Калий (К) табиғатта ең көп таралған бесінші металл. Ол Химиялық элементтердің периодтық жүйесінің 1-тобында орналасқан, сондықтан сілтілі металдарға жатады және сумен араласқанда еритін гидроксидтер түзеді. Қарапайым зат түрінде элемент күміс-ақ түсті, кейде күлгін реңкке ие болады. Сипаттамалары бойынша ол жұмсақ және төмен балқиды. Калийді оның гидридінен, гидроксидінен, хлоридінен, хроматынан немесе бихроматынан алуға болады.
Жалпы сипаттамалар
Калий көк-жасыл буға айналғанда, ол K атомдарына ыдырайды, оған аздаған K2 молекулалары араласады. Стандартты қою көк ерітінді алу үшін металды сұйық аммиакта немесе күйдіргіш калий балқымасында ерітуге болады.
Калий жоғары реактивті, күшті тотықсыздандырғыш қасиетке ие (оның сыртқы электрондық қабаты ядродан үлкен қашықтықта орналасқан, ал электртерістілік кестесінде цезийден кейінгі екінші орынды алады), тек реакцияға түспейді.сұйылтылған қышқылдар, бейметалдар, сутегі нитриті және дигидросульфид, сонымен қатар атмосфералық оттегімен және сумен. Соңғы жағдайда бөлінген сутегі тез тұтанады.
Сынаппен элемент қорытпаға – амальгамаға айналады. Натрий, таллий, қалайы, қорғасын және висмутпен калий қаттылығы жоғары және химиялық төзімділігі бар интерметалл қосылыстарын түзеді. Бірнеше металдан тұратын химиялық қосылыс оның әрбір құрамдас бөлігінен жоғары температурада балқиды, бірақ оларға қарағанда пластикалық қасиеті төмен.
Алайда элемент іс жүзінде әрекеттеспейтін заттар бар, мысалы, оларға азот жатады. Бұл калийдің басқа сілтілі металдардан, ең алдымен литий мен натрийден ерекшеленетін белгілерінің бірі. Сонымен қатар, ол литий, магний, мырыш, кадмий, алюминий және галлиймен қорытылмайды.
Калий бензин мен керосин қабатының астында жақсы сақталады. Оны қыздырғыштың жалынын күлгін түске бояу арқылы анықтауға болады.
Қолданба
Калий адам ағзасы мен өсімдіктердің дамуында маңызды биологиялық рөл атқарады. Сонымен қатар, ол күнделікті өмірде кеңінен қолданылады. Демек, азот пен фосфор қосылып, мәдени өсімдіктерге таптырмас тыңайтқыш болып табылады, бұл олардың өнімділігін, вегетативтік массасын және зиянкестерге төзімділігін арттыруға мүмкіндік береді.
Тұйық жүйелерде жылу энергиясын беру үшін металдың натриймен қорытпасы пайдаланылады және бұл қосылысқа цезийді қоссаңыз, балқу температурасы рекордтық төмен (минус) композицияны аласыз.78 градус Цельсий).
Осы пайдалы және маңызды қосылыстардың барлығын пайдалану үшін оның қосылыстарынан калий алу реакцияларын білу керек.
Металл алу
Ақ түсті бейорганикалық қосылыс, калий гидриді, балқыған металдан түзіледі, бірақ ол тұрақсыз және 400 градус Цельсий температурада вакуумда келесі реакцияға сәйкес компоненттерге ыдырайды:
2KN=2K + N2.
Сәйкес хлоридтен калий гидроксиді түзіледі. Ол сұйық сабын өндірісінде және калий мен оның қосылыстарын алу үшін кеңінен қолданылады. Ол үшін электролизді жүргізу керек, яғни ерітінді арқылы ток өткізу керек. Нәтижесінде анодта оттегі, ал катодта калий түзіледі:
4KON=4K + O2 + 2H2O.
Хлоридтен тек гидроксидті ғана емес, таза металды да алуға болады. Бұл сондай-ақ ерітіндінің электролиз реакциясын қажет етеді:
2KCl=2K + Cl2.
Алдыңғы калий алу әдісінен айырмашылығы, бұл бастапқы материалды сұйық күйде ғана емес, балқыма түрінде де пайдалана алады, бірақ бұл жағдайда екі параллель реакция жүреді:
- 2KCl + 2H2O=H2 + Cl2 + 2KO;
- 2KCl=2K + Cl2.
