властивості калію

Калій - чудовий метал. Чудовий він не тільки тому, що ріжеться ножем, плаває у воді, спалахує на ній з вибухом і горить, фарбуючи полум'я у фіолетовий колір. І не тільки тому, що цей елемент - один з найактивніших хімічно. Все це можна вважати природним, тому що відповідає положенню лужного металу калію в таблиці Менделєєва. Калій чудовий своєю незамінністю для всього живого і примітний як всебічно "непарний" метал.

Зверніть увагу: його атомний номер 19, атомна маса 39, в зовнішньому електронному шарі - один електрон, валентність 1+. Як вважають хіміки, саме цим пояснюється виняткова рухливість калію в природі. Він входить до складу декількох сотень мінералів. Він знаходиться в грунті, в рослинах, в організмах людей і тварин. Він - як класичний Фігаро: тут - там - всюди.

Калій і грунт

Навряд чи можна пояснити випадковістю або примхою лінгвістів той факт, що в українській мові одним словом позначаються і сама наша планета, і її верхній шар - грунт. "Земля-матінка", "земля-годувальниця" - це, скоріше, про грунт, ніж про планету в цілому.

Але що таке грунт?

Самостійне і вельми своєрідне природне тіло. Воно утворюється з поверхневих шарів різноманітних гірських порід під дією повітря, води, температурних перепадів, життєдіяльності всіляких мешканців Землі. Нижче, під грунтом, приховані так звані материнські гірські породи, складені з різних мінералів. Вони поступово руйнуються і поповнюють "запаси" грунту.

А в грунті, крім чисто механічного, постійно відбувається і інше руйнування. Його називають хімічним вивітрюванням. Вода і вуглекислий газ (в меншій мірі інші речовини) поступово руйнують мінерали.

Майже 18% ваги земної кори доводиться на частку калійвмісних мінералу - ортоклаза. Це подвійна сіль кремнієвої кислоти K2 Al2 Si6 O16 або K2 O · Al2 O3 · 6SiO2. Ось що відбувається з ортоклазом в результаті хімічного вивітрювання:

Ортоклаз перетворюється в каолін (різновид глини), пісок і поташ. Пісок і глина йдуть на побудову мінерального кістяка ґрунту, а калій, який перейшов з ортоклаза в поташ, "розкріпачується", стає доступним для рослин. Але не весь відразу.

У ґрунтових водах молекули К2 CO3 диссоциируют: К2 CO3 ↔ K + + KCO - 3 ↔ 2K + + CO 2 3. Частина іонів калію залишається в ґрунтовому розчині, який для рослин служить джерелом харчування. Але більша частина іонів калію поглинається колоїдними частинками грунту, звідки коріння рослин витягти їх досить важко. Ось і виходить, що, хоча калію в землі багато, часто рослинам його не вистачає.

Калій і рослина

Калій міститься у всіх рослинах. Відсутність калію призводить рослина до загибелі. Майже весь калій знаходиться в рослинах в іонної формі - К +. Частина іонів знаходиться в клітинному соку, інша частина поглинена структурними елементами клітини.

Іони калію беруть участь у багатьох біохімічних процесах, що відбуваються в рослині. Встановлено, що в клітинах рослин ці іони знаходяться головним чином в протоплазмі. У клітинному ядрі вони не виявлені. Отже, в процесах розмноження і в передачі спадкових ознак калій не бере. Але і без цього роль калію в житті рослини велика і різноманітна.

Калій входить і в плоди, і в корені, і в стебла, і в листя, причому в вегетативних органах його, як правило, більше, ніж в плодах. Ще одна характерна особливість: в молодих рослинах більше калію, ніж в старих. Помічено також, що в міру старіння окремих органів рослин іони калію переміщаються в точки найбільш інтенсивного росту.

При нестачі калію рослини повільніше ростуть, їх листя, особливо старі, жовтіють і буріють по краях, стебло стає тонким і неміцним, а насіння втрачає схожість.

Але і це не все. Рослини, які отримали досить калію, легше переносять посуху і морозні зими. Це пояснюється тим, що калій впливає на здатність колоїдних речовин рослинних клітин поглинати воду і набухати. Бракує калію - клітини гірше засвоюють і утримують вологу, стискаються, відмирають.

Іони калію впливають і на азотний обмін речовин. При нестачі калію в клітинах накопичується надлишок аміаку. Це може привести до отруєння і загибелі рослини.

