МАЭ РФ

Северский государственный  технологический  институт 
 
 
 

Кафедра ХиТМСЭ 
 

РЕФЕРАТ

По  химии элементов  на тему:

«Калий. Нахождение в природе. Его свойства и  применение».

ИРХ 250900. 430. 00. 000  ПЗ

 
 
 
 

Преподаватель:

Матюха В. Н.

«  » мая 2004г. 

Студентка гр. Д-043:

Нурмухаметова Т. В.

«  » мая 2004г. 
 
 
 
 
 
 

Северск – 2004

Содержание:

 

1. Калий (краткая  характеристика)
2. Общая характеристика калия
3. Аналитическая характеристика калия
4. Нахождение в природе
5. Физические свойства
6. Химические свойства и получение
7. Соединения калия
8. Электролиз раствора хлорида калия
9. Применение

10.Калийные удобрения

11.Сложные калийные  удобрения

12. Сноски

13. Список литературы 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Калий (краткая характеристика)

       КАЛИЙ (Kalium). «К» химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983, относится к щелочным металлам. Название от арабского «аль-кали» - поташ (давно известное соединение калия, добывающееся из древесной золы). Серебристо-белый металл, мягкий, легкоплавкий; плотность 0,8629 г/см³, температура плавления 63,51 °С. Быстро окисляется на воздухе, с водой реагирует со взрывом. По распространенности в земной коре занимает 7-е место (минералы: сильвин, каинит, карналлит и другие). Входит в состав тканей растительных и животных организмов. Около 90% добываемых солей используется как удобрения. Сам металл применяют в химических источниках тока, как геттер в электронных лампах, для получения надпероксида KO₂; сплавы K с Na - теплоносители в ядерных реакторах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Общая характеристика калия

 

       Калий – щелочной металл главной подгруппы  первой группы. Название «щелочной» связано с тем, что гидроксид калия КОН издавна был известен под названием щёлочи. Из этой щёлочи, подвергая её в расплавленном состоянии электролизу, Г. Дэви в 1807 году впервые получил свободный калий.

       Во  внешнем электронном слое атом калия  имеет 1 электрон. Во втором снаружи  электронном слое – 8 электронов. Имея на внешнем электронном слое 1 электрон, находящийся на сравнительно большом удалении от ядра, атом калия легко отдаёт этот электрон, то есть характеризуется низкой энергией ионизацией. Образующийся при этом однозарядный положительный ион имеет устойчивую электронную структуру соответствующего идеального газа (Ar – аргон). Лёгкость отдачи внешнего электрона характеризует калий как наиболее типичный представитель металлов: металлические свойства у щелочного металла выражены особенно резко. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аналитическая характеристика калия 

       Для аналитической характеристики калия  важно отметить следующие его особенности. Подавляющее большинство солей калия отличается очень хорошей растворимостью в воде. Даже наименее растворимые соли, в виде которых калий осаждают при количественном и качественном определении, характеризуются растворимостью порядка 10^-2 – 10^-3 моль/л, и только отдельные соли калия в отличие от соответствующих солей натрия и лития плохо растворимы в спиртах, ацетоне и некоторых других органических растворителях. Это обстоятельство используется для повышения чувствительности ряда реакций на калий и его отделения от других элементов.

       Значительная  часть методов определения калия  основана на его предварительном выделении в виде соли, мало растворимой в воде или в смесях воды с органическим растворителем.

       Поэтому в аналитической химии калия  очень видное место занимают гравиметрические методы или методы, основанные на предварительном осаждении калия.

       Непостоянство состава малорастворимых соединений калия создаёт дополнительные трудности при количественных определениях. Состав малорастворимых солей калия нередко зависит от условий осаждения. Неопределённость состава приводит к необходимости пользоваться эмпирическими факторами при вычислении количественного определения калия.

       Аналитические свойства ионов калия во многих отношениях близки к свойствам ионов аммония, рубидия, цезия и одновалентного таллия. Вследствие ненадёжности количественного отделения калия от натрия получили распространение косвенные методы определения калия (и натрия), не отличающиеся, однако, высокой точностью.

       Ион калия бесцветен, он не даёт цветных реакций. Некоторые цветные реакции являются реакциями на анион его малорастворимой соли.

       В своих соединениях калий только одновалентен, ионы калия не вступают в окислительно-восстановительные реакции. Оксидиметрические методы количественного определения основаны на окислительно-восстановительной способности анионов малорастворимых солей калия.

       Калий образует очень мало комплексных  соединений; они отличаются незначительной стабильностью и поэтому не находят применения в аналитической химии этого элемента. В отличие от натрия и лития калий не образует комплексного соединения с этилендиаминтетрауксусной кислотой [    ].

