KALIS: ISTORIJA, STRUKTŪRA, SAVYBĖS, REAKCIJOS, PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Kalio yra šarminis cheminis simbolis yra K. Jo atominis skaičius yra 19 ir yra žemiau natrio periodinės lentelės. Tai minkštas metalas, kurį netgi galima pjaustyti peiliu. Be to, jis yra gana lengvas ir energingai reaguodamas gali plaukti ant skysto vandens.

Šviežiai pjaustytas jis turi labai ryškią sidabriškai baltą spalvą, tačiau veikiamas oro jis greitai oksiduojasi ir praranda blizgesį, tampa pilkšvas (beveik melsvas, kaip pavaizduota žemiau).

Iš dalies oksiduoti kalio gabalai, laikomi mineraliniame aliejuje. Šaltinis: 2 × 910

Kalis sprogiai reaguoja su vandeniu, sudarydamas kalio hidroksidą ir vandenilio dujas. Būtent šios dujos yra atsakingos už reakcijos sprogumą. Kai jis dega žiebtuvėlyje, jo sužadinti atomai dažo liepsną ryškia alyvine spalva; Tai yra vienas iš jo kokybinių testų.

Tai yra septintasis gausiausias metalas žemės plutoje ir sudaro 2,6% jo svorio. Jo daugiausia randama dujinėse uolienose, skalūnuose ir nuosėdose, be mineralų, tokių kaip slvitas (KCl). Skirtingai nuo natrio, jo koncentracija jūros vandenyje yra maža (0,39 g / L).

Kalį 1807 m. Išskyrė anglų chemikas seras Humphrey Davy, elektrolizuodamas jo hidroksido tirpalą KOH. Šis metalas pirmasis buvo išskirtas elektrolizės būdu ir Davy suteikė jam anglišką pavadinimą kalis.

Tačiau Vokietijoje metalas buvo vartojamas pavadinimu kalium. Būtent iš šio pavardės eina raidė „K“, naudojama kaip cheminis kalio simbolis.

Pats metalas mažai naudojamas pramonėje, tačiau jis sukuria daug naudingų junginių. Tačiau biologiniu požiūriu jis yra daug svarbesnis, nes tai yra vienas iš svarbiausių elementų mūsų organizmui.

Pvz., Augaluose jis skatina fotosintezę, osmoso procesą. Tai taip pat skatina baltymų sintezę ir taip skatina augalų augimą.

Istorija

Potašas

Nuo senų senovės žmogus kalį naudojo kaip trąšas, nekreipdamas dėmesio į kalio buvimą, juo labiau jo santykį su kaliu. Tai buvo paruošta iš medžių kamienų ir lapų pelenų, į kuriuos buvo įpilama vandens, kuris vėliau buvo išgarinamas.

Daržovėse daugiausia yra kalio, natrio ir kalcio. Tačiau kalcio junginiai blogai tirpsta vandenyje. Dėl šios priežasties kalis buvo kalio junginių koncentratas. Žodis kildinamas iš angliškų žodžių „pot“ ir „ash“ susitraukimo.

1702 m. G. Ernstas Stahlas pasiūlė skirtumą tarp natrio ir kalio druskų; Šį pasiūlymą patvirtino Henry Duhamel du Monceau, 1736 m. Kadangi tiksli druskų sudėtis nebuvo žinoma, Antoine Lavoiser (1789) nusprendė neįtraukti šarmų į cheminių elementų sąrašą.

Atradimas

1797 m. Vokiečių chemikas Martinas Klaproth atrado kalio mineralus leucitą ir lepidolitą, todėl padarė išvadą, kad tai nebuvo tik augalų produktas.

1806 m. Anglų chemikas seras Humphrey Davy atrado, kad junginys tarp junginio elementų yra elektrinio pobūdžio.

Tada Deividas, naudodamas kalio hidroksido elektrolizę, išskyrė kalį, stebėdamas metalo blizgesio rutulius, susikaupusius prie anodo. Jis pavadino metalą angliška etimologija žodžiu kalis.

