Калий

(далее К)(Kalium), К, элемент 1 группы периодической системы номер 19, масса 39,098; очень легкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов - 39 (93,08%), 41 (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40 (0,01%) с периодом полураспада 1,32×109 лет.   Историческая справка. Некоторые соединения К (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 щелочью" (поташем 23) и "минеральной щелочью" (содой 23). В 1807 Г. Дэви электролизом слегка увлажненных твердых едких и натра ( и ) выделил К и и назвал их потассием и содием. В 1809 Л. В. Гильберт предложил название "калий" (от араб. аль- - 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, и некоторых др. странах. В России эти названия в 1840-х гг. были заменены на "калий" и "натрий", принятые в Австрии и Скандинавских странах.   Распространение в природе. К - распространенный элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах К как и накапливается в кислых магмах, из которых граниты и др. породы (среднее содержание К 3,34%). К входит в состав полевых шпатов и слюд. В основных и ультраосновных породах, богатых и К мало. На земной поверхности К в отличие от мигрирует слабо. При выветривании горных пород К частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны К и в океан его поступает много меньше, чем В океане К поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% К - в 25 раз меньше, чем В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения , соли К и - карналлит ×2×62 и др. (Соликамское месторождение в СССР, Штасфуртское в ГДР и т.д.; см. Калийные соли). В большинстве почв растворимых соединений К мало, и культурные растения нуждаются в удобрениях.   Радиоактивный изотоп 40 - важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40 образуются 40 и 40, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы К не теряют и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (т. н. метод).   Физические и свойства. К - очень легкий и мягкий металл (без труда режется ножом). решетка К объемно-центрированная кубическая, а = 5,33 Å. Ат. радиус 2,36 Å, ионный радиус К+ 1,33 Å. Плотность 0,862 г/см3 (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 теплоемкость (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). Твердость по Бринеллю 400 кн/м2 (0,04 кгс/мм2).   Конфигурация внешней электронной оболочки К 4s1 в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон К более удален от его ядра, чем валентные электроны лития и поэтому активность К выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, К быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре К реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном - с и При нагревании выше 200 °С в атмосфере К образует гидрид , самовоспламеняющийся на воздухе. и К не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид К 3 и нитрид К 3. При нагревании К с графитом получаются карбиды 8 (при 300 °С) и 16 (при 360 °С). В сухом воздухе (или К образует желтовато-белую окись 2 и оранжевую перекись 2 (известны также перекиси 22 и 23, получаемые действием на раствор К в жидком аммиаке).   К весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя (2 + 22 = 2 + 2), а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке К медленно растворяется; полученный синий раствор - сильный восстановитель. При нагревании К отнимает от окислов и солей кислот с образованием 2 и свободных металлов (или их окислов). К со спиртами дает алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует и Присутствие К легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.   Получение и применение. В промышленности К получают по обменным реакциям между металлическим и или же , соответственно: + = + и + = + К   В первом случае реакция идет между расплавленной гидроокисью и жидким - противотоком в тарельчатой реакционной колонке из при 380-440 °С. Во втором - через расплавленную соль пропускают пары при 760-800 °С: выделяющиеся пары К конденсируют. Возможно также получение К нагреванием выше 200 °С смесей К с (или и известью. Получение К электролизом расплавленных или мало распространено вследствие низких выходов К по току и трудности обеспечения безопасности процесса.   Основное применение металлического К - приготовление перекиси К служащей для регенерации (в подводных лодках и др.). Сплавы с 40-90% К сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве титана и как поглотители Сельское хозяйство - главный потребитель солей К (см. Калийные удобрения; о применении соединений К см. в соответствующих статьях).   Лит.: в кн.: Краткая 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.   С. А. Погодин.   в организме. К - один из биогенных элементов, постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в К у взрослого человека (2-3 г) покрывается за счет мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в К (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60-70 мг% К Многие морские организмы извлекают К из воды. Растения получают К из почвы. У животных содержание К составляет в среднем 2,4 г/кг. В отличие от натрия, К сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке К распределен неравномерно.   Ионы К 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 К тесно связан с углеводным обменом; ионы К влияют на синтез К+ в большинстве случаев нельзя заменить на +. Клетки избирательно концентрируют К+. Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу К+ из клеток, часто в обмен на +. Выделяется К из организма главным образом с мочой. Содержание К в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников - кортикостероидами. В растениях К распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много К в бобовых, свекле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20-30 г/кг сухого вещества). При недостатке К в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа с.-х. культуры и почвы.   В биосфере микроэлементы и сопутствуют К Ионы + и + - антагонисты К+, поэтому важны не только абсолютные концентрации К+ и +, но и оптимальные соотношения +/+ в клетках и среде. Естественная радиоактивность организмов (гамма-излучение) почти на 90% обусловлена присутствием в тканях естественного радиоизотопа 40.   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.   И. А. Скульский.   В медицине с лечебными целями применяют ацетат 3 как мочегонное (чаще против отеков, вызванных сердечной недостаточностью) и в случае недостаточности К 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 4 тормозит продукцию тироксина (гормона щитовидной и применяется при тиреотоксикозе. Перманганат калия 4 ( используют как антисептическое средство.