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. Состоит из двух стабильных изотопов 39К (93,259%) и 41К (6,729%), а также радиоактивного изотопа 40К (Т1/2 1,32∙109 лет). Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов для прир. смеси изотопов 1,97∙10−28 м2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 4s1; степень окисления +1; энергия ионизации К0 : К+ : К2+ соотв. 4,34070 эВ и 31,8196 эВ; сродство к электрону 0,47 эВ; электроотрицательность по Полингу 0,8; атомный радиус 0,2313 нм, ионный радиус (в скобках указано координац. число) К+ 0,151 нм (4), 0,152 нм (6), 0,160 нм (7), 0,165 нм (8), 0,178 нм (12). Содержание в земной коре 2,41% по массе. Осн. минералы: сильвин KCl, карналлит KCl.MgCl2.6H2O, калиевый полевой шпат (ортоклаз) K[AlSi3O8], мусковит калиевая слюда) KAl2[AlSi3O10](OH, F)2, каинит KCl.MgSO4.3H2O, полигалит K2SO4.MgSO4.2CaSO4.2H2O, алунит KAl3(SO4)2(OH)6. Свойства. К. — мягкий серебристо-белый металл с кубич. решеткой, а = 0,5344 нм, z = 2, пространственная группа Im3m. Т. пл. 63,51 °C, т. кип. 761 °C; плотн. 0,8629 г/см3; С0p 29,60 Дж/(моль∙К); ΔH0пл 2,33 кДж/моль, ΔH0возг 89,0 кДж/моль; S0298 64,68 Дж/(моль∙К); уравнение температурной зависимости давления пара (в мм рт. ст.): lgp = 7,34 — 4507/T(373–474 К); ρ 6,23.10−8 Ом∙м (0 °C), 8,71∙10−8 Ом∙м (25 °C) и 13,38.10−8 Ом∙м (77 °C); γ 0,114 Н/м (334 К), η 5,096∙10−4 Н.с/м2 (350 К); теплопроводность 99,3 Вт/(м∙К) при 273 К и 44,9 Вт/(м∙К) при 473 К; при 273–323 К температурные коэф. линейного и объемного расширения составляют соотв. 8,33∙10−5 К−1 и 2,498∙10−4 К−1. К. может обрабатываться прессованием и прокаткой. К. химически очень активен. Легко взаимод. с O2 воздуха, образуя калия оксид K2O, пероксид K2O2 и надпероксид KO2; при нагр. на воздухе загорается. С водой и разб. кислотами взаимод. со взрывом и воспламенением, причем H2SO4 восстанавливается до S2−, S0 и SO2, а HNO3 — до NO, N2O и N2. При нагр. до 200–350 °C реагирует с H2 с образованием гидрида КН. Воспламеняется в атмосфере F2, слабо взаимод. с жидким Cl2, но взрывается при соприкосновении с Br2 и растирании с I2; при контакте с межгалогенными соед. воспламеняется или взрывается. С S, Se и Те при слабом нагревании образует соотв. K2S, K2Se и K2Те, при нагр. с Р в атмосфере азота — K3Р и K2Р5, с графитом при 250–500 °C — слоистые соед. состава C8К-C60К. С CO2 не реагирует заметно при 10–30 °C; стекло и платину разрушает выше 350–400 °C. К. раств. в жидком NH3 (35,9 г в 100 мл при — 70 °C), анилине, этилендиамине, ТГФ и диглиме с образованием растворов с металлич. проводимостью. Раствор в NH3 имеет темно-синий цвет, в присутствии Pt и следов воды разлагается, давая KNH2 и H2. С азотом К. не взаимод. даже под давлением при высоких температурах. При взаимодействии с NH4N3 в жидком NH3 образуется азид KN3. К. не раств. в жидких Li, Mg, Cd, Zn, Al и Ga и не реагирует с ними. С натрием образует интерметаллид KNa2 (плавится инконгруэнтно при 7 °C), с рубидием и цезием — твердые растворы, для которых миним. температуры плавления составляют соотв. 32,8 °C (81,4% по массе Rb) и — 37,5 °C (77,3% Cs). С ртутью дает амальгаму, содержащую два меркурида -KHg2 и KHg (т. пл. соотв. 270 °C и 180 °C). С таллием образует KTl (т. пл. 335 °C), с оловом — K2Sn, KSn, KSn2 и KSn4, со свинцом — KPb (т. пл. 568 °C) и фазы состава K2Pb3, KPb2 и KPb4, с сурьмой — K3Sb и KSb (т. пл. соотв. 