Калий -Potassium

Калий,  19 К
Калий-2.jpg
Жемчужины калия (в парафиновом масле, ~5 мм каждая)
Калий
Произношение / p ə ˈ t æ s i ə m / ​( pə- TASS -ee-əm )
вид серебристо-серый
Стандартный атомный вес A r °(K)
Калий в периодической таблице
Водород гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг кобальт никель Медь Цинк Галлий Германий мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим неодим Прометий Самарий европий Гадолиний Тербий диспрозий гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран нептуний Плутоний Америций Куриум Берклиум Калифорния Эйнштейний Фермиум Менделевий Нобелий Лоуренсиум Резерфордиум Дубниум Сиборгиум борий Хассиум Мейтнериум Дармштадциум рентгений Коперниций Нихоний Флеровиум Московиум Ливермориум Теннесси Оганесон
Na

K

Rb
аргонкалийкальций
Атомный номер ( Z ) 19
Группа группа 1: водород и щелочные металлы
Период период 4
Блокировать   s-блок
Электронная конфигурация [ Ар ] 4с 1
Электроны на оболочку 2, 8, 8, 1
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 336,7  К (63,5 ° С, 146,3 ° F)
Точка кипения 1032 К (759 ° С, 1398 ° F)
Плотность (около  rt ) 0,89 г/см 3
в жидком состоянии (при  т.пл. ) 0,828 г/см 3
Критическая точка 2223 К, 16 МПа
Теплота плавления 2,33  кДж/моль
Теплота парообразования 76,9 кДж/моль
Молярная теплоемкость 29,6 Дж/(моль·К)
Атомные свойства
Степени окисления −1, +1 (сильноосновной оксид )
электроотрицательность Шкала Полинга: 0,82
Энергии ионизации
Радиус атома эмпирический: 227  часов
Ковалентный радиус 203±12 часов
Радиус Ван-дер-Ваальса 275 часов
Цветовые линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии калия
Другие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура объемно -центрированная кубическая (ОЦК)
Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура калия
Скорость звука тонкий стержень 2000 м/с (при 20 °C)
Тепловое расширение 83,3 мкм/(м⋅K) (при 25 °C)
Теплопроводность 102,5 Вт/(м⋅К)
Удельное электрическое сопротивление 72 нОм⋅м (при 20 °C)
Магнитный порядок парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость +20,8 × 10–6  см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших 3,53 ГПа
Модуль сдвига 1,3 ГПа
Объемный модуль 3,1 ГПа
Твердость по шкале Мооса 0,4
твердость по Бринеллю 0,363 МПа
Количество CAS 7440-09-7
История
Открытие и первая изоляция Хамфри Дэви (1807 г.)
Символ «K»: от нового латинского kalium.
Основные изотопы калия
Изотоп Избыток Период полувыведения ( t 1/2 ) Режим затухания Товар
39 К 93,258% стабильный
40 К 0,012% 1,248×10 9  лет β - 40 Са
ε 40 Ар
β + 40 Ар
41 К 6,730% стабильный
 Категория: Калий
| использованная литература

Калий — это химический элемент с символом K (от неолатинского kalium ) и атомным номером  19. Калий — серебристо-белый металл, достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом с небольшим усилием. Металлический калий быстро реагирует с кислородом воздуха с образованием чешуйчатого белого пероксида калия всего за несколько секунд воздействия. Впервые он был выделен из поташа , золы растений, откуда и произошло его название. В периодической таблице калий является одним из щелочных металлов , каждый из которых имеет один валентный электрон на внешней электронной оболочке, который легко удаляется, образуя ион с положительным зарядом – катион , который соединяется с анионами с образованием солей . . Калий в природе встречается только в ионных солях. Элементарный калий энергично реагирует с водой, выделяя достаточно тепла для воспламенения водорода , выделяющегося в результате реакции, и горит пламенем сиреневого цвета . Он растворяется в морской воде (которая составляет 0,04% калия по весу) и встречается во многих минералах , таких как ортоклаз , обычный компонент гранитов и других магматических пород .

Калий химически очень похож на натрий , предыдущий элемент в группе 1 периодической таблицы. У них одинаковая первая энергия ионизации , которая позволяет каждому атому отдать свой единственный внешний электрон. В 1702 году предполагалось, что это отдельные элементы, которые соединяются с одними и теми же анионами с образованием сходных солей, и в 1807 году это было доказано с помощью электролиза . Встречающийся в природе калий состоит из трех изотопов , из которых40
К
радиоактивен ._ Следы от40
K
содержится во всем калии, и это наиболее распространенный радиоизотоп в организме человека.

Ионы калия необходимы для функционирования всех живых клеток. Перенос ионов калия через мембраны нервных клеток необходим для нормальной нервной передачи; Дефицит и избыток калия могут привести к многочисленным признакам и симптомам, включая аномальный сердечный ритм и различные электрокардиографические отклонения. Свежие фрукты и овощи являются хорошими диетическими источниками калия. Организм реагирует на приток пищевого калия, который повышает уровень калия в сыворотке, сдвигом калия извне внутрь клеток и увеличением экскреции калия почками.

