Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место калий занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 227 pm — that is 0.227 nm, so about 2203 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Калий is liquid over a 695 K window, from 337 K to 1032 K.
История
Мягкий металл, бурно реагирующий с водой. Необходимый питательный элемент.
В 1807 году 29-летний британский химик по имени Хамфри Дэви был увлечён революционно новым методом, называемым электролизом. Работая в Королевском институте в Лондоне, Дэви уже прославился эффектными публичными химическими демонстрациями, но вскоре ему предстояло сделать одно из самых опасных открытий в истории науки.
Изобретение Алессандро Вольта — электрической батареи в 1800 году — открыло совершенно новые возможности для химии. Дэви понял, что этот мощный инструмент может разложить вещества, которые прежде не удавалось исследовать.
Целью был поташ (карбонат калия) — загадочная щёлочь, получаемая из древесной золы и веками ставившая химиков в тупик. Был ли это сложный или простой элемент? Предыдущие попытки с использованием нагревания и химических реакций полностью провалились.
Подготовка: Дэви расплавил поташ в платиновой ложке и вставил платиновые провода, соединённые с мощной вольтовой батареей. Когда электрический ток проходил через расплавленную щёлочь, на отрицательном электроде произошло нечто необычное.
Момент открытия: «Я никогда не забуду того восторженного счастья, которое испытал, — писал Дэви, — когда шарики нового металла поднялись из-под поверхности щёлочи». Появились крошечные металлические шарики, но при контакте с воздухом они немедленно вспыхнули ярким фиолетовым пламенем.
Опасность: эти металлические шарики были настолько реакционноспособными, что взрывались при контакте с влагой в воздухе. Дэви выделил первый щелочной металл — калий, — но обращение с ним неоднократно едва не стоило ему жизни.
Необычные свойства: Дэви обнаружил, что новый металл легче воды (он плавал!), мягче воска (его можно было резать ножом) и настолько реакционноспособен, что для предотвращения взрыва его приходилось хранить под маслом.
Название: Дэви назвал его «potassium» от английского слова «potash». Интересно, что в большинстве других языков используется название «kalium» (от арабского «qali», означающего щёлочь), поэтому символом является «K».
Непосредственное значение: всего несколько дней спустя Дэви использовал тот же метод для выделения натрия, доказав, что вещества, считавшиеся химиками простыми, на самом деле являются соединениями этих чрезвычайно реакционноспособных металлов.
Проблемы безопасности: в течение нескольких месяцев Дэви и его помощники получали ожоги и сталкивались со взрывами, обучаясь обращению с калием. Они обнаружили, что металл необходимо резать под жидким парафином и ни в коем случае не допускать его контакта с водой (он взрывается очень бурно).
Наследие: открытие Дэви произвело революцию в химии, доказав, что электрические силы могут разлагать вещества, ранее считавшиеся простыми. Это открыло путь к выделению многих других элементов и утвердило электрохимию как фундаментальную науку.
Премия Наполеона: несмотря на войну между Британией и Францией, в 1808 году Наполеон наградил Дэви золотой медалью за открытие калия и натрия, заявив, что научные достижения выходят за пределы национальных границ.
Современное значение: опасные эксперименты Дэви заложили основу современной электрохимии, включая аккумуляторные батареи, гальваническое покрытие и производство алюминия — отраслей, которые сегодня оцениваются в миллиарды долларов.
Применение
Калий абсолютно необходим для роста растений и составляет основу современного сельского хозяйства. Как один из трёх основных макроэлементов (N-P-K), калий регулирует водный баланс, активацию ферментов и фотосинтез в растениях.
Производство удобрений: Хлорид калия (KCl) добывают из подземных месторождений методом растворения. Нагретая вода растворяет соляные залежи, образуя рассол, который откачивают на поверхность и выпаривают в огромных кристаллизационных бассейнах. Полученные кристаллы с розоватым оттенком содержат 95–99% чистого KCl.
Используемые формы: Сульфат калия (K₂SO₄) применяют для чувствительных к хлоридам культур, таких как табак и картофель; нитрат калия (KNO₃) — для ценных культур, которым нужны и калий, и азот; фосфат калия — в точном земледелии.
Производство мыла и моющих средств: Гидроксид калия (KOH), известный как едкое кали, получают электролизом рассола хлорида калия. В процессе на катоде образуется KOH, а на аноде — газообразный хлор. По сравнению с аналогами на основе натрия KOH позволяет получать более мягкое и растворимое мыло.
Стекольная промышленность: Карбонат калия (K₂CO₃) действует как флюс при производстве стекла, снижая температуру плавления кремнезёма и создавая более твёрдое и блестящее стекло. Поэтому высококачественное хрустальное стекло часто содержит калий вместо натрия.
Производство пороха: Нитрат калия (селитра) служит окислителем в чёрном порохе, обеспечивая горение кислородом. В современных бездымных порохах соединения калия по-прежнему используют для регулирования скорости горения и уменьшения вспышки при выстреле.
Химия фейерверков: Разные соединения калия создают определённые цвета: хлорат калия — ярко-белый, перхлорат калия — насыщенно-красный, фторид алюминия и калия — фиолетовый. Сам ион калия горит характерным фиолетовым пламенем.
Системы теплопередачи: Жидкие сплавы калия и натрия (NaK) используют как теплоносители в ядерных реакторах и космических системах благодаря их отличным свойствам теплопередачи и низкому давлению пара при высоких температурах.
