مهمترین ترکیبات پتاسیم. پتاسیم در طبیعت (2.4٪ در پوسته زمین)

شیمی فلزات

تکمیل شده توسط: دانشجوی U.I.Sh. SP - 15*.

بررسی شده توسط: Belyaeva L.S.

مقدمه 3

داستان کشف 5

حضور در طبیعت 7

گرفتن 8

خواص فیزیکی 9

خواص شیمیایی 11

برهمکنش پتاسیم با عناصر غیرفلزی 14

برهمکنش با هالوژن 14

برهمکنش با اکسیژن 14

تعامل با گوگرد 16

برهمکنش با نیتروژن 16

تعامل با فسفر 17

واکنش با کربن 18

تعامل با سیلیکون 19

تعامل با بور 19

برهمکنش پتاسیم با ترکیبات معدنی 20

تعامل با آب 20

برهمکنش با اسید کلریدریک 21

برهمکنش با اسید سولفوریک رقیق 21

برهمکنش با اسید سولفوریک غلیظ 21

برهمکنش با اسید نیتریک رقیق 22

برهمکنش با اسید نیتریک غلیظ 22

برهمکنش با مخلوط اسیدها 23

برهمکنش با محلول قلیایی 23

نمودارهای حالت 24

سیستم پتاسیم – سدیم 24

سیستم پتاسیم - جیوه 25

سیستم پتاسیم – روبیدیم 26

برنامه های کاربردی 27

مراجع 28

معرفی

بشریت بیش از یک قرن و نیم است که با پتاسیم آشنا بوده است. در یک سخنرانی در لندن در 20 نوامبر 1807، هامفری دیوی گزارش داد که با الکترولیز پتاسیم سوزاننده "گلوله های کوچکی با درخشش فلزی قوی ... برخی از آنها بلافاصله پس از تشکیل با انفجار سوختند." این پتاسیم بود.

پتاسیم یک فلز فوق العاده است. قابل توجه است نه تنها به این دلیل که می توان آن را با چاقو برش داد، در آب شناور شد، با انفجار شعله ور شد و می سوزد و شعله را بنفش می کند. و نه تنها به این دلیل که این عنصر یکی از فعال ترین مواد شیمیایی است. همه اینها را می توان طبیعی در نظر گرفت، زیرا با موقعیت فلز قلیایی پتاسیم در جدول تناوبی مطابقت دارد. پتاسیم به دلیل ضروری بودنش برای همه موجودات زنده قابل توجه است و به عنوان یک فلز "عجیب" قابل توجه است.

لطفا توجه داشته باشید: عدد اتمی آن 19، جرم اتمی آن 39، یک الکترون در لایه الکترونی بیرونی وجود دارد و ظرفیت آن 1+ است. به گفته شیمیدانان، این تحرک استثنایی پتاسیم در طبیعت را توضیح می دهد. بخشی از چند صد کانی است. در خاک، در گیاهان، در بدن انسان ها و حیوانات یافت می شود.

پتاسیم در همه گیاهان یافت می شود. کمبود پتاسیم منجر به مرگ گیاه می شود. تقریباً تمام پتاسیم به شکل یونی - K + در گیاهان یافت می شود. برخی از یون ها در شیره سلولی هستند و بخشی دیگر توسط عناصر ساختاری سلول جذب می شوند.

یون های پتاسیم در بسیاری از فرآیندهای بیوشیمیایی که در گیاه اتفاق می افتد نقش دارند. مشخص شده است که در سلول های گیاهی این یون ها عمدتاً در پروتوپلاسم یافت می شوند. آنها در هسته سلول یافت نمی شوند. در نتیجه، پتاسیم در فرآیندهای تولید مثل و انتقال خصوصیات ارثی دخالتی ندارد. اما حتی بدون این نیز نقش پتاسیم در زندگی گیاه بسیار زیاد و متنوع است.

پتاسیم در میوه ها، ریشه ها، ساقه ها و برگ ها وجود دارد و در اندام های رویشی معمولاً بیشتر از میوه ها وجود دارد. ویژگی دیگر: گیاهان جوان حاوی پتاسیم بیشتری نسبت به گیاهان قدیمی هستند. همچنین اشاره شده است که با افزایش سن اندام‌های گیاهی، یون‌های پتاسیم به نقاط شدیدترین رشد حرکت می‌کنند.

با کمبود پتاسیم، گیاهان کندتر رشد می کنند، برگ های آنها، به ویژه برگ های قدیمی، در لبه ها زرد و قهوه ای می شوند، ساقه نازک و شکننده می شود و دانه ها قابلیت حیات خود را از دست می دهند.

مشخص شده است که یون های پتاسیم سنتز مواد آلی را در سلول های گیاهی فعال می کنند. آنها تأثیر شدیدی بر فرآیندهای تشکیل کربوهیدرات دارند. اگر پتاسیم کافی نباشد، گیاه دی اکسید کربن را بدتر جذب می کند و فاقد «مواد خام» کربنی برای سنتز مولکول های کربوهیدرات جدید است. در همان زمان، فرآیندهای تنفسی تشدید می‌شوند و قندهای موجود در شیره سلولی اکسید می‌شوند. بنابراین، ذخایر کربوهیدرات در گیاهانی که خود را در رژیم غذایی گرسنگی می بینند (پتاسیم) دوباره پر نمی شوند، بلکه مصرف می شوند. میوه های چنین گیاهی - این به ویژه در میوه ها قابل توجه است - نسبت به گیاهانی که دوز معمولی پتاسیم دریافت کرده اند، شیرین تر خواهند بود. نشاسته نیز یک کربوهیدرات است، بنابراین محتوای آن در میوه ها به شدت تحت تأثیر پتاسیم است.

اما این همه ماجرا نیست. گیاهانی که پتاسیم کافی دریافت می کنند، خشکی و زمستان های یخبندان را راحت تر تحمل می کنند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که پتاسیم بر توانایی مواد کلوئیدی در سلول های گیاهی برای جذب آب و متورم شدن تأثیر می گذارد. پتاسیم کافی وجود ندارد - سلول ها رطوبت را بدتر جذب و حفظ می کنند، منقبض می شوند و می میرند.

ویژگی‌های کار با فلز پتاسیم: فلز پتاسیم می‌تواند باعث سوختگی بسیار شدید پوست شود، وقتی ذرات ریز پتاسیم وارد چشم می‌شوند، ضایعات شدید همراه با از دست دادن بینایی ایجاد می‌شود، بنابراین کار با فلز پتاسیم فقط با دستکش و عینک محافظ انجام می‌شود. پتاسیم مشتعل شده با روغن معدنی ریخته می شود یا با مخلوطی از تالک و NaCl پوشانده می شود. پتاسیم را در ظروف آهنی در بسته زیر لایه ای از نفت سفید یا روغن معدنی آب شده نگهداری کنید.

پتاسیم (لاتین Kalium)، K، عنصر شیمیایی گروه I از فرم کوتاه (گروه 1 از فرم بلند) سیستم تناوبی. عدد اتمی 19; جرم اتمی 39.0983; به فلزات قلیایی اشاره دارد. پتاسیم طبیعی از سه ایزوتوپ تشکیل شده است: 39 K (93.2581٪)، 40 K (0.0117٪؛ ضعیف رادیواکتیو، T 1/2 1.277 10 9 سال، β-واپاشی تا 40 Ca)، 41 K (6.7302٪). رادیوایزوتوپ هایی با اعداد جرمی 32-54 به طور مصنوعی به دست آمده اند.

مرجع تاریخیبرخی از ترکیبات پتاسیم در زمان های قدیم شناخته شده بودند، به عنوان مثال، کربنات پتاسیم K 2 CO 3 (به اصطلاح قلیایی گیاهی) از خاکستر چوب جدا شده و در ساخت صابون استفاده می شد. پتاسیم فلزی اولین بار توسط G. Davy در سال 1807 با الکترولیز هیدروکسید جامد مرطوب KOH بدست آمد و پتاسیم نامگذاری شد (به انگلیسی potassium از انگلیسی potash - نام کربنات پتاسیم). در سال 1809، نام "پتاسیم" (از عربی al-kali - پتاس) پیشنهاد شد. نام "پتاسیم" در بریتانیای کبیر، ایالات متحده آمریکا، فرانسه و سایر کشورها حفظ شده است. در روسیه، از سال 1840، نام "پتاسیم" استفاده شده است، همچنین در آلمان، اتریش و کشورهای اسکاندیناوی پذیرفته شده است.