В большинстве промышленных применений калия используется высокая растворимость в воде соединений калия, таких как калиевые мыла . Интенсивное растениеводство быстро истощает почву калием, и это можно исправить с помощью сельскохозяйственных удобрений, содержащих калий, на долю которых приходится 95% мирового химического производства калия.

Этимология

Английское название элемента калий происходит от слова potash , которое относится к раннему методу извлечения различных солей калия: помещение в горшок золы сгоревшего дерева или листьев дерева, добавление воды, нагревание и выпаривание раствора. Когда Хамфри Дэви впервые выделил чистый элемент с помощью электролиза в 1807 году, он назвал его калием , который он получил от слова поташ .

Символ К происходит от слова кали , которое, в свою очередь, происходит от корня слова щелочь , которое, в свою очередь, происходит от арабского : القَلْيَه al-qalyah «растительный пепел». В 1797 году немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил «калий» в минералах лейците и лепидолите и понял, что «калий» не является продуктом роста растений, а на самом деле содержит новый элемент, который он предложил назвать калием . В 1807 году Хамфри Дэви произвел этот элемент с помощью электролиза: в 1809 году Людвиг Вильгельм Гилберт предложил название калий для «калий» Дэви. В 1814 году шведский химик Берцелиус выступил за название калия для калия с химическим символом K.

Англо- и франкоязычные страны приняли имя Дэви и Гей-Люссака/Тенара Potassium , тогда как германские страны приняли имя Гилберта/Клапрота Kalium . В «Золотой книге» Международного союза теоретической и прикладной химии официальный химический символ обозначен как K.

Характеристики

Физический

Пламенный тест калия.

Калий является вторым наименее плотным металлом после лития . Это мягкое твердое вещество с низкой температурой плавления , которое легко режется ножом. Свежесрезанный калий имеет серебристый вид, но сразу же начинает тускнеть до серого на воздухе. В тесте на пламя калий и его соединения излучают сиреневый цвет с максимальной длиной волны излучения 766,5 нанометров.

Нейтральные атомы калия имеют 19 электронов, что на один больше, чем у благородного газа аргона . Из-за низкой энергии первой ионизации 418,8  кДж / моль атом калия с гораздо большей вероятностью потеряет последний электрон и приобретет положительный заряд, хотя отрицательно заряженный щелочной K
ионы не исключены. Напротив, вторая энергия ионизации очень велика (3052  кДж/моль).

Химическая

Калий реагирует с компонентами кислорода, воды и углекислого газа в воздухе. С кислородом образует перекись калия . С водой калий образует гидроксид калия . Реакция калия с водой может быть сильно экзотермической , особенно потому, что попутно образующийся газообразный водород может воспламениться. Из-за этого калий и жидкий сплав натрия и калия ( NaK ) являются сильными осушителями , хотя они больше не используются как таковые.

Соединения

Структура твердого супероксида калия ( KO
2
).

Хорошо изучены три оксида калия: оксид калия2 О), пероксид калия2 О 2 ) и супероксид калия (КО 2 ). Бинарные бинарные соединения калия и кислорода реагируют с водой с образованием гидроксида калия .

Гидроксид калия (КОН) является сильным основанием. Иллюстрируя его гидрофильный характер, до 1,21 кг КОН может раствориться в одном литре воды. Безводный КОН встречается редко. КОН легко реагирует с углекислым газом с образованием карбоната калия и в принципе может быть использован для удаления следов газа из воздуха. Подобно близкородственному гидроксиду натрия, гидроксид калия реагирует с жирами с образованием мыла .  

В целом соединения калия являются ионными и из-за высокой энергии гидратации K+
ион, обладают отличной растворимостью в воде. Основными частицами в водном растворе являются водные комплексы [K(H
2
О)
н
]+
где n = 6 и 7. Гептафтортанталат калия является промежуточным продуктом при очистке тантала от стойких примесей ниобия.

Калийорганические соединения иллюстрируют неионогенные соединения калия. Они имеют высокополярные ковалентные связи K---C. Примеры включают бензил калия . Калий встраивается в графит с образованием различных соединений, в том числе KC8 .

Изотопы

Известно 25 изотопов калия, три из которых встречаются в природе:39
К
(93,3%),40
К
(0,0117%) и41
К
(6,7%). Встречающиеся в природе40
K
имеет период полураспада 1,250×10 9 лет. Он распадается на стабильный40
Ar
за счет электронного захвата или эмиссии позитронов (11,2%) или до стабильного40
Ca
путем бета-распада (88,8%). Распад40
от К
до40
Ar
является основой распространенного метода датирования горных пород. Традиционный метод K-Ar датирования основан на предположении, что породы не содержали аргона во время образования и что весь последующий радиогенный аргон (40
Ar
) количественно сохраняется. Минералы датируются измерением концентрации калия и количества радиогенных40
Ar
, который накопился. Минералы, наиболее подходящие для датирования, включают биотит , мусковит , метаморфическую роговую обманку и вулканический полевой шпат ; целые образцы горных пород из вулканических потоков и неглубоких интрузивов также могут быть датированы, если они не изменены. Помимо датирования, изотопы калия использовались в качестве индикаторов в исследованиях выветривания и круговорота питательных веществ , поскольку калий является макроэлементом , необходимым для жизни .

