Калий

Калий минерал, элемент главной подгруппы первой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K, название от латинского Kalium. Простое вещество калий — мягкий щелочной металл, цвет серебристо-белый. В природе встречается К только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде и во многих минералах. Окисляется на воздухе и легко вступает в химические реакции, например, с водой образует щелочь. По свойствам калий близок к натрию, но они антагонистичны с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов.

Слово это арабского происхождения. По-арабски, «аль-кали» – зола растений. Впервые калий получен из едкого кали, а едкое кали – из поташа, выделенного из золы растений. В английском и европейских языках сохранилось название potassium, которое дано калию его первооткрывателем X. Дэви. Это слово берет начало от слова «поташ». В 1831 году Г.И. Гессом введено в русскую химическую номенклатуру название «калий».

История

С древнейших времен используют соединения калия. Производство поташа, который использовался как моющее средство, существовало уже в XI веке. Золу, от сжигания соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щелок) фильтровали, а потом выпаривали. Помимо карбоната калия, сухой остаток, содержал сульфат калия K2SO4, соду и хлорид калия KСl. Свойства более дешевого едкого натра и едкого кали практически одинаковы. Химики обнаружили лишь в XVIII веке разницу между этими веществами. Заметное различие между NaOH и KOH заключается в том, что едкое кали в воде растворяется лучше, чем едкий натр. Электролиз раствора хлористого калия позволяет получить KOH. Ртутные катоды используют, чтобы примесь хлоридов была минимальной. А необходимо это вещество как исходный продукт для получения солей калия. Без едкого кали в производстве жидких мыл, некоторых красителей и органических соединений не обойтись. Используется раствор едкого кали в качестве электролита в щелочных аккумуляторах.

Английский химик Дэви сообщил 19 ноября 1807 года в Бэкеровской лекции о выделении электролизом расплава едкого кали, химическая формула KOH, калия. Дэви указал в рукописи лекции, что открыл калий 6 октября 1807 года. Назвал открытый элемент «потасий», что от латинского potasium, с двумя s в некоторых языках. До сих пор это название употребительно в английском, португальском, испанском, французском и польском языках. Название «калий» (латинское kalium, от арабского аль-кали, что значит поташ) предложил в 1809 году Гильберт. Это название вошло в немецкий язык, откуда перешло в языки Северной и Восточной Европы (в их числе русский) и «победило» на выборах символа этому элементу — K.

Калий известен больше двух веков. На лекции в Лондоне 20 ноября 1807 года, Хэмфри Дэви объявил, что во время электролиза едкого кали получились «маленькие шарики с сильным металлическим блеском… Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом». И это был калий.

Интересный металл калий потому, что может резаться ножом, плавать в воде, вспыхивать на ней со взрывом и гореть, окрашивая в фиолетовый цвет пламя. Этот элемент один из самых химически активных. Все это считается естественным, это свойственно положению щелочного металла калия в химической таблице Менделеева. Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне «нечетный» металл.

Его атомный № 19, масса атомная 39, во внешнем электронном слое – один электрон, валентность 1+. По мнению химиков этим объясняется подвижность калия в природе. Он присутствует в нескольких сотнях минералов. Калий находится в почве, растениях, организмах людей и животных. Это классический Фигаро: здесь – там – повсюду.

Получение

Не встречается в свободном состоянии. Породообразующий элемент, находится в составе слюд, полевых шпатов. Калий входит в состав сильвина KСl, карналлита KСl·MgCl2·6H2O, сильвинита KСl·NaCl, каинита KСl·MgSO4·6Н2О, а также присутствует в золе растений в виде карбоната K2CO3 (поташ). Калий входит в состав всех клеток. Калия в земной коре содержится 2,4% ( 7-й по содержанию в коре элемент и 5-й по распространенности металл). Концентрация в морской воде — 380 мг/л.

Калий получают в обменной реакции расплавленных едкого кали и металлического натрия: KOH + Na → NaOH + К. Процесс идет при температуре 380…440°C в ректификационной колонне из никеля. Подобным образом получают элемент №19 и из хлористого калия, но при более высокой температуре процесса 760 — 800°C. При такой температуре натрий и калий превращаются в пар, а хлористый калий (с добавками) плавится. Через расплавленную соль пропускают пары натрия и конденсируют полученные пары калия. Таким же способом получают и сплавы натрия с калием. В большой мере состав сплава зависит от условий процесса.

Залежи

Вода и углекислый газ (в меньшей мере другие вещества) постепенно разрушают минералы. Почти 18% веса земной коры приходится на долю калийсодержащего минерала ортоклаза, двойной соли кремневой кислоты K2Al2Si6O16 или K2O·Al2O3·6SiO2. В результате химического выветривания ортоклаз превращается в каолин (разновидность глины), песок и поташ. На построение минерального костяка почвы идут глина и песок, а калий, перешедший из ортоклаза в поташ, становится доступным для растений. Но не весь сразу.

В почвенных водах молекулы К2CO3 диссоциируют: К2CO3 ↔ K+ + KCO–3 ↔ 2K+ + CO2–3. В почвенном растворе остается часть ионов калия, который служит источником питания для растений. Коллоидные частицы почвы поглощают большую часть ионов калия, откуда корням растений извлечь их довольно трудно. Получается, что калия в земле много, а растениям часто его не хватает. Комочки почвы «запирают» большую часть калия, поэтому содержание элемента в морской воде почти в 50 раз меньше, чем натрия. Из 1000 атомов калия, освобождающихся при химическом выветривании, только 2 достигают морских бассейнов, а 998 остаются в почве. Академик Ферсман написал, что почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила.

Ежегодно из почвы большое количество калия извлекают растения . Самое дешевое, практически дармовое и прекрасное по качеству калийное удобрение это печная зола. В золе калий содержится в виде поташа К2CO3 . Состав золы у различных растений далеко не одинаков. Зола подсолнечника содержит больше всех калия – 36,3% К2О. В калийных удобрениях содержание калия принято пересчитывать на K2O. Окиси калия значительно меньше в золе дров 3,2% от еловых дров до 13,8% от березовых дров. Много меньше калия в золе торфа.

Одной золой голод калием у растений не утолить. Природные калийные соли стали важнейшими удобрениями, лучшие сильвинит и каинит. Сильвинит – очень распространенный минерал. Химический состав обозначают формулой mKCl · nNaCl. Содержит хлориды натрия и калия, есть примеси солей кальция, магния и других элементов. Обычно в сильвините от 14 до 18% К2O. В каините KСl · MgSO4 · 3H2O окись калия в пределах от 10 до 12%. Часть природных калийных солей перерабатывается в технический продукт хлористый калий, содержащий калия в пересчете на K2O от 50 до 62%. Методами галургии или флотации получают из сильвинита хлористый калий. Первый основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. Второй – на разной смачиваемости этих веществ.

Первый метод используется шире. При нормальной температуре растворимость хлоридов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость KCl сильно возрастает, а растворимость NaCl почти не меняется. Готовят насыщенный раствор обеих солей на холоде, затем нагревают и им обрабатывают сильвинит. При этом раствор дополнительно насыщается хлористым калием, а поваренная соль частично вытесняется из раствора, выпадает в осадок и отделяется фильтрованием. После охлаждения раствора из него выкристаллизовывается избыточный хлористый калий. Кристаллы отделяют на центрифугах и сушат, а маточным раствором обрабатывают новую порцию сильвинита.

Применяют технический хлористый калий самостоятельно и в смеси с природными калийными солями. Используется в качестве удобрения более дорогой, но не гигроскопичный и не слеживающийся сульфат калия K24. Удобрение применяется на любых почвах. Вносимые хлористым калием ионы хлора для некоторых почв нежелательны. Противопоказаны и некоторым растениям. Избыток ионов хлора понижает содержание крахмала в картофельных клубнях, ухудшает качество льняных волокон, а фрукты такие как виноград, персики и цитрусовые делает более кислыми.

Удобряя землю хлористым калием, одновременно делаем все, чтобы улучшить и ухудшить качество будущих плодов. Применяя наиболее рациональные, химически обоснованные способы внесения калийных солей можно избежать этих нежелательных последствий. Ионы хлора почвой не поглощаются, они подвержены вымыванию грунтовыми водами, которые и уносят их. Сохраняя в почве калий, но чтобы убрать из нее хлор, необходимо хлорсодержащие калийные удобрения вносить осенью в почву. До момента прорастания семян и начала усваивания корневой системой ионов из почвы, осенние дожди и талые воды успеют унести ионы хлора вглубь.

Для эффективного использования любое калийное удобрение не просто разбрасывают равномерно по полю, а заделывают его плугом на глубину пахоты. Принято в сельскохозяйственной практике вносить от 30 до 90 кг К2О на гектар посева. Эти дозы весьма условны, но потребность в калийных удобрениях определяется не только составом почвы, а и тем, какая культура на этом поле посеяна. Больше калия нужно для свеклы, подсолнечника, картофеля, гречихи, бобовых культур, чем пшенице, ячменю, ржи. При благоприятных условиях 1 кг К2О в среднем дает прибавки урожая зерна – от 3 до 8 кг, сахарной свеклы – 40 кг, картофеля до 35 кг.

Растения

Во всех растениях содержится калий. Растение к гибели приводит отсутствие калия. Почти весь калий в растениях находится в ионной форме – К+. Часть ионов находится в клеточном соке, другая часть поглощена структурными элементами клетки. Ионы калия участники многих биохимических процессов, происходящих в растении. В клетках растений ионы находятся в основном в протоплазме. Не обнаружены они в клеточном ядре. В процессах размножения и передаче наследственных признаков калий не принимает участие. И без этого роль калия в жизни растения многообразна и велика.

Калий накапливается в плодах, в корнях, в стеблях, в листьях, причем в вегетативных органах его больше, чем в плодах. Характерная особенность: в молодых растениях присутствует больше калия, чем в старых. По мере старения растений ионы калия перемещаются в точки наиболее интенсивного роста. Недостаток калия приостанавливает рост растений, их листья старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится непрочным и утончается, а семена теряют всхожесть.