Уже згадувалося, що калій впливає і на дихання рослин, а посилення дихання позначається не тільки на змісті вуглеводів. Чим інтенсивніше дихання, тим активніше йдуть всі окислювальні процеси, і багато органічних речовин перетворюються в органічні кислоти. Надлишок кислот може викликати розпад білків. Продукти цього розпаду - вельми сприятливе середовище для грибків і бактерій. Ось чому при калійному голодуванні рослини набагато частіше уражаються хворобами і шкідниками. Фрукти і овочі, що містять продукти розпаду білків, погано переносять транспортування, їх не можна довго зберігати.

Одним словом, хочеш отримувати смачні і добре зберігаються плоди - годуй рослина калієм досхочу. А для зернових калій важливий ще з однієї причини: він збільшує міцність соломи і тим самим попереджає вилягання хлібів.

Калійні добрива

Рослини щорічно витягають з грунту велику кількість калію.

Звичайно, однією золою калійний голод рослин не вгамувати. Найважливішим калійним добривом стали природні калійні солі, в першу чергу сильвинит і каїніт. Сильвініт - дуже поширений мінерал. Його склад позначають формулою m KCl · n NaCl. Крім хлоридів натрію і калію, в ньому є домішки солей кальцію, магнію та інших елементів. Зазвичай в сильвините 14. 18% К2 O. В Каїн KCl · MgSO4 · 3H2 O окису калію менше - 10. 12%.

З сильвініту хлористий калій отримують методами галургії або флотації. Перший заснований на різній розчинності KCl і NaCl у воді при підвищених температурах. Другий - на різній змочуваності цих речовин.

Перший метод використовується ширше. При нормальній температурі розчинність хлоридів калію і натрію майже однакова. З підвищенням температури розчинність NaCl майже не змінюється, а розчинність KCl сильно зростає. На холоді готують насичений розчин обох солей, потім його нагрівають і обробляють їм сильвинит. При цьому розчин додатково насичується хлористим калієм, а частина кухонної солі витісняється з розчину, випадає в осад і відокремлюється фільтруванням. Розчин охолоджують, і з нього викристалізовується надлишковий хлористий калій. Кристали відокремлюють на центрифугах і сушать, а матковий розчин йде на обробку нової порції сильвініту.

Технічний хлористий калій застосовують і самостійно і в суміші з природними калійними солями.

Таким чином, готуючи землю хлористим калієм, ми одночасно робимо все, щоб поліпшити і. погіршити якість майбутніх плодів. Останнього можна уникнути, якщо застосовувати найбільш раціональні, хімічно обгрунтовані способи внесення калійних солей.

Іони хлору на відміну від іонів калію грунтом чи не поглинаються: вони легко вимиваються грунтовими водами і несуться в нижні горизонти. Тому, щоб зберегти в грунті калій, але прибрати з неї хлор, потрібно містять хлор калійні добрива вносити в грунт восени. Поки насіння проростуть і коренева система почне засвоювати іони з грунту, осінні дощі і танення снігу встигнуть забрати іони хлору вглиб.

До речі, будь-калійне добриво потрібно не просто розкидати рівномірно по полю, а закладати його плугом на глибину оранки - так набагато ефективніше.

У сільськогосподарській практиці прийнято вносити від 30 до 90 кг K2 O на гектар посіву. Але ці дози досить умовні, оскільки потреба в калійних добривах визначається не тільки складом грунту, але і тим, яка культура на цьому полі посіяна. Буряках, картоплі, бобових культур, соняшнику, гречки потрібно більше калію, ніж пшениці, жита, ячменю.

Агрономи вважають, що при сприятливих умовах один кілограм К2 О в середньому дає такі прибавки врожаю: зерна - від 3 до 8 кг, картоплі - 35 кг, цукрових буряків - 40 кг.

У нашій країні знаходяться найбагатші в світі родовища калійних солей (район Солікамська - Березняків). У 1975 р сільське господарство країни отримало більше 12 млн т калійних добрив. Це в 12 разів більше, ніж в 1950 р і в 2,6 рази більше, ніж в 1965 р

Калій - людині

Власне, все, про що йшлося вище, - теж на тему "калій - людині". А тут коротко - про біологічну роль елемента №19 в життя найбільш складного з живих організмів Землі.

