Kalium (k)

Wir erklären, was Kalium, seine Geschichte, chemische Struktur, physikalische und chemische Eigenschaften, Reaktionen, Verwendungen und mehr.

Was ist Kalium?

Er Kalium Es ist ein alkalisches Metall, dessen chemisches Symbol K ist k. Die Atomzahl ist 19 und befindet sich unter dem Natrium in der Periodenzüchtertabelle. Es ist ein weiches Metall, das sogar mit einem Messer geschnitten werden kann. Außerdem ist es ziemlich leicht und kann auf flüssigem Wasser schwimmen, während er kräftig reagiert.

Einfach schneiden, es zeigt eine sehr helle silberne Farbe, aber wenn sie der Luft ausgesetzt ist, oxidiert sie schnell oxidiert.

Kalium reagiert explosionsartig mit Wasser, um Kaliumhydroxid und gasförmiger Wasserstoff zu bilden. Genau dieses Gas ist die Ursache für die Explosivität der Reaktion. Wenn es im Feuerzeug brennt, färben ihre aufgeregten Atome die Flamme einer intensiven lila Farbe; Dies ist einer seiner qualitativen Beweise.

Es ist der am häufigsten vorkommende siebte in der Erdkruste und entspricht 2,6% seines Gewichts. Es ist hauptsächlich in magmatischen Gesteinen, Lutitas und Sedimenten zu finden, zusätzlich zu Mineralien wie Silvita (KCL). Im Gegensatz zu Natrium ist seine Konzentration im Meerwasser niedrig (0,39 g/l).

Kaliumgeschichte

Pottasche

Seit der Antike hat der Mensch Potassa als Dünger verwendet, der die Existenz von Kalium ignoriert, geschweige denn seine Beziehung zu Kalassa. Dies wurde aus der Asche der Stämme und Blätter der Bäume hergestellt, zu denen Wasser hinzugefügt wurde, was anschließend verdampft wurde.

Gemüse enthalten hauptsächlich Kalium, Natrium und Kalzium. Aber Calciumverbindungen sind in Wasser wenig löslich. Aus diesem Grund war Calassa ein Konzentrat von Kaliumverbindungen. Das Wort leitet sich aus der Kontraktion der englischen Wörter "Topf" und "Asche" ab.

1702 g. Ernst Stahl schlug einen Unterschied zwischen Natrium- und Kaliumsalzen vor; Vorschlag, der 1736 von Henry Duhamel du Monceau nachgewiesen wurde. Da die genaue Zusammensetzung der Salze nicht bekannt war.

Entdeckung

1797 entdeckte der deutsche Chemiker Martin Klaproth in Leukita- und Lepidolith -Mineralien Kaliber. Deshalb kam er zu dem Schluss, dass es sich nicht nur um ein Produkt von Pflanzen handelte.

Im Jahr 1806 entdeckte der englische Chemiker Sir Humphrey Davy, dass der Zusammenhang zwischen den Elementen einer Verbindung elektrischer Natur war.

Dann isolierte Davy Kalium durch Kaliumhydroxidelektrolyse und beobachtete metallische Helligkeitskügelchen, die sich in der Anode angesammelt haben. Er nannte das Metall mit dem Wort des englischen Etymologie -Kaliums.

Im Jahr 1809 schlug Ludwig Wilhelm Gilbert den Namen Kalium (Kalio) für Davys Kalium vor. Berzelius rief Kaliums Namen hervor, um Kalium das chemische Symbol "K" zuzuweisen.

Schließlich entdeckte Justus Liebig 1840, dass Kalium ein notwendiges Element für Pflanzen war.

Elektronische Kaliumstruktur und Konfiguration

Metallic Kalium kristallisiert unter normalen Bedingungen in der körperzentrierten Kubikstruktur (BCC). Dies zeichnet sich durch wenig dicht aus, was mit Kaliumeigenschaften übereinstimmt. Ein K -Atom ist von acht Nachbarn umgeben, direkt in der Mitte eines Würfels und mit den anderen K -Atomen in den Eckpunkten.

Diese BCC-Phase wird auch als Phase K-I (die erste) bezeichnet. Wenn der Druck zunimmt, ist die kristalline Struktur mit der Kubikphase kompakt auf den Gesichtern (FCC, durch Gesichtszentrumkubikum) verdichtet). Ein Druck von 11 GPa ist jedoch erforderlich, damit ein solcher Übergang spontan auftritt.

Diese FCC-Phase Dener ist als K-II bekannt. Zu höheren Drücken (80 GPa) und niedrigeren Temperaturen (unter -120 ° C) erhält das Kalium eine dritte Phase: k -IIII. K-III ist durch seine Fähigkeit gekennzeichnet, andere Atome oder Moleküle in seinen kristallinen Hohlräumen unterzubringen.

