Химический элемент калий

Размещено на http://www.allbest.ru/

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 радиоактивного⁴⁰К (0,01%) с периодом полураспада 1,39*10⁹ лет. Открыт английским химиком Г. Дэви в 1807.

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.

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. Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В лекции, прочитанной в Лондоне 20 ноября 1807 г., Хэмфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого кали он получил "маленькие шарики с сильным металлическим блеском... Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом". Это и был калий. Калий - замечательный металл. Замечателен он не только потому, что режется ножом, плавает в воде, вспыхивает на ней со взрывом и горит, окрашивая пламя в фиолетовый цвет. И не только потому, что этот элемент - один из самых активных химически. Все это можно считать естественным, потому что соответствует положению щелочного металла калия в таблице Менделеева. Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне "нечетный" металл. Обратите внимание: его атомный номер 19, атомная масса 39, во внешнем электронном слое - один электрон, валентность 1+. Как считают химики, именно этим объясняется исключительная подвижность калия в природе. Он входит в состав нескольких сотен минералов. Он находится в почве, в растениях, в организмах людей и животных. Он - как классический Фигаро: здесь - там - повсюду.

Зачем нужен металлический калий? Металлический калий используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. В последнее время основным применением этого металла стало производство перекиси калия К₂О₂, используемой для регенерации кислорода. Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах, а в производстве титана - восстановителем.

Из соли и щелочи

Получают калий чаще всего в обменной реакции расплавленных едкого калия и металлического натрия: KOH+NaNaOH+К. Процесс идет в ректификационной колонне из никеля при температуре 380...440^oC. Подобным образом получают элемент N 19 и из хлористого калия, только в этом случае температура процесса выше - 760...800^oC. При такой температуре и натрий, и калий превращаются в пар, а хлористый калий (с добавками) плавится. Пары натрия пропускают через расплавленную соль и конденсируют полученные пары калия. Этим же способом получают и сплавы натрия с калием. Состав сплава в большой мере зависит от условий процесса.

Селитра или селитры?

Правильнее - селитры. Это общее название азотнокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Если же говорят просто "селитра" (не "натриевая" или "кальциевая" или "аммиачная", а просто - "селитра"), то имеют в виду нитрат калия. Этим веществом человечество пользуется уже больше тысячи лет - для получения черного пороха. Кроме того, селитра - первое двойное удобрение: из трех важнейших для растений элементов в ней есть два - азот и калий. Вот как описал селитру Д.И. Менделеев в "Основах химии": "Селитра представляет бесцветную соль, имеющую особый прохладительный вкус. Она легко кристаллизуется длинными, по бокам бороздчатыми, ромбическими, шестигранными призмами, оканчивающимися такими же пирамидами. Ее кристаллы (уд. вес 1,93) не содержат воды. При слабом накаливании (339њ) селитра плавится в совершенно бесцветную жидкость. При обыкновенной температуре в твердом виде КNO₃ малодеятельная и неизменна, но при возвышенной температуре она действует как весьма сильное окисляющее средство, потому что может отдать смешанным с нею веществам значительное количество кислорода. Брошенная на раскаленный уголь селитра производит быстрое его горение, а механическая смесь ее с измельченным углем загорается от прикосновения с накаленным телом и продолжает сама собою гореть. При этом выделяется азот, а кислород селитры идет на окисление угля, вследствие чего и получаются углекалиевая соль (Имеется в виду поташ.) и углекислый газ. В химической практике и технике селитра употребляется во многих случаях как окислительное средство, действующее при высокой температуре. На этом же основано применение ее для обыкновенного пороха, который есть механическая смесь мелко измельченных: серы, селитры и угля".

Производство металла

Обогащение калийной руды производится двумя методами: флотационным и химическим (галургическим). Галургический метод используется со времени зарождения калийной промышленности во второй половине XIX века. Он позволяет получить химически чистый хлористый калий с содержанием полезного компонента 98%, который используется в сельском хозяйстве и химической промышленности. Флотационный метод стал использоваться с 60-х гг. XX века для производства калийных удобрений для сельского хозяйства с содержанием полезного компонента до 95%.На производственных объектах компании «Уралкалий» используются оба способа обогащения калийной руды. Галургический метод Белый хлористый калий производится на обогатительных фабриках «Уралкалия» галургическим методом. Этот метод основан на изменении совместной растворимости хлорида калия (KCl) и хлорида натрия (NaCl) в воде при различных температурах. При охлаждении насыщенного раствора из него выкристаллизовывается KCl. В результате использования галургического метода получаются калийные удобрения с содержанием 95%и 98% хлористого калия.

Флотационный метод

Розовый хлористый калий производится на обогатительных фабриках «Уралкалия» флотационным методом. Флотационный метод получил свое название в связи с тем, что оноснован на различной флотируемости (всплываемости) минералов сильвина и галита внасыщенном водном растворе хлоридов калия и натрия в присутствии реагентов. Частично очищенная калийная руда помещается во флотационную машину, пузырьки приклеиваются к частицам хлорида калия и выталкивают их на поверхность смеси для последующего отделения. После просушки влажность розового хлористого калия составляет всего 0,1%.

Гранулирование

Процесс производства гранулята идентичен процессу, который используется при производстве розового хлористого калия вплоть до окончания последнего этапа просушки. После этого этапа высушенный порошок прессуется в плитки под давлением 200-220 атмосфер, затем плитки.

калий обменный реакция гранулят

Размещено на Allbest.ru