Фотография: Бромид калия и феррицианид калия необходимы при традиционной обработке чёрно-белых фотографий: они регулируют контраст и обеспечивают точное проявление изображения.
Откуда он берётся
20900 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 94% of elements
Калий занимает 7-е место по распространённости среди элементов земной коры (2,09% по массе), поэтому встречается чаще натрия, несмотря на большую заметность натрия в океанах. Такая распространённость отражает роль калия в основных породообразующих минералах, сформировавших нашу планету.
Основные источники минералов:
Саскачеван, Канада: здесь находятся крупнейшие в мире запасы калийных солей, сформировавшиеся 400 миллионов лет назад, когда бассейн Уиллистон был мелководным морем. Рудник Esterhazy простирается на 1 километр под землёй.
Мёртвое море, Израиль/Иордания: рассол содержит 1,4% калия, который добывают в бассейнах солнечного испарения; разные концентрации минералов создают множество цветов.
Уральские горы, Россия: древние эвапоритовые пласты обеспечивают 20% мировой добычи; некоторые рудники работают ещё с советских времён.
Карлсбад, Нью-Мексико: Пермский бассейн содержит обширные пласты калийных солей, образовавшиеся после испарения древних морей 250 миллионов лет назад.
Концентрация в морской воде: современные океаны содержат около 380 частей на миллион калия; этот уровень поддерживается балансом между речным стоком и поглощением морскими организмами и глинистыми минералами.
Большое Солёное озеро: содержит концентрированные калийные рассолы, которые промышленно добывают вместе с натрием и магнием.
Нуклеосинтез: Калий-39 образуется при горении кислорода в массивных звёздах, когда кремний-28 захватывает альфа-частицы. Для этого процесса требуются температуры выше 1,5 миллиарда K.
Образование в сверхновых: Калий-40, радиоактивный изотоп, создаётся при взрывном нуклеосинтезе в сверхновых и участвует во внутреннем нагреве Земли благодаря радиоактивному распаду.
Метеориты: хондритовые метеориты содержат калий в минералах полевого шпата, давая сведения о составе ранней Солнечной системы и формировании каменистых планет.
Почвообразование: выветривание полевого шпата и слюды высвобождает ионы калия, доступные растениям. Глинистые минералы могут удерживать и постепенно высвобождать этот калий.
Поглощение растениями: корневые системы активно переносят калий против градиента концентрации, концентрируя его в 1000 раз сильнее по сравнению с почвенными растворами. Этот процесс требует значительных затрат метаболической энергии.
Обращение
Уровень риска: ВЫСОКИЙ — металлический калий чрезвычайно опасен и требует специальных процедур обращения.
Металлический калий: необходимо хранить под минеральным маслом или керосином в герметичных контейнерах с инертной атмосферой. Никогда не храните его рядом с источниками воды или окислителями.
Соединения калия: храните в сухих прохладных местах вдали от кислот и окислителей. Держите контейнеры плотно закрытыми, чтобы предотвратить поглощение влаги.
Требования к разделению: храните соединения калия отдельно от солей аммония, которые при нагревании могут образовывать взрывоопасные смеси.
OSHA PEL (допустимый предел воздействия): конкретный предел для металлического калия отсутствует (он слишком реакционноспособен для обычного воздействия)
Пищевой калий: взрослым требуется 3500–4700 мг в день. Большинство людей получает недостаточно калия (в среднем около 2600 мг)
Порог токсичности: гиперкалиемия (избыток калия) возникает при концентрации выше 5,5 мЭкв/л в крови и может вызывать нарушения сердечного ритма
Попадание металла на кожу: немедленно промывайте большим количеством воды не менее 15 минут. Снимите загрязнённую одежду. При ожогах срочно обратитесь за медицинской помощью.
Попадание в глаза: промывайте глаза водой не менее 15 минут, удерживая веки открытыми. Если возможно, снимите контактные линзы. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
Вдыхание пыли или паров: немедленно вынесите пострадавшего на свежий воздух. При затруднённом дыхании обеспечьте подачу кислорода и обратитесь за медицинской помощью.
Проглатывание: НЕ вызывайте рвоту. Прополощите рот водой. Давайте пить небольшими порциями. Немедленно обратитесь за медицинской помощью.
Пожар калия: НИКОГДА не используйте воду. Применяйте огнетушитель класса D (сухой песок, хлорид натрия или специальные средства тушения металлических пожаров)
Ликвидация разлива: эвакуируйте людей из зоны. Проветрите помещение. Накройте разлитый калий сухим песком или маслом. Не допускайте контакта с влагой.
Риск взрыва: при контакте калия с водой образуется взрывоопасный газ водород. Немедленно устраните все источники воспламенения.
Краткие ответы
Калий (symbol K) is element 19 on the periodic table, a щелочной металл in period 4, group 1. A metal so reactive it must be kept away from air, and so essential that no cell in your body works without it. At room temperature it is a solid.
[Ar] 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 8, 1 electrons respectively.Калий melts at 336.5 K (63.4 °C) and boils at 1032 K (758.9 °C).
The standard atomic weight of Калий is 39.098 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Калий has a density of 0.89 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of калий floats.
Калий has a Pauling electronegativity of 0.82. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
Калий was discovered in 1807 by Humphry Davy. It is named after english potash; symbol from Latin kalium.
Калий makes up about 2.09% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.