Калий түзілетін катод сынап болуы керек.
Бастапқы материалдарды алу
Кейде калий хроматы немесе бихромат қолданылады. Сіз олардан металды тікелей ала алмайсыз, бірақ сіз аласызоларды гидроксидтерге немесе хлоридтерге айналдырады, олар кейіннен жоғарыда көрсетілген реакцияларға сәйкес электролизге ұшырайды. Хроматтан калий гидроксидін алу келесідей:
2K2CrO4 + 2H2O + 3H 2S=2Cr(OH)3 + 3S + 4CON.
Процесс сәтті болуы үшін күкірт пен хром гидроксиді тұнбаға түседі, ыстық су алу керек. Осыған ұқсас реакцияны бихромат көмегімен де жүргізуге болады. Ол ұқсас жолмен жүреді, айырмашылық тек стехиометриялық коэффициенттердің мәндерінде байқалады:
K2Cr2O7 + H2 O + 3H2S=2Cr(OH)3 + 3S + 2CON.
Бихроматты 500 градус Цельсийге дейін қыздырғанда, гидроксидті басқа жолмен алуға болады:
K2Cr2O7 + 3N2 =Cr2O3 + 2KON + 2H2O.
Гидроксидті алудың басқа жолдары бар. Мысалы, калий мен сөнген әктің қаныққан ерітіндісі арасындағы реакцияны пайдалану.
Хроматтан калий хлоридін алу үшін реакциялар келесідей жүргізіледі:
2K2CrO4 + 2HCl=K2Cr 2O7 + 2KCl + H2O.
Тұз қышқылы сұйылтылған түрде қабылданады. Калий хлориді өндірісі бихромат пен судың бөлінуімен бірге жүреді.
Бихроматты хлоридке айналдыру біршама қиынырақ, ол үшін этил спирті және қайнату қажет:
K2Cr2O7 + 8HCl +2C2H5OH=2CrCl3 + 3CH3 С(Н)О + 7Н2О + 2KCl.
Сұйытылған тұз қышқылымен әрекеттескенде калий хлориді және барий галогенімен әрекеттескенде сульфаттан да алуға болады.
Гидроксид пен хлорид электролиз арқылы немесе сәйкес галогенді қосу арқылы бір-біріне оңай айналады.
Туынды
Калий тұздарын алу таза металдың түзілуінен кем емес маңызды рөл атқарады. Жоғары құнына қарамастан, олар электролиттермен қаптауда қолданылады, өйткені олар токтың жоғары тығыздығы кезінде электролиттердің қарқынды жұмысын қамтамасыз етеді. Бұған жоғары ерігіштік арқылы қол жеткізіледі.
Калий нитраты
Калий нитратының өндірісі (KNO3) үлкен маңызға ие. Үнді селитрасы деп аталатын бұл ақ тұз тірі ағзалар үшін іс жүзінде улы емес. Ол тыңайтқыш ретінде бейбіт мақсатта да, жарылғыш және жанғыш заттардың құрамдас бөлігі ретінде әскери қызметте қолданылады. Сонымен қатар, калий нитратын дайындау вакуумдық электр өнеркәсібінде және оптикалық шыны жасауда кеңінен қолданылатын кристалды шынылардың түсін өзгерту және беріктік сипаттамаларын жақсарту үшін қажет. Металлургияда оның тотықтырғыш қасиеті никельге және басқа кендерге қатысты пайдалы. Ал тамақ өнеркәсібінде тұз консервант ретінде әрекет етеді.
Калий нитратының ерітіндісін алу үшін келесі заттарды қолдануға болады:
- оған азот оксиді (IV) қосылғанда және 70 градус Цельсийге дейін қыздырылғанда металл асқын тотығы;
- гидроксиді жәнесұйылтылған азот қышқылы;
- суық гидроксиді және азот оксидтерінің (II) және (IV) қоспасы;
- ыстық гидроксид, азот оксиді (IV) және оттегі;
- ыстық сұйылтылған калий нитриті мен оттегі (реакция уақыт алады);
- катализатор ретінде сұйылтылған күкірт қышқылындағы калий нитриті және ыстық сутегі асқын тотығы (қышқылды броммен алмастыруға болады, бірақ ол бромды сутек түзу үшін әрекеттеседі).
Алынған қосылыс ыдырамай балқиды, ауада тұрақты, суда гидролизсіз ериді, күшті тотықтырғыш қасиетке ие, тек атомды сутегімен тотықсызданады.