1809 m. Liudvikas Vilhelmas Gilbertas pasiūlė pavadinimą kalium (kalium) Davy kaliui. Berzelius pavadino kalį, kad kaliui būtų priskirtas cheminis simbolis „K“.

Galiausiai Justus Liebig 1840 m. Atrado, kad kalis yra būtinas augalams elementas.

Kalio struktūra ir elektronų konfigūracija

Metalinis kalis normaliomis sąlygomis kristalizuojasi kūne, kurio centre yra kubinė (BCC) struktūra. Tai būdinga plonumui, kuris sutinka su kalio savybėmis. K atomas yra apsuptas aštuonių kaimynų, tiesiai kubo centre ir su kitais K atomais, esančiais viršūnėse.

Ši fazė bcc taip pat žymima faze KI (pirmoji). Kai slėgis padidėja, kristalų struktūra sutankėja į veido centre esančią kubinę (fcc) fazę. Tačiau norint, kad šis perėjimas vyktų savaime, reikalingas 11 GPa slėgis.

Ši tankesnė fcc fazė yra žinoma kaip K-II. Esant aukštesniam slėgiui (80 GPa) ir žemesnei temperatūrai (žemesnei kaip –120 ºC), kalis įgyja trečiąją fazę: K – III. K-III pasižymi tuo, kad geba savo kristalinėse ertmėse sutalpinti kitus atomus ar molekules.

Taip pat yra dar dvi kristalinės fazės, esant dar aukštesniam slėgiui: K-IV (54 GPa) ir KV (90 GPa). Esant labai šaltai temperatūrai, kalis netgi demonstruoja amorfinę fazę (su netvarkingais K atomais).

Oksidacijos numeris

Kalio elektronų konfigūracija yra:

4s ¹

4s orbitalė yra atokiausia ir todėl turi vienintelį valentinį elektroną. Tai teoriškai yra atsakingas už metalinę jungtį, kuri K atomus laiko kartu, kad apibrėžtų kristalą.

Iš tos pačios elektronų konfigūracijos lengva suprasti, kodėl kalio oksidacijos skaičius paprastai yra (arba beveik visada) +1. Kai jis praranda vieną elektroną, sudarydamas K ⁺ katijoną , tauriųjų dujų argonas, turintis visą valentinį oktetą, tampa izoelektroniniu.

Manoma, kad daugumoje jo darinių junginių kalis yra K ⁺ (net jei jo jungtys nėra grynai joninės).

Kita vertus, nors ir mažiau tikėtina, kalis gali įgyti elektroną, turėdamas du elektronus 4s orbitoje. Taigi, kalcio metalas tampa izoelektroninis:

4s ²

Tuomet sakoma, kad jis įgijo elektroną ir turi neigiamą oksidacijos skaičių -1. Kai šis oksidacijos skaičius apskaičiuojamas junginyje, daroma prielaida, kad egzistuoja potazido anijonas, K ^- .

Savybės

Išvaizda

Blizgantis balto sidabro metalas.

Molinė masė

39,0983 g / mol.

Lydymosi temperatūra

83,5 ° C.

Virimo taškas

759 ° C.

Tankis

-0,862 g / cm ³ , kambario temperatūroje.

-0,828 g / cm ³ , lydymosi temperatūroje (skystas).

Tirpumas

Smarkiai reaguoja su vandeniu. Tirpsta skystame amoniake, etilendiaminas ir anilinas. Tirpsta kituose šarminiuose metaluose ir sudaro lydinius, ir gyvsidabre.

Garų tankis

1.4 oro atžvilgiu, kaip 1.

Garų slėgis

8 mmHg esant 432 ° C.

Stabilumas

Stabilus, jei apsaugotas nuo oro ir drėgmės.

Ėsdinimas

Kontaktinis metalas gali būti ėsdinantis. Susilietęs gali sukelti odos ir akių nudegimus.

