Калий в виде металла впервые получен в 1807 году (Дэви, Англия) при электролизе расплава гидроксида калия.

Распространение калия в природе. Калий – седьмой химический элемент по распространенности в земной коре. Содержится только в связанном виде в минералах, морской воде, растениях и живых организмах. В 1 дм³ морской воды содержится 0,38 грамм ионов K⁺, что примерно в 40 раз меньше по сравнению с содержанием ионов Na⁺, это объясняется лучшей адсорбцией ионов K⁺ при переносе их в море из мест выветривания и разрушения минералов.

Минералы калия: Сильвин KCl; Карналлит KMgCl₃*6H₂O; Каинит KMg(SO₄)Cl*3H₂O; Шенит K₂Mg(SO₄)₂*6H₂O; Полигалит K₂Ca₂Mg(SO₄)₄*2H₂O; Ортоклаз K(AlSi₃O₈).

Радиоактивный калий. Калий содержит примерно 0,01% изотопа ⁴⁰K, который слабо радиоактивен и при β-распаде переходит в нуклид ⁴⁰Ca. Радиоактивный ⁴⁰K наряду с ²³⁸U и ²³²Th вносит большой вклад в геотермический запас Земли (внутренняя теплота земных недр).

Обнаружение калия. Калий можно обнаружить по сине-фиолетовому окрашиванию пламени, хорошо наблюдаемому через кобальтовое (синее) стекло. С помощью реакций осаждения с образованием малорастворимых в воде соединений белого цвета – тетрафенилбората(III) калия K[B(C₆H₅)₄] и перхлората калия KClO₄.

Физиологическое действие калия. Калий является жизненно важным элементов для растений и животных. В отличие от ионов Na+ катионы калия всегда находятся внутри клеток. В организме человека содержится примерно 175 грамм калия; суточная потребность в калии около 4 грамм.

Получение калия.

1. Электролиз расплава гидроксида калия.
2. Нагревание фторида калия с дикарбидом кальция:

2KF + CaC₂ = 2K + 2C + CaF₂

Оба способа используются в промышленности.

Свойства калия. Калий – более реакционноспособный металл, чем натрий. При контакте с водой развивается бурная реакция с образованием гидроксида калия и водорода (возможно выбрасывание кусочков калия, следует соблюдать меры предосторожности, как и при работе с натрием); выделяющийся водород вспыхивает фиолетовым пламенем. На воздухе нагретый металл сгорает до оранжевого надпероксида калия KO₂. Пар калия имеет зеленовато-голубую окраску.

В лаборатории остатки калия уничтожают пентанолом:

2C₂H₁₁OH + 2K = 2K(C₅H₁₁O) + H₂

Сплав калия (67% мол.) с натрием плавится уже при -12*С.

Соединения калия

Гидроксид калия KOH

Тривиальные названия: едкое кали; водный раствор KOH – калийный щелок; раствор KOH в этаноле – спиртовый калийный щелок.

Получение гидроксида калия. Электролиз раствора KCl ртутным или диафрагменным методом (описание методов на примере получения NaOH).

Свойства гидроксида калия. Гидроксид калия – белая гигроскопичная кристаллическая масса. Температура плавления гидроксида калия 360*С, температура кипения 1327*С. Гидроксид калия поглощает диоксид углерода из воздуха. KOH очень хорошо растворяется в воде с сильным разогреванием раствора (необходимо соблюдать осторожность, возможно разбрызгивание раствора!). Водный раствор имеет сильнощелочную среду. Гидроксид калия вытесняет аммиак из солей в водном растворе:

NH₄Cl + KOH = NH₃*H₂O + KCl

Применение гидроксида калия. Гидроксид калия служит исходным продуктом для получения различных солей калия, жидких мыл и некоторых красителей. Используется как электролит в никель-кадмиевом аккумуляторе, в виде спиртового раствора для синтеза ксантогенатов (полупродуктов в производстве флотореагентов), как прижигающее средство в хирургии.

Нитрат калия NaNO₃

Тривиальные названия: селитра, калийная селитра.

Распространение нитрата калия в природе. В природе нитрат калия встречается в виде небольших залежей.

Получение нитрата калия.

1. Нитрат калия получают из гидроксида калия или карбоната калия и азотной кислоты:

KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O

2. Конверсия природного нитрата натрия по реакции:

NaNO₃ + KCl = NaCl + KNO₃

При смешивании горячего насыщенного раствора нитрата натрия с хлоридом калия выпадает менее растворимый хлорид натрия; при охлаждении фильтрата осаждается конвертированная селитра.

