Potasiul este un metal activ. Proprietati fizice si chimice. Domenii de aplicare a potasiului

În multe proprietăți, potasiul este foarte asemănător cu sodiul, dar din punct de vedere al funcției biologice și al utilizării de către celulele organismelor vii, ele sunt antagoniste.

Istoria și originea numelui

Compușii de potasiu au fost folosiți din cele mai vechi timpuri. Astfel, producția de potasiu (care era folosită ca detergent) exista deja în secolul al XI-lea. Cenușa formată la arderea paielor sau a lemnului a fost tratată cu apă, iar soluția rezultată (leșia) a fost evaporată după filtrare. Reziduul uscat, pe lângă carbonatul de potasiu, conținea sulfat de potasiu K2SO4, sodă și clorură de potasiu KCl.

Locul nașterii

Cele mai mari zăcăminte de potasiu sunt situate în Canada (producător PotashCorp), Rusia (PJSC „Uralkali”, Berezniki, Solikamsk, Teritoriul Perm, zăcământ de potasiu Verkhnekamskoye), Belarus (PO „Belaruskali”, Soligorsk, Starobinskoye minereuri de potasiu).

Chitanță

Potasiul, ca și alte metale alcaline, este obținut prin electroliza clorurilor sau alcalinelor topite. Deoarece clorurile au un punct de topire mai mare (600-650 °C), electroliza alcalinelor topite se realizează mai des cu adăugarea de sifon sau potasiu (până la 12%). În timpul electrolizei clorurilor topite, potasiul topit este eliberat la catod, iar clorul este eliberat la anod:

K + + e - → K (\displaystyle (\mathsf (K^(+)+e^(-)\rightarrow K))) 2 C l - → C l 2 (\displaystyle (\mathsf (2Cl^(-)\rightarrow Cl_(2))))

În timpul electrolizei alcaline, potasiul topit este, de asemenea, eliberat la catod, iar oxigenul la anod:

4 O H - → 2 H 2 O + O 2 (\displaystyle (\mathsf (4OH^(-)\rightarrow 2H_(2)O+O_(2))))

Apa din topitură se evaporă rapid. Pentru a preveni interacțiunea potasiului cu clorul sau oxigenul, catodul este realizat din cupru și deasupra acestuia este plasat un cilindru de cupru. Potasiul rezultat este colectat sub formă topit într-un cilindru. Anodul este realizat și sub formă de cilindru din nichel (pentru electroliza alcalinelor) sau din grafit (pentru electroliza clorurilor).

Metodele de reducere termochimică sunt, de asemenea, de importanță industrială:

N a + K O H → N 2 380 − 450 o C N a O H + K (\displaystyle (\mathsf (Na+KOH(\xrightarrow[(N_(2)))](380-450^(o)C))NaOH+ K )))

și reducerea clorurii de potasiu din topitură cu carbură de calciu, aluminiu sau siliciu.

Proprietăți fizice

Potasiul este un metal argintiu cu o strălucire caracteristică pe o suprafață proaspăt formată. Foarte usoara si fuzibila. Se dizolvă relativ bine în, formând amalgame. Când este introdus în flacăra arzătorului, potasiul (precum și compușii săi) colorează flacăra o culoare caracteristică roz-violet.

Interacțiunea cu substanțe simple

Potasiul la temperatura camerei reacţionează cu oxigenul atmosferic şi halogenii; practic nu reacționează cu azotul (spre deosebire de litiu și sodiu). Când este încălzit moderat, reacţionează cu hidrogenul pentru a forma o hidrură (200-350 °C):

2 K + H 2 ⟶ 2 K H (\displaystyle (\mathsf (2K+H_(2)\longrightarrow 2KH))) 2 K + 2 N H 3 ⟶ 2 K N H 2 + H 2 (\displaystyle (\mathsf (2K+2NH_(3))\longrightarrow 2KNH_(2)+H_(2))))

Potasiul metal reacţionează cu alcoolii pentru a forma alcoolaţi:

2 K + 2 C 2 H 5 O H ⟶ 2 C 2 H 5 O K + H 2 (\displaystyle (\mathsf (2K+2C_(2)H_(5)OH\longrightarrow 2C_(2)H_(5)OK+H_) (2)\sus)))

Alcoolii de metale alcaline (în acest caz, etanolatul de potasiu) sunt baze foarte puternice și sunt utilizați pe scară largă în sinteza organică.