Paviršiaus įtempimas

86 dynai / cm 100 ° C temperatūroje.

Lydymosi šiluma

2,33 kJ / mol.

Garinimo šiluma

76,9 kJ / mol.

Molinės šilumos talpa

29,6 J / (mol · K).

Elektronegatyvumas

0,82 pagal Paulingo skalę.

Jonizacijos energijos

Pirmasis jonizacijos lygis: 418,8 kJ / mol.

Antrasis jonizacijos lygis: 3,052 kJ / mol.

Trečiasis jonizacijos lygis: 4 420 kJ / mol.

Atominis radijas

227 val.

Kovalentinis spindulys

203 ± 12 val.

Šiluminis plėtimasis

83,3 µm / (m · K) 25 ° C temperatūroje.

Šilumos laidumas

102,5 W / (mK).

Elektrinė varža

72 nΩ · m (esant 25 ° C).

Kietumas

0,4 pagal Moho skalę.

Natūralūs izotopai

Kalis yra kaip trys pagrindiniai izotopai: ³⁹ K (93,258%), ⁴¹ K (6,73%) ir ⁴⁰ K (0,012%, radioaktyviosios β emisijos).

Nomenklatūra

Kalio junginių oksidacijos numeris yra +1 pagal nutylėjimą (su labai ypatingomis išimtimis). Todėl atsargų nomenklatūroje pavadinimų pabaigoje (I) nėra; ir tradicinėje nomenklatūroje pavadinimai baigiasi priesaga -ico.

Pavyzdžiui, KCl yra kalio chloridas, o ne kalio (I) chloridas. Pagal tradicinę nomenklatūrą tradicinis jo pavadinimas yra kalio chloridas arba kalio monochloridas.

Kalbant apie likusią dalį, išskyrus kalio nomenklatūrą yra gana paprasta, nebent tai yra labai paplitę pavadinimai ar mineralai (pavyzdžiui, silvinas).

Formos

Kalis gamtoje nėra randamas metalo pavidalu, tačiau tam tikram naudojimui jis gali būti gaunamas pramoniniu būdu. Jo daugiausia randama gyvose būtybėse, jonine forma (K ⁺ ). Apskritai, tai yra pagrindinis tarpląstelinis katijonas.

Kalio yra daugelyje junginių, tokių kaip kalio hidroksidas, acetatas ar chloridas ir kt. Tai taip pat yra maždaug 600 mineralų, įskaitant sivlitą, alunitą, karnalitą ir kt.

Kalis sudaro lydinius su kitais šarminiais elementais, tokiais kaip natris, cezis ir rubidis. Jis taip pat sudaro trijų komponentų lydinius su natriu ir ceziu per vadinamuosius eutektinius susiliejimus.

Biologinis vaidmuo

Augalai

Kalis kartu su azotu ir fosforu yra trys pagrindinės augalų maistinės medžiagos. Kalis šaknis absorbuoja jonine forma: tai procesas, kuriam palankios tinkamos drėgmės, temperatūros ir deguonies sąlygos.

Reguliuoja lapinių žandikaulių atidarymą ir uždarymą: veikla, leidžianti absorbuoti anglies dioksidą, kuris fotosintezės metu susimaišo su vandeniu, sudarydamas gliukozę ir deguonį; Tai yra ATP generuojantys agentai, kurie yra pagrindinis gyvų būtybių energijos šaltinis.

Tai palengvina kai kurių fermentų, susijusių su augalų augimu, sintezę, be krakmolo, energijos atsargų medžiagos. Jis taip pat įsiterpia į osmozę: procesą, būtiną vandens ir mineralų įsisavinimui iš šaknų; ir kylant vandeniui per ksilą.

Chlorozė yra kalio trūkumo augaluose pasireiškimas. Būdinga, kad lapai praranda žalumą ir tampa gelsvi, su apdegusiais kraštais; ir, pagaliau, defoliacija, vėluojant augalų augimui.