Свойства нитрата калия. Белые негигроскопичные кристаллы, очень горькие на вкус. Температура плавления KNO₃ 339*С. Нитрат калия хорошо растворим в воде при нагревании, мало растворим при низких температурах. При нагревании выше температуры плавления нитрат калия разлагается на нитрит калия и кислород:

2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂

Сера и древесный уголь загораются при контакте с расплавленным KNO₃.

Применение нитрата калия. Нитрат калия является составной частью черного пороха (состав черного пороха: 75% нитрата калия + 15% древесного угля + 10% серы), который в настоящее время используется в качестве мягкого взрывчатого вещества для дробления на куски залежей рыхлых минералов (соли, сланцы). Используется KNO₃ также в производстве стекла и минеральных удобрений.

Карбонат калия K₂CO₃ (Поташ)

Получение карбоната калия.

1. Карбонат калия получают взаимодействием гидроксида калия в водном растворе с диоксидом углерода.
2. Поташ-формиатный способ получения карбоната калия основан на реакции сульфата калия в присутствии гидроксида кальция при 230*С и 1,5 МПа с монооксидом углерода (компонентом генераторного газа) с образованием формиата калия и последующим окислением выделенного формиата калия при прокаливании в токе воздуха:

K₂SO₄ + Ca(OH)₂ + 2CO = 2K(HCOO) + CaSO₄

2K(HCOO) + O₂ = K₂CO₃ + CO₂ + H₂O

Свойства карбоната калия. Белый гигроскопичный порошок. Температура плавления карбоната калия 894*С. Очень хорошо растворяется в воде. Водный раствор карбоната калия имеет щелочную среду вследствие гидролиза по аниону CO₃^2-.

При взаимодействии карбоната калия с кислотами образуются соли этих кислот с выделением диоксида углерода.

Применение карбоната калия. Карбонат калия используют при получении калиевых стекол, мыл, полисульфида калия, фотографических проявителей. В пищевой промышленности карбонат калия используют как химический разрыхлитель теста в производстве хлебобулочных изделий и пряников. Горячий раствор K₂CO₃ служит для удаления CO₂ из технических газов:

K₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2KHCO₃

В результате реакции образуется гидрокарбонат калия.

Хлорид калия KCl представляет собой белые кристаллы, остро-соленые на вкус. Температура плавления KCl 770*С. Растворим в воде. Получают хлорид калия из природного сырья с помощью флотации или перекристаллизации. Применяют как исходное вещество для получения всех других соединений калия; хлорид калия является важнейшей составной частью калийных удобрений.

Бромид калия KBr – белые кубические кристаллы. Температура плавления 742*С. Лучше растворим в воде чем KCl. Получают бромид калия по реакции в водном растворе гидроксида калия, брома и аммиака:

6KOH + 3Br₂ + 2NH₃ = 6KBr + 6H₂O + N₂

Применяют бромид калия в качестве замедлителя и антивуалирующего средства в фотографических проявителях, для получения бромида серебра и в медицине как успокоительное средство.

Иодид калия KI – белые кубические кристаллы с температурой плавления 682*С. Очень хорошо растворим в воде. Раствор KI химически растворяет свободный иод с образованием желто-коричневой комплексной соли дииодоиодат(I) калия K[I(I)₂] (иодная вода).

Иодид калия получают по реакции гидроксида калия в водном растворе с иодом с последующим прокаливанием образующейся иодид-иодатной смеси с углем:

6KOH + 3I₂ = 5KI + KIO₃ + 3H₂O

2KIO₃ + 3C = 2KI + 3CO₂

Иодид калия применяют для получения иодида серебра(I), иодирования поваренной соли и в медицине.

Сульфат калия K₂SO₄ – белые кристаллы с температурой плавления 1074*С. Хорошо растворим в воде. Получают из хлорида калия и сульфата магния. Применяют в качестве компонента минеральных удобрений, растворимого стекла и для получения различных калиевых квасцов.

Полисульфиды калия K₂(S_n), n = 2 – 6 – смесь, которую называют “серная печень”. Получают сплавлением карбоната калия с серой при 250*С (обічно содержит примесь тиосульфата калия K₂SO₃S). Часто в состав “серной печени” в качестве основных компонентов входят полисульфиды натрия Na₂(S_n), если для ее получения берется природная смесь соды и поташа.

Полисульфиды применяют для сульфидирования стальных, чугунных, латунных, медных и серебряных изделий (на поверхности металла образуется сульфид и металл окрашивается им в характерный для этого сульфида цвет, обычно коричневый или черный).

Калийные удобрения – калиевые соли, используются как источник калия для питания растений. К ним относятся природные калийные соли – минералы сильвин, карналлит и каинит, продукты их переработки – соли KCl, K₂SO₄, K₂Mg(SO₄)₂, а также зола растений. Особенно необходимы калийные удобрения для картофеля, льна, бобовых трав и подсолнечника.

---