Как получить калий

В соединениях калий одновалентен, степень окисления в соединениях с неметаллами +1.

Калий как вещество

Способы получения калия:

• В лаборатории получают электролизом раствора щёлочи или соли:

4KOH (ж) → 4K + O2↑ + 2H2O

2KCl (ж) → 2K + Cl2↑

• В промышленности – термохимическим восстановлением:

Na + KOH → K + NaOH

Физические свойства калия:

• Мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета (в тонком слое с фиолетовым оттенком).
• На воздухе свежий срез быстро тускнеет из-за образования плёнок соединений.
• Пары калия имеют синевато-зелёный цвет.
• Хорошо сохраняется под слоем бензина или керосина.
• Температура плавления равна 63,51°С, температура кипения равна 760°С.

Химические свойства калия:

Калий чрезвычайно реакционноспособен. Является сильнейшим восстановителем. Окрашивает пламя газовой горелки в фиолетовый цвет. При длительном контакте с атмосферой (а точнее, с кислородом, который содержится в воздухе) способен полностью разрушиться. С водой реагирует со взрывом.

Самый главный продукт – источник калия.

Реагирует с кислородом воздуха, разбавленными кислотами, неметаллами, аммиаком, сероводородом. С ртутью образует амальгаму.

Практически не реагирует с азотом (в отличие от лития и натрия).

1. При комнатной температуре реагирует с кислородом воздуха, галогенами, водой и кислотами:

2. При нагревании реагирует с водородом, халькогенами, фосфором:

2K + H2 → 2KH

3K + P(красн.) → K3P(зел.)

Применение калия:

Соединения калия (калийная, она же индийская селитра) в огромных количествах используется как удобрение; раньше использовалась для производства чёрного пороха. Гидроксид калия используется для получения мыла. Он же служит электролитом в щелочных аккумуляторах. Другие соединение калия используются в медицине как успокаивающее средство для нервной системы, как антисептическое средство.

Источники

2. Леенсон, И. А. Путеводитель по химическим элементам. Из чего состоит Вселенная? / И. А. Леенсон. – М.: АСТ, 2014. – 168 с.: ил.

3. Лидин, Р. А. Химические свойства неорганических веществ / Р. А. Лидин, В. А. Молочко, Л. Л. Андреева. – М.: Химия, 2000.

4. Таубе, П. Р. От водорода до … / П. Р. Таубе, Е. И. Руденко. – М.: Высшая школа, 1968.

Источник: mend-tab.ru

Калий

К а лий (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 — 39 K (93,08%), 41 K (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40 K (0,01%) с периодом полураспада 1,32 × 10 9 лет.

Историческая справка. Некоторые соединения калия (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако их не отличали от соединений натрия. Только в 18 в. было показано различие между «растительной щёлочью» (поташем K2CO3) и «минеральной щёлочью» (содой Na2CO3).

ПОЛУЧЕНИЕ КАЛИЯ И НАТРИЯ В ДОМАШНИХ УСЛОВИЯХ своими руками

В 1807 Г. Дэви электролизом слегка увлажнённых твёрдых едких кали и натра (KOH и NaOH) выделил калий 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.

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

Физические и химические свойства. Калий — серебряно-белый, очень лёгкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решётка калия объёмно-центрированная кубическая, а = 5,33 Å . Ат. радиус 2,36 Å , ионный радиус К + 1,33 Å . Плотность 0,862 г/см 3 (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/(см × сек × °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 ом × м; температурный коэффициент электросопротивления 5,8 × 10 -5 (20 °С). Твёрдость по Бринеллю 400 кн/м 2 (0,04 кгс/мм 2 ).

Конфигурация внешней электронной оболочки атома калия 4s 1 в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома калия более удалён от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность калия выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, калий быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле.

При комнатной температуре калий реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном — с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода калий образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и калий не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид калия KN3 и нитрид калия K3N. При нагревании калия с графитом получаются карбиды KC8 (при 300 °С) и KC16 (при 360 °С). В сухом воздухе (или кислороде) калий образует желтовато-белую окись K2O и оранжевую перекись KO2 (известны также перекиси K2O2 и K2O3, получаемые действием кислорода на раствор калия в жидком аммиаке).