شیوع در طبیعت. محتوای پتاسیم در پوسته زمین 2.6 درصد وزنی است. پتاسیم در طبیعت در حالت آزاد وجود ندارد. پتاسیم به مقدار قابل توجهی در سیلیکات‌های نفلین و لوسیت، فلدسپات‌ها (مثلاً ارتوکلاز) و میکاها (مثلاً مسکویت) یافت می‌شود. مواد معدنی پتاسیم خود - سیلویت، سیلوینیت، کارنالیت، کاینیت، لنگبینیت K 2 SO 4 ∙2MgSO 4 تجمع بزرگی از نمک های پتاسیم طبیعی را تشکیل می دهند. در نتیجه عمل آب و دی اکسید کربن، پتاسیم به ترکیبات محلول تبدیل می شود که تا حدی به دریاها منتقل می شود و تا حدی توسط خاک حفظ می شود. نمک های پتاسیم نیز در آب نمک دریاچه های نمک و آب نمک های زیرزمینی یافت می شوند.

خواص. پیکربندی لایه الکترونی بیرونی اتم پتاسیم 4s 1 است. در ترکیبات حالت اکسیداسیون +1 را نشان می دهد. انرژی های یونیزاسیون K 0 → K + → K 2 + به ترتیب 4.3407 و 31.8196 eV هستند. الکترونگاتیوی پالینگ 0.82; شعاع اتمی 220 pm، شعاع یون K + 152 pm (شماره هماهنگی 6).

پتاسیم یک فلز نرم به رنگ سفید مایل به نقره ای است. شبکه کریستالی مکعبی بدنه محور؛ مذاب 63.38 درجه سانتیگراد، جوش 759 درجه سانتیگراد، چگالی 856 کیلوگرم بر متر مکعب (20 درجه سانتیگراد). ظرفیت حرارتی 29.60 J/(mol K) در 298 K.

پتاسیم را می توان فشرده و نورد کرد، به راحتی با چاقو برش داد و در دمای پایین انعطاف پذیری را حفظ کرد. سختی برینل 0.4 مگاپاسکال

پتاسیم فلزی است که فعالیت شیمیایی بالایی دارد (پتاسیم در زیر لایه ای از بنزین، نفت سفید یا روغن معدنی ذخیره می شود). در شرایط عادی، پتاسیم با اکسیژن (اکسید K 2 O، پراکسید K 2 O 2، سوپراکسید KO 2 تشکیل می شود - محصول اصلی)، هالوژن ها (هالیدهای پتاسیم مربوطه)، هنگام گرم شدن - با گوگرد (سولفید K2S)، سلنیوم (سلنید K 2 Se)، تلوریم (K 2 Te تلورید)، با فسفر در جو نیتروژن (فسفید K 3 P و K 2 P5)، کربن (ترکیبات لایه ای از ترکیب KS 8 - KS 60)، هیدروژن (KN) هیدرید). پتاسیم تنها زمانی با نیتروژن برهمکنش می کند که در معرض تخلیه الکتریکی قرار گیرد (آزید KN 3 و نیترید K 3 N در مقادیر کمی تشکیل می شوند). پتاسیم با برخی از فلزات واکنش می دهد و ترکیبات بین فلزی یا محلول های جامد (آلیاژهای پتاسیم) را تشکیل می دهد. آلیاژهای سدیم که با فعالیت شیمیایی بالا مشخص می شوند، از بیشترین اهمیت عملی برخوردارند. از آلیاژ کردن فلزات در اتمسفر بی اثر یا با اثر سدیم فلزی روی هیدروکسید KOH یا کلرید KCl بدست می آید.

فلز پتاسیم یک عامل کاهنده قوی است: به شدت (در شرایط عادی با انفجار و اشتعال فلز) با آب واکنش می دهد (هیدروکسید پتاسیم KOH تشکیل می شود)، واکنش شدید (گاهی اوقات با انفجار) با اسیدها (نمک های مربوطه تشکیل می شود. به عنوان مثال دی کرومات پتاسیم، نیترات پتاسیم، پرمنگنات پتاسیم، فسفات پتاسیم، سیانید پتاسیم)، اکسیدهای B، Si، Al، Ag، Bi، Co، Cr، Cu، Hg، Ni، Pb، Sn، Ti را به عناصر کاهش می دهد. سولفات ها، سولفیت ها، نیترات ها، نیتریت ها، کربنات ها و فسفات های سایر فلزات - به اکسیدهای فلزات مربوطه. فلز پتاسیم به آرامی در آمونیاک مایع حل می شود و یک محلول آبی تیره با رسانایی فلزی تشکیل می دهد. فلز محلول به تدریج با آمونیاک واکنش می دهد و آمید تشکیل می دهد: 2K + 2NH 3 = 2KNH 2 + H 2. پتاسیم با ترکیبات آلی مختلف برهمکنش می‌کند: الکل‌ها (الکل‌ها تشکیل می‌شوند، برای مثال اتیلات C 2 H 5 OK)، استیلن (استیلنیدهای KS≡CH و KS≡SK)، آلکیل هالیدها (الکیل‌های پتاسیم، برای مثال اتیل پتاسیم C 2 H 5 K) و آریل هالیدها (آریل های پتاسیم، به عنوان مثال فنیل پتاسیم C 6 H 5 K). فلز پتاسیم واکنش‌های پلیمریزاسیون آلکن‌ها و دی‌ن‌ها را آغاز می‌کند. پتاسیم با لیگاندهای چند حلقه ای اهداکننده N و O (اترهای تاج، کریپتاندها و سایر یونوفورها)، ترکیبات پیچیده ای را تشکیل می دهد.

هنگام کار با پتاسیم، باید واکنش پذیری بالای آن، از جمله توانایی اشتعال در تماس با آب را در نظر گرفت. به دلایل ایمنی، باید از دستکش لاستیکی، عینک ایمنی یا ماسک استفاده کنید. مقدار زیادی پتاسیم باید در محفظه های مخصوص در فضای بی اثر (آرگون، نیتروژن) کار شود. برای خاموش کردن سوزاندن پتاسیم، از نمک خوراکی NaCl یا خاکستر سودا Na 2 CO 3 استفاده کنید.

نقش بیولوژیکی. پتاسیم یک عنصر بیوژنیک است. نیاز روزانه انسان به پتاسیم حدود 2 گرم در موجودات زنده است، یون های پتاسیم نقش مهمی در فرآیندهای تنظیم متابولیسم، به ویژه، انتقال یون ها از طریق غشای سلولی ایفا می کنند (به عنوان مثال، به مقاله پمپ های یون مراجعه کنید).

اعلام وصول. در صنعت، پتاسیم از کاهش هیدروکسید مذاب KOH یا کلرید KCl با فلز سدیم در یک ستون جریان مخالف و به دنبال آن تراکم بخار پتاسیم به دست می‌آید. روش‌های حرارتی خلاء برای تولید پتاسیم امیدوارکننده هستند، بر اساس کاهش کلرید KCl هنگام گرم شدن با مخلوط آلومینیوم یا سیلیکون با اکسید کلسیم (6Kl + 2Al + 4CaO = 6K + 3CaCl2 + CaO Al 2 O 3 یا 4Kl + 4CaO = 4K + 2CaCl 2 + 2CaO∙SiO 2)، و همچنین روشی مبتنی بر تولید یک آلیاژ پتاسیم با سرب با الکترولیز کربنات K 2 CO 3 یا کلرید KCl با کاتد سرب مذاب و تقطیر متعاقب آن آلیاژ پتاسیم حجم تولید جهانی پتاسیم حدود 28 تن در سال (2004) است.

کاربرد. پتاسیم فلزی ماده ای برای الکترودها در منابع انرژی شیمیایی، کاتالیزور در فرآیندهای تولید لاستیک مصنوعی است. ترکیبات مختلف پتاسیم به طور گسترده استفاده می شود: پراکسید K 2 O 2 و سوپرپراکسید KO 2 - اجزای ترکیبات برای بازسازی اکسیژن (در زیردریایی ها، فضاپیماها و سایر فضاهای بسته)، هیدرید KN - یک عامل کاهنده در سنتز شیمیایی، آلیاژ پتاسیم با سدیم. (10- 60٪ سدیم وزنی، مایع در دمای اتاق) - خنک کننده در راکتورهای هسته ای، یک عامل کاهنده در تولید تیتانیوم، یک معرف برای تصفیه گازها از اکسیژن و بخار آب. نمک های پتاسیم به عنوان کودهای پتاسیم و اجزای مواد شوینده استفاده می شود. مجتمع‌های پتاسیم با یونوفورها مدل‌هایی برای مطالعه انتقال یون‌های پتاسیم از طریق غشای سلولی هستند. رادیوایزوتوپ 42 K (T 1/2 12.36 ساعت) به عنوان یک شاخص رادیواکتیو در شیمی، پزشکی و زیست شناسی استفاده می شود.

