Das Kalium Es ist ein Alkalimetall, dessen chemisches Symbol K ist. Seine Ordnungszahl ist 19 und es befindet sich im Periodensystem unter Natrium. Es ist ein weiches Metall, das sogar mit einem Messer geschnitten werden kann. Außerdem ist es ziemlich leicht und kann auf flüssigem Wasser schwimmen, während es heftig reagiert..
Frisch geschnitten hat es eine sehr helle silberweiße Farbe, aber wenn es der Luft ausgesetzt wird, oxidiert es schnell und verliert seinen Glanz und wird grau (fast bläulich, wie im Bild unten)..
Kalium reagiert explosionsartig mit Wasser unter Bildung von Kaliumhydroxid und Wasserstoffgas. Genau dieses Gas lässt die Reaktion explodieren. Wenn es im Feuerzeug brennt, färben seine angeregten Atome die Flamme in einer intensiven lila Farbe; Dies ist einer Ihrer qualitativen Tests.
Es ist das siebthäufigste Metall in der Erdkruste und macht 2,6% seines Gewichts aus. Es kommt neben Mineralien wie Sylvit (KCl) hauptsächlich in magmatischen Gesteinen, Schiefern und Sedimenten vor. Im Gegensatz zu Natrium ist seine Konzentration im Meerwasser gering (0,39 g / l)..
Kalium wurde 1807 vom englischen Chemiker Sir Humphrey Davy durch Elektrolyse einer Lösung seines Hydroxids KOH isoliert. Dieses Metall war das erste, das durch Elektrolyse isoliert wurde, und Davy gab ihm den englischen Namen Kalium.
In Deutschland wurde der Name Kalium jedoch verwendet, um sich auf das Metall zu beziehen. Genau aus diesem Nachnamen stammt der Buchstabe "K", der als chemisches Symbol für Kalium verwendet wird.
Das Metall selbst hat wenig industrielle Verwendung, aber es produziert viele nützliche Verbindungen. Biologisch ist es jedoch viel wichtiger, da es eines der wesentlichen Elemente für unseren Körper ist.
In Pflanzen beispielsweise begünstigt es die Realisierung der Photosynthese, den Prozess der Osmose. Es fördert auch die Proteinsynthese und damit das Pflanzenwachstum.
Artikelverzeichnis
Seit der Antike hat der Mensch Kali als Dünger verwendet und dabei die Existenz von Kalium ignoriert, geschweige denn seine Beziehung zu Kali. Dies wurde aus der Asche der Stämme und Blätter der Bäume hergestellt, denen Wasser zugesetzt wurde, das später verdampft wurde.
Gemüse enthält hauptsächlich Kalium, Natrium und Kalzium. Calciumverbindungen sind jedoch in Wasser schwer löslich. Aus diesem Grund war Kali ein Konzentrat aus Kaliumverbindungen. Das Wort leitet sich aus der Kontraktion der englischen Wörter "Pot" und "Ash" ab..
Im Jahr 1702 schlug G. Ernst Stahl einen Unterschied zwischen Natrium- und Kaliumsalz vor; Dieser Vorschlag wurde 1736 von Henry Duhamel du Monceau bestätigt. Da die genaue Zusammensetzung der Salze nicht bekannt war, beschloss Antoine Lavoiser (1789), keine Alkalien in die Liste der chemischen Elemente aufzunehmen..
1797 entdeckte der deutsche Chemiker Martin Klaproth Kali in den Mineralien Leucit und Lepidolit, wofür er zu dem Schluss kam, dass es sich nicht nur um ein Produkt von Pflanzen handelt.
1806 entdeckte der englische Chemiker Sir Humphrey Davy, dass die Bindung zwischen den Elementen einer Verbindung elektrischer Natur war..
Davy isolierte dann Kalium durch Elektrolyse von Kaliumhydroxid und beobachtete dabei Kügelchen mit metallischem Glanz, die sich an der Anode ansammelten. Benanntes Metall mit dem englischen Etymologiewort Kalium.
Im Jahr 1809 schlug Ludwig Wilhelm Gilbert den Namen Kalium (Kalium) für Davys Kalium vor. Berzelius evozierte den Namen Kalium, um Kalium das chemische Symbol "K" zuzuweisen..
Schließlich entdeckte Justus Liebig 1840, dass Kalium ein notwendiges Element für Pflanzen ist.
