Կալիում

19 Արգոն ← Կալիում → Կալցիում 19K
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Արծաթափայլ սպիտակ, փափուկ մետաղ
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ	Կալիում /Kalium (K), K, 19
Ատոմային զանգված (մոլային զանգված)	39, 0983(1) զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա	[Ar] 4s1
Ատոմի շառավիղ	235 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտ շառավիղ	203 պմ
Իոնի շառավիղ	133 պմ
Էլեկտրաբացասականություն	0, 82 (Պոլինգի սանդղակ)
Օքսիդացման աստիճաններ	0; +1
Իոնացման էներգիա (առաջին էլեկտրոն)	418, 5 (4, 34) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան	63, 51°С; 336, 8 Կ
Եռման ջերմաստիճան	1047 Կ
Մոլյար ջերմունակություն	29, 6 Ջ/(Կ·մոլ)
Մոլային ծավալ	45, 3 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղային ցանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք	Խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ	5, 332
Դեբայի ջերմաստիճան	100 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն	(300 Կ) 79, 0 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար	CAS գրանցման համար?

Կալիումի մի քանի միացություններ (օրինակ, պոտաշը, որն ստացվում էր փայտանյութի մոխրից) հայտնի էին դեռևս հնում։ Սակայն դրանց չէին տարբերում նատրիումի միացություններից։

Կալիումի քիմիական հատկությունները շատ նման են նատրիումի հատկություններին, այնուամենայնիվ, դրանց դերը օրգանիզմում տարբեր է։

 

Միայն 18-րդ դարին պարզվեց «բուսական ալկալու» (պոտաշի՝ K₂CO₃) և «հանքային ալկալու» (սոդայի՝ Na₂CO₃) տարբերությունը։ 1807 թվականին Հ. Դևին կծու կալիումի և նատրիումի (KOH և NaOH) էլեկտրոլիզից անջատեց կալիումը և նատրիումը ու անվանեց դրանք պոտասիում և սոդիում։ 1809 թվականին Լ. Վ. Հիլբերտը առաջարկեց անվանել «կալիում» (արաբ․՝ ‎‎ ալ-կալի-պոտաշ) և «նատրոնիում» (արաբ․՝ ‎‎ նատրուն-բնական սոդա)։ Վերջինս Ի. Յա. Բերցելիուսը վերանվանեց (1811) «նատրիում»։

«Պոտասիում» և «սոդիում» անվանումները պահպանվել են Մեծ Բրիտանիայում, ԱՄՆ-ում, Ֆրանսիայում և մի քանի այլ երկրներում։

Կալիումը տարածված տարրերից է, պարունակությունը երկրակեղևում՝ 2, 50 % (ըստ զանգվածի)։ Կալիումը մտնում է դաշտային սպաթների և փայլարների բաղադրության մեջ։

Արտադրության մեջ ստացվում է KOH-ի կամ KCl-ի և Na-ի փոխազդեցությամբ՝

${\displaystyle {\mathsf {Na+KOH{\xrightarrow[{N_{2}}]{380-450^{o}C}}NaOH+K}}}$ 

վերականգնվելով հալված կալիումի քլորիդով, կալցիումի կարբիդով, ալյումինով կամ սիլիցիումով։

Սենյակային ջերմաստիճանում կալիումը արծաթա-սպիտակավուն մետաղ է կապտավուն երանգով։ Այն լավ էլեկտրահաղորդիչ է։ Կալիումը փափուկ է և հեշտությամբ կտրվում է դանակով։ Կալիումը տարածված տարրերից է, պարունակությունը երկրակեղևում՝ 2, 50% (ըստ զանգվածի)։ Կալիումը մտնում է դաշտային սպաթների և փայլարների բաղադրության մեջ։ Խտությունը՝ 862 կգ/մ³ (20 °C-ում), հալման ջերմաստիճանը՝ 63, 55 °C, եռմանը՝ 760 °C։ Քիմիապես ավելի ակտիվ է, քան լիթիումը և նատրիումը։ Միացություններում միարժեք է։ Օդում (հատկապես խոնավության առկայությամբ) կալիումը արագ օքսիդանում է, այդ պատճառով այն պահում են նավթի, բենզինի կամ հանքային յուղի մեջ։

 

 

Իր միացությունների մեջ կալիումը միշտ միավալենտ է։

Կալիումը, ինչպես և նատրիումը, փոխազդում են թթվածնի հետ։ Կալիումը փոխազդում է նաև ջրի հետ, առաջացնելով կալիումի հիդրօքսիդ և ջրածին՝