Compușii oxigenului

K + O 2 ⟶ K O 2 (\displaystyle (\mathsf (K+O_(2))\longrightarrow KO_(2))))

oxid de potasiu poate fi obținut prin încălzirea metalului la o temperatură care nu depășește 180 °C într-un mediu care conține foarte puțin oxigen sau prin încălzirea unui amestec de superoxid de potasiu cu potasiu metal:

K O 2 + 3 K ⟶ 2 K 2 O (\displaystyle (\mathsf (KO_(2)+3K\longrightarrow 2K_(2)O)))

Oxizii de potasiu au proprietăți de bază pronunțate și reacționează violent cu apa, acizii și oxizii acizi. Semnificație practică ei nu au. Peroxizii sunt pulberi alb-gălbui care, solubile în apă, formează alcali și peroxid de hidrogen:

K 2 O 2 + 2 H 2 O ⟶ 2 K O H + H 2 O 2 (\displaystyle (\mathsf (K_(2)O_(2))+2H_(2)O\longrightarrow 2KOH+H_(2)O_(2) ))) 4 K O 2 + 2 H 2 O ⟶ 4 K O H + 3 O 2 (\displaystyle (\mathsf (4KO_(2)+2H_(2)O\longrightarrow 4KOH+3O_(2)\uparrow ))) 4 K O 2 + 2 C O 2 ⟶ 2 K 2 C O 3 + 3 O 2 (\displaystyle (\mathsf (4KO_(2)+2CO_(2))\longrightarrow 2K_(2)CO_(3)+3O_(2))\uparrow) )))

Capacitatea de a schimba dioxid de carbon cu oxigen este utilizată în măștile de gaz izolante și pe submarine. Un amestec echimolar de superoxid de potasiu și peroxid de sodiu este utilizat ca absorbant. Dacă amestecul nu este echimolar, atunci în cazul unui exces de peroxid de sodiu va fi absorbit mai mult gaz decât eliberat (la absorbția a două volume de CO 2, se eliberează un volum de O 2), iar presiunea într-un spațiu restrâns. va scădea, iar în cazul unui exces de superoxid de potasiu (la absorbția a două volume de CO 2 se eliberează trei volume de O 2) se eliberează mai mult gaz decât este absorbit, iar presiunea va crește.

În cazul unui amestec echimolar (Na 2 O 2:K 2 O 4 = 1:1), volumele de gaze absorbite și eliberate vor fi egale (când sunt absorbite patru volume de CO 2, se eliberează patru volume de O 2 ).

Peroxizii sunt agenți oxidanți puternici, așa că sunt folosiți pentru albirea țesăturilor în industria textilă.

Peroxizii sunt obținuți prin calcinarea metalelor în aer eliberat de dioxid de carbon.

De asemenea, este cunoscută ozonida de potasiu KO 3, de culoare portocalie-roșu. Poate fi obținut prin reacția hidroxidului de potasiu cu ozonul la o temperatură care nu depășește 20 °C:

4 K O H + 4 O 3 ⟶ 4 K O 3 + O 2 + 2 H 2 O (\displaystyle (\mathsf (4KOH+4O_(3))\longrightarrow 4KO_(3)+O_(2)+2H_(2)O)) )

Ozonura de potasiu este un agent oxidant foarte puternic, de exemplu, oxidează sulful elementar la sulfat și disulfat deja la 50 °C:

6 K O 3 + 5 S ⟶ K 2 S O 4 + 2 K 2 S 2 O 7 (\displaystyle (\mathsf (6KO_(3)+5S\longrightarrow K_(2)SO_(4)+2K_(2)S_(2)) )O_(7))))

Hidroxid

hidroxid de potasiu (sau potasiu caustic) sunt cristale opace, albe dure, foarte higroscopice, care se topesc la o temperatură de 360 ​​°C. Hidroxidul de potasiu este un alcalin. Se dizolvă bine în apă, eliberând cantitate mare căldură. Solubilitatea hidroxidului de potasiu la 20 °C în 100 g de apă este de 112 g.

