Нахождение в природе

Калий (К) – серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе при обычных условиях. Относится к щелочным металлам. Его ближайшие аналоги – литий, натрий, рубидий, цезий.

Содержание калия в земной коре 2,41% по массе, калий входит в первую десятку наиболее распространенных в земной коре элементов. Основные минералы, содержащие калий: сильвин KСl (52,44% К), сильвинит (Na,K)Cl (этот минерал представляет собой плотно спрессованную механическую смесь кристалликов хлорида калия KCl и хлорида натрия NaCl), кариаллит KCl·MgCl2·6H2O (35,8% К), различные алюмосиликаты, содержащие калий, каинит KCl·MgSO4·3H2O, полигалит K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O, алунит KAl3(SO4)2(OH)6. В океане Калий поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038%

Калий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов: 39К (93,10% по массе) и 41К (6,88%), а также одного радиоактивного 40К (0,02%). Период полураспада калия-40 Т1/2 примерно в 3 раза меньше, чем Т1/2 урана-238 и составляет 1,28 миллиарда лет. При b-распаде калия-40 образуется стабильный кальций-40, а при распаде по типу электронного захвата образуется инертный газ аргон-40. Некоторые минералы Калия не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (так называемый калий-аргоновый метод).

Калий принадлежит к числу щелочных металлов. В периодической системе Менделеева калий занимает место в четвертом периоде в подгруппе IА. Конфигурация внешнего электронного слоя 4 s1, поэтому калий всегда проявляет степень окисления +1 (валентность I).

Получение

Масштабы производства и потребления калия значительно ниже, чем натрия. По химическим свойствам калий близок натрию, но имеет более высокую реакционную способность. По этой причине получение калия более затруднительно, и в тех случаях, когда применение калия или натрия сравнительно равноценно, предпочитают натрий. В промышленности калий получают по обменным реакциям между металлическим натрием и КОН или KCI: KOH + Na → NaOH + K; KCI + Na → NaCI + K. В первом случае реакция идёт между расплавленным гидроксидом KOH и жидким натрием – противотоком в тарельчатой реакционной колонне при 380-440 ^оС, во втором – через расплавленную соль KCI пропускают пары натрия при 760-800 ^оС; выделяющиеся пары калия конденсируют. Получение Калия электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов Калия по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

Металлический калий упаковывают в чистые, сухие, герметичные стальные контейнеры вместимостью 25-100 л или стальные банки вместимостью 2-10л.

Физические свойства Атомные характеристики

Атомный номер 19, атомная масса 39,09830 а. е. м., атомный объём 43,550∙10^-6 м³/моль. Атомный радиус (металлический) 0,236 нм, ионный радиус К⁺ 0,133, ковалентный 0,203 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома калия 3p⁶4s¹. Калий имеет два стабильных изотопа ³⁹К (93,08 %) и ⁴¹К (6,91 %) и один слаборадиоактивный изотоп ⁴⁰К (0,0119 %) с периодом полураспада 1,32∙10⁹ лет. Известно несколько искусственных радиоактивных изотопов калия, среди которых практическое применение нашел изотоп 42К с периодом полураспада 0,52 сут. Калий при комнатной температуре обладает о. ц. к. решеткой с периодом α = 0,5247 нм. Энергия кристаллической решетки 90,2 мкДж/кмоль. Потенциалы ионизации атома калия Ј (эВ). Электроотрицательность 0,8. Работа выхода электронов для различных граней монокристалла калия: φ = 2,4 эВ для грани (100), 2,75 эВ для грани (110), 2,35 эВ для грани (111).

Плотность 0,862 г/см3(20 °C). При плавлении плотность калия снижается на 2,42 %.

При плавлении электрическое сопротивление калия возрастает в 1,45 раза. Температурный коэффициент электрического сопротивления калия при 273К α = 5,81∙10^-3 К^-1. С увеличением давления удельное электрическое сопротивление твёрдого калия значительно уменьшается. При 298 К и давлении 1177 МПа удельное электрическое сопротивление калия составляет 27,5 % от того значения, которое наблюдается при 0,098 МПа. В термопаре калий – платина при температуре горячего спая 173,16 К развивается т. Э. д. с. Е = +0,780 мВ, а при температуре горячего спая 373,16 К Е = -0,83мВ. Абсолютный коэффициент т. э. д. с. е = - 15,6 мкВ/К. Максимальное значение коэффициента вторичной электронной эмиссии σ_мах = 0,75 и соответствует ускоряющему напряжению первичных электронов Е_р = 0,2 кэВ. Постоянная Холла калия при комнатной температуре R = -4,2∙10^-10 при 293 К.