Калий

Ка́лий

(Kalium)

К, химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева; атомный номер 19, атомная масса 39,098; серебряно-белый, очень лёгкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов — 39K (93,08%), 41K (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40K (0,01%) с периодом полураспада 1,32․109 лет.

Историческая справка. Некоторые соединения К. (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако их не отличали от соединений натрия (См. Натрий). Только в 18 в. было показано различие между «растительной щёлочью» (поташем K2CO3) и «минеральной щёлочью» (содой Na2CO3). В 1807 Г. Дэви электролизом слегка увлажнённых твёрдых едких кали и натра (KOH и NaOH) выделил К. и натрий и назвал их потассием и содием. В 1809 Л. В. Гильберт предложил название «калий» (от араб. аль-кали — поташ) и «натроний» (от араб. натрун — природная сода); последнее И. Я. Берцелиус в 1811 изменил на «натрий». Название «потассий» и «содий» сохранились в Великобритании, США, Франции и некоторых др. странах. В России эти названия в 1840-х гг. были заменены на «калий» и «натрий», принятые в Германии, Австрии и Скандинавских странах.

Распространение в природе. К. — распространённый элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах К., как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и др. породы (среднее содержание К. 3,34%). К. входит в состав полевых шпатов (См. Полевые шпаты) и слюд (См. Слюды). В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, К. мало. На земной поверхности К., в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород К. частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны К. и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане К. поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% К. — в 25 раз меньше, чем натрия. В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения NaCl, кристаллизовались соли К. и магния — карналлит KCI․MgCI2․6H2O и др. (Соликамское месторождение в СССР, Штасфуртское в ГДР и т.д.; см. Калийные соли). В большинстве почв растворимых соединений К. мало, и культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.

Радиоактивный изотоп 40K — важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40K образуются 40Ca и аргон 40Ar, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы К. не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (т. н. калий-аргоновый метод).

Физические и химические. свойства. К. — серебряно-белый, очень лёгкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решётка К. объёмно-центрированная кубическая, а = 5,33 Å. Ат. радиус 2,36 Å, ионный радиус К+ 1,33 Å. Плотность 0,862 г/см3 (20 °С), tпл 63,55 °С, tkип 760 °С; коэффициент термического расширения 8,33․10-5 (0—50 °С); теплопроводность при 21 °С 97,13 вт/(м․К) [0,232 кал/(смсек°С)]; удельная теплоёмкость (при 20 °С) 741,2 дж/(кг․К), т. е. 0,177 кал/(г․°С), удельное электросопротивление (при 20 °С) 7,118․10-8 омм; температурный коэффициент электросопротивления 5,8․10-5 (20 °С). Твёрдость по Бринеллю 400 кн/м2 (0,04 кгс/мм2).

Конфигурация внешней электронной оболочки атома К. 4s1 в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома К. более удалён от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность К. выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, К. быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре К. реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном — с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода К. образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и К. не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид К. KN3 и нитрид К. K3N. При нагревании К. с графитом получаются карбиды KC8 (при 300 °С) и KC16 (при 360 °С). В сухом воздухе (или кислороде) К. образует желтовато-белую окись K2O и оранжевую перекись KO2 (известны также перекиси K2O2 и K2O3, получаемые действием кислорода на раствор К. в жидком аммиаке).

К. весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя водород (2K + 2H2O = 2KOH + H2), а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке К. медленно растворяется; полученный синий раствор — сильный восстановитель. При нагревании К. отнимает кислород от окислов и солей кислородных кислот с образованием K2O и свободных металлов (или их окислов). К. со спиртами даёт алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует калийалкилы и калийарилы. Присутствие К. легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.

Получение и применение. В промышленности К. получают по обменным реакциям между металлическим натрием и KOH или же KCl, соответственно:

KOH + Na = NaOH + K

и

KCl + Na = NaCI + К.

В первом случае реакция идёт между расплавленной гидроокисью KOH и жидким Na — противотоком в тарельчатой реакционной колонке из никеля при 380—440 °С. Во втором — через расплавленную соль KCl пропускают пары Na при 760—800 °С: выделяющиеся пары К. конденсируют. Возможно также получение К. нагреванием выше 200 °С смесей хлорида К. с алюминием (или кремнием) и известью. Получение К. электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов К. по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

Основное применение металлического К. — приготовление перекиси К., служащей для регенерации кислорода (в подводных лодках и др.). Сплавы натрия с 40—90% К., сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве Титана и как поглотители кислорода. Сельское хозяйство — главный потребитель солей К. (см. Калийные удобрения; о применении соединений К. см. в соответствующих статьях).

Лит.: Калий, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963.

С. А. Погодин.

Калий в организме. К. — один из биогенных элементов (См. Биогенные элементы), постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в К. у взрослого человека (2—3 г) покрывается за счёт мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в К. (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60—70 мг% К. Многие морские организмы извлекают К. из воды. Растения получают К. из почвы. У животных содержание К. составляет в среднем 2,4 г/кг. В отличие от натрия (См. Натрий), К. сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке К. распределён неравномерно.

Ионы К. участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов (См. Биоэлектрические потенциалы) в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и др. мышц, поддерживают осмотического давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм К. тесно связан с углеводным обменом; ионы К. влияют на синтез белков. К+ в большинстве случаев нельзя заменить на Na+. Клетки избирательно концентрируют К+. Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу К+ из клеток, часто в обмен на Na+. Выделяется К. из организма главным образом с мочой. Содержание К. в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников — кортикостероидами. В растениях К. распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много К. в бобовых, свёкле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20—30 г/кг сухого вещества). При недостатке К. в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений (См. Калийные удобрения) зависит от типа с.-х. культуры и почвы.