Aplicație

• Lichid la temperatura camerei, un aliaj de potasiu și sodiu este utilizat ca lichid de răcire în sistemele închise, cum ar fi centralele nucleare cu neutroni rapidi. În plus, aliajele sale lichide cu rubidiu și cesiu sunt utilizate pe scară largă. Compoziția aliajului: sodiu 12%, potasiu 47%, cesiu 41% - are un punct de topire scăzut record de -78 °C.
• Compușii de potasiu sunt cel mai important element biogenic și, prin urmare, sunt utilizați ca îngrășăminte. Potasiul este unul dintre cele trei elemente de bază care sunt esențiale pentru creșterea plantelor, împreună cu azotul și fosforul. Spre deosebire de azot și fosfor, potasiul este principalul cation celular. Când este deficitară la o plantă, structura membranelor cloroplastelor, organele celulare în care are loc fotosinteza, este în primul rând perturbată. În exterior, acest lucru se manifestă prin îngălbenirea și moartea ulterioară a frunzelor. La aplicarea îngrășămintelor cu potasiu, plantele își măresc masa vegetativă, randamentul și rezistența la dăunători.
• Sărurile de potasiu sunt utilizate pe scară largă în galvanizare deoarece, în ciuda costului lor relativ ridicat, ele sunt adesea mai solubile decât sărurile de sodiu corespunzătoare și, prin urmare, asigură operarea intensivă a electroliților la densități de curent crescute.

Conexiuni importante

• Bromura de potasiu este folosită în medicină și ca sedativ pentru sistemul nervos.
• Hidroxidul de potasiu (potasiu caustic) este utilizat în bateriile alcaline și la uscarea gazelor.
• Carbonatul de potasiu (potasiu) este folosit ca îngrășământ, în topirea sticlei și ca aditiv pentru hrana păsărilor de curte.
• Clorura de potasiu (sylvine, „sare de potasiu”) este folosită ca îngrășământ.
• Azotatul de potasiu (nitratul de potasiu) este un îngrășământ, o componentă a pulberii negre.
• Percloratul și cloratul de potasiu (sare bertolet) sunt utilizați la producerea de chibrituri, pulbere de rachetă, încărcături de iluminat, explozivi și galvanizare.
• Bicromatul de potasiu (cropic) este un agent oxidant puternic, folosit pentru prepararea unui „amestec de crom” pentru spălarea vaselor chimice și în prelucrarea pielii (tăbăcire). De asemenea, folosit pentru a îndepărta amoniacul, hidrogenul sulfurat și fosfina din acetilenă în plantele de acetilenă.

• Permanganatul de potasiu este un agent oxidant puternic, folosit ca antiseptic în medicină și pentru producerea de oxigen în laborator.
• Tartrat de sodiu și potasiu (sare Rochelle) ca piezoelectric.
• Fosfat dihidrogen de potasiu și dideuterofosfat sub formă de monocristale în tehnologia laser.
• Peroxidul de potasiu și superoxidul de potasiu sunt utilizați pentru regenerarea aerului în submarine și în măștile de gaz izolante (absoarbe dioxidul de carbon pentru a elibera oxigen).
• Fluoroborat de potasiu - important

Aparține grupului de metale alcaline, simbol K, la. n. 19; la. m. 39, 098. Metal moale alb-argintiu. Foarte activ din punct de vedere chimic, agent reducător puternic, ușor de oxidat în aer. Descoperit de chimistul englez G. Davy în 1807. Densitate 0,856. Temperatura de topire 63,55? C, punctul de fierbere 760? C. Duritate Brinell 400 kPa. Metalul K. se taie usor cu un cutit. K. - unul dintre cele mai comune elemente petrogenice ale scoarței terestre - 2,5% (în greutate). Cele mai importante minerale: silvita, carnalita, kainita, langbeinita. Conținutul de K. în rocile ultrabazice este de 0,03%, în bazic 0,83%, în mediu 2,3%, în acid 3,34%. Concentraţiile maxime de K. (până la 7%) se găsesc în rocile alcaline din seria agpaitică. Principalele minerale de potasiu din aceste roci sunt feldspații alcalini, mica, nefelina și leucitul. La evaporare apa de mare Următoarele minerale precipită: silvinită, carnalită, kainită și polihalit. Datorită evaporării intense a mării. apă în epocile geologice trecute, în special în perioada permiană, s-au format depozite mari de săruri de potasiu.

