эта статья? Сохраняйте страницу в закладки и делитесь ею в социальных сетях.
Ниже рекомендуем к просмотру интересные и познавательные видеоролики по теме.
Калий – самый горючий металл на земле.
Получение калия и натрия в домашних условиях своими руками.
Источники:
- https://chem.ru/kalij.html
- http://himsnab-spb.ru/article/ps/k/
- https://nauka.club/khimiya/kaliy.html
- https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/KALI.html