40
K
встречается в природном калии (и, следовательно, в некоторых коммерческих заменителях соли) в количестве, достаточном для того, чтобы большие мешки с этими заменителями можно было использовать в качестве радиоактивного источника для демонстраций в классе.40
К
— радиоизотоп с наибольшим содержанием в организме. У здоровых животных и людей40
K
представляет собой крупнейший источник радиоактивности, даже больший, чем14
С
. В теле человека массой 70 кг около 4400 ядер40
К
распадается в секунду. Активность природного калия составляет 31 Бк /г.

Космическое формирование и распространение

Калий образуется в сверхновых путем нуклеосинтеза из более легких атомов. Калий в основном образуется в сверхновых типа II в результате взрывного процесса сжигания кислорода .40
K
также образуется в s-процессе нуклеосинтеза и в процессе горения неона .

Калий является 20-м наиболее распространенным элементом в Солнечной системе и 17-м наиболее распространенным элементом по весу на Земле. Он составляет около 2,6% веса земной коры и является седьмым по распространенности элементом в земной коре. Концентрация калия в морской воде составляет 0,39  г/л (0,039 мас./об.%), примерно одна двадцать седьмая от концентрации натрия.

Калий

Калий представляет собой в первую очередь смесь солей калия, потому что в растениях мало или совсем нет натрия, а остальная часть основного минерального содержимого растений состоит из солей кальция с относительно низкой растворимостью в воде. Хотя поташ использовался с древних времен, его состав не был понятен. Георг Эрнст Шталь получил экспериментальные данные, которые привели его к предположению о принципиальном различии солей натрия и калия в 1702 году, а Анри Луи Дюамель дю Монсо смог доказать это различие в 1736 году. Точный химический состав соединений калия и натрия и статус Калий и натрий как химический элемент тогда не были известны, поэтому Антуан Лавуазье не включил щелочь в свой список химических элементов в 1789 году. и порох в виде нитрата калия. Калийные мыла из животных жиров и растительных масел особенно ценились, потому что они, как правило, лучше растворяются в воде и имеют более мягкую текстуру, поэтому их называют мягкими мылами . Открытие Юстусом Либихом в 1840 году того, что калий является необходимым элементом для растений и что большинству типов почв не хватает калия, вызвало резкий рост спроса на калийные соли. Древесная зола елей изначально использовалась в качестве источника калийной соли для удобрений, но с открытием в 1868 году месторождений полезных ископаемых, содержащих хлорид калия, недалеко от Штасфурта , Германия, производство калийсодержащих удобрений началось в промышленных масштабах. Были открыты другие месторождения калия, и к 1960-м годам Канада стала доминирующим производителем.

Металл

Кусочки металлического калия

Металлический калий был впервые выделен в 1807 году Гемфри Дэви, который получил его электролизом расплавленного КОН с помощью недавно открытого вольтова столба . Калий был первым металлом, который был выделен электролизом. Позже в том же году Дэви сообщил об экстракции металлического натрия из минерального производного ( каустической соды , NaOH или щелочи), а не из растительной соли, с помощью аналогичной техники, демонстрируя, что элементы и, следовательно, соли разные. Хотя производство металлических калия и натрия должно было показать, что оба являются элементами, потребовалось некоторое время, прежде чем эта точка зрения стала общепризнанной.

Из-за чувствительности калия к воде и воздуху для работы с этим элементом обычно используются безвоздушные методы . Он не вступает в реакцию с азотом и насыщенными углеводородами, такими как минеральное масло или керосин . Хорошо растворяется в жидком аммиаке до 480 г на 1000 г аммиака при 0  °С. В зависимости от концентрации растворы аммиака имеют цвет от синего до желтого, а их электропроводность аналогична электропроводности жидких металлов. Калий медленно реагирует с аммиаком с образованием KNH.
2
, но эта реакция ускоряется малыми количествами солей переходных металлов. Поскольку он может восстанавливать соли до металла, калий часто используется в качестве восстановителя при получении тонкоизмельченных металлов из их солей по методу Рике . Показательным является приготовление магния:

MgCl
2
+ 2 К → Mg + 2 KCl

Геология

Элементарный калий не встречается в природе из-за его высокой реакционной способности. Он бурно реагирует с водой (см. раздел «Меры предосторожности» ниже), а также реагирует с кислородом. Ортоклаз (калиевый полевой шпат) — распространенный породообразующий минерал. Гранит , например, содержит 5% калия, что намного выше среднего показателя в земной коре. Сильвит (KCl), карналлит (KCl·MgCl
2
·6(Н
2
O))
, каинит (MgSO
4
·KCl·3H
2
O)
и лангбейнит (MgSO
4
·К
2
ТАК
4
)
— это минералы, обнаруженные в крупных месторождениях эвапоритов по всему миру. Отложения часто имеют слои, начиная с наименее растворимого внизу и наиболее растворимого вверху. Залежи селитры ( нитрата калия ) образуются при разложении органического материала при контакте с атмосферой, преимущественно в пещерах; из-за хорошей растворимости селитры в воде образование более крупных отложений требует особых условий окружающей среды.