1. Istorie

2. Distribuția în natură

Potasiul este un element chimic destul de comun, reprezentând 2,6% din masa scoarței terestre. Datorită activității chimice ridicate în stare liberă, nu apare în natură, ci doar sub formă de diverși compuși. Unele dintre ele, cum ar fi clorura de potasiu, formează depozite puternice.

Cele mai bogate zăcăminte de săruri de potasiu din lume sub formă de minerale sylvin KCl, sylvinite KCl? NaCl, carnalit KCl? MgCl2? 6H2O şi kainiţi KCl ? MgS04? 3H 2 O sunt situate în apropierea orașului Solikamsk. În plus, s-au găsit depozite semnificative de compuși de potasiu în Belarus (Soligorsk) și Ucraina (Kalush și Stebnik în regiunea Carpaților).

3. Proprietăți fizice

În stare liberă, potasiul este un metal ușor alb-argintiu. Densitate - 0,856 g/cm3.Metalul este foarte moale si poate fi taiat usor cu un cutit. Puncte de topire - 63,38? CU.

4. Proprietăți chimice

Potasiul aparține subgrupului principal al primului grup al sistemului periodic al lui Mendeleev. atomii săi au un electron în stratul lor exterior de electroni, pe care îl pierd cu ușurință și îl transformă în ioni cu o singură sarcină pozitivă. Prin urmare, în compușii săi, potasiul este doar pozitiv monovalent. Potasiul este un metal foarte activ. Pierzându-și cu ușurință electronii de valență, este un agent reducător foarte puternic. În seria tensiunii electrochimice, se situează pe primul loc la stânga hidrogenului. În aer uscat, potasiul interacționează puternic cu oxigenul din aer și se transformă în superoxid:

• 4K+O2 -> 2KO2

Prin urmare, este depozitat sub un strat de kerosen sau ulei mineral.

Reacţionează foarte violent cu apa, chiar exploziv. Reacționează și mai violent cu acizii (de asemenea exploziv). În aer umed, metalul se transformă ușor în hidroxid:

• 2K + 2H2O -> 2KOH + H2

iar acesta din urmă, interacționând cu dioxidul de carbon din aer, în carbonat:

• 2KOH + CO2 -> K2CO3 + H2O

La temperaturi ridicate, potasiul poate reduce oxizii de aluminiu, siliciu etc. în elemente libere:

• SiO2 + 4K -> Si + 2K2O

5. Chitanță

În stare liberă, potasiul se obține prin electroliza clorurilor sau hidroxizilor topiți. În timpul electrolizei alcalinelor caustice topite, ionii metalici încărcați pozitiv sunt atrași de catodul încărcat negativ, se adaugă câte un electron (redus) și se transformă în atomi de metale libere, iar ionii hidroxil încărcați negativ sunt atrași de anodul încărcat pozitiv, dau acestuia. câte un electron și se transformă în electroni.grupe OH neutre, care se descompun formând apă și oxigen eliberat la anod.

Producția de potasiu metal prin electroliza KCl topit poate fi reprezentată prin următoarele ecuații:

KCl ↓ - Anod catod + K + + e = K ? Cl - e \u003d Cl?

6. Aplicare

Potasiul metalic servește ca catalizator în producerea anumitor tipuri de cauciuc sintetic.

Compușii K sunt utilizați în agricultură ca îngrășăminte, pentru producția de sticlă, explozivi, în medicină, tehnologie nucleară etc.

Potassium algitum este utilizat pentru a trata bolile buzelor la copii.

7. Săruri de potasiu

Potasiul formează săruri cu toți acizii. Sărurile de potasiu sunt foarte asemănătoare ca proprietăți cu sărurile de sodiu. Cele mai importante dintre ele: