kalium | |||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
← Argon | Kalsium → | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen ulkonäkö | |||||||||||||||||||||
Alkuaine kalium | |||||||||||||||||||||
Atomin ominaisuudet | |||||||||||||||||||||
Nimi, symboli, numero | Kalium/kalium (K), 19 | ||||||||||||||||||||
Ryhmä , jakso , lohko |
1 (vanhentunut 1), 4, s-elementti |
||||||||||||||||||||
Atomimassa ( moolimassa ) |
39.0983(1) [1] a. e. m ( g / mol ) | ||||||||||||||||||||
Elektroninen konfigurointi |
[Ar] 4s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 |
||||||||||||||||||||
Atomin säde | klo 235 | ||||||||||||||||||||
Kemiallisia ominaisuuksia | |||||||||||||||||||||
kovalenttinen säde | klo 203 | ||||||||||||||||||||
Ionin säde | klo 133 | ||||||||||||||||||||
Elektronegatiivisuus | 0,82 (Paulingin asteikko) | ||||||||||||||||||||
Elektrodin potentiaali | -2,92 V | ||||||||||||||||||||
Hapetustilat | 0, +1 | ||||||||||||||||||||
Ionisaatioenergia (ensimmäinen elektroni) |
418,5 (4,34) kJ / mol ( eV ) | ||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen termodynaamiset ominaisuudet | |||||||||||||||||||||
Tiheys ( n.a. ) | 0,856 g/cm³ | ||||||||||||||||||||
Sulamislämpötila | 336,8 K; +63,65°C | ||||||||||||||||||||
Kiehumislämpötila | 1047 K; 773,85 °C | ||||||||||||||||||||
Oud. sulamisen lämpöä | 2,33 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Oud. haihtumislämpö | 76,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
Molaarinen lämpökapasiteetti | 29,6 [2] J/(K mol) | ||||||||||||||||||||
Molaarinen tilavuus | 45,3 cm³ / mol | ||||||||||||||||||||
Yksinkertaisen aineen kidehila | |||||||||||||||||||||
Hilarakenne | Kuutiorunko keskitetty | ||||||||||||||||||||
Hilan parametrit | 5,332 Å | ||||||||||||||||||||
Debye lämpötila | 100 000 _ | ||||||||||||||||||||
Muut ominaisuudet | |||||||||||||||||||||
Lämmönjohtokyky | (300 K) 79,0 W/(m K) | ||||||||||||||||||||
CAS-numero | 7440-09-7 | ||||||||||||||||||||
Päästöspektri | |||||||||||||||||||||
pisimpään eläneet isotoopit | |||||||||||||||||||||
|
19 | kalium |
K39,0983 | |
[Ar]4s 1 |
Kalium ( kemiallinen symboli - K, lat. Kalium ) on 1. ryhmän kemiallinen alkuaine ( vanhentuneen luokituksen mukaan - ensimmäisen ryhmän pääalaryhmä, IA), D. I.:n jaksollisen kemiallisten alkuaineiden järjestelmän neljäs jakso . Mendelejev , atominumero 19.
Yksinkertainen aine kalium on pehmeä , hopeanvalkoinen alkalimetalli . Luonnossa kaliumia esiintyy vain yhdisteissä muiden alkuaineiden kanssa, esimerkiksi merivedessä , sekä monissa mineraaleissa .
Se hapettuu erittäin nopeasti ilmassa ja reagoi erittäin helposti, erityisesti veden kanssa , muodostaen alkalin .
Monissa ominaisuuksissa kalium on hyvin lähellä natriumia , mutta biologisen toiminnan ja elävien organismien solujen käytön kannalta ne ovat antagonistisia .
Kaliumyhdisteitä on käytetty muinaisista ajoista lähtien. Joten potaskan (jota käytettiin pesuaineena) tuotanto oli olemassa jo 1000-luvulla . Olkien tai puun palamisen aikana muodostunut tuhka käsiteltiin vedellä ja saatu liuos ( lipeä ) haihdutettiin suodatuksen jälkeen. Kuiva jäännös sisälsi kaliumkarbonaatin K 2CO 3 lisäksi kaliumsulfaattia K 2SO 4 , soodaa ja kaliumkloridia KCl.
19. marraskuuta 1807 Baker-luennossa englantilainen kemisti Davy raportoi kaliumin vapautumisesta sulan kaliumin (KOH) elektrolyysillä [3] (luennon käsikirjoituksessa Davy ilmoitti löytäneensä kaliumin 6. lokakuuta , 1807 [4] ). Davy kutsui häntä "kaliumiksi" ( lat. kalium [3] :32 ); tämä nimi (tosin kahdella s :llä joissakin kielissä ) on edelleen yleisessä käytössä englanniksi, ranskaksi, espanjaksi, portugaliksi ja puolaksi. Elohopeakatodilla elektrolyysissä kostean kaustisen potaskan KOH:n aikana hän sai kaliumamalgaamia ja elohopean tislauksen jälkeen puhdasta metallia. Davy määritti sen tiheyden, tutki sen kemiallisia ominaisuuksia, mukaan lukien veden hajoamista ja vedyn imeytymistä.