${\displaystyle {\mathsf {2K+2H_{2}O\longrightarrow 2KOH+H_{2}\uparrow }}}$ 

Այս ռեակցիան ընթանում է այնքան եռանդուն, որ անջատվող ջրածինը բոցավառվում է։

Կալիումը օդում շատ արագ օքսիդանում է։ Դրա համար էլ այն հաճախ պահում են կերոսինի մեջ։

Արտաքինից, սովորաբար, կալիումը ծածկված է լինում անթափանց մուգ կեղևով, որը կազմված է լինում կալիումի միացություններից։

Կալիումը մեծ եռանդով ռեակցայի մեջ է մտնում աղաթթվի հետ։

${\displaystyle {\mathsf {2K+2HCl\longrightarrow 2KCl+H_{2}\uparrow }}}$ 

Սենյակային ջերմաստիճանում կալիումը փոխազդում է հալոգենների հետ՝ առաջացնելով հալոգենիդներ։ Թույլ տաքացնելիս միանում է ծծմբին, ավելի բարձր տաքացնելիս՝ սելենին և տելուրին։

${\displaystyle {\mathsf {6KO_{3}+5S\longrightarrow K_{2}SO_{4}+2K_{2}S_{2}O_{7}}}}$ 

Ջրածնի մթնոլորտում 200 °C-ից բարձր տաքացնելիս կալիումը առաջացնում է հիդրիդ՝ KH, որը ինքնաբոցավառվում է օդում։

${\displaystyle {\mathsf {2K+H_{2}\longrightarrow 2KH}}}$ 

Կալիումը և ազոտը չեն փոխազդում միմյանց հետ նույնիսկ տաքացնելիս։ Սակայն էլեկտրական լիցքի առկայությամբ առաջացնում են կալիումի ազիդը՝ KN₃, և նիտրիդը՝ K₃N։

Տաքացնելիս գրաֆիտի հետ առաջացնում է կարբիդներ՝ KC₈ (300 °C-ում) և KC₁₆ (360 °C-ում)։ Չոր օդում (կամ թթվածնում) կալիումը առաջացնում է դեղնասպիտակավուն օքսիդ՝ K₂, և նարնջագույն գերօքսիդ՝ KO₂ (հայտնի են նաև K₂O₂ և K₂O₃ գերօքսիդները)։

${\displaystyle {\mathsf {K+O_{2}\longrightarrow KO_{2}}}}$ 

Կալիումը շատ եռանդուն (երբեմն պայթյունով) փոխազդում է ջրի հետ՝ անջատելով ջրածին, ինչպես նաև թթուների հետ՝ առաջացնելով աղեր։ Ամոնիակի հետ փոխազդելիս առաջացնում է ամիդ, սպիրտների հետ՝ ալկոհոլատներ, ալկիլ և արիլհալոգենների հետ՝ կալիումալկիլներ և կալիումարիլներ։ Արտադրության մեջ ստացվում է KOH-ի կամ KCl-ի և Na-ի փոխազդեցությամբ՝

${\displaystyle {\mathsf {4KO_{2}+2H_{2}O\longrightarrow 4KOH+3O_{2}\uparrow }}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {KOH+Na\longrightarrow NaOH+K}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {KCl+Na\longrightarrow NaCl+K\uparrow }}}$ 

 

Կալիումը և նրա միացությունները շիկացրած երկաթի ծայրով բոցի մեջ մտցնելիս դրանք գունավորվում են մանուշակագույն։ Եթե կալիումի աղերը պարունակում են նատրիումի աղերի խառնուրդ, ապա բոցի մանուշակագույնը քողարկվում է դեղինով։ Սակայն մանուշակագույնը կարելի է նկատել, եթե բոցի վրա նայենք կապույտ ապակու միջոցով։

Կալիումը պատկանում է այն տարրերի թվին, որոնց կարիքն առանձնապես ունեն բույսերն՝ իրենց աճման համար։ Նա բույսին է անցնում արմատների միջով բուսահողի խոնավության մեջ լուծված աղերի ձևով։ Բայց բուսահողի մեջ կալիումի լուծելի աղեր քիչ կան։ Այդ պատճառով էլ, առանց պարարտանյութի, բազմապատիկ ցանքից հետո բուսահողը աղքատանում է կալիումի աղերից, և բերքը ընկնում է։