Gyvūnai

Paprastai gyvūnams kalis yra pagrindinis tarpląstelinis katijonas, kurio koncentracija yra 140 mmol / L; o tarpląstelinė koncentracija kinta nuo 3,8 iki 5,0 mmol / L. 98% organizmo kalio yra tik viduląsteliniame skyriuje.

Nors kalio suvartojimas gali svyruoti nuo 40 iki 200 mmol / dieną, jo tarpląstelinė koncentracija palaikoma pastovi reguliuojant ekskreciją per inkstus. Čia dalyvauja hormonas aldosteronas, kuris reguliuoja kalio sekreciją kaupiamųjų ir distalinių kanalėlių lygyje.

Kalis yra pagrindinis atsakingas už tarpląstelinio osmoliariškumo palaikymą, todėl jis yra atsakingas už ląstelių vientisumo palaikymą.

Nors plazmos membrana yra gana pralaidi kaliui, jos tarpląstelinę koncentraciją palaiko fermento Na, ATPazės (natrio ir kalio pompa), kuris pašalina tris natrio atomus ir įveda du kalio atomus, aktyvumas.

Ląstelių repoliarizacija

Jaudinančios ląstelės, sudarytos iš neuronų ir suskaidytų bei lygiųjų raumenų ląstelių; ir briaunotos raumenų ląstelės, sudarytos iš skeleto ir širdies raumens ląstelių, visos sugeba suformuoti veiksmų potencialą.

Susijaudinančių ląstelių vidus yra neigiamai įkrautas ląstelės išorės atžvilgiu, tačiau tinkamai stimuliuojant padidėja ląstelių plazminės membranos pralaidumas natriui. Šis katijonas prasiskverbia pro plazmos membraną ir paverčia ląstelės vidų teigiamu.

Atsiradęs reiškinys vadinamas veikimo potencialu, kuris turi savybių rinkinį, tarp jų jis gali plisti visame neurone. Smegenų duota komanda keliauja kaip tam tikro raumens potencialas, kad jis galėtų susitraukti.

Kad atsirastų naujas veiksmo potencialas, ląstelės interjere turi būti neigiamas krūvis. Norėdami tai padaryti, kalis išeina iš ląstelės vidaus, grąžindamas jį į pradinį negatyvumą. Šis procesas vadinamas repolarizacija, kuri yra pagrindinė kalio funkcija.

Todėl teigiama, kad už veiksmo potencialo formavimąsi ir raumenų susitraukimo inicijavimą yra bendra natrio ir kalio atsakomybė.

Kitos funkcijos

Kalis atlieka kitas žmogaus funkcijas, tokias kaip kraujagyslių tonusas, sisteminio kraujospūdžio kontrolė ir virškinimo trakto motorika.

Padidėjus kalio koncentracijai plazmoje (hiperkalemija), atsiranda simptomų, tokių kaip nerimas, pykinimas, vėmimas, pilvo skausmas ir elektrokardiogramos pažeidimai. T banga, susijusi su skilvelių repoliarizacija, yra aukšta ir plati.

Šis įrašas paaiškinamas tuo, kad padidėjus tarpląstelinei kalio koncentracijai, ji palieka ląstelę išorėje lėčiau, todėl skilvelių repolarizacija yra lėtesnė.

Kalio koncentracijos sumažėjimas plazmoje (hipokalcemija), be kita ko, pasireiškia šiais simptomais: raumenų silpnumu, sumažėjusiu žarnyno judrumu, sumažėjusiu glomerulų filtracija, širdies aritmija ir elektrokardiogramos T bangos išlyginimu.

T banga sutrumpėja, nes mažėjant tarpląstelinei kalio koncentracijai, palengvėja jos išėjimas link ląstelės išorės ir sumažėja repoliarizacijos trukmė.