Vuonna 1808 ranskalaiset kemistit Gay-Lussac ja L. Tenard eristivat kaliumin kemiallisesti kalsinoimalla KOH:ta hiilellä.
Vuonna 1809 saksalainen fyysikko L. V. Gilbert ehdotti nimeä "kalium" ( lat. kalium , arabiasta al-kali - potash ). Tämä nimi tuli saksan kielelle , sieltä useimpiin Pohjois- ja Itä-Euroopan kieliin (mukaan lukien venäjä) ja "voitti" valittaessa symbolia tälle elementille - K.
Kaliumin klarkea maankuoressa on 2,4 % (viidenneksi yleisin metalli, 7. runsain alkuaine maankuoressa). Meriveden keskimääräinen pitoisuus on 380 mg/l [5] .
Korkean kemiallisen aktiivisuuden vuoksi vapaana olevaa kaliumia ei esiinny luonnossa. Kiveä muodostava alkuaine, on osa kiillettä , maasälpää jne. Kalium on myös osa mineraaleja sylvin KCl, sylvinite KCl NaCl, karnalliitti KCl MgCl 2 6H 2 O, kainiitti KCl MgSO 4 6H 2 O, ja sitä on myös tuhkassa. joidenkin kasvien K 2 CO 3 -karbonaattina ( potaska ). Kalium on osa kaikkia soluja (katso kohta " Biologinen rooli " alla).
Suurimmat kaliumesiintymät sijaitsevat Kanadassa (valmistaja PotashCorp ), Venäjällä (PJSC Uralkali , Berezniki , Solikamsk , Perm Territory , Verkhnekamskoje potaskamalmiesiintymä [6] ), Valko -Venäjällä (PO Belaruskali , Soligorsk , Starobinskoe oresin esiintymä [ 7 ] potash ) .
Kaliumia, kuten muitakin alkalimetalleja, saadaan sulaiden kloridien tai alkalien elektrolyysillä . Koska klorideilla on korkeampi sulamispiste (600-650 °C ), sulan alkalin elektrolyysi suoritetaan useammin lisäämällä soodaa tai potaskaa (jopa 12 %). Sulan kloridin elektrolyysin aikana katodilla vapautuu sulaa kaliumia ja anodilla klooria :
Kaliumhydroksidin elektrolyysin aikana katodilla vapautuu myös sulaa kaliumia ja anodilla happea :
Sulatteen vesi haihtuu nopeasti. Estääkseen kaliumin vuorovaikutuksen kloorin tai hapen kanssa katodi on valmistettu kuparista ja kuparisylinteri asetetaan sen yläpuolelle. Muodostunut kalium sulassa muodossa kerätään sylinteriin. Anodi valmistetaan myös nikkelisylinterin muodossa (emästen elektrolyysissä) tai grafiitista (kloridien elektrolyysissä).
Termokemiallisen talteenoton menetelmillä on myös suuri teollinen merkitys:
ja talteenotto kaliumkloridisulasta kalsiumkarbidilla , alumiinilla tai piillä [8] [9] .
Kalium on hopeanhohtoinen metalli, jolla on ominainen kiilto juuri muodostuneella pinnalla. Erittäin kevyt ja kevyt. Liukenee suhteellisen hyvin elohopeaan muodostaen amalgaameja . Polttimen liekkiin johdettu kalium (samoin kuin sen yhdisteet) värjää liekin ominaisen vaaleanpunaisen violetin värin [10] .
Kalium muodostaa kuutiokiteitä , avaruusryhmä I m 3 m , soluparametrit a = 0,5247 nm , Z = 2 .
Alkuainekaliumilla, kuten muillakin alkalimetalleilla , on tyypillisiä metallisia ominaisuuksia ja se on erittäin reaktiivinen, koska se on vahva pelkistysaine. Ilmassa tuore leikkaus tummuu nopeasti, koska muodostuu yhdistekalvoja (oksidit ja karbonaatit). Pitkäaikaisessa kosketuksessa ilmakehään se voi romahtaa kokonaan. Reagoi räjähdysmäisesti veden kanssa. Se on säilytettävä bensiini- , kerosiini- tai silikonikerroksen alla, jotta se ei pääse kosketuksiin ilman ja veden kanssa. Na : n , Tl :n , Sn :n , Pb :n , Bi :n kanssa kalium muodostaa metallien välisiä yhdisteitä .
