БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (КА)

Распространение в природе. К. — распространённый элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах К., как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и др. породы (среднее содержание К. 3,34%). К. входит в состав полевых шпатов и слюд . В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, К. мало. На земной поверхности К., в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород К. частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны К. и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане К. поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% К. — в 25 раз меньше, чем натрия. В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения NaCl, кристаллизовались соли К. и магния — карналлит KCI×MgCI 2×6H 2O и др. (Соликамское месторождение в СССР, Штасфуртское в ГДР и т.д.; см. Калийные соли ). В большинстве почв растворимых соединений К. мало, и культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.

Радиоактивный изотоп 40K — важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40K образуются 40Ca и аргон 40Ar, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы К. не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (т. н. калий-аргоновый метод).

Физические и химические. свойства. К. — серебряно-белый, очень лёгкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решётка К. объёмно-центрированная кубическая, а = 5,33 Å. Ат. радиус 2,36 Å, ионный радиус К +1,33 Å. Плотность 0,862 г/см 3 (20 °С), t пл63,55 °С, t kип760 °С; коэффициент термического расширения 8,33×10 -5(0—50 °С); теплопроводность при 21 °С 97,13 вт/ ( м ×К) [0,232 кал/ ( см × сек × °С )]; удельная теплоёмкость (при 20 °С) 741,2 дж/ ( кг ×К), т. е. 0,177 кал/ ( г ×°С), удельное электросопротивление (при 20 °С) 7,118×10 -8 ом × м ; температурный коэффициент электросопротивления 5,8×10 -5(20 °С). Твёрдость по Бринеллю 400 кн/м 2 (0,04 кгс/мм 2 ).

Конфигурация внешней электронной оболочки атома К. 4s 1в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома К. более удалён от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность К. выше, чем этих двух металлов. На воздухе, особенно влажном, К. быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре К. реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном — с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода К. образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и К. не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид К. KN 3и нитрид К. K 3N. При нагревании К. с графитом получаются карбиды KC 8(при 300 °С) и KC 16(при 360 °С). В сухом воздухе (или кислороде) К. образует желтовато-белую окись K 2O и оранжевую перекись KO 2(известны также перекиси K 2O 2и K 2O 3, получаемые действием кислорода на раствор К. в жидком аммиаке).

К. весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя водород (2K + 2H 2O = 2KOH + H 2), а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке К. медленно растворяется; полученный синий раствор — сильный восстановитель. При нагревании К. отнимает кислород от окислов и солей кислородных кислот с образованием K 2O и свободных металлов (или их окислов). К. со спиртами даёт алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует калийалкилы и калийарилы. Присутствие К. легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.

Получение и применение. В промышленности К. получают по обменным реакциям между металлическим натрием и KOH или же KCl, соответственно:

KOH + Na = NaOH + K

и

KCl + Na = NaCI + К.

В первом случае реакция идёт между расплавленной гидроокисью KOH и жидким Na — противотоком в тарельчатой реакционной колонке из никеля при 380—440 °С. Во втором — через расплавленную соль KCl пропускают пары Na при 760—800 °С: выделяющиеся пары К. конденсируют. Возможно также получение К. нагреванием выше 200 °С смесей хлорида К. с алюминием (или кремнием) и известью. Получение К. электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов К. по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

Основное применение металлического К. — приготовление перекиси К., служащей для регенерации кислорода (в подводных лодках и др.). Сплавы натрия с 40—90% К., сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве титана и как поглотители кислорода. Сельское хозяйство — главный потребитель солей К. (см. Калийные удобрения; о применении соединений К. см. в соответствующих статьях).

Лит.: Калий, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 2, М., 1963; Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 3, М., 1970; Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963.

С. А. Погодин.

Калий в организме. К. — один из биогенных элементов , постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в К. у взрослого человека (2—3 г ) покрывается за счёт мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в К. (30 мг/кг ) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60—70 мг % К. Многие морские организмы извлекают К. из воды. Растения получают К. из почвы. У животных содержание К. составляет в среднем 2,4 г/кг . В отличие от натрия , К. сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке К. распределён неравномерно.

Ионы К. участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и др. мышц, поддерживают осмотического давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм К. тесно связан с углеводным обменом; ионы К. влияют на синтез белков. К +в большинстве случаев нельзя заменить на Na +. Клетки избирательно концентрируют К +. Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу К +из клеток, часто в обмен на Na +. Выделяется К. из организма главным образом с мочой. Содержание К. в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников — кортикостероидами. В растениях К. распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много К. в бобовых, свёкле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20—30 г/кг сухого вещества). При недостатке К. в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа с.-х. культуры и почвы.