       В последнее время для количественного  калия значительную роль приобрели физические методы, основанные на использовании естественной радиоактивности и способности окрашивать бесцветное пламя.   
 
 
 
 
 
 
 

Нахождение  в природе

 

       Вследствие  очень лёгкой окисляемости калий  встречается в природе исключительно в виде соединений. Калий принадлежит к распространённым элементам: содержание его в земной коре равно приблизительно около 2% (масс.). Калий входит в состав различных минералов и горных пород силикатного типа. Большие скопления солей калия, имеющие промышленное значение, встречаются редко.

       Для калия наиболее характерны соединения с преимущественно ионным типом связи. Вследствие незначительного поляризующего действия иона, комплексообразование для К⁺ нехарактерно: даже кристаллогидраты для него почти не известны.

       Наиболее  важными минералами калия являются:

       Сильвин                              KCl

       Сильвинит                         NaCl^.KCl

       Карналлит                         KCl^.MgCl₂^.6H₂O

       Каинит                                KCl^.MgSO₄^.3H₂O 
 
 
 
 
 
 
 
 

Физические  свойства калия

 
 
 
 
 
 

         

      Калий – блестящий серебристо-белый  металл с объёмно-центрированной кристаллической решёткой.

      Плотность калия невелика, температуры плавления  невысокие. Металл очень мягкий, легко режется ножом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      Химические  свойства калия и  получение

 

      Калий принадлежит  к числу наиболее активных в химическом отношении элементам. Его высокая химическая активность обусловлена в первую очередь низкими значениями энергии ионизации его атома – лёгкостью отдачи им валентных электронов.

      Калий энергично соединяется с кислородом. На воздухе при небольшом нагревании загорается, образуя пероксидное соединение КО₂.

      Не  менее энергично, чем с кислородом, взаимодействует с галогенами, особенно с хлором и фтором.

      В ряду напряжения металлов К стоит  далеко впереди водорода и вытесняют  водород из воды; при этом образуется сильное основание:

      2К+2НОН  = 2КОН+Н₂

      Легко отдавая при химических реакциях свои валентные электроны, калий является самым энергичным восстановителем. Его восстановительная способность настолько велика, что он может восстанавливать даже атомы водорода, превращая их в отрицательно заряженные ионы Н^-. Так, при нагревании калия в струе водорода получается его гидрид:

      2К+Н₂ = 2КН

      Гидрид  калия имеет ионное строение. Калий  входит в его состав в виде катиона, а водород – в виде аниона.

      Большинство солей калия хорошо растворимы в  воде. Мало растворимы КclO₄, K₂[PtCl₆].

      Если  внести в пламя газовой горелки  соль калия, то она разлагается, и  пары освободившегося метала окрашивают пламя в характерный для калия фиолетовый цвет. 

      Получают калий восстановлением из расплавов КОН или КСl натрием. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Соединения  калия

 

       Производные калия являются преимущественно  солями и солеподобными соединениями.

       Кристаллы соединений характеризуются высокими координационными числами (рис.1).

       Калий при сгорании образует надпероксид  КО₂ (рис.2). Косвенным путём можно получить также пероксид К₂О₂.

       Перекиси  и надперекиси – сильные окислители. Водой, а тем более разбавленными  кислотами они лигко разлагаются:

       2КО₂+Н₂SO₄ = K₂SO₄+H₂O₂+O₂

       Ещё более сильным окислителем является озонид КО₃. Он образуется при действии озона на твёрдый гидроксид:

       4KOH+4O₃ = 4KO₃+O₂+2H₂O

       При хранении озонид постепенно разлагается  уже в обычных условиях:

       2КО₃ = 2КО₂+О₂        G⁰₂₉₈ = - 86 кдж

       а в воде – бурно выделяя кислород:

       4 КО₃+2H₂O = 4KOH+5 О₂ 

       Персульфид  калия может быть получен кипячением сульфидов с избытком серы (или при сплавлении сухих сульфидов с серой). Для калия выделены и изучены все члены ряда Э₂S_n, вплоть до n=6.

       Термическая устойчивость галогеногалогенатов  одного и того  же элемента определяется природой комплексных анионов. Наиболее термически устойчивы дииодоиодаты и дибромоиодаты. 

Рис.1 
 
 
 
 
 
 

                               Калий

                           Кислород

 
 

1. Кристаллическая  решётка  оксида  К₂О  (тип  антифлюорита)

 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Кристаллическая  структура  надпероксида  типа  КО₂