Биологическая роль

Калий является восьмым или девятым наиболее распространенным элементом по массе (0,2%) в организме человека, так что  взрослый человек весом 60 кг содержит в общей сложности около 120  г калия. Калия в организме примерно столько же, сколько серы и хлора, и только кальция и фосфора больше (за исключением вездесущих элементов CHON ). Ионы калия присутствуют в большом количестве белков и ферментов.

Биохимическая функция

Уровни калия влияют на множество физиологических процессов, в том числе

  • клеточно-мембранный потенциал покоя и распространение потенциалов действия в нейронах, мышцах и сердечной ткани. Благодаря электростатическим и химическим свойствам K+
    ионы больше, чем Na+
    ионы, а ионные каналы и насосы в клеточных мембранах могут различать два иона, активно перекачивая или пассивно пропуская один из двух ионов, блокируя другой.
  • секреция и действие гормонов
  • сосудистый тонус
  • системный контроль артериального давления
  • моторика желудочно-кишечного тракта
  • кислотно-щелочной гомеостаз
  • метаболизм глюкозы и инсулина
  • минералокортикоидное действие
  • почечная концентрационная способность
  • водно-электролитный баланс

Гомеостаз

Гомеостаз калия означает поддержание общего содержания калия в организме, уровня калия в плазме и соотношения концентраций внутриклеточного и внеклеточного калия в узких пределах, в условиях пульсирующего поступления (приема пищи), обязательной почечной экскреции и сдвигов между внутриклеточной и внеклеточной отсеки.

Плазменные уровни

Уровень калия в плазме обычно поддерживается на уровне от 3,5 до 5,5 миллимолей (ммоль) [или миллиэквивалентов (мэкв)] на литр с помощью нескольких механизмов. Уровни за пределами этого диапазона связаны с увеличением смертности от различных причин, а некоторые болезни сердца, почек и легких прогрессируют быстрее, если уровень калия в сыворотке крови не поддерживается в пределах нормы.

Средняя порция 40–50  ммоль дает организму больше калия, чем содержится во всей плазме (20–25  ммоль). Однако этот всплеск вызывает повышение уровня калия в плазме не более чем на 10% в результате быстрого и эффективного клиренса как почечными, так и внепочечными механизмами.

Гипокалиемия , дефицит калия в плазме, в тяжелой форме может привести к летальному исходу. Распространенными причинами являются повышенные желудочно-кишечные потери ( рвота , диарея ) и повышенные почечные потери ( диурез ). Симптомы дефицита включают мышечную слабость, паралитическую кишечную непроходимость , нарушения ЭКГ, снижение рефлекторной реакции; а в тяжелых случаях — паралич дыхания, алкалоз и сердечная аритмия .

Механизмы управления

Содержание калия в плазме жестко контролируется четырьмя основными механизмами, имеющими различные названия и классификации. Четыре из них: 1) реактивная система отрицательной обратной связи, 2) реактивная система прямой связи, 3) прогнозирующая или циркадианная система и 4) внутренняя или клеточная мембранная транспортная система. В совокупности первые три иногда называют «внешней системой гомеостаза калия»; и первые два, «реактивная система гомеостаза калия».

  • Реактивная система отрицательной обратной связи относится к системе, которая индуцирует почечную секрецию калия в ответ на повышение уровня калия в плазме (прием калия, выход из клеток или внутривенное вливание).
  • Система реактивной прямой связи относится к не до конца изученной системе, которая индуцирует секрецию калия почками в ответ на прием калия до любого повышения уровня калия в плазме. Это, вероятно, инициируется рецепторами калия клеток кишечника, которые обнаруживают проглоченный калий и запускают афферентные сигналы блуждающего нерва к гипофизу.
  • Прогностическая или циркадианная система увеличивает почечную секрецию калия в часы приема пищи (например, в дневное время для людей, ночное время для грызунов) независимо от наличия, количества или отсутствия приема калия. Это опосредовано циркадным генератором в супрахиазматическом ядре мозга (центральные часы), который заставляет почки (периферические часы) выделять калий в этом ритмичном циркадном режиме.
    Действие натрий-калиевого насоса является примером первичного активного транспорта . Два белка-переносчика, встроенные в клеточную мембрану слева, используют АТФ для перемещения натрия из клетки против градиента концентрации; Два белка справа используют вторичный активный транспорт для перемещения калия в клетку. Этот процесс приводит к восстановлению АТФ.
  • Система переноса ионов перемещает калий через клеточную мембрану, используя два механизма. Один из них активен и перекачивает натрий из клетки, а калий в нее. Другой пассивен и позволяет калию вытекать из клетки. Катионы калия и натрия влияют на распределение жидкости между внутриклеточными и внеклеточными компартментами осмотическими силами. Перемещение калия и натрия через клеточную мембрану опосредуется насосом Na+/K+-АТФазы . Этот ионный насос использует АТФ для откачки трех ионов натрия из клетки и двух ионов калия в клетку, создавая электрохимический градиент и электродвижущую силу через клеточную мембрану. Высокоселективные калиевые ионные каналы (которые представляют собой тетрамеры ) имеют решающее значение для гиперполяризации внутри нейронов после запуска потенциала действия, если привести один пример. Самым недавно обнаруженным каналом иона калия является KirBac3.1, который составляет в общей сложности пять каналов иона калия (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP и MthK) с определенной структурой. Все пять относятся к прокариотическим видам.