نور: سدیم و پتاسیم. L., 1959; Stepin B. D., Tsvetkov A. A. شیمی معدنی. م.، 1994; شیمی معدنی: شیمی عناصر / ویرایش شده توسط Yu D. Tretyakov. M., 2004. T. 2.

پتاسیم نام عنصر شماره 19 در جدول تناوبی مندلیف است. این ماده معمولاً با حرف بزرگ K (از کلمه لاتین Kalium) نشان داده می شود. در نامگذاری شیمیایی روسیه، نام فعلی عنصر به لطف G.I. هس در سال 1831. در ابتدا پتاسیم را "الکالی" می نامیدند که از عربی به معنای "خاکستر گیاه" ترجمه شده است. این پتاسیم سوز آور بود که ماده ای برای اولین تولید این ماده شد. پتاسیم کاستیک نیز به نوبه خود از پتاس که محصول سوختن گیاهان (کربنات پتاسیم) بود استخراج می شد. کاشف آن اچ دیوی بود. شایان ذکر است که کربنات پتاسیم نمونه اولیه یک شوینده مدرن است. بعدها برای کودهای مورد استفاده در کشاورزی، تولید شیشه و سایر اهداف مورد استفاده قرار گرفت. در حال حاضر پتاس یک افزودنی غذایی است که ثبت رسمی شده است و آنها آموخته اند که پتاسیم را به روش های کاملا متفاوت استخراج کنند.

در طبیعت، پتاسیم را فقط می توان به صورت ترکیباتی با عناصر دیگر (به عنوان مثال، آب دریا یا مواد معدنی) یافت. این می تواند در مدت زمان نسبتاً کوتاهی در هوای آزاد اکسید شود و همچنین وارد واکنش های شیمیایی شود (به عنوان مثال ، هنگام تعامل پتاسیم با آب ، قلیایی تشکیل می شود).

جدول 1. ذخایر نمک پتاسیم (میلیون تن بر حسب k2o) و میانگین محتوای k2o در سنگ معدن، %

کشور، بخشی از جهان	ذخایر عمومی	رزرو تایید شد	درصد آنها از جهان است	محتوای متوسط
1	2	3	4	5
روسیه	19118	3658	31,4	17,8
اروپا	3296	2178	18,5	-
بلاروس	1568	1073	9,1	16
بریتانیای کبیر	30	23	0,2	14
آلمان	1200	730	6,2	14
اسپانیا	40	20	0,2	13
ایتالیا	40	20	0,2	11
لهستان	10	10	0,1	12
اوکراین	375	292	2,5	11
فرانسه	33	10	0,1	15
آسیا	2780	1263	10,8	-
اسرائيل	600	44	0,4	1,4
اردن	600	44	0,4	1,4
قزاقستان	102	54	0,5	8
چین	320	320	2,7	12
تایلند	150	75	0,6	2,5
ترکمنستان	850	633	5,4	11
ازبکستان	159	94	0,8	12
آفریقا	179	71	0,6	-
کنگو	40	10	0,1	15
تونس	34	19	0,2	1,5
اتیوپی	105	42	>0,4	25
	14915	4548	38,7	-
آرژانتین	20	15	0,1	12
برزیل	160	50	0,4	15
کانادا	14500	4400	37,5	23
مکزیک	10	-	0	12
ایالات متحده آمریکا	175	73	0,6	12
شیلی	50	10	0,1	3
جمع:	40288	11744	100	-

توضیحات پتاسیم

پتاسیم به شکل ساده خود یک فلز قلیایی است. با رنگ سفید نقره ای مشخص می شود. یک سطح تازه فوراً براق می شود. پتاسیم فلز نرمی است که به راحتی ذوب می شود. اگر ماده یا ترکیبات آن در شعله مشعل قرار گیرد، آتش رنگ صورتی مایل به بنفش پیدا می کند.

خواص فیزیکی پتاسیم

پتاسیم فلزی بسیار نرم است که به راحتی با چاقوی معمولی برش داده می شود. سختی برینل آن 400 kn/m2 (یا 0.04 kgf/mm2) است. دارای یک شبکه کریستالی مکعبی در مرکز بدنه (5 = 5.33 A). چگالی آن 0.862 g/cm 3 (20 0 C) است. این ماده در دمای 63.55 0 C شروع به ذوب شدن می کند و در 0 0 760 می جوشد. ضریب انبساط حرارتی آن برابر با 8.33 * 10 -5 (0-50 0 C) است. ظرفیت گرمایی ویژه آن در دمای 0 0 C 741.2 J/(kg*K) یا 0.177 cal/(g* 0 C) است. در همان دما، دارای مقاومت الکتریکی ویژه برابر با 7.118 * 10 -8 اهم * متر است. ضریب دمایی مقاومت الکتریکی فلز 5.8 * 10 -15 است.

پتاسیم بلورهای مکعبی، گروه فضایی I m3m، پارامترهای سلولی را تشکیل می دهد آ= 0.5247 نانومتر، Z = 2.

خواص شیمیایی

پتاسیم یک فلز قلیایی است. در این راستا، خواص فلزی پتاسیم به طور معمول مانند سایر فلزات مشابه خود را نشان می دهد. این عنصر فعالیت شیمیایی قوی خود را نشان می دهد و علاوه بر این، به عنوان یک عامل کاهنده قوی نیز عمل می کند، همانطور که در بالا ذکر شد، فلز به طور فعال با هوا واکنش می دهد، همانطور که با ظاهر شدن فیلم ها بر روی سطح آن مشهود است که در نتیجه رنگ آن تغییر می کند. کدر. این واکنش را می توان با چشم غیر مسلح مشاهده کرد. اگر پتاسیم برای مدت زمان کافی در تماس با جو باشد، احتمال نابودی کامل آن وجود دارد. هنگامی که با آب واکنش می دهد، یک انفجار مشخص رخ می دهد. این به دلیل هیدروژن آزاد شده است که با یک شعله بنفش مایل به صورتی مشتعل می شود. و هنگامی که فنل فتالئین به آبی که با پتاسیم واکنش می دهد اضافه می شود، رنگ زرشکی به خود می گیرد که نشان دهنده واکنش قلیایی هیدروکسید پتاسیم حاصله (KOH) است.

هنگامی که یک فلز با عناصری مانند Na، Tl، Sn، Pb، Bi تعامل می کند، ترکیبات بین فلزی تشکیل می شود.

ویژگی های مشخص شده پتاسیم نشان دهنده نیاز به رعایت قوانین و شرایط ایمنی خاص در هنگام نگهداری ماده است. بنابراین، این ماده باید با یک لایه بنزین، نفت سفید یا سیلیکون پوشانده شود. این کار برای از بین بردن کامل تماس آن با هوا یا آب انجام می شود.

شایان ذکر است که در دمای اتاق، فلز با هالوژن ها واکنش می دهد. اگر آن را کمی گرم کنید، به راحتی با گوگرد تعامل می کند. اگر دما افزایش یابد، پتاسیم می تواند با سلنیوم و تلوریم ترکیب شود. اگر در اتمسفر هیدروژنی دما را به بیش از 200 درجه سانتیگراد افزایش دهید، هیدرید KH تشکیل می شود که می تواند بدون کمک خارجی مشتعل شود. بدون کمک دیگری. پتاسیم به هیچ وجه با نیتروژن برهمکنش نمی کند، حتی اگر شرایط مناسب برای این امر (افزایش دما و فشار) ایجاد شود. با این حال، این دو ماده را می توان با تأثیرگذاری بر آنها با تخلیه الکتریکی در تماس قرار داد. در این حالت، آزید پتاسیم KN 3 و نیترید پتاسیم K 3 N دریافت می کنید. اگر گرافیت و پتاسیم را با هم گرم کنید، نتیجه کاربیدهای KC 8 (در دمای 300 درجه سانتیگراد) و KC 16 (در دمای 360 درجه سانتیگراد) است.

هنگامی که پتاسیم و الکل ها واکنش نشان می دهند، الکلات ها به دست می آیند. علاوه بر این، پتاسیم به طور قابل توجهی روند پلیمریزاسیون الفین ها و دیولفین ها را سرعت می بخشد. هالوآلکیل ها و هالوآریل ها همراه با عنصر نوزدهم منجر به آلکیل های پتاسیم و آریل های پتاسیم می شوند.

جدول 2. خواص شیمیایی پتاسیم

مشخصه	معنی
خواص اتم
نام، نماد، شماره	پتاسیم / کالیوم (K)، 19
جرم اتمی (جرم مولی)	39.0983 (1) الف. e.m (g/mol)
پیکربندی الکترونیکی	4s1
شعاع اتمی	ساعت 235 بعد از ظهر
خواص شیمیایی
شعاع کووالانسی	ساعت 203 بعد از ظهر
شعاع یونی	ساعت 133 بعد از ظهر
الکترونگاتیوی	0.82 (مقیاس پالینگ)
پتانسیل الکترود	-2.92 V
حالت های اکسیداسیون	0; +1
انرژی یونیزاسیون (الکترون اول)	418.5 (4.34) kJ/mol (eV)
خواص ترمودینامیکی یک ماده ساده
چگالی (در شرایط عادی)	0.856 گرم بر سانتی متر مکعب
دمای ذوب	336.8K; 63.65 درجه سانتی گراد
دمای جوش	1047K; 773.85 درجه سانتی گراد
Ud. گرمای همجوشی	2.33 کیلوژول بر مول
Ud. گرمای تبخیر	76.9 کیلوژول بر مول
ظرفیت حرارتی مولی	29.6 J/(K mol)
حجم مولی	45.3 cm³/mol
شبکه کریستالی از یک ماده ساده
ساختار مشبک	مکعبی بدن محور
پارامترهای شبکه	5.332 Å
دمای دبای	100 هزار

ساختار الکترونیکی اتم پتاسیم

پتاسیم دارای یک هسته اتمی با بار مثبت (19+). در وسط این اتم 19 پروتون و 19 نوترون وجود دارد که توسط چهار مدار احاطه شده اند که 19 الکترون در حرکت ثابت هستند. الکترون ها در اوربیتال ها به ترتیب زیر توزیع می شوند:

1س 2 2س 2 2پ 6 3س 2 3پ 6 4س 1 .

سطح انرژی بیرونی یک اتم فلز تنها حاوی 1 الکترون ظرفیت است. این واقعیت را توضیح می دهد که در تمام ترکیبات، پتاسیم ظرفیتی برابر با 1 دارد. برخلاف لیتیوم و سدیم، این الکترون در فاصله بیشتری از هسته اتم قرار دارد. این دلیل افزایش فعالیت شیمیایی پتاسیم است که در مورد دو فلز ذکر شده نمی توان گفت. بنابراین، پوسته الکترونی بیرونی پتاسیم با پیکربندی زیر نشان داده می شود:

علیرغم وجود جای خالی 3 پ- و 3 د-اوربیتال ها، هیچ حالت برانگیخته ای وجود ندارد.

محتوای مقاله

پتاسیم(کالیوم) K، عنصر شیمیایی 1 (Ia) از گروه جدول تناوبی، متعلق به عناصر قلیایی است. عدد اتمی 19، جرم اتمی 39.0983. از دو ایزوتوپ پایدار 39 K (93.259٪) و 41 K (6.729٪) و همچنین یک ایزوتوپ رادیواکتیو 40 K با نیمه عمر ~ 10 9 سال تشکیل شده است. این ایزوتوپ در طبیعت نقش ویژه ای دارد. سهم آن در مخلوط ایزوتوپ‌ها تنها 01/0 درصد است، اما تقریباً منشأ تمام آرگون 40 آر موجود در جو زمین است که در طی واپاشی رادیواکتیو 40 K تشکیل می‌شود. علاوه بر این، 40 K در تمام موجودات زنده وجود دارد. موجودات زنده، که ممکن است تأثیر خاصی بر رشد آنها داشته باشد.

ایزوتوپ 40 K برای تعیین سن سنگ ها با استفاده از روش پتاسیم آرگون استفاده می شود. ایزوتوپ مصنوعی 42 K با نیمه عمر 15.52 سال به عنوان ردیاب رادیواکتیو در پزشکی و زیست شناسی استفاده می شود.

حالت اکسیداسیون +1.

ترکیبات پتاسیم از زمان های قدیم شناخته شده است. پتاس - کربنات پتاسیم K 2 CO 3 - مدتهاست که از خاکستر چوب جدا شده است.

فلز پتاسیم با الکترولیز هیدروکسید پتاسیم مذاب (KOH) در سال 1807 توسط شیمیدان و فیزیکدان انگلیسی هامفری دیوی تهیه شد. نام "پتاسیم" انتخاب شده توسط دیوی منشا این عنصر در پتاس است. نام لاتین این عنصر از نام عربی پتاس - "الکالی" گرفته شده است. کلمه "پتاسیم" در سال 1831 توسط هرمان هس (1802-1850) آکادمیک سنت پترزبورگ وارد نامگذاری شیمیایی روسیه شد.

توزیع پتاسیم در طبیعت و استخراج صنعتی آن.

ذخایر بزرگ نمک پتاسیم به شکل نسبتاً خالص در نتیجه تبخیر دریاهای باستانی تشکیل شد. مهمترین مواد معدنی پتاسیم برای صنایع شیمیایی سیلوین (KCl) و سیلوینیت (نمک مخلوط NaCl و KCl) هستند. پتاسیم همچنین به شکل دو کلرید KCl MgCl 2 6H 2 O (کارنالیت) و سولفات K 2 Mg 2 (SO 4) 3 (لانگبینیت) یافت می شود. لایه های عظیم نمک های پتاسیم برای اولین بار در سال 1856 در استاسفورت (آلمان) کشف شد. پتاس از آنها در مقیاس صنعتی از سال 1861 تا 1972 استخراج شد.

آب اقیانوس ها حاوی حدود 0.06 درصد کلرید پتاسیم است. در برخی از آب های داخلی، مانند دریاچه نمک یا دریای مرده، غلظت آن می تواند به 1.5٪ برسد که استخراج عنصر را از نظر اقتصادی امکان پذیر می کند. کارخانه عظیمی در اردن ساخته شده است که می تواند میلیون ها تن نمک پتاسیم را از دریای مرده استخراج کند.

اگرچه سدیم و پتاسیم تقریباً به یک اندازه در سنگ‌ها فراوان هستند، اقیانوس‌ها حدود 30 برابر کمتر از سدیم پتاسیم دارند. این به ویژه به دلیل این واقعیت است که نمک های پتاسیم حاوی کاتیون بزرگتر، کمتر از نمک های سدیم محلول هستند و پتاسیم به دلیل تبادل یونی در خاک رس، در سیلیکات های پیچیده و آلومینوسیلیکات های خاک محکم تر است. علاوه بر این، پتاسیمی که از سنگ ها شسته می شود، به میزان بیشتری توسط گیاهان جذب می شود. تخمین زده می شود که از هزار اتم پتاسیم آزاد شده توسط هوازدگی شیمیایی، تنها دو اتم به حوضه های دریایی می رسند و 998 اتم در خاک باقی می مانند. آکادمیک الکساندر اوگنیویچ فرسمن (1883-1945) می نویسد: "خاک پتاسیم را جذب می کند و این قدرت معجزه آسای آن است."

پتاسیم یک عنصر ضروری برای زندگی گیاهان است و رشد گیاهان وحشی اغلب به دلیل در دسترس بودن پتاسیم محدود می شود. با کمبود پتاسیم، گیاهان کندتر رشد می کنند، برگ های آنها، به ویژه برگ های قدیمی، در لبه ها زرد و قهوه ای می شوند، ساقه نازک و شکننده می شود و دانه ها قابلیت حیات خود را از دست می دهند. میوه های چنین گیاهی - این به ویژه در میوه ها قابل توجه است - نسبت به گیاهانی که دوز معمولی پتاسیم دریافت کرده اند، شیرین تر خواهند بود. کمبود پتاسیم با کودها جبران می شود.

کودهای پتاسیم نوع اصلی فرآورده های پتاسیم دار (95%) هستند. KCl بیشترین استفاده را دارد و بیش از 90 درصد پتاسیم مورد استفاده به عنوان کود را تشکیل می دهد.

تولید جهانی کودهای پتاس در سال 2003 حدود 27.8 میلیون تن برآورد شد (از نظر K 2 O، محتوای پتاسیم در کودهای پتاس معمولاً به K 2 O تبدیل می شود). از این تعداد 33 درصد در کانادا تولید شده است. انجمن های تولید Uralkali و Belaruskali 13 درصد از تولید جهانی کودهای پتاس را تشکیل می دهند.

مشخصات مواد ساده و تولید صنعتی فلز پتاسیم.

پتاسیم یک فلز نرم و سفید مایل به نقره ای با نقطه ذوب 63.51 درجه سانتیگراد و نقطه جوش 761 درجه سانتیگراد است. به شعله رنگ قرمز بنفش مشخصی می دهد که با سهولت تحریک الکترون های بیرونی آن همراه است.

از نظر شیمیایی بسیار فعال است، به راحتی با اکسیژن برهمکنش می‌کند و وقتی در هوا گرم می‌شود مشتعل می‌شود. محصول اصلی این واکنش سوپراکسید پتاسیم KO 2 است.

با آب و اسیدهای رقیق، پتاسیم با انفجار و اشتعال واکنش نشان می دهد. اسید سولفوریک به سولفید هیدروژن، گوگرد و دی اکسید گوگرد و اسید نیتریک به اکسیدهای نیتروژن و N 2 احیا می شود.

هنگامی که پتاسیم در دمای 200 تا 350 درجه سانتیگراد گرم می شود، با هیدروژن واکنش می دهد و هیدرید KH را تشکیل می دهد. فلز پتاسیم در یک جو فلوئور مشتعل می شود، با کلر مایع ضعیف واکنش می دهد، اما در تماس با برم و تراشیدن با ید منفجر می شود. پتاسیم با کلکوژن و فسفر واکنش می دهد. با گرافیت در دمای 250-500 درجه سانتی گراد، ترکیبات لایه ای از ترکیب C 8 K-C 60 K را تشکیل می دهد.

پتاسیم در آمونیاک مایع (35.9 گرم در هر 100 میلی لیتر در دمای 70- درجه سانتیگراد) حل می شود و محلول های آبی روشن با خواص غیر معمول را تشکیل می دهد. این پدیده ظاهراً اولین بار توسط سر همفری دیوی در سال 1808 مشاهده شد. محلول های پتاسیم در آمونیاک مایع از زمانی که توسط تی ویل در سال 1863 به دست آمد به طور گسترده ای مورد مطالعه قرار گرفته است.

پتاسیم در لیتیوم، منیزیم، کادمیوم، روی، آلومینیوم و گالیم مایع حل نمی شود و با آنها واکنش نمی دهد. با سدیم یک ترکیب بین فلزی KNa 2 تشکیل می دهد که با تجزیه در دمای 7 درجه سانتی گراد ذوب می شود. با روبیدیم و سزیم، پتاسیم محلول های جامد با حداقل نقطه ذوب حدود 35 درجه سانتی گراد می دهد. با جیوه ملغمه ای حاوی دو جیوه KHg 2 و تشکیل می دهد. KHg با نقطه ذوب به ترتیب 270 و 180 درجه سانتیگراد.

پتاسیم به شدت با بسیاری از اکسیدها واکنش نشان می دهد و آنها را به مواد ساده تبدیل می کند. با الکل ها الکلات تشکیل می دهد.

برخلاف سدیم، پتاسیم را نمی توان با الکترولیز کلرید مذاب به دست آورد، زیرا پتاسیم به خوبی در کلرید مذاب حل می شود و به سطح شناور نمی شود. یک مشکل اضافی با تشکیل سوپراکسید ایجاد می شود که با فلز پتاسیم به صورت انفجاری واکنش می دهد، بنابراین روش تولید صنعتی فلز پتاسیم کاهش کلرید پتاسیم مذاب با فلز سدیم در دمای 850 درجه سانتی گراد است.

کاهش کلرید پتاسیم با سدیم، در نگاه اول، با ترتیب معمول واکنش پذیری در تضاد است (پتاسیم واکنش پذیرتر از سدیم است). با این حال، در 850-880 درجه سانتیگراد تعادل برقرار می شود:

Na(g) + K + (l) Na + (l) + K(g)

از آنجایی که پتاسیم فرارتر است، زودتر تبخیر می شود، که تعادل را تغییر می دهد و واکنش را تقویت می کند. تقطیر جزئی در یک ستون بسته بندی شده می تواند پتاسیمی با خلوص 99.5 درصد تولید کند، اما معمولاً از مخلوط پتاسیم و سدیم برای حمل و نقل استفاده می شود. آلیاژهای حاوی 15 تا 55 درصد سدیم (در دمای اتاق) مایع هستند، بنابراین حمل و نقل آنها آسان تر است.

گاهی اوقات پتاسیم از کلرید توسط عناصر دیگری که اکسیدهای پایدار را تشکیل می دهند کاهش می یابد:

6KCl + 2Al + 4CaO = 3CaCl 2 + CaO Al 2 O 3 + 6K

فلز پتاسیم که تولید آن دشوارتر و گرانتر از سدیم است، در مقادیر بسیار کمتر تولید می شود (تولید جهانی حدود 500 تن در سال). یکی از مهمترین زمینه های کاربرد، تولید سوپراکسید KO 2 با احتراق مستقیم فلز است.

فلز پتاسیم به عنوان کاتالیزور در تولید انواع خاصی از لاستیک مصنوعی و همچنین در عمل آزمایشگاهی استفاده می شود. آلیاژی از پتاسیم و سدیم به عنوان خنک کننده در راکتورهای هسته ای عمل می کند. همچنین یک عامل کاهنده در تولید تیتانیوم است.

پتاسیم باعث سوختگی شدید پوست می شود. اگر حتی کوچکترین خرده ها وارد چشم شما شود، بینایی ممکن است رخ دهد. پتاسیم مشتعل شده با روغن معدنی ریخته می شود یا با مخلوطی از تالک و کلرید سدیم پوشانده می شود.

پتاسیم را در جعبه های مهر و موم شده در زیر لایه ای از نفت سفید یا روغن معدنی خشک شده نگهداری کنید. ضایعات پتاسیم با تصفیه آن با اتانول یا پروپانول خشک و سپس تجزیه الکل های حاصل با آب دفع می شوند.

ترکیبات پتاسیم

پتاسیم ترکیبات دوتایی و نمک های متعددی را تشکیل می دهد. تقریباً تمام نمک های پتاسیم بسیار محلول هستند. استثناها عبارتند از:

KHC 4 H 4 O 6 - تارتارات هیدروژن پتاسیم

KClO 4 - پرکلرات پتاسیم

K 2 Na 6H 2 O - سدیم دی پتاسیم هگزانیتروکبالتات (III) هیدرات

K2 - هگزا کلروپلاتینات پتاسیم (IV)

اکسید پتاسیم K 2 O بلورهای زرد رنگ را تشکیل می دهد. با حرارت دادن پتاسیم با هیدروکسید پتاسیم، پراکسید، نیترات یا نیتریت تهیه می شود:

2KNO 2 + 6K = 4K 2 O + N 2

حرارت دادن مخلوطی از پتاسیم آزید KN 3 و نیتریت پتاسیم یا اکسیداسیون پتاسیم محلول در آمونیاک مایع با مقدار محاسبه شده اکسیژن نیز استفاده می شود.

اکسید پتاسیم یک فعال کننده آهن اسفنجی است که به عنوان کاتالیزور در سنتز آمونیاک استفاده می شود.

پراکسید پتاسیمبدست آوردن K2O2 از مواد ساده دشوار است، زیرا به راحتی به سوپر اکسید KO2 اکسید می شود، بنابراین اکسیداسیون فلز با NO استفاده می شود. با این حال، بهترین روش برای تهیه آن، اکسیداسیون کمی فلز محلول در آمونیاک مایع است.

پراکسید پتاسیم را می توان به عنوان نمک اسید دی بازیک H 2 O 2 در نظر گرفت. بنابراین، هنگامی که با اسیدها یا آب در سرما تعامل می کند، پراکسید هیدروژن به طور کمی تشکیل می شود.

سوپراکسید پتاسیم KO 2 (نارنجی) از احتراق معمولی فلز در هوا تشکیل می شود. این ترکیب به عنوان منبع پشتیبان اکسیژن در ماسک های تنفسی در معادن، زیردریایی ها و فضاپیماها استفاده می شود.

با تجزیه حرارتی دقیق KO 2 ، sesquioxide "K 2 O 3" به شکل یک پودر پارامغناطیس تیره تشکیل می شود که همچنین می تواند با اکسیداسیون فلز محلول در آمونیاک مایع یا با اکسیداسیون کنترل شده پراکسید به دست آید. فرض می شود که پراکسید دیناد پراکسید [(K +) 4 (O 2 2-) (O 2 -) 2 ] باشد.

