Взаимодействие с кремнием

Калий и кремний не реагируют друг с другом даже при нагревании до высоких температур. В работе Мойсана имеется указание на возможность образования силицида калия в случае непосредственного взаимодействия металлов при нагревании их до температуры кипения калия. Однако в этом случае силицид калия образуется только на поверхности кремния и не может быть выделен в свободном состоянии.

О получении KSi (44,81 вес. % Si) непосредственным синтезом сообщает Хохман. При термическом разложении этого соединения образуется KSi₈.

Взаимодействие с бором

Бор не взаимодействует с килием даже при высоких температурах. Калий можно перегнать над бором без образования при этом каких-либо соединений. Есть указание на образование борида калия состава КВ₆ при электролизе расплава бората калия с фторидом калия в присутствии окислов щелочноземельных металлов и при восстановлении В₂О₃ металлическим калием.

6 K + B₂ → 2 K₃B

Взаимодействие калия с неорганическими соединениями

В реакциях с неорганическими соединениями калий выступает как очень активный металл и сильнейший восстановитель.

С разбавленными кислотами калий реагирует энергично с образованием соответствующих солей и выделением водорода; реакции могут сопровождаться взрывом.

Взаимодействие с водой

Калий исключительно энергично реагирует с водой даже при низких температурах.

2 К _(тв.) + 2 Н₂О _(жидк.) → 2 КОН _(тв.) + Н_{2 (газ)}

К° – ē → К⁺ φ_восст = ­ – 2,925 В

2

2 Н₂О + 2 ē → Н₂ + 2 ОН φ_ок = – 0,413 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 2 ∙ 96500 ∙ (– 0.413 – (– 2.925)) = – 484,816 КДж/моль

Реакция энергично идет уже при − 100 ^оС; при комнатной температуре она сопровождается взрывом и воспламенением калия. Калий не движется на воде подобно натрию, что объясняется большим давлением образующихся паров калия. Вследствии этого отдача тепла окружающему воздуху незначительна, и калий за счет теплоты реакции нагревается до температуры воспламенения. Калий сгорает ярким пламенем и на льду.

Взаимодействие с соляной кислотой

2 К + 2 НCI → 2 KCI + H₂

К° – ē → К⁺ φ_восст = ­ – 2,925 В

2

2 Н⁺ + 2 ē → Н₂ φ_ок = – 0,059 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 2 ∙ 96500 ∙ (– 0,059 – (– 2,925)) = – 553,138 КДж/моль

С газообразными HCI, HBr, и HJ реакция протекает при комнатной температуре относительно медленно; расплавленный калий при взаимодействии с этими газами воспламеняется.

Взаимодействие с разбавленной серной кислотой

2 К + Н₂SO_{4 (разбав.)} → К₂SО₄ + Н₂

К° – ē → К⁺ φ_восст = ­ – 2,925 В

2

2 Н⁺ + 2 ē → Н₂ φ_ок = – 0,059 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 2 ∙ 96500 ∙ (– 0,059 – (– 2,925)) = – 553,138 КДж/моль

При реакции с 35 % Н₂SO₄ наступает воспламенение уже при − 68 ^оС.

Взаимодействие с концентрированной серной кислотой

8 К + 5 Н₂SО_{4 (конц)} → 4 К₂SО₄ + 4 Н₂О + Н₂S

К° – ē → К⁺ φ_восст = ­ – 2,925 В

8

10 Н⁺ +SO₄^2- + 8 ē → Н₂S + 4 HOH φ_ок = 0,311 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 8 ∙ 96500 ∙ (0,311 – (– 2,925)) = – 2498,192 КДж/моль

При соприкосновении с концентрированной серной кислотой происходит сильная детонация, причем серная кислота восстанавливается до SO₂, S и K₂S.

Взаимодействие с разбавленной азотной кислотой

8 К + 9 HNO_{3 (разб.)} → 8 КNO₃ + 3 H₂O + NH₃

К° – ē → К⁺ φ_восст = – 2,925 В

8

(NO₃)⁻ + 8 ē + 9 Н⁺ → NH₃ + 3 HOH φ_ок = – 1.24 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 8 ∙ 96500 ∙ (1,24 – (– 2,925)) = – 3215,38 КДж/моль

Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой

К + 2 HNO_{3 (конц.)} → KNO₃ + H₂O + NO₂

К° – ē → К⁺ φ_восст = – 2,925 В

1

2 Н⁺ + (NO₃)⁻ + ē →NO₂ + Н₂O φ_ок = + 0,78 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 1 ∙ 96500 ∙ (0,78 – (– 2,925)) = – 357,5325 КДж/моль

При соприкосновении с концентрированной азотной кислотой происходит сильная детонация, причем азотная кислота восстанавливается до NO₂.

Взаимодействие с смесями кислот

3 K + 3 HF + HNO₃ → [KF] + NO + 2 Н₂O

К° – ē → К⁺ φ_восст = – 2,925 В

3

(NO₃)⁻ + Н⁺ + 3 ē → NO + Н₂O φ_ок = 0,96 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 3 ∙ 96500 ∙ (0,96 – (– 2,925)) = – 1124,7075 КДж/моль

Взаимодействие с раствором щелочи

2 K + 2 NaOH + 2 Н₂O → 2 Na[K(OН)₂] + Н₂

К° – ē → К⁺ φ_восст = – 2,925 В

2

2 Н₂O + 2 ē → 2 (OH)^– + Н₂ φ_ок = – 0.82 В

ΔG° = – zF(φ_ок – φ_восст) = – 2 ∙ 96500 ∙ (– 0,82 – (– 2,925)) = – 406,262 КДж/моль

Диаграммы состояния

Система калий ­­– натрий

Диаграмма состояния системы калий – натрий была впервые исследована Н. С. Курнаковым и Н. А. Пушкиным. Эта система изучалась также Ринком, Блейсвиком, Вальтерсом и Миллером и другими. На рисунке представлена диаграмма состояния с учетом данных всех исследователей

В системе калий - натрий установлено существование соединения Na₂K, плавящегося инконгруэнтно при 7 ^оС. Эвтектическая точка лежит при − 12,5 ^оС и 77,2 вес. % К. От эвтектической точки кривая ликвидуса постепенно поднимается до точек плавления чистых компонентов с незначительным изломом в перитектике, соответствующей соединению Na₂K.

Сплавы с содержанием 40 − 90 вес. % К при комнатной температуре представляют собой подвижные серебристо-белые жидкости. По своим физическим свойствам эти сплавы близки к чистому жидкому натрию.