Kur randamas kalis ir jo gamyba

Silvitinis kristalas, kurį praktiškai sudaro kalio chloridas. Šaltinis: Robas Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kalio daugiausia randama dujinėse uolienose, skalūnuose ir nuosėdose. Be to, vandenyje netirpiuose mineraluose, tokiuose kaip muskovitas ir ortoklazė. Ortoklazė yra mineralas, dažniausiai atsirandantis dulkinėse uolienose ir granite.

Kalio taip pat yra vandenyje tirpiuose mineraliniuose junginiuose, tokiuose kaip karnalitas (KMgCl ₃ · 6H ₂ O), sylvitas (KCl) ir landbeinitas, kurie randami sausuose ežerų dugnuose ir jūros dugne.

Be to, kalis randamas sūrymuose ir kaip augalų kamienų bei lapų deginimo proceso metu naudojamas kalis. Nors jo koncentracija jūros vandenyje yra maža (0,39 g / l), jis taip pat naudojamas kaliui gauti.

Kalio yra dideliuose telkiniuose, pavyzdžiui, Saskačevane, Kanadoje, kuriuose gausu mineralinio silvito (KCl) ir sugeba pagaminti 25% viso pasaulio kalio. Fiziologinių tirpalų atliekose gali būti didelis kalio kiekis KCl pavidalu.

Elektrolizė

Kalis gaminamas dviem būdais: elektrolizės ir terminiu. Elektrolizės metu buvo laikomasi metodo, kurį Davy panaudojo kalio išskyrimui, be didelių pakeitimų.

Tačiau šis metodas pramoniniu požiūriu nebuvo efektyvus, nes turi būti sumažinta aukšta išlydytų kalio junginių lydymosi temperatūra.

Kalio hidroksido elektrolizės metodas pramoniniu būdu buvo naudojamas 1920 m., Tačiau terminis metodas jį pakeitė ir tapo pagrindiniu šio metalo gamybos metodu nuo 1950 m.

Terminis metodas

Taikant terminį metodą, kalis gaunamas redukuojant išlydytą kalio chloridą 870 ºC temperatūroje. Ši medžiaga nuolat tiekiama į distiliavimo koloną, į kurią įpilama druskos. Tuo tarpu natrio garai praeina per kolonėlę, kad sumažėtų kalio chloridas.

Kalis yra pats lakiausias reakcijos komponentas ir kaupiasi distiliavimo kolonėlės viršuje, kur jis nuolat surenkamas. Metalinio kalio gamybą terminiu metodu galima apibūdinti šia chemine lygtimi:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

Kalio gamyboje taip pat naudojamas Griesheimerio procesas, kuriame naudojama kalio fluoro reakcija su kalcio karbidu:

2 KF + CaC ₂ => 2 K + CaF ₂ + 2 C

Reakcijos

Neorganinis

Kalis yra labai reaktyvus elementas, greitai reaguojantis su deguonimi, sudarydamas tris oksidus: kalio oksidą (K ₂ O), peroksidą (K ₂ O ₂ ) ir superoksidą (KO ₂ ).

Kalis yra stipriai redukuojantis elementas, todėl jis oksiduojasi greičiau nei dauguma metalų. Jis naudojamas metalų druskoms redukuoti, pakeičiant kalį metalu druskoje. Šis metodas leidžia gauti grynus metalus:

MgCl ₂ + 2 K => Mg + 2 KCl

Kalis stipriai reaguoja su vandeniu, sudarydamas kalio hidroksidą ir išskirdamas sprogiąsias vandenilio dujas (vaizdas žemiau):

Metalinis kalis, reaguodamas su vandeniniu fenolftaleino tirpalu, kuris tampa purpuriškai raudonas, kai OH-jonai patenka į terpę. Atkreipkite dėmesį į vandenilio dujų susidarymą. Šaltinis: Ozono aurora ir Philipas Evansas per Vikipediją.

Kalio hidroksidas gali reaguoti su anglies dioksidu, kad susidarytų kalio karbonatas.