Huoneenlämpötilassa kalium reagoi ilmakehän hapen, halogeenien kanssa; ei käytännössä reagoi typen kanssa (toisin kuin litium ja natrium). Kohtaalla kuumennuksella se reagoi vedyn kanssa muodostaen hydridiä (200–350 °C):
kalkogeenien kanssa (100–200 °C, E = S, Se, Te):
Kun kaliumia poltetaan ilmassa, muodostuu kaliumsuperoksidia KO 2 (K 2 O 2 : n seoksena ):
Reaktiossa fosforin kanssa inertissä ilmakehässä muodostuu vihreää kaliumfosfidia (200 °C):
Huoneenlämpötilassa (+20 °C) kalium reagoi aktiivisesti veden, happojen kanssa, liukenee nestemäiseen ammoniakkiin (−50 °C) muodostaen tummansinistä kaliumammoniakiliuosta .
Kalium palauttaa syvästi laimeat rikki- ja typpihapot :
Kun metallista kaliumia fuusioidaan alkalien kanssa, se pelkistää hydroksoryhmän vedyn:
Kohtuullisesti kuumennettaessa se reagoi kaasumaisen ammoniakin kanssa muodostaen amidia (+65…+105 °C):
Kaliummetalli reagoi alkoholien kanssa muodostaen alkoholaatteja :
Alkalimetallialkoholaatteja (tässä tapauksessa kaliumetoksidia ) käytetään laajalti orgaanisessa synteesissä.
Kun kalium on vuorovaikutuksessa ilmakehän hapen kanssa , ei muodostu oksidia , vaan peroksidia ja superoksidia :
Kaliumoksidia voidaan saada kuumentamalla metalli enintään 180 °C:n lämpötilaan ympäristössä, jossa on hyvin vähän happea , tai kuumentamalla kaliumsuperoksidin ja kaliummetallin seosta:
Kaliumoksideilla on selvät emäksiset ominaisuudet, ne reagoivat kiivaasti veden, happojen ja happooksidien kanssa. Niillä ei ole käytännön arvoa. Peroksidit ovat kellertävän valkoisia jauheita, jotka veteen liukenevat muodostavat alkaleja ja vetyperoksidia :
Kykyä vaihtaa hiilidioksidi hapeksi käytetään eristävissä kaasunaamareissa ja sukellusveneissä. Absorbentina käytetään ekvimolaarista kaliumsuperoksidin ja natriumperoksidin seosta. Jos seos ei ole ekvimolaarinen, natriumperoksidiylimäärän tapauksessa kaasua imeytyy enemmän kuin vapautuu (kun kaksi tilavuutta CO 2 :ta imeytyy , vapautuu yksi tilavuus O 2 ) ja paine suljetussa tila vähenee, ja kaliumsuperoksidin ylimäärän tapauksessa (kun kaksi tilavuutta CO:ta imeytyy 2 vapauttaa kolme tilavuutta O 2 ) vapautuu enemmän kaasua kuin absorboituu ja paine nousee.
Kun kyseessä on ekvimolaarinen seos (Na 2 O 2 : K 2 O 4 = 1:1), absorboituneiden ja vapautuvien kaasujen määrät ovat yhtä suuret (kun neljä tilavuutta CO 2 :ta absorboituu, vapautuu neljä tilavuutta O 2 ).
Peroksidit ovat voimakkaita hapettimia, joten niitä käytetään tekstiiliteollisuuden kankaiden valkaisuun .
Peroksideja saadaan kalsinoimalla metalleja hiilidioksidista vapautetussa ilmassa .
Tunnetaan myös kaliumotsonidi KO 3 , väriltään oranssinpunainen. Se voidaan saada kaliumhydroksidin vuorovaikutuksella otsonin kanssa lämpötilassa, joka ei ylitä +20 ° C:
Kaliumotsonidi on erittäin vahva hapetin, esimerkiksi se hapettaa alkuainerikin sulfaatiksi ja disulfaatiksi jo +50 °C:ssa:
Kaliumhydroksidi (tai kaliumhydroksidi ) on kova, valkoinen, läpinäkymätön, erittäin hygroskooppinen kide, joka sulaa 360 °C:ssa. Kaliumhydroksidi on alkali. Se liukenee hyvin veteen vapauttaen suuren määrän lämpöä. Kaustisen potaskan liukoisuus +20 °C:ssa 100 g :aan vettä on 112 g .
Kalium on tärkein biogeeninen alkuaine , erityisesti kasvimaailmassa. Maaperän kaliumin puutteen vuoksi kasvit kehittyvät erittäin huonosti, sato laskee, joten noin 90% uutetuista kaliumsuoloista käytetään lannoitteina.