Metallisches Kalium kristallisiert unter normalen Bedingungen in der kubisch-raumzentrierten Struktur (bcc). Dies ist dadurch gekennzeichnet, dass es wenig dicht ist, was mit den Eigenschaften von Kalium übereinstimmt. Ein K-Atom ist von acht Nachbarn umgeben, genau in der Mitte eines Würfels und mit den anderen K-Atomen an den Eckpunkten.
Diese Phase bcc wird auch als Phase K-I (die erste) bezeichnet. Wenn der Druck ansteigt, verdichtet sich die Kristallstruktur zur flächenzentrierten kubischen (fcc) Phase. Für diesen Übergang ist jedoch ein Druck von 11 GPa erforderlich..
Diese dichtere fcc-Phase ist als K-II bekannt. Bei höheren Drücken (80 GPa) und niedrigeren Temperaturen (weniger als -120 ºC) erhält Kalium eine dritte Phase: K-III. K-III zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, andere Atome oder Moleküle in seinen kristallinen Hohlräumen aufzunehmen..
Es gibt auch zwei andere kristalline Phasen bei noch höheren Drücken: K-IV (54 GPa) und K-V (90 GPa). Kalium zeigt bei sehr kalten Temperaturen sogar eine amorphe Phase (mit ungeordneten K-Atomen).
Die Elektronenkonfiguration von Kalium ist:
[Ar] 4s1
Das 4s-Orbital ist das äußerste und hat daher das einzige Valenzelektron. Dies ist theoretisch für die Metallbindung verantwortlich, die die K-Atome zusammenhält, um einen Kristall zu definieren.
Aus derselben Elektronenkonfiguration ist leicht zu verstehen, warum Kalium immer (oder fast immer) eine Oxidationszahl von +1 hat. Wenn Sie ein Elektron verlieren, um das Kation K zu bilden+, wird für das Edelgas Argon mit seinem vollen Valenzoktett isoelektronisch.
In den meisten seiner Derivate wird angenommen, dass Kalium als K gefunden wird+ (auch wenn Ihre Bindungen nicht rein ionisch sind).
Andererseits kann Kalium, obwohl es weniger wahrscheinlich ist, ein Elektron gewinnen, das zwei Elektronen in seinem 4s-Orbital hat. Somit wird Calciummetall isoelektronisch:
[Ar] 4szwei
Es wird dann gesagt, dass es ein Elektron gewonnen hat und eine negative Oxidationszahl -1 hat. Wenn diese Oxidationszahl in einer Verbindung berechnet wird, wird die Existenz des Potasidanions K angenommen-.
Glänzendes weißes Silbermetall.
39,0983 g / mol.
83,5 ºC.
759 ºC.
-0,862 g / cm3, bei Raumtemperatur.
-0,828 g / cm3, am Schmelzpunkt (flüssig).
Reagiert heftig mit Wasser. Löslich in flüssigem Ammoniak, Ethylendiamin und Anilin. Löslich in anderen Alkalimetallen unter Bildung von Legierungen und in Quecksilber.
1.4 in Bezug auf Luft als 1 genommen.
8 mmHg bei 432 ºC.
Stabil, wenn es vor Luft und Feuchtigkeit geschützt ist.
Es kann bei Kontakt mit Metallen ätzend sein. Kann bei Kontakt Haut- und Augenverbrennungen verursachen.
86 Dyn / cm bei 100 ° C..
2,33 kJ / mol.
76,9 kJ / mol.
29,6 J / (mol K).
0,82 auf der Pauling-Skala.
Erster Ionisationsgrad: 418,8 kJ / mol.
Zweiter Ionisationsgrad: 3,052 kJ / mol.
Dritter Ionisationsgrad: 4.420 kJ / mol.
227 Uhr.
203 ± 12 Uhr.
83,3 um / (mK) bei 25ºC.
102,5 W / (m K).
72 nΩ · m (bei 25 ºC).
0,4 auf der Mohs-Skala.
Kalium kommt als drei Hauptisotope vor: 39K (93,258%),41K (6,73%) und 40K (0,012%, radioaktives β-emittierendes)
Kaliumverbindungen haben standardmäßig die Oxidationszahl +1 (mit ganz besonderen Ausnahmen). Daher wird in der Bestandsnomenklatur das (I) am Ende der Namen weggelassen; und in der traditionellen Nomenklatur enden Namen mit dem Suffix -ico.