Почечная фильтрация, реабсорбция и экскреция

Обработка калия почками тесно связана с обработкой натрия. Калий является основным катионом (положительным ионом) внутри клеток животных [150  ммоль/л, (4,8  г)], тогда как натрий является основным катионом внеклеточной жидкости [150  ммоль/л, (3,345  г)]. В почках за сутки через клубочки и в почечные канальцы  фильтруется около 180 литров плазмы. Эта фильтрация включает около 600 г натрия и 33 г калия. Поскольку только 1–10 г натрия и 1–4 г калия могут быть заменены диетой, почечная фильтрация должна эффективно реабсорбировать остаток из плазмы.     

Натрий реабсорбируется для поддержания внеклеточного объема, осмотического давления и концентрации натрия в сыворотке в узких пределах. Калий реабсорбируется для поддержания концентрации калия в сыворотке крови в узких пределах. Натриевые насосы в почечных канальцах работают для реабсорбции натрия. Калий необходимо беречь, но поскольку количество калия в плазме крови очень мало, а пул калия в клетках примерно в 30 раз больше, для калия ситуация не столь критична. Поскольку калий перемещается пассивно в противотоке натрию в ответ на кажущееся (но не фактическое) равновесие Доннана , моча никогда не может опуститься ниже концентрации калия в сыворотке, за исключением случаев, когда в конце обработки активно выделяется вода. Калий дважды экскретируется и трижды реабсорбируется, прежде чем моча достигает собирательных трубочек. В этот момент моча обычно имеет примерно такую ​​же концентрацию калия, как и плазма. В конце обработки калий выделяется еще раз, если его уровень в сыворотке слишком высок.

При отсутствии потребления калия он выводится из организма в количестве около 200  мг в день до тех пор, пока примерно через неделю уровень калия в сыворотке не снизится до умеренно дефицитного уровня 3,0–3,5  ммоль/л. Если калий все еще удерживается, концентрация продолжает падать до тех пор, пока серьезный дефицит не приведет к возможной смерти.

Калий пассивно перемещается через поры в клеточной мембране. Когда ионы движутся через переносчики ионов (насосы), в насосах есть ворота с обеих сторон клеточной мембраны, и только один из них может быть открыт одновременно. В результате за секунду проходит около 100 ионов. Ионный канал имеет только одни ворота, и через них может проходить только один тип ионов со скоростью от 10 до 100 миллионов ионов в секунду. Кальций необходим для открытия пор, хотя кальций может работать и в обратном направлении, блокируя хотя бы одну из пор. Карбонильные группы внутри поры аминокислот имитируют гидратацию воды, происходящую в водном растворе, благодаря природе электростатических зарядов на четырех карбонильных группах внутри поры.

Питание

Диетические рекомендации

Национальная медицинская академия США (NAM) от имени США и Канады устанавливает расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) или адекватное потребление (AI) для случаев, когда нет достаточной информации для установления EAR. и RDA. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются эталонными нормами потребления с пищей .

Как для мальчиков, так и для девочек в возрасте до 9 лет ИА для калия составляют: 400  мг калия для детей в возрасте 0–6 месяцев, 860  мг калия для детей в возрасте 7–12 месяцев, 2000  мг калия для детей. детям 1-3 лет и 2300  мг калия детям 4-8 лет.

Для мужчин в возрасте 9 лет и старше ИП для калия составляют: 2500  мг калия для мужчин в возрасте 9-13 лет, 3000  мг калия для мужчин в возрасте 14-18 лет и 3400  мг калия для мужчин, которые 19 лет и старше.

Для женщин в возрасте 9 лет и старше ИП калия составляют: 2300  мг калия для женщин в возрасте 9-18 лет и 2600  мг калия для женщин в возрасте 19 лет и старше.

Для беременных и кормящих женщин ИП калия составляют: 2600  мг калия для беременных женщин в возрасте 14-18 лет, 2900  мг для беременных женщин в возрасте 19 лет и старше; кроме того, 2500  мг калия для кормящих женщин в возрасте 14-18 лет и 2800  мг для кормящих женщин в возрасте 19 лет и старше. Что касается безопасности, NAM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (UL) для витаминов и минералов, но для калия доказательств было недостаточно, поэтому UL не был установлен.

По состоянию на 2004 год большинство взрослых американцев потребляют менее 3000  мг.

Аналогичным образом, в Европейском Союзе , в частности в Германии и Италии , довольно часто встречается недостаточное потребление калия. Британская национальная служба здравоохранения рекомендует аналогичное потребление, заявляя, что взрослым требуется 3500  мг в день и что избыточное количество может вызвать проблемы со здоровьем, такие как боль в животе и диарея.

Ранее Адекватное потребление для взрослых было установлено на уровне 4700 мг в день. В 2019 году Национальные академии наук, инженерии и медицины пересмотрели ИИ для калия до 2600 мг/сутки для женщин 19 лет и старше и 3400 мг/сутки для мужчин 19 лет и старше.

Источники питания

Калий присутствует во всех фруктах, овощах, мясе и рыбе. Продукты с высоким содержанием калия включают батат , петрушку , курагу , молоко , шоколад , все орехи (особенно миндаль и фисташки ), картофель , побеги бамбука , бананы , авокадо , кокосовую воду , соевые бобы и отруби .

Министерство сельского хозяйства США перечисляет томатную пасту , апельсиновый сок , зелень свеклы , белую фасоль , картофель , плантаны , бананы , абрикосы и многие другие диетические источники калия, ранжированные в порядке убывания содержания калия. Суточная норма калия содержится в 5 бананах или 11 бананах.

Недостаточное потребление

Диеты с низким содержанием калия могут привести к гипертонии и гипокалиемии .

Дополнение

Добавки калия наиболее широко используются в сочетании с диуретиками , которые блокируют реабсорбцию натрия и воды выше по течению от дистальных канальцев ( тиазиды и петлевые диуретики ), поскольку это способствует увеличению секреции калия в дистальных канальцах, что приводит к увеличению экскреции калия. Доступны различные рецептурные и безрецептурные добавки. Хлорид калия можно растворить в воде, но соленый/горький вкус делает жидкие добавки неприятными на вкус. Типичные дозы варьируются от 10  ммоль (400  мг) до 20  ммоль (800  мг). Калий также доступен в таблетках или капсулах, состав которых обеспечивает медленное выщелачивание калия из матрицы, поскольку очень высокие концентрации ионов калия, присутствующие рядом с твердой таблеткой, могут повредить слизистую оболочку желудка или кишечника. По этой причине безрецептурные таблетки калия в США ограничены законом до 99  мг калия.

Поскольку почки являются местом экскреции калия, люди с нарушением функции почек подвержены риску гиперкалиемии , если не ограничивать потребление калия и добавок с пищей. Чем тяжелее нарушение, тем более строгие ограничения необходимы для предотвращения гиперкалиемии.

Мета -анализ  пришел к выводу, что увеличение ежедневного потребления калия на 1640 мг было связано со снижением риска инсульта на 21%. Хлорид калия и бикарбонат калия могут быть полезны для контроля легкой гипертензии . В 2017 году калий был 37-м наиболее часто назначаемым лекарством в Соединенных Штатах: было выписано более 19 миллионов рецептов.

Обнаружение вкусовыми рецепторами

Калий можно определить по вкусу, потому что он вызывает три из пяти типов вкусовых ощущений в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы ионов калия имеют сладкий вкус, что позволяет иметь умеренные концентрации в молоке и соках, в то время как более высокие концентрации становятся все более горькими/щелочными и, наконец, также солеными на вкус. Сочетание горечи и солености растворов с высоким содержанием калия делает добавление высоких доз калия в жидкие напитки проблемой вкусовых качеств.

Коммерческое производство

Добыча

Сильвит из Нью-Мексико
Монте-Кали , отвал добычи и обогащения калия в Гессене, Германия , состоящий в основном из хлорида натрия .

Соли калия, такие как карналлит , лангбейнит , полигалит и сильвит , образуют обширные залежи эвапорита на дне древних озер и на морском дне , что делает добычу солей калия в этих средах коммерчески выгодной. Основной источник калия – поташ – добывается в Канаде , России , Белоруссии , Казахстане , Германии , Израиле , США , Иордании и других местах по всему миру. Первые добытые месторождения были расположены недалеко от Штасфурта, Германия, но месторождения простираются от Великобритании через Германию до Польши. Они расположены в Цехштайне и отложились в средней и поздней перми . Крупнейшие из когда-либо обнаруженных месторождений лежат на глубине 1000 метров (3300 футов) под поверхностью канадской провинции Саскачеван . Месторождения расположены в группе Элк-Пойнт , разрабатываемой в среднем девоне . В Саскачеване, где с 1960-х годов работает несколько крупных шахт, впервые была применена технология замораживания влажных песков (формация Блэрмор) для прохода через них шахтных стволов. Основной компанией по добыче калия в Саскачеване до ее слияния была Potash Corporation of Saskatchewan , теперь Nutrien . Вода Мертвого моря используется Израилем и Иорданией в качестве источника калия, в то время как его концентрация в обычных океанах слишком мала для коммерческого производства по нынешним ценам.

Химическая экстракция

Для отделения солей калия от соединений натрия и магния используется несколько методов. Наиболее часто используется метод фракционного осаждения с использованием различий в растворимости солей. На некоторых шахтах также применяется электростатическое разделение измельченной солевой смеси. Образующиеся натриевые и магниевые отходы либо складируются под землей, либо складируются в отвалах . Большая часть добытого минерала калия после обработки превращается в хлорид калия. Горнодобывающая промышленность называет хлорид калия либо поташем, либо хлористым калием, либо просто MOP.