Встановлено, що солі калію не можуть бути замінені в організмі людини ніякими іншими солями. В основному калій міститься в крові і протоплазмі клітин. Багаті калієм печінка і селезінка. Значна роль цього елемента в регулюванні діяльності ферментів.

Не можна забувати ще про одну роль калію в пашів життя. Природний калій складається з трьох ізотопів: двох стабільних - 39 К і 41 К і одного радіоактивного - 40 К з періодом напіврозпаду близько 1,3 млрд років. Цей ізотоп міститься в живих організмах і своїм випромінюванням вносить значний вклад в загальну суму природного (фонового) опромінення.

Організм дитини, як і молоде рослина, вимагає більше калію, ніж організм дорослої людини. Добова потреба в калії у дитини становить 12. 13 мг на 1 кг ваги, а у дорослого - 2. 3 мг, тобто в 4. 6 разів менше.

Більшу частину необхідного йому калію людина отримує з їжі рослинного походження. Недолік калію виявляється на різних системах і органах, а також на обміні речовин.

Мабуть, не дуже перебільшував Олександр Євгенович Ферсман, який написав в одній зі своїх книг: "калій - основа життя".

Зустріч з калієм?

Якщо на складі або на товарній станції ви побачите сталеві ящики з написами: "Вогненебезпечно!", "Від води вибухає", то досить імовірно, що ви зустрілися з калієм.

Багато пересторог роблять при перевезенні цього металу. Тому, розкривши сталевий ящик, ви не побачите калію, а побачите ретельно зупинено сталеві банки. У них - калій і інертний газ - єдина безпечна для калію середу. Великі партії калію перевозять в герметичних контейнерах під тиском інертного газу, що дорівнює 1,5 атм.

Навіщо потрібен металевий калій?

Металевий калій використовують як каталізатор у виробництві деяких видів синтетичного каучуку, а також в лабораторній практиці. Останнім часом основним застосуванням цього металу стало виробництво перекису калію К2 О2. використовуваної для регенерації кисню. Сплав калію з натрієм служить теплоносієм в атомних реакторах, а у виробництві титану - відновником.

З солі та луги

Отримують калій найчастіше в обмінній реакції розплавлених їдкого калі і металевого натрію: KOH + Na → NaOH + К. Процес йде в ректифікаційної колоні з нікелю при температурі 380. 440 ° C. Подібним чином отримують елемент №19 і з хлористого калію, тільки в цьому випадку температура процесу вище - 760. 800 ° C. При такій температурі і натрій, і калій перетворюються на пару, а хлористий калій (з добавками) плавиться. Пари натрію пропускають через розплавлену сіль і конденсують отримані пари калію. Цим же способом отримують і сплави натрію з калієм. Склад сплаву в великій мірі залежить від умов процесу.

Ви вперше маєте справу з металевим калієм.

Необхідно пам'ятати про високу реакційної здатності цього металу, про те, що калій запалюється від найменших слідів води. Працювати з калієм обов'язково в гумових рукавичках і захисних окулярах, а краще - в масці, що закриває все обличчя. З великими кількостями калію працюють в спеціальних камерах, заповнених азотом або аргоном. (Зрозуміло, в спеціальних скафандрах)

А якщо калій все-таки запалав, його гасять не водою, а содою або кухонною сіллю.

Чи є в розчині іони калію?

З'ясувати це нескладно. Дротове колечко опустіть в розчин, а потім внесіть в полум'я газового пальника. Якщо калій є, полум'я забарвиться у фіолетовий колір, правда, не в такий яскравий, як жовтий колір, якої надає полум'я сполуками натрію.

Складніше визначити, скільки калію в розчині. Нерозчинних у воді сполук у цього металу трохи. Зазвичай калій осаджують у вигляді перхлората - солі дуже сильною хлорної кислоти HClО4. До речі, перхлорат калію - дуже сильний окислювач і в цій якості застосовується у виробництві деяких вибухових речовин і ракетного палива.

Для чого потрібен ціаністий калій?

Для вилучення золота і срібла з руд. Для гальванічного золочення і сріблення неблагородних металів. Для отримання багатьох органічних речовин. Для азотування сталі - це надає її поверхні велику міцність.

На жаль, це дуже потрібну речовину надзвичайно отруйна. А виглядає KCN цілком необразливо: дрібні кристали білого кольору з коричневим або сірим відтінком.