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

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

KOH + Na = NaOH + K

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 калия конденсируют. Возможно также получение калия нагреванием выше 200 °С смесей хлорида калия с алюминием (или кремнием) и известью. Получение калия электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов калия по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

Основное применение металлического калия — приготовление перекиси калия, служащей для регенерации кислорода (в подводных лодках и др.). Сплавы натрия с 40—90% калия, 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 калия (см. Калийные удобрения; о применении соединений калия 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.

Ионы калия участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и др. мышц, поддерживают осмотического давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм калия тесно связан с углеводным обменом; ионы калия 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 калий из организма главным образом с мочой. Содержание калия в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников — кортикостероидами.

В растениях калий распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много калия в бобовых, свёкле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20—30 г/кг сухого вещества). При недостатке калия в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа с.-х. культуры и почвы.

В биосфере микроэлементы Rb и Cs сопутствуют калию. 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 40 K.

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.

В медицине с лечебными целями применяют ацетат CH3COOK как мочегонное (чаще против отёков, вызванных сердечной недостаточностью) и хлорид KCl в случае недостаточности калия 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: xumuk.ru

Промышленные методы получения калия и натрия

Натрий (Na) и калий (К) в свободном виде невозможно встретить в природе. Данные щелочные металлы сходны по физическим свойствам и являются составными компонентами разных соединений, например, хлорида натрия, образующего залежи каменных солей на Донбассе, Соликамске, Соль-Илецке и других местах, а также содержащегося в морской воде. Рассмотрим, как получают натрий и калий в промышленности.

Каким способом получают калий и натрий?

Получение Na и калия производится двумя методами:

1. Восстановление из оксидов данных щелочных металлов.
2. Электролиз расплава гидроксидов.

В промышленных масштабах для получения Na и калия применяется преимущественно второй способ.

Получение калия и натрия в промышленности: особенности процессов

Итак, как получают калий в промышленности? Первый способ заключается в восстановлении данного щелочного металла из расплавленного гидроксида К или хлорида калия Na по такой формуле:

В результате получится сплав Na – K, для разделения которого используется перегонка.

Калий получают и способом электролизного расплава хлорида К – карбоната К. Процесс предусматривает на завершающем этапе отгонку калия из свинцового сплава.

Третий метод – восстановление NaCl при нагреве в вакууме в печи с кремнием, алюминием и карбидом кальция:

Так проходит получение калия в промышленности. Получившийся щелочной металл производит извлечение из области реакции в форме пара, что вызывает смещение вправо химического равновесия. Полученный К для сохранения его химических и физических свойств хранят в запаянном сосуде или герметичной металлической ёмкости под керосиновым слоем.

Теперь вы знаете, каким способом получают калий, и осталось рассмотреть методы, позволяющие получить Na:

1. Электролиз расплавов, которые содержат хлорид натрия – при данном процессе на катоде (железе) происходит выделение Na, а на аноде (графите) – Сl. Конструкция электролизера (диафрагма, разделяющая пространство катода и анода) исключает взаимодействие хлора и Na, образующихся в ходе электролиза. Интересно, что использование в качестве сырья чистого NaСl не представляется возможным, поскольку разность температур плавления между натрий хлором (801) и Na (883) минимальная. Кроме того, давление насыщенного пара натрия при плавлении NaСl близко с атмосферным, что вызывает большие потери натрия в результате испарений. Используя высокие температуры, невозможно получить Na без потерь, ввиду его растворения в NaСl. Потому, к хлориду натрия вводится соль, чтобы понизить температуру плавления шихты ниже 600 градусов по Цельсию. Чаще используется расплав, который содержит 40% NaСl и CaCl для плавления при пятьсот восьмидесяти градусах Цельсия.
2. Электролиз расплава гидроксида натрия. Данный процесс проходит так: на катоде (железе) происходит выделение металлического натрия, а на аноде (никеле) – соответствующие реакции (анод: 4ОН — – 4е — →О2+2Н2О; катод: Na + +le — →Na). Плюс метода – низкая температура получения Na (350 градусов по Цельсию) и возможность получить данный щелочной металл с высокой чистотой. Минус способа – дорогостоящее сырье.

Na хранится в запаянных сосудах или в герметически закрытой металлической таре под слоем керосина.

Получение калия в промышленности отличается от методов, применяемых для образования натрия из-за высокой реакционной способности первого при повышенных температурах – происходит сильная окисляемость кислородом, который растворен в расплаве.

Источник: metallurgist.pro