Zum Beispiel ist KCl Kaliumchlorid, nicht Kalium (I) chlorid. Sein traditioneller Name ist Kaliumchlorid oder Kaliummonochlorid gemäß der systematischen Nomenklatur.
Im Übrigen ist die Nomenklatur um Kalium recht einfach, es sei denn, es handelt sich um sehr gebräuchliche Namen oder Mineralien (wie Silvin).
Kalium kommt in der Natur nicht in metallischer Form vor, kann jedoch für bestimmte Verwendungszwecke industriell in dieser Form gewonnen werden. Es kommt hauptsächlich in Lebewesen in der ionischen Form vor (K.+). Im Allgemeinen ist es das hauptsächliche intrazelluläre Kation.
Kalium ist in zahlreichen Verbindungen wie Kaliumhydroxid, Acetat oder Chlorid usw. enthalten. Es ist auch Teil von etwa 600 Mineralien, einschließlich Sylvit, Alunit, Carnalit usw..
Kalium bildet Legierungen mit anderen alkalischen Elementen wie Natrium, Cäsium und Rubidium. Es bildet auch ternäre Legierungen mit Natrium und Cäsium durch sogenannte eutektische Fusionen..
Kalium bildet zusammen mit Stickstoff und Phosphor die drei wichtigsten Pflanzennährstoffe. Kalium wird von den Wurzeln in ionischer Form absorbiert: ein Prozess, der durch das Vorhandensein angemessener Bedingungen für Feuchtigkeit, Temperatur und Sauerstoffanreicherung begünstigt wird.
Reguliert das Öffnen und Schließen der Blattstomata: Aktivität, die die Aufnahme von Kohlendioxid ermöglicht, das sich während der Photosynthese mit Wasser verbindet, um Glukose und Sauerstoff zu bilden; Dies sind ATP-Erzeuger, die die Hauptenergiequelle von Lebewesen darstellen.
Es erleichtert die Synthese einiger Enzyme, die mit dem Wachstum von Pflanzen zusammenhängen, zusätzlich zu Stärke, einer Energiereservesubstanz. Es greift auch in die Osmose ein: ein Prozess, der für die Wurzelaufnahme von Wasser und Mineralien notwendig ist; und im Aufstieg des Wassers durch das Xylem.
Chlorose ist eine Manifestation eines Kaliummangels in Pflanzen. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass die Blätter ihr Grün verlieren und gelb werden, mit verbrannten Rändern; und schließlich tritt eine Entlaubung mit einer Verzögerung des Pflanzenwachstums auf.
Bei Tieren ist Kalium im Allgemeinen das wichtigste intrazelluläre Kation mit einer Konzentration von 140 mmol / l; während die extrazelluläre Konzentration zwischen 3,8 und 5,0 mmol / l variiert. 98% des körpereigenen Kaliums ist auf das intrazelluläre Kompartiment beschränkt.
Obwohl die Kaliumaufnahme zwischen 40 und 200 mmol / Tag variieren kann, wird ihre extrazelluläre Konzentration durch die Regulierung der Nierenausscheidung konstant gehalten. Daran ist das Hormon Aldosteron beteiligt, das die Kaliumsekretion auf der Ebene der Sammel- und distalen Tubuli reguliert..
Kalium ist der zentrale Verantwortliche für die Aufrechterhaltung der intrazellulären Osmolarität und daher für die Aufrechterhaltung der zellulären Integrität.
Obwohl die Plasmamembran für Kalium relativ durchlässig ist, wird ihre intrazelluläre Konzentration durch die Aktivität des Enzyms Na, ATPase (Natrium- und Kaliumpumpe) aufrechterhalten, das drei Natriumatome entfernt und zwei Kaliumatome einführt.
Erregbare Zellen, bestehend aus Neuronen und gestreiften und glatten Muskelzellen; und gestreifte Muskelzellen, die aus Skelett- und Herzmuskelzellen bestehen, sind alle in der Lage, Aktionspotentiale zu bilden.
Das Innere anregbarer Zellen ist im Verhältnis zum Äußeren der Zelle negativ geladen, aber bei richtiger Stimulation steigt die Permeabilität der Plasmamembran von Zellen für Natrium. Dieses Kation dringt durch die Plasmamembran und macht das Zellinnere positiv..