Kalis, reaguodamas su anglies monoksidu, esant 60 ° C temperatūrai, sukuria sprogstamąjį karbonilą (K ₆ C ₆ O ₆ ). Jis taip pat reaguoja su vandeniliu esant 350ºC ir sudaro hidridą. Jis taip pat labai reaguoja su halogenais ir sprogsta susilietęs su skystu bromu.

Sprogimas taip pat įvyksta, kai kalis reaguoja su halogenintomis rūgštimis, tokiomis kaip druskos rūgštis, ir mišinys smarkiai smogiamas arba purtomas. Išlydytas kalis toliau reaguoja su siera ir vandenilio sulfidu.

Ekologiški

Reaguoja su organiniais junginiais, turinčiais aktyvių grupių, tačiau yra inertiškas alifatiniams ir aromatiniams angliavandeniliams. Kalis lėtai reaguoja su amoniaku, sudarydamas potasominą (KNH ₂ ).

Skirtingai nuo natrio, kalis reaguoja su anglimi grafito pavidalu, sudarydamas tarpsluoksnių junginių seriją. Šie junginiai turi anglies ir kalio atomų santykį: 8, 16, 24, 36, 48, 60 arba 1; pvz., KC ₆₀ .

Programos

Metalinis kalis

Metalinio kalio pramonėje nėra daug. Didžioji jo dalis yra paverčiama kalio superoksidu, naudojama respiratoriuose, nes ji išskiria deguonį ir pašalina anglies dioksidą ir vandens garus.

NaK lydinys pasižymi dideliu šilumos absorbcijos pajėgumu, todėl kai kuriuose branduoliniuose reaktoriuose jis naudojamas kaip aušinimo skystis. Panašiai garintas metalas buvo naudojamas turbinose.

Junginiai

Chloridas

KCl naudojamas žemės ūkyje kaip trąša. Jis taip pat naudojamas kaip žaliava kitiems kalio junginiams, tokiems kaip kalio hidroksidas, gaminti.

Hidroksidas

Dar žinomas kaip kaustinis kalis, KOH, jis naudojamas muilų ir ploviklių gamyboje.

Jo reakcija su jodu sukuria kalio jodidą. Ši druska dedama į stalo druską (NaCl) ir tiekiama, kad būtų apsaugota nuo jodo trūkumo. Kalio hidroksidas naudojamas šarminių baterijų gamyboje.

Nitratas

Taip pat žinomas kaip druskos skiediklis, KNO ₃ , jis naudojamas kaip trąša. Be to, jis naudojamas fejerverkams kurti; kaip maisto konservantas ir kietėjančioje stiklinėje.

Chromatas

Jis naudojamas trąšų ir kalio alūno gamyboje.

Karbonatas

Jis naudojamas gaminant stiklą, ypač tuos, kurie naudojami gaminant televizorius.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Vikipedija. (2019 m.). Kalis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. McKeehanas LW (1922 m.). Kalio kristalinė struktūra. Jungtinių Amerikos Valstijų nacionalinės mokslų akademijos leidiniai, 8 (8), 254–255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
4. Masafumi Sakata ir kt. (2017 m.). Kalio struktūrinės fazės perėjimas aukšto slėgio ir žemos temperatūros sąlygomis. J. Phys .: Conf. Ser. 950 042020.
5. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Kalis. „PubChem“ duomenų bazė., CID = 5462222. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2019 m. Gegužės 03 d.). Kalis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
7. Karališkoji chemijos draugija. (2019 m.). Kalis. Atkurta iš: rsc.org
8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2019 m. Sausio 24 d.). 10 Kalio faktai. Atgauta iš: thinkco.com
9. Geriausias ir Tayloras. (2003). Fiziologinis medicinos praktikos pagrindas. (13-asis leidimas ispanų kalba). Redakcija Médica Panamericana.
10. Guoba Axayacatl. (2018 m. Kovo 02 d.). Kalio (K) svarba auginamuose augaluose. Atgauta iš: blogagricultura.com
11. „Lenntech BV“ (2019 m.). Kalis. Atkurta iš: lenntech.com