Чистый металлический калий может быть выделен электролизом его гидроксида в процессе, который мало изменился с тех пор, как он был впервые использован Гемфри Дэви в 1807 году. Хотя процесс электролиза был разработан и использовался в промышленных масштабах в 1920-х годах, термический метод реакции натрия с хлоридом калия в равновесной химической реакции стал доминирующим методом в 1950-х годах.

Производство сплавов натрия и калия осуществляется путем изменения времени реакции и количества натрия, используемого в реакции. Процесс Грисхаймера, использующий реакцию фторида калия с карбидом кальция , также использовался для получения калия.

Na + KCl → NaCl + K (термический метод)                    
2 КФ + СаС
2
→ 2 К + CaF
2
+ 2 C (процесс Гризхаймера)   

Металлический калий реактивной чистоты стоит около 10 долларов США за фунт (22 доллара США за кг ) в 2010 году при закупке тоннами . Металл более низкой чистоты значительно дешевле. Рынок нестабилен, потому что долгосрочное хранение металла затруднено. Он должен храниться в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла , чтобы предотвратить образование поверхностного слоя надпероксида калия , чувствительного к давлению взрывчатого вещества , которое детонирует при царапании. В результате взрыва часто возникает пожар, который трудно потушить.

Катионная идентификация

В настоящее время калий определяют количественно методами ионизации, но когда-то его количественно определяли гравиметрическим анализом .

Реагенты, используемые для осаждения солей калия, включают тетрафенилборат натрия , гексахлорплатиновую кислоту и кобальтинитрит натрия в соответственно тетрафенилборат калия , гексахлорплатинат калия и кобальтинитрит калия . Показательна реакция с кобальтинитритом натрия :

3K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] → K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + 3Na +

Кобальтинитрит калия получают в виде твердого вещества желтого цвета.

Коммерческое использование

Удобрение

Удобрение сульфат калия/сульфат магния

Ионы калия являются важным компонентом питания растений и содержатся в большинстве типов почв . Они используются в качестве удобрения в сельском хозяйстве , садоводстве и гидропонной культуре в виде хлорида (KCl), сульфата ( K
2
ТАК
4
), или нитрат ( KNO
3
), представляющий «К» в «NPK» . Сельскохозяйственные удобрения потребляют 95% мирового химического производства калия, и около 90% этого калия поставляется в виде KCl. Содержание калия в большинстве растений колеблется от 0,5 % до 2 % от убранной массы урожая, условно выражаемое в виде количества калия .
2
О
. Современное высокоурожайное сельское хозяйство зависит от удобрений, которые восполняют потерю калия при сборе урожая. Большинство сельскохозяйственных удобрений содержат хлорид калия, а сульфат калия используется для культур, чувствительных к хлоридам, или культур, требующих более высокого содержания серы. Сульфат образуется в основном при разложении сложных минералов каинита ( MgSO
4
·KCl·3H
2
O
) и лангбейнит ( MgSO
4
·К
2
ТАК
4
). Лишь очень немногие удобрения содержат нитрат калия. В 2005 г. около 93% мирового производства калия потреблялось промышленностью по производству удобрений. Кроме того, калий может играть ключевую роль в круговороте питательных веществ, контролируя состав подстилки.

Медицинское использование

цитрат калия

Цитрат калия используется для лечения почечнокаменной болезни , называемой почечным канальцевым ацидозом .

Хлорид калия

Калий в форме хлорида калия используется в качестве лекарства для лечения и предотвращения низкого содержания калия в крови . Низкий уровень калия в крови может возникнуть из-за рвоты , диареи или приема некоторых лекарств. Его вводят путем медленной инъекции в вену или внутрь.

Пищевые добавки

Тартрат калия-натрия ( KNaC
4
ЧАС
4
О
6
, сегнетовая соль ) является основным компонентом некоторых разновидностей разрыхлителя ; он также используется при серебрении зеркал. Бромат калия ( KBrO
3
) — сильный окислитель (Е924), используемый для повышения прочности теста и высоты подъема. Бисульфит калия ( KHSO
3
) используется в качестве пищевого консерванта, например, в виноделии и пивоварении (но не в мясе). Он также используется для отбеливания текстиля и соломы, а также при дублении кожи .

промышленный

Основными химическими веществами калия являются гидроксид калия, карбонат калия, сульфат калия и хлорид калия. Ежегодно производятся мегатонны этих соединений.

Гидроксид калия KOH является сильным основанием, которое используется в промышленности для нейтрализации сильных и слабых кислот , для контроля pH и для производства солей калия . Он также используется для омыления жиров и масел , в промышленных чистящих средствах и в реакциях гидролиза , например, сложных эфиров .