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Es gibt auch zwei weitere kristalline Phasen zu noch größeren Drücken: die K-IV (54 GPA) und K-V (90 GPa). Bei sehr kalten Temperaturen weist Kalium eine amorphe Phase auf (mit ungeordneten K -Atomen).

Oxidationszahl

Die elektronische Kaliumkonfiguration lautet:

[Ar] 4s¹

Das 4S -Orbital ist das äußerste und hat daher das einzige Elektron in Valencia. Dies ist theoretisch für die metallische Verbindung verantwortlich, die die K -Atome zusammenhält, um einen Kristall zu definieren.

Aus derselben elektronischen Konfiguration ist leicht zu verstehen, warum Kalium immer eine Oxidationszahl von +1 hat (oder fast immer). Wenn Sie ein Elektron verlieren, um das Kation zu bilden⁺, Es wird mit seinem vollständigen Valencia -Oktett isolektronisch zu edelnem Argongas.

In den meisten seiner Derivatverbindungen wird angenommen, dass Kalium wie k ist⁺ (Auch wenn Ihre Links nicht rein ionisch sind).

Andererseits kann Kalium, obwohl weniger wahrscheinlich, ein Elektron gewinnen und zwei Elektronen im 4S -Orbital haben. Somit wird es isolektronisch zum Calciummetall:

[Ar] 4s²

Es wird dann gesagt, dass er ein Elektron gewonnen hat und eine negative Oxidationszahl hat, -1. Wenn diese Oxidationszahl in einer Verbindung berechnet wird, wird die Existenz des Potasuro -Anions angenommen, k^-.

Kaliumeigenschaften

Aussehen

Hell weißes Silbermetall.

Effektive Kernbelastung

Die effektive Kernlast von Kalium beträgt +1. Es hat eine niedrige Ionisationsenergie, daher hat es eine große Leichtigkeit, das einzige in seiner Außenschicht vorhandene Elektron zu verlieren.

Molmasse

39.0983 g/mol.

Schmelzpunkt

83,5 ºC.

Siedepunkt

759 ºC.

Dichte

-0,862 g/cm³, bei Raumtemperatur.

-0,828 g/cm³, Am Schmelzpunkt (Flüssigkeit).

Löslichkeit

Heftig mit Wasser reagieren. Löslich in flüssigem Ammoniak, Ethylendiamin und Anilin. Löslich in anderen alkalischen Metallen zur Bildung von Legierungen und in Quecksilber.

Dampfdichte

1.4 in der Luftbeziehung als 1 genommen.

Dampfdruck

8 mmHg bei 432 ºC.

Stabilität

Stabil, wenn es vor Luft und Luftfeuchtigkeit geschützt ist.

Korrosivität

Es kann im Kontakt mit Metallen korrosiv sein. Durch Kontakt kann es Haut und Augen brennen.

Oberflächenspannung

86 Dynas/cm bei 100 ºC.

Fusionshitze

2,33 kJ/mol.

Verdampfungswärme

76,9 kJ/mol.

Molare Wärmekapazität

29,6 j/(mol · k).

Elektronegativität

0,82 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergien

Erste Ionisationsstufe: 418,8 kJ/mol.

Zweite Ionisationsstufe: 3.052 kJ/mol.

Dritte Ionisationsstufe: 4.420 kJ/mol.

Atomradio

227 PM.

Radio kovalent

203 ± 12 Uhr.

Wärmeausdehnung

83,3 µm/(m · k) bei 25 ° C.

Wärmeleitfähigkeit

102,5 w/(m · k).

Elektrischer widerstand

72 nΩ · m (bei 25 ºC).

Härte

0,4 auf der MOHS -Skala.

Natürliche Isotope

Kalium wird hauptsächlich als drei Isotope dargestellt: ³⁹K (93.258 %),⁴¹K (6,73 %) und ⁴⁰K (0,012 %, radioaktive Emission β)

Nomenklatur

Kaliumverbindungen haben die Oxidationszahl +1 standardmäßig (mit Ausnahme von ganz besonderen Ausnahmen). Daher wird in der Aktiennomenklatur (i) am Ende der Namen weggelassen; Und in der traditionellen Nomenklatur enden die Namen mit dem Suffix -ICO.

Zum Beispiel ist KCL Kaliumchlorid und nicht Kaliumchlorid (i). Sein traditioneller Name ist Kaliumchlorid oder Kaliummonoclorid gemäß der systematischen Nomenklatur.