Ահա թե ինչու կալիումի քլորիդը, կալիումի սուլֆատն ու կալիումի նիտրատը օգտագործվում են որպես հանքային պարարտանյութեր։ Կալիումը հիմնականում կիրառվում է գերօքսիդ ստանալու համար, որը թթվածնի վերականգնիչ է, օրինակ, սուզանավերում։ Նատրիումի հետ առաջացրած համաձուլվածքները (40—90% K) կիրառվում են միջուկային ռեակտորներում որպես ջերմակիրներ, տիտանի արտադրության մեջ՝ վերականգնիչներ, ինչպես նաև թթվածին կլանողներ, աղերը՝ գյուղատնտեսության մեջ որպես կափումական պարարտանյութեր։

Մարդու օրգանիզմում

Մարդու օրգանիզմում կալիումը հիմնականում գտնվում է բջիջներում (40 անգամ ավելի շատ, քան միջբջջային տարածքներում)։

Կալիումի հանձնարարելի քանակը 600-1700 միլիգրամ է երեխաների համար, իսկ մեծահասակների համար՝ 1800-5000 միլիգրամ։ Կալիումի անհրաժեշտ քանակը կախված է մարմնի քաշից, ֆիզիկական ակտիվությունից, ֆիզիոլոգիական վիճակից և բնակավայրի կլիմայից։

Փսխումը, երկարատև փորլուծությունը, առատ քրտնարտադրությունը, միզաբերներ օգտագործելը մեծացնում է օրգանիզմի կալիումի պահանջը։

Կալիումի իոնները մասնակցում են նյարդերում և մկաններում կենսաէլեկտրական պոտենցիալների ծագման ու հաղորդման, սրտի և այլ մկանների կծկման կարգավորմանը, պահպանում բջիջներում օսմոտիկ ճնշումը և կոլոիդների հիդրատացումը, ակտիվացնում որոշ ֆերմենտներ։

Կալիումի փոխանակությունը (մետաբոլիզմը) կապված է ածխաջրերի նյութափոխանակության հետ։ Կալիումի իոններն ազդում են սպիտակուցների սինթեզի վրա։ Կալիումն օրգանիզմից հեռանում է գլխավորապես մեզի հետ։

Կալիումի պարունակությունը ողնաշարավորների արյան և հյուսվածքների մեջ կանոնավորվում է մակերիկամների հորմոններով՝ կորտիկոստերոիդներով։

Բույսերում

Բույսերի մեջ կալիումն բաշխվում է անհավասարաչափ. վեգետատիվ օրգաններում այն ավելի շատ է, քան արմատներում և սերմերում։ Շատ կալիում կա ընդավորների, ճակնդեղի, կարտոֆիլի մեջ, ծխախոտի տերևներում և հացահատիկային կերաբույսերում (20-30 գ/կգ չոր նյութում)։

Հողում կալիումի պակասության դեպքում դանդաղում է բույսերի աճը, ավելանում հիվանդացությունը։ Օրգանիզմի բնական ռադիոակտիվությունը (գամմա-ճառագայթում) գրեթե 90 %-ով պայմանավորված է հյուսվածքներում բնական ⁴⁰K ռադիոիզոտոպի առկայությամբ։

Բժշկության մեջ կիրառում են կալիումի քացախատը (CH₃COOK)՝ որպես միզամուղ, կալիումի քլորիդը (KCl)՝ օրգանիզմում կալիումի անբավարարության դեպքում, գերքլորատը (KClO₄)՝ թիրեոտոքսիկոզի ժամանակ, կալիումի պերմանգանատը (KMnO₄)՝ հականեխիչ միջոց։

Կալիումի նկատմամբ չափահաս մարդու օրական պահանջը (2-3 գ) լրացվում է մսի և բուսական մթերքների, ծծկեր երեխաներինը (30 մգ/կգ)՝ կրծքի կաթի հաշվին։ Բույսերը կալիումը ստանում են հողից։ Կենդանիների օրգանիզմում կալիումի քանակը ~2, 4 գ/կգ է։

Կալիումի հիմնական սննդային աղբյուրներն են չորացրած ծիրանը, դդումը, լոբազգիները, կիվին, կարտոֆիլը, ավոկադոն, բանանը, լյարդը, կաթը, պնդուկի յուղը, ցիտրուսայինները և խաղողը։ Բավականաչափ կալիում կա ձկներում և կաթնային մթերքներում։

Կալիումի ներծծումը կատարվում է բարակ աղիքում։ Կալիումի յուրացմանը նպաստում է B6 վիտամինը, իսկ խանգարում է՝ ալկոհոլը։

• Կալիումի հիդրօքսիդ
• Պարբերական աղյուսակ
• Նատրիում