ازونید پتاسیم KO 3 را می توان با اثر ازن بر روی پودر هیدروکسید پتاسیم بی آب در دمای پایین و به دنبال آن استخراج محصول (قرمز) با آمونیاک مایع به دست آورد. به عنوان جزئی از ترکیبات برای بازسازی هوا در سیستم های بسته استفاده می شود.

پتاسیم هیدروکسید KOH یک پایه قوی است و متعلق به قلیاها است. نام سنتی آن "پتاسیم سوزاننده" نشان دهنده اثر خورنده این ماده بر بافت زنده است.

در صنعت، هیدروکسید پتاسیم از الکترولیز محلول های آبی کلرید پتاسیم یا کربنات با کاتد آهن یا جیوه (تولید جهانی حدود 0.7 میلیون تن در سال) تولید می شود. پس از جداسازی رسوبات حاصل از واکنش کربنات پتاسیم با هیدروکسید کلسیم یا سولفات پتاسیم با هیدروکسید باریم، هیدروکسید پتاسیم را می توان از فیلتر جدا کرد.

از هیدروکسید پتاسیم برای تولید صابون مایع و ترکیبات مختلف پتاسیم استفاده می شود. علاوه بر این، به عنوان یک الکترولیت در باتری های قلیایی عمل می کند.

فلوراید پتاسیم KF ماده معدنی کمیاب کاروبیت را تشکیل می دهد. فلوراید پتاسیم از واکنش محلول های آبی هیدروژن فلوراید یا آمونیوم فلوراید با هیدروکسید پتاسیم یا نمک های آن به دست می آید.

فلوراید پتاسیم برای سنتز ترکیبات مختلف پتاسیم حاوی فلوئور، به عنوان یک عامل فلوئور کننده در سنتز آلی و همچنین به عنوان جزئی از بتونه های مقاوم در برابر اسید و شیشه های مخصوص استفاده می شود.

کلرید پتاسیم KCl به طور طبیعی رخ می دهد. مواد اولیه جداسازی آن سیلوین، سیلوینیت و کارنالیت است.

کلرید پتاسیم از سیلوینیت با استفاده از روش های هالورژی و فلوتاسیون به دست می آید. گالورژی (از یونانی به عنوان "کار نمک" ترجمه شده است) شامل مطالعه ترکیب و خواص مواد خام طبیعی نمک و توسعه روش هایی برای تولید صنعتی نمک های معدنی از آنها است. روش جداسازی هالورژیکی بر اساس حلالیت های مختلف KCl و NaCl در آب در دماهای بالا است. در دماهای معمولی، حلالیت کلریدهای پتاسیم و سدیم تقریباً یکسان است. با افزایش دما، حلالیت کلرید سدیم تقریباً بدون تغییر باقی می ماند، اما حلالیت کلرید پتاسیم به شدت افزایش می یابد. محلول اشباع هر دو نمک در سرما تهیه می شود، سپس حرارت داده می شود و سیلوینیت با آن درمان می شود. در این حالت، محلول علاوه بر آن با کلرید پتاسیم اشباع می شود و بخشی از کلرید سدیم از محلول جابجا شده، رسوب می کند و با فیلتراسیون جدا می شود. محلول سرد می شود و کلرید پتاسیم اضافی از آن متبلور می شود. کریستال ها در سانتریفیوژها جدا شده و خشک می شوند و مشروب مادر برای پردازش بخش جدیدی از سیلوینیت استفاده می شود. برای جداسازی کلرید پتاسیم از این روش بیشتر از روش فلوتاسیون استفاده می شود که بر اساس ترشوندگی متفاوت مواد است.

کلرید پتاسیم رایج ترین کود پتاس است. جدای از کاربرد آن به عنوان کود، عمدتاً برای تولید هیدروکسید پتاسیم از طریق الکترولیز استفاده می شود. سایر ترکیبات پتاسیم نیز از آن به دست می آید.

پتاسیم بروماید KBr از واکنش برم با هیدروکسید پتاسیم در حضور آمونیاک و همچنین از واکنش برم یا برمیدها با نمک های پتاسیم به دست می آید.

پتاسیم بروماید به طور گسترده در عکاسی استفاده می شود. اغلب به عنوان منبع برم در سنتز آلی عمل می کند. پیش از این، برمید پتاسیم به عنوان یک آرام بخش در پزشکی ("برم") استفاده می شد. تک بلورهای بروماید پتاسیم در ساخت منشورهای طیف سنج IR و همچنین به عنوان ماتریس برای ثبت طیف IR جامدات استفاده می شود.

یدید پتاسیم KI کریستال های بی رنگی را تشکیل می دهد که در نور به دلیل اکسیداسیون توسط اکسیژن اتمسفر و آزاد شدن ید مایل به زرد می شوند. بنابراین، یدید پتاسیم در بطری های شیشه ای تیره ذخیره می شود.

یدید پتاسیم از واکنش ید با هیدروکسید پتاسیم در حضور اسید فرمیک یا پراکسید هیدروژن و همچنین از واکنش های تبادل یدیدها با نمک های پتاسیم به دست می آید. با اسید نیتریک به یدات پتاسیم KIO 3 اکسید می شود. یدید پتاسیم با ید واکنش می دهد و یک کمپلکس محلول در آب تشکیل می دهد و با کلر و برم به ترتیب K و K می دهد.

یدید پتاسیم به عنوان یک دارو در پزشکی انسانی و دامپزشکی استفاده می شود. این یک معرف در یدومتری است. یدید پتاسیم یک عامل ضد فویل در عکاسی، یک جزء الکترولیت در مبدل های الکتروشیمیایی، یک افزودنی برای افزایش حلالیت ید در آب و حلال های قطبی، یک میکروکود است.

سولفید پتاسیم K 2 S در آب بسیار محلول است. در طول هیدرولیز، یک محیط قلیایی در محلول ایجاد می کند:

K 2 S = 2K + + S 2– ; S 2– + H 2 O HS – + OH –

سولفید پتاسیم به راحتی در هوا اکسید می شود و در هنگام اشتعال می سوزد. از واکنش پتاسیم یا کربنات پتاسیم با گوگرد بدون دسترسی به هوا و همچنین با کاهش سولفات پتاسیم با کربن به دست می آید.

سولفید پتاسیم جزء امولسیون های حساس به نور در عکاسی است. به عنوان یک معرف تحلیلی برای جداسازی سولفیدهای فلزی و به عنوان جزئی از ترکیبات برای درمان پوست استفاده می شود.

هنگامی که یک محلول آبی با سولفید هیدروژن اشباع می شود، هیدروسولفید پتاسیم KHS تشکیل می شود که می تواند به شکل کریستال های بی رنگ جدا شود. در شیمی تجزیه برای جداسازی فلزات سنگین استفاده می شود.

با حرارت دادن سولفید پتاسیم با گوگرد، پلی سولفیدهای پتاسیم زرد یا قرمز KS بدست می آید. n (n= 2-6). محلول های آبی پلی سولفیدهای پتاسیم را می توان با جوشاندن محلول های هیدروکسید پتاسیم یا سولفید با گوگرد به دست آورد. هنگامی که کربنات پتاسیم با گوگرد اضافی در هوا پخته می شود، به اصطلاح کبد گوگرد تشکیل می شود - مخلوط KS. nو K 2 S 2 O 3 .

از پلی سولفیدها برای سولفیداسیون فولاد و چدن استفاده می شود. گوگرد کبد به عنوان دارو برای درمان بیماری های پوستی و به عنوان آفت کش استفاده می شود.

سولفات پتاسیم K 2 SO 4 به طور طبیعی در رسوبات نمک های پتاسیم و در آب های دریاچه های نمک وجود دارد. می توان آن را با واکنش تبادلی بین کلرید پتاسیم و اسید سولفوریک یا سولفات های عناصر دیگر به دست آورد.

سولفات پتاسیم به عنوان کود استفاده می شود. این ماده گرانتر از کلرید پتاسیم است، اما رطوبت گیر نیست و برخلاف کلرید پتاسیم، سولفات پتاسیم را می توان در هر خاکی از جمله خاک های شور استفاده کرد.

زاج و سایر ترکیبات پتاسیم از سولفات پتاسیم به دست می آیند. بخشی از هزینه تولید شیشه است.

نیترات پتاسیم KNO 3 یک عامل اکسید کننده قوی است. اغلب به آن نیترات پتاسیم می گویند. در طبیعت، در هنگام تجزیه مواد آلی در نتیجه فعالیت باکتری های نیتریف کننده تشکیل می شود.