812 и 605 °C), с висмутом — K3Bi, K3Bi2 и KBi2 (т. пл. соотв. 671, 420 и 553 °C). К. энергично взаимод. с оксидами азота, а при высоких температурах — с CO и CO2. Восстанавливает В2O3 и SiO2 соотв. до В и Si, оксиды Al, Hg, Ag, Ni и др. — до своб. металлов, сульфаты, сульфиты, нитраты, нитриты, карбонаты и фосфаты металлов — до оксидов или своб. металлов. Со спиртами К. образует алкоголяты, с галогеналкилами и галогенарилами — соотв. калийалкилы и калийарилы. Получение. К. производят взаимод. Na с KOH при 380–450 °C или KCl при 760–890 °C. Реакции проводят в атмосфере N2. Взаимод. KOH с жидким Na осуществляют противотоком в тарельчатой колонне из Ni. При реакции с KCl пары Na пропускают через расплав KCl. Продукт реакций — сплав К — Na. Его подвергают ректификации и получают К. с содержанием примесей (в % по массе): 1∙10−3 Na и 1∙10−4 С1. Кроме того, К. получают: вакуум-термич. восстановлением KCl карбидом CaC2, сплавами Si-Fe или Si-Al при 850–950 °C и остаточном давлении 1,33 13,3 Па; нагреванием K2Cr2O7 с Zr при 400 °C; электролизом KOH с железным катодом; электролизом KCl (или его смеси K2CO3) с жидким свинцовым катодом при 680–720 °C с послед. разделением К и Pb вакуумной дистилляцией; электролизом 50%-ного раствора KNH2 в жидком NH3 при 25 °C и давлении 0,75 МПа с амальгамой К. в качестве анода и катодом из нержавеющей стали, при этом образуется 30%-ный раствор К. в жидком NH3, который выводится из аппарата для отделения К. Определение. Качественно К. обнаруживают по розово-фиолетовому окрашиванию пламени и по характерным лииниям спектра: 404,41, 404,72, 766,49, 769,90 нм. Наиболее распространенные количеств. методы, особенно в присутствии др. щелочных металлов, — эмиссионная пламенная фотометрия (чувствительность 1∙10−4 мкг/мл) и атомно-абсорбц. спектрометрия (чувствительность 0,01 мкг/мл). В меньшей степени используются химико-спектральный и спектрофотометрич. методы с применением дипикриламина (чувствительность 0,2–1,0 мкг/мл). При большом содержании К. в пробе применяют гравиметрич. метод с осаждением К. в виде тетрафенилбората, K2[PtCl6] или KClO4 в среде бутанола. Применение. К. — материал электродов в хим. источниках тока; компонент катодов-эмиттеров фотоэлементов и термоэмиссионных преобразователей, а также фотоэлектронных умножителей; геттер в вакуумных радиолампах; активатор катодов газоразрядных устройств. Сплав К. с Na — теплоноситель в ядерных реакторах. Радиоактивный изотоп 40К служит для определения возраста горных пород (калийаргоновый метод). Искусств. изотоп 42К (T1/2 12,52 года) — радиоактивный индикатор в медицине и биологии. К. — важнейший элемент (в виде соед.) для питания растений (см. калийные удобрения). К. вызывает сильные ожоги кожи, при попадании мельчайших его крошек в глаза тяжело их поражает, возможна потеря зрения. Загоревшийся К. заливают минер. маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Хранят К. в герметически закрытых железных коробках под слоем обезвоженного керосина или минер. масла. Отходы К. утилизируют обработкой их сухим этанолом или пропанолом с послед. разложением образовавшихся алкоголятов водой. К. открыл Г. Дэви в 1807.
Лит.: Натрий и калий, Л., 1959; Коренман И. М., Аналитическая химия калия, М., 1964; Теплофизическиe свойства щелочных металлов, М., 1970, (Тр. МЭИ, в. 75); Вольнов И. И., Перекисные соединения щелочных металлов, М., 1980. |
Категории раздела
Вход
Поиск
Друзья сайта
Наш опрос
Статистика