Що таке хромпик?

Точніше - хромпик калієвий. Це помаранчеві кристали складу К2 Сr2 О7. Хромпік використовують у виробництві барвників, а його розчини - для "хромового" дублення шкір, а також в якості протрави при фарбуванні і друкуванні тканин. Розчин хромпика в сірчаної кислоти - хромова суміш, яку в усіх лабораторіях застосовують для миття скляного посуду.

Навіщо потрібно їдке калі?

Справді, навіщо? Адже властивості цієї лугу і більш дешевого їдкого натру практично однакові. Різницю між цими речовинами хіміки виявили лише в XVIII в. Найпомітніше відмінність між NaOH і KOH в тому, що їдкий калій в воді розчиняється ще краще, ніж їдкий натр. KOH отримують електролізом розчинів хлористого калію. Щоб домішка хлоридів була мінімальною, використовують ртутні катоди. А потрібно це речовина насамперед як вихідний продукт для отримання різних солей калію. Крім того, без їдкого калі не обійтися у виробництві рідких мив, деяких барвників і органічних з'єднанні. Розчин їдкого калі використовується в якості електроліту в лужних акумуляторах.

Селітра або селітри?

Правильніше - селітри. Це загальна назва азотнокислим солей лужних і лужноземельних металів. Якщо ж говорять просто "селітра" (не «натрієва" або "кальцієва" або "аміачна", а просто - "селітра"), то мають на увазі нітрат калію. Цією речовиною людство користується вже більше тисячі років - для отримання чорного пороху. Крім того, селітра - перша подвійне добриво: з трьох найважливіших для рослин елементів в ній є два - азот і калій. Ось як описав селітру Д.І. Менделєєв в "Основах хімії":

"Селітра представляє безбарвну сіль, що має особливий прохолодний смак. Вона легко кристалізується довгими, з боків борознистими, ромбічними, шестигранними призмами, що закінчуються такими ж пірамідами. Її кристали (уд. Вага 1,93) не містять води. При слабкому прожарюванні (339 ° ) селітра плавиться в абсолютно безбарвною рідиною. при звичайній температурі в твердому вигляді КNO3 малодіяльних і незмінна, але при підвищеній температурі вона діє як дуже сильний окисляє засіб, тому що може віддати змішаним з нею речовин м значна кількість кисню. Кинута на розпечене вугілля селітра виробляє швидке його горіння, а механічна суміш її з подрібненим вугіллям загоряється від дотику з напруженим тілом і продовжує сама собою горіти. При цьому виділяється азот, а кисень селітри йде на окислення вугілля, внаслідок чого і виходять углекаліевая сіль (Мається на увазі поташ) і вуглекислий газ.

У хімічній практиці і техніці селітра використовується у багатьох випадках як окисне засіб, що діє при високій температурі. На цьому ж грунтується застосування її для звичайного пороху, який є механічна суміш подрібнених: сірки, селітри і вугілля ".

Де і для чого застосовуються інші солі калію?

Бромистий калій KBr - в фотографії, щоб оберегти негатив або відбиток від вуалі.

Йодистий калій KI - в медицині і як хімічний реактив. Фтористий калій KF - в складі металургійних флюсів і для введення фтору в органічні сполуки.

Вуглекислий калій (поташ) К2 CO3 - в скляному і миловарному виробництвах, а так само кік добриво.

Фосфати калію, зокрема К4 Р2 О7 і К5 Р3 О10. - як компоненти миючих засобів.

Хлорат калію (бертолетова сіль) КClO3 - в сірниковій виробництві та піротехніку.

Кремнефтористий калій K2 SiF6 - як добавка до шихти при добуванні рідкоземельних елементів з мінералів.

Железистосинеродистий калій (жовта кров'яна сіль) K4 Fe (CN) 6 · 3Н2 О - як протрава при фарбуванні тканин і в фотографії.

Чому калій назвали калієм?

Слово це арабського походження. По-арабськи, "аль-кали" - зола рослин. Вперше калії отриманий з їдкого калі, а їдкий калій - з поташу, виділеного з золи рослин. Втім, в англійською та іншими європейськими мовами збереглася назва potassium, дане калію його першовідкривачем X. Деві. Як неважко здогадатися, ця слово бере початок від слова "поташ".

У російську хімічну номенклатуру назву "калій" введено в 1831 р Г.І. Гессом.