نیترات پتاسیم از واکنش تبادل بین کلرید پتاسیم و نیترات سدیم و همچنین از اثر اسید نیتریک یا گازهای نیتروژن بر روی کربنات یا کلرید پتاسیم به دست می آید.

نیترات پتاسیم یک کود عالی حاوی پتاسیم و نیتروژن است اما به دلیل هزینه بالای تولید کمتر از کلرید پتاسیم استفاده می شود. نیترات پتاسیم همچنین برای ساخت پودر سیاه و ترکیبات پیروتکنیک، در تولید کبریت و شیشه استفاده می شود. به علاوه در کنسرو کردن فرآورده های گوشتی نیز استفاده می شود.

کربنات پتاسیم K 2 CO 3 نیز پتاس نامیده می شود. از اثر دی اکسید کربن روی محلول های هیدروکسید پتاسیم یا سوسپانسیون های کربنات منیزیم در حضور کلرید پتاسیم به دست می آید. این یک محصول جانبی در طی پردازش نفلین به آلومینا است.

مقدار قابل توجهی کربنات پتاسیم در خاکستر گیاه وجود دارد. بیشترین پتاسیم در خاکستر آفتابگردان - 36.3٪ است. اکسید پتاسیم به میزان قابل توجهی در خاکستر هیزم کمتر است - از 3.2٪ (هیزم صنوبر) تا 13.8٪ (هیزم توس). حتی پتاسیم کمتری در خاکستر ذغال سنگ نارس وجود دارد.

کربنات پتاسیم در درجه اول برای تولید شیشه با کیفیت بالا مورد استفاده در لنزهای نوری، لوله های تلویزیون رنگی و لامپ های فلورسنت استفاده می شود. همچنین در تولید چینی، رنگ و رنگدانه استفاده می شود.

پتاسیم پرمنگنات KMnO 4 بلورهای بنفش تیره را تشکیل می دهد. محلول های این ماده دارای رنگ بنفش قرمز است. پرمنگنات پتاسیم از اکسیداسیون آندی منگنز یا فرومنگنز در یک محیط قوی قلیایی به دست می آید.

پرمنگنات پتاسیم یک عامل اکسید کننده قوی است. به عنوان یک عامل سفید کننده، سفید کننده و پاک کننده استفاده می شود. همچنین در سنتز آلی، به عنوان مثال، در تولید ساخارین استفاده می شود.

هیدرید پتاسیم KH یک جامد سفید رنگ است که با حرارت دادن به مواد ساده تجزیه می شود. هیدرید پتاسیم قوی ترین عامل احیا کننده است. در هوای مرطوب و در محیط های حاوی فلوئور یا کلر مشتعل می شود. هیدرید پتاسیم را می توان حتی با عوامل اکسید کننده ضعیف مانند آب و دی اکسید کربن اکسید کرد:

KH + H 2 O = KOH + H 2

KH + CO 2 = K (HCOO) (فرمت پتاسیم)

هیدرید پتاسیم همچنین با اسیدها و الکل ها واکنش می دهد که ممکن است باعث آتش سوزی شود. سولفید هیدروژن، کلرید هیدروژن و سایر مواد حاوی هیدروژن (I) را کاهش می دهد:

2KH + H 2 S = K 2 S + 2H 2

KH + HCl = KCl + H2

هیدرید پتاسیم به عنوان یک عامل کاهنده در سنتزهای معدنی و آلی استفاده می شود.

سیانید پتاسیم KCN که به عنوان سیانید پتاسیم شناخته می شود، بلورهای بی رنگی را تشکیل می دهد که در آب و برخی از حلال های غیر آبی بسیار محلول هستند. در محلول آبی با آزاد شدن هیدروژن سیانید HCN به تدریج هیدرولیز می شود و با جوشاندن محلول های آبی به فرمت پتاسیم و آمونیاک تجزیه می شود.

در حضور سیانید پتاسیم، واکنش‌های غیرمعمولی ممکن است رخ دهد، به عنوان مثال، مس با آب واکنش می‌دهد و هیدروژن را از آن آزاد می‌کند و دی سیانوکپرات پتاسیم (I) را تشکیل می‌دهد:

در شرایط مشابه، تعامل در مورد طلا رخ می دهد. درست است که این فلز کمتر فعال نمی تواند توسط آب اکسید شود، اما در حضور اکسیژن به شکل یک کمپلکس سیانو - دی سیانوآئورات پتاسیم (I) به محلول تبدیل می شود:

4Au + 8KCN + 2H 2 O + O 2 = 4K + 4NaOH

سیانید پتاسیم از واکنش سیانید هیدروژن با هیدروکسید پتاسیم اضافی تهیه می شود. این معرف برای استخراج نقره و طلا از سنگ معدن کم عیار، جزء الکترولیت ها برای خالص سازی پلاتین از نقره و برای آبکاری طلاکاری و نقره است. سیانید پتاسیم به عنوان یک معرف در تجزیه و تحلیل شیمیایی برای تعیین نقره، نیکل و جیوه استفاده می شود.

سیانید پتاسیم بسیار سمی است. دوز کشنده برای انسان 120 میلی گرم است.

اتصالات پیچیده. پتاسیم پایدارترین ترکیبات پیچیده را با لیگاندهای چند دندانه (مولکول‌ها یا یون‌هایی که می‌توانند با چندین پیوند به یک اتم متصل شوند) تشکیل می‌دهند، به عنوان مثال، با پلی‌اترهای ماکروسیکلیک (اترهای تاج‌ای).

اترهای تاج (از انگلیسی تاج - تاج) حاوی بیش از 11 اتم در حلقه هستند که حداقل چهار اتم آن اتم اکسیژن است. در نام‌های بی‌اهمیت اترهای تاج، تعداد کل اتم‌های حلقه و تعداد اتم‌های اکسیژن با اعداد مشخص می‌شوند که به ترتیب قبل و بعد از کلمه "تاج" قرار می‌گیرند. چنین اسامی بسیار کوتاهتر از نامهای سیستماتیک هستند. به عنوان مثال، 12-crown-4 (شکل 1) طبق نامگذاری بین المللی، 1،4،7،10،13-tetraoxocyclododecane نامیده می شود.

برنج. 1. فرمول گرافیکی 12-تاج-4 ترکیبات.

اترهای تاج کمپلکس های پایداری با کاتیون های فلزی تشکیل می دهند. در این حالت، کاتیون در حفره درون مولکولی اتر تاج قرار می گیرد و به دلیل برهم کنش یون-دو قطبی با اتم های اکسیژن در آنجا باقی می ماند. پایدارترین کمپلکس ها آنهایی هستند که دارای کاتیون هایی هستند که پارامترهای هندسی آنها با حفره اتر تاج مطابقت دارد. با کاتیون پتاسیم، پایدارترین کمپلکس ها توسط اترهای تاج حاوی 6 اتم اکسیژن، به عنوان مثال، 18-crown-6 تشکیل می شوند (شکل 2).

برنج. 2. فرمول گرافیکیمجتمع kalias 18-crown-6 .

نقش بیولوژیکی پتاسیم(و سدیم). پتاسیم همراه با سدیم فرآیندهای متابولیک را در موجودات زنده تنظیم می کند. در بدن انسان، در داخل سلول ها مقدار زیادی یون پتاسیم (0.12-0.16 مول در لیتر)، اما یون های سدیم نسبتا کمی (0.01 مول در لیتر) وجود دارد. محتوای یون های سدیم در مایع خارج سلولی بسیار بیشتر است (حدود 0.12 مول در لیتر)، بنابراین یون های پتاسیم فعالیت درون سلولی را کنترل می کنند و یون های سدیم فعالیت بین سلولی را کنترل می کنند. این یون ها نمی توانند جایگزین یکدیگر شوند.

وجود یک گرادیان سدیم-پتاسیم از دو طرف داخلی و خارجی غشای سلولی منجر به پیدایش اختلاف پتانسیل در طرف های مخالف غشاء می شود. رشته های عصبی قادر به انتقال تکانه ها و ماهیچه ها دقیقاً به دلیل وجود بار منفی داخلی در رابطه با سطح بیرونی غشاء قادر به انقباض هستند. بنابراین، در بدن، یون‌های سدیم و پتاسیم کنترل فیزیولوژیکی را اعمال می‌کنند و مکانیسم‌های ماشه‌ای را ایجاد می‌کنند. آنها انتقال تکانه های عصبی را تسهیل می کنند. روان انسان به تعادل یون های سدیم و پتاسیم در بدن بستگی دارد. غلظت یون های سدیم و پتاسیم که از طریق کلیه ها حفظ شده و آزاد می شوند توسط هورمون های خاصی کنترل می شود. بنابراین، مینرالوکورتیکوئیدها باعث افزایش آزادسازی یون های پتاسیم و کاهش آزادسازی یون های سدیم می شوند.