Нитрат калия ( KNO
3
) или селитра получена из природных источников, таких как гуано и эвапориты , или произведена с помощью процесса Габера ; это окислитель в порохе ( черный порох ) и важное сельскохозяйственное удобрение. Цианид калия (KCN) используется в промышленности для растворения меди и драгоценных металлов, в частности серебра и золота , путем образования комплексов . Его применения включают добычу золота , гальваническое покрытие и гальванопластику этих металлов ; он также используется в органическом синтезе для получения нитрилов . Карбонат калия ( K
2
СО
3
или поташ) используется в производстве стекла, мыла, цветных телевизионных трубок, люминесцентных ламп, текстильных красителей и пигментов. Перманганат калия ( KMnO
4
) является окисляющим, отбеливающим и очищающим веществом и используется для производства сахарина . Хлорат калия ( KClO
3
) добавляется к спичкам и взрывчатым веществам. Бромид калия (KBr) раньше использовался как успокаивающее средство и в фотографии.

В то время как хромат калия ( K
2
CrO
4
) используется в производстве множества различных коммерческих продуктов, таких как чернила , красители , морилки (путем реакции с дубильной кислотой в древесине), взрывчатые вещества , фейерверки , бумага для мух и безопасные спички , а также при дублении кожа, все эти применения обусловлены химическим составом иона хромата, а не иона калия.

Ниша использует

Существуют тысячи применений различных соединений калия. Одним из примеров является супероксид калия , KO
2
, оранжевое твердое вещество, которое действует как портативный источник кислорода и поглотитель углекислого газа. Он широко используется в дыхательных системах в шахтах, подводных лодках и космических кораблях, так как занимает меньший объем, чем газообразный кислород.

4 КО 
2
+ 2  СО 2 → 2 К 
2
СО
3
+ 3 О 
2

Другим примером является кобальтинитрит калия , K
3
[Ко(НЕТ
2
)
6
]
, который используется в качестве художественного пигмента под названием ауреолин или желтый кобальт.

Стабильные изотопы калия можно охлаждать лазером и использовать для исследования фундаментальных и технологических проблем квантовой физики . Два бозонных изотопа обладают удобными резонансами Фешбаха , позволяющими проводить исследования, требующие настраиваемых взаимодействий, в то время как 40 K является одним из двух стабильных фермионов среди щелочных металлов.

Лабораторное использование

Сплав натрия и калия, NaK представляет собой жидкость, используемую в качестве теплоносителя и осушителя для производства сухих и безвоздушных растворителей . Его также можно использовать в реактивной дистилляции . Тройной сплав из 12% Na, 47% K и 41% Cs имеет самую низкую температуру плавления -78 ° C среди всех металлических соединений.  

Металлический калий используется в нескольких типах магнитометров .

Меры предосторожности

Калий
Опасности
Маркировка СГС :
GHS02: легковоспламеняющийсяGHS05: коррозионно-активный
Опасность
Х260 , Х314
П223 , П231+П232 , П280 , П305+П351 +П338 , П370+П378 , П422
NFPA 704 (огненный алмаз)
3
3
2

Металлический калий может бурно реагировать с водой с образованием гидроксида калия (КОН) и газообразного водорода .

2 K (т) + 2 H 2 O (ж) → 2 KOH (водн.) + H
2
↑ (г)
Реакция металлического калия с водой. Образуется водород, а с парами калия горит розовым или сиреневым пламенем. В растворе образуется сильнощелочной гидроксид калия.

Эта реакция является экзотермической и выделяет достаточно тепла для воспламенения образующегося водорода в присутствии кислорода. Мелкоизмельченный калий воспламеняется на воздухе при комнатной температуре. Объемный металл воспламеняется на воздухе при нагревании. Поскольку его плотность составляет 0,89  г/см 3 , горящий калий всплывает в воде, подвергая его воздействию атмосферного кислорода. Многие распространенные средства пожаротушения, включая воду, либо неэффективны, либо усугубляют калиевый пожар. Азот , аргон , хлорид натрия (поваренная соль), карбонат натрия (кальцинированная сода) и диоксид кремния (песок) эффективны, если они сухие. Некоторые порошковые огнетушители класса D , предназначенные для тушения металлических пожаров, также эффективны. Эти агенты лишают огонь кислорода и охлаждают металлический калий.

При хранении калий образует пероксиды и супероксиды. Эти пероксиды могут бурно реагировать с органическими соединениями , такими как масла. И пероксиды, и супероксиды могут взрывоопасно реагировать с металлическим калием.

Поскольку калий реагирует с водяным паром на воздухе, его обычно хранят под безводным минеральным маслом или керосином. Однако, в отличие от лития и натрия, калий не следует хранить под маслом дольше шести месяцев, за исключением инертной (бескислородной) атмосферы или вакуума. При длительном хранении на воздухе на металле и под крышкой контейнера могут образоваться опасные ударочувствительные пероксиды, способные детонировать при открывании.

Прием внутрь большого количества соединений калия может привести к гиперкалиемии , сильно влияющей на сердечно-сосудистую систему. Хлорид калия используется в Соединенных Штатах для смертельных инъекций .

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки

  • «Калий» . Информационный портал о наркотиках . Национальная медицинская библиотека США.