Kalium kationina on natriumkationien ohella solukalvon ns. natrium-kaliumpumpun peruselementti , jolla on tärkeä rooli hermoimpulssien johtamisessa .
Kaliumia on enimmäkseen soluissa , jopa 40 kertaa enemmän kuin solujen välisessä tilassa. Solujen toimintaprosessissa ylimääräinen kalium poistuu sytoplasmasta , joten pitoisuuden ylläpitämiseksi se on pumpattava takaisin natrium-kaliumpumpulla . Kalium ja natrium liittyvät toiminnallisesti toisiinsa ja suorittavat seuraavat toiminnot:
Suositeltu päiväannos kaliumille on 600–1700 milligrammaa lapsille ja 1800–5000 milligrammaa aikuisille. Kaliumin tarve riippuu ruumiinpainosta, fyysisestä aktiivisuudesta, fysiologisesta tilasta ja asuinpaikan ilmastosta . Oksentelu , pitkittynyt ripuli , runsas hikoilu , diureettien käyttö lisää kehon kaliumin tarvetta .
Tärkeimmät kaliumin ravinnonlähteet ovat pavut (pääasiassa valkoiset pavut ), pinaatti , kaali , taatelit , perunat , bataatit , kuivatut aprikoosit , meloni , kiivi , avokado , pomelo , banaanit , parsakaali , maksa , maito , pähkinävoi , sitrushedelmät viinirypäleet . Kaliumia on runsaasti kalassa ja maitotuotteissa .
Lähes kaikki kalalajikkeet sisältävät yli 200 mg kaliumia 100 g :ssa . Kaliumin määrä eri kaloissa vaihtelee.
Vihannekset , sienet ja yrtit sisältävät myös paljon kaliumia, mutta säilykkeissä voi olla paljon vähemmän kaliumia. Suklaa sisältää paljon kaliumia .
Imeytyminen tapahtuu ohutsuolessa . Kaliumin imeytyminen helpottaa B6 -vitamiinia , vaikea- alkoholia .
Kaliumin puutteessa kehittyy hypokalemia . Sydän- ja luustolihasten työssä on häiriöitä . Pitkäaikainen kaliumin puute voi olla syynä akuuttiin neuralgiaan .
Liiallisen kaliumin kanssa kehittyy hyperkalemia , jonka pääasiallinen oire on ohutsuolen haavauma . Todellinen hyperkalemia voi aiheuttaa sydämenpysähdyksen.
Luonnon kalium koostuu kolmesta isotoopista . Kaksi niistä on stabiileja: 39 K ( isotooppien määrä 93,258 %) ja 41 K (6,730 %). Kolmas isotooppi 40 K (0,0117 %) on beeta-aktiivinen , ja sen puoliintumisaika on 1,251 miljardia vuotta. Uraaniin ja toriumiin verrattuna suhteellisen lyhyt puoliintumisaika ja korkea kaliumin runsaus merkitsevät sitä, että kalium-40 vaikutti maapallolla 2 miljardia vuotta sitten ja aikaisemmin pääasiallisesti luonnolliseen säteilytaustaan. Jokaisessa grammassa luonnollista kaliumia sekunnissa hajoaa keskimäärin 31,0 ± 0,3 40 K ytimiä, minkä vuoksi esimerkiksi 70 kg painavassa ihmiskehossa tapahtuu noin 4000 radioaktiivista hajoamista sekunnissa. Siksi arkielämässä helposti saatavilla olevia kaliumyhdisteitä ( potaska , kaliumkloridi , kaliumnitraatti jne.) voidaan käyttää koeradioaktiivisina lähteinä kotitalouksien annosmittareiden testaamiseen . 40 K on uraanin ja toriumin ohella yksi tärkeimmistä maan sisällä vapautuvan geotermisen energian lähteistä (kokonaisenergian vapautumisnopeudeksi arvioidaan 40–44 TW ). Kaliumia sisältävät mineraalit keräävät vähitellen 40Ar :a, joka on yksi kalium- 40 :n hajoamistuotteista , mikä mahdollistaa kivien iän mittaamisen; kalium-argon -menetelmä on yksi ydingeokronologian päämenetelmistä .
Yhtä keinotekoisista isotoopeista, 37 K, jonka puoliintumisaika on 1,23651 sekuntia, käytetään kokeissa heikon vuorovaikutuksen standardimallin tutkimiseen [11] .
![]() |
| |||
---|---|---|---|---|
|
D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Metallien sähkökemiallisen toiminnan sarja | |
---|---|
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 , |
alkalimetallit | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
|