Der Rest, es sei denn, sie sind sehr häufig oder mineralische Namen (wie Silvina), ist die Nomenklatur um Kalium recht einfach.

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Formen

Kalium wird in metallischer Form nicht in der Natur gefunden, sondern kann für bestimmte Verwendungen industriell in dieser Form erhalten werden. Es ist vor allem in Lebewesen in ionischer Form (k) vorhanden⁺). Im Allgemeinen ist es das intrazelluläre Hauptkation.

Kalium ist in zahlreichen Verbindungen wie Hydroxid, Acetat oder Kaliumchlorid usw. vorhanden. Es ist auch Teil von etwa 600 Mineralien, darunter La Silvita, La Alunita, La Carnalita usw.

Kalium bildet Legierungen mit anderen alkalischen Elementen wie Natrium, Cäsium und Rubidium. Es bildet auch Nadellegierungen mit Natrium und Cäsium durch die sogenannten eutktischen Fusionen.

Biologisches Papier

Böden

Kalium bildet zusammen mit Stickstoff und Phosphor den drei Hauptnährstoffen von Pflanzen. Es wird von Wurzeln in ionischer Form absorbiert: Prozess, der durch das Vorhandensein angemessener Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Sauerstoffversorgung bevorzugt wird.

Tiere

Bei Tieren ist Kalium im Allgemeinen das intrazelluläre Hauptkation mit einer Konzentration von 140 mmol/l; während die extrazelluläre Konzentration zwischen 3,8 und 5,0 mmol/l variiert. 98 % des Körperkaliums sind im intrazellulären Kompartiment eingesperrt.

Zellrepolarisation

Die Bildung von Aktionspotentialen und Beginn der Muskelkontraktion ist eine gemeinsame Verantwortung für Natrium und Kalium.

Andere Funktionen

Kalium erfüllt andere Funktionen beim Menschen wie Gefäßton, Kontrolle des systemischen Blutdrucks und Magen -Darm -Motilität.

Wo ist Kalium und Produktion?

Silvita -Kristall, das praktisch Kaliumchlorid besteht. Quelle: Rob Lavinsky, Irocks.com-c-by-sa-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Kalium ist hauptsächlich in magmatischen Felsen, Lutitas und Sedimenten vorhanden. Darüber hinaus in Mineralien wie Muskovit und Ortoklas, die in Wasser unlöslich sind. Ortoclase ist ein Mineral, das normalerweise in magmatischen und Granitgesteinen dargestellt wird.

Kalium ist auch in wasserlöslichen Mineralverbindungen wie Carnalit (KMGCL) vorhanden₃· 6h₂O), La Silvita (KCL) und Landbeinita [K₂Mg₂(SW₄)₃], die in trockenen Seenbetten und im Meeresboden enthalten sind.

Darüber hinaus findet sich Kalium in Salmuelas und als Produkt der Verbrennung von Stämmen und Pflanzenblättern in einem Prozess, der für die Potassa -Produktion verwendet wird. Obwohl seine Konzentration im Meerwasser niedrig ist (0,39 g/l), wird es auch verwendet, um Kalium zu erhalten.

Kalium wurde in großen Ablagerungen wie dem vorhandenen in Saskatchewan in Kanada vorgestellt, reich an Silvita Mineral (KCL) und 25 % des globalen Kaliumverbrauchs produzieren. Salinasabfälle können eine erhebliche Menge Kalium in Form von KCL enthalten.

Elektrolyse

Kalium wird durch zwei Methoden erzeugt: Elektrolyse und Wärme. In der Elektrolyse wurde das von Davy zum Isolieren von Kalium verwendete Verfahren ohne große Modifikationen befolgt.

Diese Methode aus dem industriellen Punkt war jedoch nicht effizient, da der hohe Schmelzpunkt von geschmolzenen Kaliumverbindungen verringert werden muss.

Die Kaliumhydroxid -Elektrolysemethode wurde in den 1920er Jahren industriell angewendet. Die thermische Methode ersetzte sie dennoch und wurde von 1950 zur Produktion dieses Metalls zur dominierenden Methode.

Wärmemethode

Bei der thermischen Methode wird das Kalium durch Reduktion von geschmolzenem Kaliumchlorid bei 870 ° C erzeugt. Dies füttert kontinuierlich eine Destillationssäule, die mit Salz gepackt ist. In der Zwischenzeit fließt Natriumdampf durch die Säule, um die Reduktion von Kaliumchlorid zu erzeugen.