Калий сульфаты
Тұз, 14 ғасырдан бері белгілі, тек 17 ғасырда калий сульфаты (K2SO4) деп аталды. Ол тұзды көлдердің суларында және металл емес минералды ресурстардың кен орындарында бар, бірақ келесі заттардың синтезі процесінде калий сульфатын алуға болады:
- калий және күкірт супероксиді 130-140 градус Цельсийде (күкірттің орнына оның оксиді (IV) қолдануға болады, содан кейін 100 градус температура жеткілікті болады);
- калий гидроксиді және сұйылтылған күкірт қышқылы;
- калий сутегі сульфаты (240 градуста ыдырау);
- калий сутегі сульфаты және концентрлі күйдіргіш калий немесе сол металдың хлориді;
- калий хлориді және қайнатқандағы концентрлі күкірт қышқылы;
- калий сульфиді және оттегі 500 градустан жоғары;
- калий дисульфатының 440 градустан жоғары температурада ыдырауы және пайдаланукатализаторлар ретінде күкірт оксиді (IV) және оттегі.
Алынған заттың тағы бір атауы - арканит. Ол ақ түсті, температуралық әсерге төзімді, бірақ кристалды гидратсыз суда оңай ериді. Ол алмасу реакцияларына қатысумен, сутегі мен көміртегімен тотықсыздануымен сипатталады.
Іс жүзінде ол ауыл шаруашылығында калийі аз топырақтар үшін хлорсыз тыңайтқыш ретінде белсенді түрде қолданылады. Арканит әсіресе хлорға сезімтал немесе күкіртті көп тұтынатын дақылдар үшін маңызды. Оны пайдалану арқылы өсірілген дақылда ұрықтанбаған дақылға қарағанда қант пен витаминдер көп. Сондай-ақ, тыңайтқыш көшеде де, жылыжай жағдайында да өсірілген гүлдер үшін қолданылады.
Арканиттің тағы бір қолданылуы шыны, алюминий, металлургиялық флюс өндірісіндегі құрамдас бөлігі болып табылады. Ол сондай-ақ тағамдық қоспа ретінде әрекет етеді, бірақ заттың өзін қауіпсіз деп атауға болмайды: ол көзді, теріні, асқазан-ішек жолдарын, тыныс алу жолдарын тітіркендіреді және дене мен дененің әртүрлі бөліктерімен ұзақ уақыт байланыста болған кезде улануға әкеледі.
Калий карбонаты
Калий немесе калий карбонаты (K2CO3) ежелгі уақытта белгілі болды және 20 ғасырға дейін өзінің маңызды өнеркәсіптік маңызын сақтап қалды. Калий карбонаты өсімдік күлінен шаймалау және өнімді кейіннен тазарту арқылы алынды. Негізінен өндіріс Еуропаның, Ресейдің және Солтүстік Американың орманды аймақтарында локализацияланған.
Енді басқа реакциялар белгілі болдынәтижесінде карбонат пайда болады. Келесі заттар жиі қолданылады:
- калий супероксиді және графит 30 градусқа дейін аздап қыздырылған (50 градусқа дейін қыздырылған графиттің орнына көміртегі тотығын пайдалануға болады);
- концентрлі калий гидроксиді және көмірқышқыл газы;
- калий гидрокарбонатының 100-ден 400 градусқа дейінгі температурада ыдырауы;
- бикарбонат және концентрлі калий гидроксиді;
- калий сульфаты, кальций гидроксиді және көміртегі тотығы 200 градус температурада және қысымда, содан кейін алынған өнім K(HCOO) 700 градуста оттегімен синтезделеді.
Алынған ақ зат ыдырамай балқиды, суда анионды күшті гидролиздейді, қатты сілтілі орта жасайды, қышқылдармен, бейметалдармен және олардың оксидтерімен әрекеттеседі, сонымен қатар алмасу реакцияларына түседі.
Заттың уыттылығы төмен және сұйық сабын, пигменттер, шыны, калий қосылыстарын өндіру үшін қолданылады. Ол бояуда, дақылдарды өсіруде, фотосуреттерді әзірлеуде қолданылады. Бұған қоса, бұл танымал бетонның қату температурасын төмендеткіші, күкіртті сутегін тазартқыш, құрғататын агент, тағамдық қоспа.