یون‌های پتاسیم بخشی از آنزیم‌هایی هستند که انتقال (انتقال) یون‌ها را از طریق غشاهای زیستی، ردوکس و فرآیندهای هیدرولیتیک کاتالیز می‌کنند. آنها همچنین برای حفظ ساختار دیواره های سلولی و کنترل وضعیت آنها خدمت می کنند. یون سدیم چندین آنزیم را فعال می کند که پتاسیم نمی تواند آنها را فعال کند، همانطور که یون سدیم نمی تواند روی آنزیم های وابسته به پتاسیم عمل کند. هنگامی که این یون ها وارد سلول می شوند، با توجه به فعالیت شیمیایی آنها توسط لیگاندهای مناسب متصل می شوند. نقش چنین لیگاندهایی توسط ترکیبات ماکروسیکلیک ایفا می شود که آنالوگ های مدل آن اترهای تاج هستند. برخی از آنتی بیوتیک ها (مانند والینومایسین) یون های پتاسیم را به داخل میتوکندری منتقل می کنند.

مشخص شده است که عملکرد (Na + -K +) -ATPase (آدنوزین تری فسفاتاز)، یک آنزیم غشایی که هیدرولیز ATP را کاتالیز می کند، به هر دو یون سدیم و پتاسیم نیاز دارد. ATP ترانسپوراز یون های سدیم و پتاسیم را در مراحل خاصی از واکنش آنزیمی متصل می کند و آزاد می کند، زیرا میل ترکیبی مکان های فعال آنزیم برای یون های سدیم و پتاسیم با ادامه واکنش تغییر می کند. در این حالت، تغییرات ساختاری در آنزیم منجر به این واقعیت می شود که کاتیون های سدیم و پتاسیم در یک طرف غشاء پذیرفته شده و از طرف دیگر آزاد می شوند. بنابراین، همزمان با هیدرولیز ATP، حرکت انتخابی کاتیون های عناصر قلیایی رخ می دهد (کار پمپ به اصطلاح Na-K).

نیاز روزانه به پتاسیم برای یک کودک 12-13 میلی گرم به ازای هر 1 کیلوگرم وزن و برای بزرگسالان - 2-3 میلی گرم است. 4-6 برابر کمتر فرد بیشتر پتاسیم مورد نیاز خود را از غذاهای با منشا گیاهی دریافت می کند.

النا ساوینکینا

پتاسیم در پاییز 1807 توسط شیمیدان انگلیسی دیوی در جریان الکترولیز پتاسیم جامد سوزآور کشف شد. دانشمند با مرطوب کردن پتاسیم سوزاننده فلز را جدا کرد که نام آن را گذاشت. پتاسیم،اشاره به تولید پتاس(ماده لازم برای ساخت مواد شوینده) از خاکستر. این فلز دو سال بعد نام معمول خود را دریافت کرد، در سال 1809، آغازگر تغییر نام ماده L.V. گیلبرت، که نام را پیشنهاد کرد پتاسیم(از عربی الکالی- پتاس).

پتاسیم (lat. Kalium) یک فلز قلیایی نرم است، عنصری از زیرگروه اصلی گروه I، دوره IV جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، دارای عدد اتمی 19 و نامگذاری - به.

بودن در طبیعت

پتاسیم در طبیعت در حالت آزاد وجود ندارد، بلکه بخشی از تمام سلول ها است. این فلز نسبتاً رایج است و از نظر محتوای پوسته زمین در رتبه هفتم قرار دارد (کالریزاتور). تامین کنندگان اصلی پتاسیم کانادا، بلاروس و روسیه هستند که ذخایر زیادی از این ماده دارند.

خواص فیزیکی و شیمیایی

پتاسیم یک فلز نقره ای سفید با ذوب کم است. این خاصیت را دارد که آتش باز را به رنگ صورتی روشن بنفش تبدیل می کند.

پتاسیم فعالیت شیمیایی بالایی دارد و یک عامل کاهنده قوی است. هنگام واکنش با آب، انفجار زمانی رخ می دهد که برای مدت طولانی در معرض هوا قرار گیرد، کاملاً فرو می ریزد. بنابراین، پتاسیم برای ذخیره سازی به شرایط خاصی نیاز دارد - برای جلوگیری از تماس با آب و جوی که برای فلز مضر است، آن را با لایه ای از نفت سفید، سیلیکون یا بنزین پر می کنند.

منابع غذایی اصلی پتاسیم، کره های خشک شده آجیل، مرکبات و همه سبزیجات برگ سبز هستند. پتاسیم بسیار زیادی در ماهی و... به طور کلی، پتاسیم تقریباً در همه گیاهان وجود دارد. و - قهرمان در محتوای پتاسیم.

نیاز روزانه به پتاسیم

نیاز روزانه بدن انسان به پتاسیم به سن، وضعیت جسمانی و حتی محل زندگی بستگی دارد. بزرگسالان سالم به 2.5 گرم پتاسیم، زنان باردار - 3.5 گرم، ورزشکاران - تا 5 گرم پتاسیم در روز نیاز دارند. مقدار پتاسیم مورد نیاز برای نوجوانان با وزن محاسبه می شود - 20 میلی گرم پتاسیم به ازای هر 1 کیلوگرم وزن بدن.

خواص مفید پتاسیم و تاثیر آن بر بدن

پتاسیم در فرآیند هدایت تکانه های عصبی و انتقال آنها به اندام های عصبی نقش دارد. با بهبود عرضه آن، فعالیت مغز را بهبود می بخشد. بر بسیاری از شرایط آلرژیک تأثیر مثبت دارد. پتاسیم برای انقباض عضلات اسکلتی ضروری است. پتاسیم محتوای نمک ها، قلیایی ها و اسیدها را در بدن تنظیم می کند که به کاهش تورم کمک می کند.

پتاسیم در تمام مایعات درون سلولی یافت می شود که برای عملکرد طبیعی بافت های نرم (عضلات، رگ های خونی و مویرگ ها، غدد درون ریز و غیره) ضروری است.

جذب پتاسیم

پتاسیم از روده ها جذب بدن می شود و با غذا وارد بدن می شود و معمولاً به همان مقدار از طریق ادرار دفع می شود. پتاسیم اضافی نیز به همین ترتیب از بدن دفع می شود و در آن باقی نمی ماند و انباشته نمی شود. مصرف زیاد قهوه، شکر و الکل می تواند در جذب طبیعی پتاسیم اختلال ایجاد کند.

تعامل با دیگران

پتاسیم از نزدیک با سدیم و منیزیم با افزایش غلظت پتاسیم کار می کند، سدیم به سرعت از بدن خارج می شود و کاهش مقدار منیزیم می تواند در جذب پتاسیم اختلال ایجاد کند.

علائم کمبود پتاسیم

کمبود پتاسیم در بدن با ضعف عضلانی، خستگی، کاهش ایمنی، اختلال در عملکرد میوکارد، فشار خون غیر طبیعی، تنفس سریع و دشوار مشخص می شود. پوست ممکن است پوسته شود، آسیب به خوبی بهبود نمی یابد و مو بسیار خشک و شکننده می شود. اختلالات در دستگاه گوارش رخ می دهد - تهوع، استفراغ، سوء هاضمه، حتی گاستریت و زخم.

علائم پتاسیم بیش از حد

پتاسیم بیش از حد با مصرف بیش از حد داروهای حاوی پتاسیم رخ می دهد و با اختلالات عصبی عضلانی، افزایش تعریق، تحریک پذیری، تحریک پذیری و اشک ریزش مشخص می شود. فرد دائماً احساس تشنگی را تجربه می کند که منجر به تکرر ادرار می شود. دستگاه گوارش با قولنج روده، یبوست متناوب و اسهال واکنش نشان می دهد.

موارد استفاده از پتاسیم در زندگی

پتاسیم به شکل ترکیبات اساسی در پزشکی، کشاورزی و صنعت کاربرد فراوانی دارد. کودهای پتاسیم برای رشد طبیعی و رسیدن گیاهان ضروری هستند و همه می دانند پتاسیم پرمنگنات، این چیزی نیست جز پرمنگنات پتاسیم، یک ضد عفونی کننده با زمان آزمایش شده.