В биосфере микроэлементы Rb и Cs сопутствуют К. Ионы Li+ и Na+ — антагонисты К+, поэтому важны не только абсолютные концентрации К+ и Na+, но и оптимальные соотношения K+/Na+ в клетках и среде. Естественная радиоактивность организмов (гамма-излучение) почти на 90% обусловлена присутствием в тканях естественного радиоизотопа 40K.

Лит.: Капланский С. Я., Минеральный обмен, М. — Л., 1938; Вишняков С. И., Обмен макроэлементов у сельскохозяйственных животных, М., 1967; Сатклифф Дж.-Ф., Поглощение минеральных солей растениями, пер. с англ., М., 1964.

И. А. Скульский.

В медицине с лечебными целями применяют ацетат CH3COOK как мочегонное (чаще против отёков, вызванных сердечной недостаточностью) и хлорид KCl в случае недостаточности К. в организме (развивается при лечении некоторыми гормональными препаратами, наперстянкой, при большой потере жидкости с рвотой и поносом, при применении некоторых мочегонных средств и др.). Перхлорат KClO4 тормозит продукцию тироксина (гормона щитовидной железы) и применяется при тиреотоксикозе. Перманганат калия KMnO4 (марганцовокислый калий) используют как антисептическое средство.

Источник: Большая советская энциклопедия на Gufo.me


Значения в других словарях

  1. калий — -я, м. Химический элемент, металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли (поташа). [араб. kali] Малый академический словарь
  2. калий — Ка́л/ий/. Морфемно-орфографический словарь
  3. калий — орф. калий, -я Орфографический словарь Лопатина
  4. калий — КАЛИЙ (от араб. аль-кали — поташ; лат. Kalium) K хим. элемент I гр. периодической системы; относится к щелочным металлам, ат. н. 19, ат. м. 39,0983. Химическая энциклопедия
  5. калий — КАЛИЙ (Kalium) , хим. элемент I гр. периодич. системы элементов Менделеева. Металл. Химически очень активен. В свободном состоянии в природе не встречается. Содержание К. в литосфере 2,5% (по массе). Входит в состав полевого шпата, слюды, нефелина. Сельскохозяйственный словарь
  6. КАЛИЙ — КАЛИЙ (символ К), распространенный химический элемент, относящийся к ЩЕЛОЧНЫМ МЕТАЛЛАМ. Впервые был выделен сэром Хэмфри Дэви в 1807 г. Его основными рудами являются сильвин (хлорид калия), карналлит и полигалит. Научно-технический словарь
  7. Калий — K (от араб, аль-кали — поташ * a. Potassium, potash; н. Kalium; ф. potassium; и. potasio), — хим. элемент I группы периодич. системы Mенделеева, ат.н. 19, ат. м. 39,102. Природный K. Горная энциклопедия
  8. Калий — I (Kalium, К) химический элемент главной подгруппы I группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева, один из основных внутриклеточных катионов, присутствует также во внеклеточной среде всех живых организмов... Медицинская энциклопедия
  9. калий — КАЛИЙ -я; м. [араб. kali] Химический элемент (K), металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли (поташа). ◁ Калиевый, -ая, -ое. К-ые месторождения. К-ые соли. Калийный, -ая, -ое. К-ая промышленность. К-ые удобрения. Толковый словарь Кузнецова
  10. калий — [ар.; см. кали] – хим. элемент из группы щелочных металлов, серебристо-белого цвета, символ К, порядковый помер 19, атомный вес 39,096; на воздухе легко окисляется; встречается в природе только в виде соединений (селитра, поташ, граниты, слюда и др. Большой словарь иностранных слов
  11. калий — К’АЛИЙ, калия, мн. нет, ·муж., и кали, нескл., ср. (·араб. — поташ) (·хим. ). Химический элемент — щелочный металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли. Толковый словарь Ушакова
  12. калий — КАЛИЙ м. потасий, металл, составляющий основанье кали, весьма сходный с натрием (содием). Кали ср. несклон., растительная щелочь или щелочная соль; углекислый калий, чистый поташ. Калиевый, к калию относящ. Калистый, содержащий кали. Толковый словарь Даля
  13. калий — калий м. Химический элемент, серебристо-белый, мягкий, легкоплавкий металл, применяющийся (в соединениях) в сельском хозяйстве, промышленности, фармакологии и т.п. Толковый словарь Ефремовой
  14. КАЛИЙ — КАЛИЙ (лат. Kalium) — К, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983, относится к щелочным металлам. Название от араб. аль-кали — поташ (давно известное соединение калия, добывающееся из древесной золы). Большой энциклопедический словарь
  15. Калий — Калий авт. юморист. рассказов (Одесса, 1910—1912). {Венгеров} Большая биографическая энциклопедия
  16. Калий — (нем. Kalium, франц. и англ. Potassium) — один из важнейших представителей группы щелочных металлов. "Едкое кали есть типичная щелочь, подобная едкому натру, как кислоты серная, азотная, соляная суть типичные кислоты... Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
  17. калий — КАЛИЙ, я, м. Химический элемент, мягкий металл серебристо-белого цвета. | прил. калиевый, ая, ое и калийный, ая, ое. Калиевые соли. Калийные удобрения. Толковый словарь Ожегова