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Kalium ist die flüchtigste Komponente der Reaktion und akkumuliert sich oben in der Destillationssäule, wo sie kontinuierlich gesammelt wird. Die metallische Kaliumproduktion nach der thermischen Methode kann in der folgenden chemischen Gleichung schematisiert werden:

Na (g) +kcl (l) => k (l) +naCl (l)

Das Griesheimer -Prozess wird auch in der Kaliumproduktion verwendet, bei der die Kaliumfluoridreaktion mit Calciumcarbid verwendet wird:

2 kf +cac₂     => 2 K +Kaffee₂    +     2 c

Reaktionen

Anorganisch

Kalium ist ein sehr reaktives Element, das schnell mit Sauerstoff zu drei Oxiden reagiert: Oxid (k)₂O), Peroxid (k)₂ENTWEDER₂) und Superoxid (ko₂) Kalium.

Kalium ist ein stark reduzierendes Element, daher oxidiert es schneller als die meisten Metalle. Es wird verwendet, um Metallsalze zu reduzieren und Kalium durch Salzmetall zu ersetzen. Diese Methode ermöglicht es, reine Metalle zu erhalten:

Mgcl₂    +     2 k => mg +2 kcl

Kalium reagiert stark mit Wasser, um Kaliumhydroxid zu bilden und explosives Wasserstoffgas (niedrigeres Bild) freizusetzen:

Metallic Kalium reagiert mit einer wässrigen Lösung von Phenolphthalein, die durch die Freigabe von OH -Ionen bis zum Medium aus violettem Rot gefärbt ist. Beachten Sie die Bildung von Wasserstoffgas. Quelle: Ozon Aurora und Philip Evans über Wikipedia.

Kaliumhydroxid kann mit Kohlendioxid reagieren, um Kaliumcarbonat zu produzieren.

Kalium reagiert mit Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von 60 ° C, um eine explosive Carbonyl (k) zu erzeugen₆C₆ENTWEDER₆). Es reagiert auch mit Wasserstoff bei 350 ° C und bildet ein Hydrid. Es ist auch sehr reaktiv mit Halogenen und explodiert in Kontakt mit flüssigem Brom.

Explosionen werden auch erzeugt, wenn Kalium mit halogenierten Säuren wie Salzsäure reagiert und die Mischung stark geschlagen oder geschüttelt wird. Das geschmolzene Kalium reagiert auch mit Schwefel und Schwefelwasserstoff.

Organisch

Es reagiert mit organischen Verbindungen, die aktive Gruppen enthalten, ist jedoch in aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen inert. Kalium reagiert langsam mit Ammonium, um Potasom (KNH) zu bilden₂).

Im Gegensatz zu Natrium reagiert Kalium mit Kohlenstoff in Form von Graphit, um eine Reihe von interlaminaren Verbindungen zu bilden. Diese Verbindungen haben Kohlenstoff-Potium-Atombeziehungen: 8, 16, 24, 36, 48, 60 oder 1; das heißt, KC₆₀, Zum Beispiel.

Kalium verwendet

Metallic Kalium

Es gibt nicht viel industrielle Nachfrage nach Metallic -Kalium. Das meiste davon wird zum Kalium -Superoxid, der in Atemausrüstung verwendet wird, da es Sauerstoff freigibt und Kohlendioxid und Wasserdampf beseitigt.

Die NAK -Legierung hat eine große Wärmeabsorptionskapazität, daher wird sie als Kältemittel in einigen Kernreaktoren verwendet. Außerdem wurde in Turbinen verdampftes Metall verwendet.

Verbindungen

Chlorid

KCL wird in der Landwirtschaft als Dünger verwendet. Es wird auch als Rohstoff für die Herstellung anderer Kaliumverbindungen wie Kaliumhydroxid verwendet.

Hydroxid

Auch als ätzendes Kali- und KOH bezeichnet.

Seine Reaktion mit Jod produziert Kaliumiodid. Dieses Salz wird zum Tischsalz (NaCl) und am Futter hinzugefügt, um es vor einem Jodmangel zu schützen. Kaliumhydroxid wird zur Herstellung von alkalischen Batterien verwendet.

Nitrat

Auch als Salitre bekannt, Kno₃, wird als Dünger verwendet. Darüber hinaus wird es zur Ausarbeitung von Feuerwerkskörpern verwendet; als Lebensmittelkonservierungsmittel und bei der Verhärtung von Glas.

Chromat

Es wird bei der Herstellung von Dünger und Produktion von Kaliumaluminium verwendet.

Karbonat

Es wird bei der Herstellung von Glas verwendet, insbesondere für diejenigen, die bei der Herstellung von Fernsehern verwendet werden.

Verweise

1. Anorganische Chemie. (Vierte Edition). Mc Graw Hill.
2. Kalium. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org
3. Kalium. Encyclopædia Britannica. Erholt von: Britannica.com