Калий

КАЛИЙ, К (от араб, аль-кали — поташ * а. Potassium, potash; н. Kalium; ф. potassium; и. potasio), — химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 19, атомная масса 39,102. Природный калий состоит из двух стабильных изотопов ³⁹К (93,08%), ⁴¹К (6,91%) и одного радиоактивного ⁴⁰К (0,01%) с периодом полураспада 1,39•10⁹ лет. Открыт английским химиком Г. Дэви в 1807.

Физические свойства

Калий — серебристо-белый, лёгкий, мягкий и легкоплавкий металл. Кристаллическая решётка кубическая, объёмноцентрированная, параметр а=0,522±2 нМ при 5К и а=0,5247±2 нМ при 78К.

Физические свойства калия: плотность 862,9 кг/м³ (0°С); t плавления 63,55°С; t кипения 760°С; коэффициент теплопроводности (при 21°С) 97,13 Вт/м•К; удельная теплоёмкость (при 20°С) 741,2 Дж/кг•К; удельное электрическое сопротивление (при 20°С) 7,118•10^-8 Ом•м; твёрдость по Бринеллю 400 кПа. Металлический калий легко режется ножом. Степень окисления +1. Калий на воздухе легко окисляется, образуя оксид К₂О и надпероксид KO₂. Хранят калий в бензине или керосине. С водой он легко реагирует с образованием гидрооксида KOH и выделением водорода. При взаимодействии с водными растворами кислот образует хорошо растворимые соли. При температуре выше 200°С реагирует с водородом с образованием белых кристаллов KH. При нагревании с серой, теллуром, селеном образует сульфид К₂S, теллурид К₂Te, селенид К₂Se. Известны также различные карбиды, силициды, арсениды и фосфиды калия.

Калий в природе

Калий — один из наиболее распространённых петрогенных элементов земной коры — 2,5% (по массе). В магматических горных породах содержание калия закономерно увеличивается с ростом их кислотности. Кларк калия в ультраосновных горных породах 0,03%, в основных 0,83%, средних 2,3%, в кислых 3,34%. Максимальные концентрации калия (до 7%) — в щелочных породах агпаитового ряда. Главные калийсодержащие минералы в этих породах: щелочные полевые шпаты, слюды, нефелин, лейцит. При выветривании магматических горных пород основная часть калия накапливается глинами, в которых содержание калия 2,28% (по массе), а часть калия, перешедшая в раствор, с течением времени захватывается микроорганизмами, донными осадками (например, в глауконитах содержание К₂О достигает 7,5%). Поэтому океанические воды содержат только 0,039% калия. При испарении морской воды в органических замкнутых объёмах осаждаются калийсодержащие минералы сильвинит, карналлит, каинит, полигалит. В результате интенсивного испарения морской воды в прошлые геологические эпохи, особенно в пермский период, были образованы крупные месторождения калийных солей. Основные типы месторождений, схемы обогащения и применение см. в ст. Калийные соли.

Получение и использование

Радиоактивный изотоп ⁴⁰К — важный источник глубинного тепла на ранней стадии эволюции Земли. Превращение ⁴⁰К⁴⁰Ar используется для определения абсолютного возраста пород, содержащих калиевые минералы. Металлический калий получают путём обменных реакций между металлическим натрием и гидрооксидом или хлоридом калия, а также электролизом расплавов KOH. Металлический калий используется для получения надпероксида KO₂, который служит источником кислорода в регенерационных устройствах в замкнутых объёмах (например, на подводных лодках), для восстановления титана из расплавов его солей (TiCl₄). Сплавы калия с натрием (40-90% калия), жидкие при комнатной температуре, используются в качестве теплоносителей в ядерных реакторах.