Das auftretende Phänomen wird als Aktionspotential bezeichnet, das eine Reihe von Eigenschaften aufweist, unter denen es sich im gesamten Neuron ausbreiten kann. Ein vom Gehirn ausgegebener Befehl wandert als Aktionspotential zu einem bestimmten Muskel, um ihn zusammenzuziehen..
Damit ein neues Aktionspotential entsteht, muss das Zellinnere negativ geladen sein. Zu diesem Zweck tritt Kalium aus dem Inneren der Zelle aus und kehrt zu seiner ursprünglichen Negativität zurück. Dieser Prozess wird als Repolarisation bezeichnet und ist eine Hauptfunktion von Kalium.
Daher wird gesagt, dass die Bildung von Aktionspotentialen und die Einleitung einer Muskelkontraktion eine gemeinsame Verantwortung von Natrium und Kalium ist..
Kalium hat beim Menschen andere Funktionen wie den Gefäßtonus, die Kontrolle des systemischen Blutdrucks und die Magen-Darm-Motilität..
Eine Erhöhung der Plasma-Kaliumkonzentration (Hyperkaliämie) führt zu einer Reihe von Symptomen wie Angstzuständen, Übelkeit, Erbrechen, Bauchschmerzen und Unregelmäßigkeiten im Elektrokardiogramm. Die T-Welle, die mit der ventrikulären Repolarisation zusammenhängt, ist groß und breit.
Diese Aufzeichnung wird erklärt, weil die extrazelluläre Kaliumkonzentration, wenn sie ansteigt, die Zellaußenseite langsamer verlässt, so dass die ventrikuläre Repolarisation langsamer ist.
Eine Abnahme der Plasma-Kaliumkonzentration (Hypokalzämie) zeigt unter anderem folgende Symptome: Muskelschwäche, verminderte Darmmotilität, verminderte glomeruläre Filtration, Herzrhythmusstörungen und Abflachung der T-Welle des Elektrokardiogramms.
Die T-Welle wird verkürzt, da durch Verringern der extrazellulären Kaliumkonzentration ihr Austritt in Richtung der Zellaußenseite erleichtert wird und die Dauer der Repolarisation abnimmt.
Kalium kommt hauptsächlich in magmatischen Gesteinen, Schiefern und Sedimenten vor. Auch in Mineralien wie Muskovit und Orthoklas, die in Wasser unlöslich sind. Orthoklas ist ein Mineral, das normalerweise in magmatischen Gesteinen und Granit vorkommt.
Kalium ist auch in wasserlöslichen Mineralverbindungen wie Carnalit (KMgCl) enthalten36HzweiO), Sylvit (KCl) und Landbeinit [K.zweiMgzwei(SW4)3], gefunden in trockenen Seebetten und auf dem Meeresboden.
Darüber hinaus kommt Kalium in Salzlaken und als Produkt der Verbrennung von Pflanzenstämmen und Blättern in einem Verfahren zur Herstellung von Kali vor. Obwohl seine Konzentration im Meerwasser gering ist (0,39 g / l), wird es auch zur Gewinnung von Kalium verwendet.
Kalium ist in großen Lagerstätten vorhanden, beispielsweise in Saskatchewan, Kanada, das reich an dem Mineral Sylvit (KCl) ist und 25% des weltweiten Kaliumverbrauchs produzieren kann. Salzhaltige Abfallflüssigkeiten können eine erhebliche Menge Kalium in Form von KCl enthalten.
Kalium wird nach zwei Methoden hergestellt: Elektrolyse und thermische. Bei der Elektrolyse wurde das von Davy zur Isolierung von Kalium verwendete Verfahren ohne größere Modifikationen angewendet..
Dieses Verfahren war jedoch aus industrieller Sicht nicht effizient, da der hohe Schmelzpunkt der geschmolzenen Kaliumverbindungen gesenkt werden muss..
Das Verfahren zur Elektrolyse von Kaliumhydroxid wurde in den 1920er Jahren industriell angewendet. Das thermische Verfahren verdrängte es jedoch und wurde ab 1950 das vorherrschende Verfahren zur Herstellung dieses Metalls..
Bei der thermischen Methode wird Kalium hergestellt, indem geschmolzenes Kaliumchlorid bei 870 ° C reduziert wird. Dies wird kontinuierlich einer mit dem Salz gepackten Destillationskolonne zugeführt. Währenddessen strömt der Natriumdampf durch die Säule, um die Reduktion von Kaliumchlorid zu erzeugen..
Kalium ist der flüchtigste Bestandteil der Reaktion und sammelt sich am Kopf der Destillationskolonne an, wo es kontinuierlich gesammelt wird. Die Herstellung von metallischem Kalium nach dem thermischen Verfahren kann in der folgenden chemischen Gleichung beschrieben werden:
Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)
Das Griesheimer-Verfahren, bei dem Kaliumfluorid mit Calciumcarbid umgesetzt wird, wird auch bei der Kaliumherstellung eingesetzt:
2 KF + CaCzwei => 2 K + CaFzwei + 2 C.
Kalium ist ein hochreaktives Element, das schnell mit Sauerstoff unter Bildung von drei Oxiden reagiert: Oxid (K.zweiO), Peroxid (K.zweiODERzwei) und Superoxid (KOzwei) Kalium.
Kalium ist ein stark reduzierendes Element, weshalb es schneller oxidiert als die meisten Metalle. Es wird verwendet, um Metallsalze zu reduzieren und Kalium durch das Metall im Salz zu ersetzen. Diese Methode ermöglicht die Gewinnung von reinen Metallen:
MgClzwei + 2 K => Mg + 2 KCl
Kalium reagiert stark mit Wasser unter Bildung von Kaliumhydroxid und setzt explosives Wasserstoffgas frei (Bild unten):
Kaliumhydroxid kann mit Kohlendioxid unter Bildung von Kaliumcarbonat reagieren.
Kalium reagiert mit Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von 60 ° C unter Bildung eines explosiven Carbonyls (K.6C.6ODER6). Es reagiert auch mit Wasserstoff bei 350 ° C und bildet ein Hydrid. Es ist auch hochreaktiv mit Halogenen und explodiert bei Kontakt mit flüssigem Brom..
Explosionen treten auch auf, wenn Kalium mit halogenierten Säuren wie Salzsäure reagiert und die Mischung stark getroffen oder geschüttelt wird. Geschmolzenes Kalium reagiert weiter mit Schwefel und Schwefelwasserstoff.
Reagiert mit organischen Verbindungen, die aktive Gruppen enthalten, aber gegenüber aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen inert sind. Kalium reagiert langsam mit Ammoniak unter Bildung von Kalasomin (KNH)zwei).
Im Gegensatz zu Natrium reagiert Kalium mit Kohlenstoff in Form von Graphit unter Bildung einer Reihe interlaminarer Verbindungen. Diese Verbindungen haben Kohlenstoff-Kalium-Atomverhältnisse: 8, 16, 24, 36, 48, 60 oder 1; d.h. KC60, beispielsweise.
Es gibt nicht viel industrielle Nachfrage nach metallischem Kalium. Das meiste davon wird in Kaliumsuperoxid umgewandelt, das in Atemgeräten verwendet wird, da es Sauerstoff freisetzt und Kohlendioxid und Wasserdampf entfernt..
Die NaK-Legierung hat ein großes Wärmeabsorptionsvermögen, weshalb sie in einigen Kernreaktoren als Kühlmittel verwendet wird. Ebenso wurde verdampftes Metall in Turbinen verwendet.
KCl wird in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt. Es wird auch als Rohstoff für die Herstellung anderer Kaliumverbindungen wie Kaliumhydroxid verwendet.
KOH, auch als Kalilauge bekannt, wird zur Herstellung von Seifen und Waschmitteln verwendet.
Seine Reaktion mit Jod erzeugt Kaliumjodid. Dieses Salz wird dem Speisesalz (NaCl) zugesetzt und zum Schutz vor Jodmangel gefüttert. Kaliumhydroxid wird zur Herstellung von Alkalibatterien verwendet.
Auch bekannt als Salpeter, KNO3, Es wird als Dünger verwendet. Darüber hinaus wird es bei der Ausarbeitung von Feuerwerkskörpern verwendet; als Lebensmittelkonservierungsmittel und in härterem Glas.
Es wird zur Herstellung von Düngemitteln und Kaliumalaun verwendet.
Es wird bei der Herstellung von Gläsern verwendet, insbesondere bei der Herstellung von Fernsehgeräten.
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