Калий перманганаты
Қызыл-күлгін, қара дерлік калий перманганаты бәріне белгілі, өйткені оны әр үйде дерлік көруге болады. Жақында заттың прекурсор ретінде танылуына байланысты оны сатып алуға аздаған шектеулер болғанымен. Калий перманганатын (KMnO4) алу бірнеше жолмен мүмкін, мысалы, сульфаттың әрекеттесуімен.марганец (II) сумен және калий дитионатының оттегімен. Біраз уақыттан кейін катализатор ретінде күміс нитратының қатысуымен бұл қоспадан перманганат пен калий сульфаты, сондай-ақ күкірт қышқылы түзіледі.
Калий манганатын қолданудың тағы басқа жолдары бар, оған келесі заттарды қосуға болады:
- су (реакция уақыт алады);
- сұйылтылған тұз қышқылы;
- көмірқышқыл газы;
- хлор.
Сонымен қатар анодта перманганат түзу үшін манганатты электролиздеуге болады (катодта сутегі болады).
Алынған заттың қолданылуы кең. Тотықтырғыш қабілетінің арқасында ол антисептикалық әсер береді. Медицинада оның шырышты қабығының қабыну аурулары кезінде шаюға, жараларды жууға, күйік пен жұқпалы жараларды емдеуге, ойық жараларды емдеуге, сондай-ақ алкалоидтармен улану кезінде құсу үшін қолданылады.
Қарсы көрсеткіш – жоғары сезімталдық, бірақ артық дозалану тіпті сау адамда өлімге әкелуі мүмкін, орташа адам үшін өлімге әкелетін доза небәрі 20-30 г.
Перманганатты пайдаланған кезде сақтық шараларын сақтау керек, сондықтан зат органикалық және жанғыш қосылыстармен, белсенді металдармен және бейметалдармен араласқанда тұтанады. Қосымша қыздыру жарылысқа әкелуі мүмкін.
Калий гидроксиді
Тұздардан басқа калий гидроксидінің маңызы зор. Бұл зат сілтілерге жатадыерітінділері мен балқымалары электр тогын өткізе алатын заттар бар.
Бұл қосылыстың тривиальды атауы - каустикалық калий. Бұл ақ гигроскопиялық затқа ұқсайды. Оның қасиеттеріне ыдырамай балқу және қайнау, күшті сілтілі орта түзе отырып суда жақсы ерігіштік, қышқылдармен бейтараптандыру, металдар мен бейметалдарға, олардың оксидтері мен гидроксидтеріне әрекеттесуі жатады. Калий гидроксиді ауадан су мен көмірқышқыл газын белсенді түрде сіңіреді.
Калийді сілтіден алуға болатын сияқты, гидроксидті металдан алуға болады. Мұны істеу үшін оған тек таза түрінде немесе оттегімен бірге суды қосу керек. Сонымен қатар, сілтіні карбонаттан және қаныққан кальций гидроксидінен немесе хлоридті электролиздеу арқылы алуға болады. Соңғы әдіс өнеркәсіптік өндірісте белсенді қолданылады.
Зат қауіпті, теріні немесе шырышты қабықтарды күйдіруі мүмкін, органикалық шыққан барлық материалдарды бұзады. Онымен теріні қолғаппен, ал көзді көзілдірікпен сенімді қорғау арқылы ғана жұмыс істей аласыз.
Қауіпке қарамастан, сілті фотосуретте, мұнай өңдеуде, тамақ, қағаз және металлургияда кеңінен қолданылады, сонымен қатар сілтілі аккумулятор, қышқылды бейтараптандырғыш, катализатор, газ тазартқыш, рН реттегіші, электролит, жуғыш зат компоненті, бұрғылау ерітінділері., бояғыштар, тыңайтқыштар, калийдің органикалық және бейорганикалық заттары, пестицидтер, сүйелдерді емдеуге арналған фармацевтикалық препараттар, сабындар, синтетикалық каучук.
Осылайша, калий мен оның негізіндегі қосылыстарды, ең алдымен тұздар мен гидроксидті өндіру өнеркәсіп үшін және күнделікті өмірде кеңінен қолдану үшін үлкен маңызға ие. Ең бастысы, осы сілтілі металмен жұмыс істеу кезінде қауіпсіздік шараларын есте сақтау және ол қолданылатын материалдарды мұқият қолдану. Осының арқасында қауіпті қасиеттерден аулақ болуға болады.