Ионы калия активизируют синтез органических веществ в растительных клетках. Сильно влияют на процессы образования углеводов. Растение хуже усваивает углекислый газ, если калия не хватает, а для синтеза новых молекул углеводов ему недостает углеродного «сырья». Одновременно усиливаются процессы дыхания, и сахара, содержащиеся в клеточном соке, окисляются. Запасы углеводов в растениях, оказавшихся на голодном пайке по калию, не пополняются, а расходуются. Плоды такого растения будут менее сладкими, чем у растений, получивших нормальную дозу калия. Крахмал – тоже углевод, и на его содержание в плодах сильно влияет калий.

Получившие достаточно калия растения, легче переносят засуху и морозные зимы. Объясняют это тем, что калий влияет на способность коллоидных веществ растительных клеток поглощать воду и набухать. Нехватка калия приводит клетки к плохому усвоению и удержанию влаги, в результате сжимаются, отмирают. И на азотный обмен веществ влияют ионы калия. В клетках накапливается избыток аммиака при недостатке калия, что может привести к отравлению и гибели растения.

Калий влияет и на дыхание растений, а усиление дыхания сказывается не только на содержании углеводов. Чем интенсивнее дыхание, тем активнее идут окислительные процессы, и органические вещества превращаются в органические кислоты. Избыток кислот вызывает распад белков. Продукты распада создают благоприятную среду для грибков и бактерий. Растения чаще поражаются болезнями и вредителями при калийном голодании. Содержащие продукты распада белков фрукты и овощи, плохо переносят транспортировку, не подлежат хранению. Хочешь получить вкусные и хорошо хранящиеся плоды – корми растение калием вволю. А для зерновых калий важен еще по одной причине: он увеличивает прочность соломы и тем самым предупреждает полегание хлебов.

В организме

Установлено, что соли калия не могут заменяться в организме человека никакими другими солями. Калий содержится в крови и протоплазме клеток. Богаты калием и селезенка, и печень. Значительная роль в регулировании деятельности ферментов. Природный калий состоит из трех изотопов: двух стабильных – 39К и 41К и одного радиоактивного – 40К с периодом полураспада около 1,3 млрд лет. Этот изотоп содержится в живых организмах и своим излучением вносит вклад в общую сумму естественного (фонового) облучения.

Организм ребенка требует больше калия, чем организм взрослого человека. Суточная потребность в калии у ребенка составляет 12 — 13 мг на 1 кг веса, а у взрослого – 2-3 мг, что в 4-6 раз меньше. Большую часть необходимого калия человек получает из пищи растительного происхождения. Недостаток калия сказывается на разных системах и органах, а также на обмене веществ. Калий содержится большей частью в клетках, до 40 раз больше, чем в межклеточном пространстве. В процессе функционирования клеток избыточный калий покидает цитоплазму, поэтому для сохранения концентрации он должен нагнетаться обратно при помощи натрий-калиевого насоса. Между собой функционально связаны калий и натрий и выполняют следующие функции:

  • Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
  • Поддержание осмотической концентрации крови.
  • Поддержание кислотно-щелочного баланса.
  • Нормализация водного баланса.

Рекомендуемая суточная доля калия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов, для взрослых — от 1800 до 5000 миллиграммов. От общего веса тела зависит потребность в калии, а также от физической активности, физиологического состояния и климата места проживания. Рвота, продолжительный жидкий стул, обильное потение, использование мочегонных повышают потребность в калии организма. Основными пищевыми источниками считаются бобы, особенно белая фасоль, батат, шпинат и капуста кормовая, брокколи, картофель, дыня, киви, сушеные абрикосы, виноград, бананы, авокадо, помело, печень, молоко, ореховое масло, цитрусовые. Достаточно много в рыбе и молочных продуктах калия.

Все сорта рыбы практически содержат более 200 мг калия на 100 г продукта. В разных видах рыбы количество калия различно. Овощи, грибы и травы богаты калием, однако в консервированной продукции его уровень гораздо меньше. Много калия содержится в шоколаде. Всасывание производит тонкий кишечник. Усвоение калия облегчает витамин B6, а алкоголь затрудняет. Развивается гипокалиемия при недостатке калия. Возникают нарушения работы сердечной и скелетной мускулатуры. Продолжительный дефицит калия вызывает острую невралгию. При переизбытке калия развивается гиперкалиемия, основным симптомом которой является язва тонкого кишечника. Остановку сердца может вызвать настоящая гиперкалиемия.

Содержание в пище

мг на 100 г продукта

Молоко сухое 1000

Говядина 315

Телятина 344

Цыплята 300

Палтус 513

Треска 338

Картофель 568

Кольраби 370

Шпинат 774

Ревень 325

Абрикосы 305

Горох (сухой) 731

Ананас 321

Бананы 348

Кизил 363

Персики 363

Смородина черная 372

Урюк 1781

Курага 1717

Изюм 860

Сухофрукты 700

Шоколад молочный 543

Какао 2400

Халва подсолнечная 351

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *