Kaliy

Kaliy
Kaliy
← Argon | Kalsiy →
Oddiy moddaning tashqi ko‘rinishi
Sof kaliy
Atomning xossalari
Nomi, belgisi, tartib raqami Kaliy / Kalium (K), 19
Guruh, davr, blok 1 (eski tasnif bo‘yicha IA), 4,
s-element
Atom massasi
(molyar massa)
39,0983(1) a. m. b. (g/mol)
Elektron konfiguratsiyasi [Ar] 4s1
1s22s22p63s23p64s1
Atom radiusi 235 pm
Kimyoviy xossalari
Kovalent radius 203 pm
Ion radiusi 133 pm
Elektrmanfiylik 0,82 (Poling shkalasi)
Elektrod potensiali −2,92 V
Oksidlanish darajalari 0, +1
Ionlanish energiyasi
(birinchi elektron)
418,5 (4,34) kJ/mol (eV)
Oddiy moddaning termodinamik xossalari
Zichlik (quyidagi sharoitda: n. sh.) 0,856 g/sm3
Suyuqlanish harorati 336,8 K; +63,65 °C
Qaynash harorati 1047 K; 773,85 °C
Molyar suyuqlanish issiqligi 2,33 kJ/mol
Molyar bug‘lanish issiqligi 76,9 kJ/mol
Molyar issiqlik sig‘imi 29,6 J/(K·mol)
Molyar hajm 45,3 sm3/mol
Kristall panjara (oddiy modda)
Panjara tuzilishi Hajm markazlashgan kubik
Panjara parametrlari 5,332 Å
Debay harorati 100 K
Boshqa xususiyatlari
Issiqlik o‘tkazuvchanligi (300 K) 79,0 Vt/(m·K)
CAS raqami 7440-09-7
Emissiya spektri
Eng uzoq yashovchi izotoplar
Izotop Tabiiy tarqal-
ganligi
Yarim yemirilish davri Yemirilish kanali Yemirilish mahsuloti
39K 93,258% barqaror - -
40K 0,012% 1,248⋅109 yil β−
EY
β+
40Ca
40Ar
40Ar
41K 6,730% barqaror - -

Kaliy (kimyoviy belgisi — K, lot. Kalium) — kimyoviy element bo‘lib, 1-guruhga (eski tasnif bo‘yicha birinchi guruhning asosiy guruhchasi — IA ga), to‘rtinchi davrga mansub. U D. I. Mendeleyev davriy sistemasida atom raqami 19.

Oddiy modda kaliy — yumshoq, oson suyuqlanadigan va juda yengil, ishqoriy metall bo‘lib, kumushsimon oq rangga ega va havoda tez oksidlanadi. Tabiatda kaliy faqat boshqa elementlar bilan birikmalar shaklida, masalan, dengiz suvida, shuningdek, ko‘plab minerallarda, jumladan, silvinda.

Havoda juda tez oksidlanadi, ayniqsa ochiq havoda; kimyoviy reaksiyalarga esa juda oson kirishadi, ayniqsa, suv bilan juda oson kirishib, ishqor hosil qiladi. Zichligi pastligi sababli kaliy bo‘lagi portlaguncha suv yuzasida suzib turadi.

Ko‘p xossalari jihatidan kaliy natriyga juda yaqin, biroq biologik vazifasi va tirik organizmlar hujayralarida ishlatilishi nuqtayi nazaridan ular antagonistdir. Kaliy tuzlari odatda natriy tuzlariga qaraganda kamroq gidratlangan bo‘ladi.

Tarixi va nomining kelib chiqishi

Kaliy birikmalaridan qadim zamonlardan beri foydalanilgan. Masalan, potash (yuvish vositasi sifatida qo‘llanilgan) ishlab chiqarish XI asrdayoq mavjud bo‘lgan. Somon yoki yog‘och yoqilganda hosil bo‘lgan kulga suv bilan ishlov berilgan, olingan eritma (ishqorli eritma) filtrlangach bug‘latilgan. Quruq qoldiq tarkibida kaliy karbonat K2CO3, kaliy sulfat K2SO4, soda va kaliy xlorid KCl.

19-noyabr 1807-yilda aynan Beyker ma’ruzasida ingliz kimyogari Devi kaliyni elektroliz yordamida suyuqlantirilgan o‘yuvchi kaliy (KOH)dan ajratib olganini ma’lum qildi (ma’ruza qo‘lyozmasida Devi kaliyni 6-oktabr 1807-yilda kashf etganini ko‘rsatgan). Devi uni «potassiy» (lot. potasium:32); bu nom (ayrim tillarda ikkita s harfi bilan yozilsa-da) ingliz, fransuz, ispan, portugal va polyak tillarida hozirgacha ishlatiladi. Nam o‘yuvchi kaliy KOH elektroliz qilinganda u simob katodida kaliy amalgamasini olgan, simobni haydab ajratgach esa sof metallni hosil qilgan. Devi uning zichligini aniqlagan, kimyoviy xossalarini, jumladan, suvni parchalashi va vodorodni yutishini o‘rgangan.

1808-yilda fransuz kimyogarlari Gey-Lyussak va L. Tenar KOHni ko‘mir bilan qizdirish orqali kaliyni kimyoviy usulda ajratib oldilar.

Aynan 1809-yilda nemis fizigi L. V. Gilbert «kaliy» nomini taklif qildi (lot. kalium, arabcha al-qaliy — potash). Bu nom nemis tiliga, undan esa Shimoliy va Sharqiy Yevropaning ko‘pchilik tillariga (jumladan, rus tiliga) kirib kelgan va ushbu elementning K belgisini tanlashda ustun kelgan.

Tabiatda uchrashi

Kaliyning Yer po‘stidagi klark miqdori 2,4 % ni tashkil etadi (tarqalishi bo‘yicha metallar orasida 5-o‘rinda, Yer po‘stidagi miqdori bo‘yicha 7-o‘rinda turadigan element). O‘rtacha konsentratsiya dengiz suvida — 380 mg/l ni tashkil etadi.

Kimyoviy faolligi yuqori bo‘lgani sababli kaliy tabiatda erkin holda uchramaydi. U tog‘ jinslarini hosil qiluvchi element bo‘lib, slyudalar, dala shpatlari va boshqalar tarkibiga kiradi. Bundan tashqari, kaliy silvin KCl, silvinit KCl·NaCl, karnallit KCl·MgCl2·6H2O, kainit KCl·MgSO4·6H2O kabi minerallarda, shuningdek, ayrim o‘simliklar kulida K2CO3 (potash) ko‘rinishida ham bo‘ladi. Kaliy barcha hujayralar tarkibiga kiradi (quyidagi «Biologik roli»).

Konlari

Kaliyning eng yirik konlari Kanada (ishlab chiqaruvchi PotashCorp), Rossiya (AJ «Uralkaliy», Berezniki, Solikamsk, Perm o‘lkasi, Verxnekamsk kaliy rudalari koni), Belarus (ishlab chiqarish birlashmasi «Belaruskaliy», Soligorsk, Starobin kaliy rudalari koni).

Olinishi

Kaliy ham boshqa ishqoriy metallar kabi elektroliz orqali suyuqlantirilgan xloridlar yoki ishqorlardan olinadi. Xloridlarning suyuqlanish harorati yuqoriroq (600—650 °C) bo‘lgani sababli, ko‘pincha suyuqlantirilgan ishqorlarga soda yoki potash (12 % gacha) qo‘shilib, elektroliz o‘tkaziladi. Suyuqlantirilgan xloridlar elektrolizida katodda suyuq kaliy, anodda esa xlor:

ajralib chiqadi. Kaliy gidroksid elektroliz qilinganda ham katodda suyuq kaliy, anodda esa kislorod:

ajraladi. Suyuqlanmadan suv tez bug‘lanib ketadi. Kaliyning xlor yoki kislorod bilan reaksiyaga kirishmasligi uchun katod misdan tayyorlanadi va uning ustiga mis silindr o‘rnatiladi. Hosil bo‘lgan suyuq kaliy silindrda yig‘iladi. Anod ham nikeldan (ishqorlar elektrolizida) yoki grafitdan (xloridlar elektrolizida) silindr shaklida tayyorlanadi.

Termokimyoviy qaytarish usullari ham sanoatda muhim ahamiyatga ega:

shuningdek, suyuqlantirilgan kaliy xloridni kalsiy karbid, alyuminiy yoki kremniy bilan qaytarish.

Fizik xossalari

Kaliy TGF qatlami ostida

Kaliy — yangi ochilgan yuzasiga xos yaltiroqlikka ega kumushsimon metall. Juda yengil va oson suyuqlanadi. Simobda nisbatan yaxshi erib, amalgamalar hosil qiladi. Kaliy (shuningdek, uning birikmalari) gorelka alangasiga kiritilganda alangani o‘ziga xos pushti-binafsha rangga bo‘yaydi.

Kaliy suv bilan faol reaksiyaga kirishadi. Ajralib chiqadigan vodorod alangalanadi, kaliy ionlari esa alangaga binafsha rang beradi. Suvdagi fenolftalein eritmasi to‘q pushti rangga kiradi, bu hosil bo‘layotgan KOHning ishqoriy xususiyatini ko‘rsatadi.

Kaliy kubik singoniyaga mansub kristallar hosil qiladi, (fazoviy guruh I m3m), elementar yacheyka parametrlari a = 0,5247 nm, Z = 2.

Kimyoviy xossalari

Sof kaliy boshqa ishqoriy metallar kabi odatiy metall xossalariga ega, kimyoviy jihatdan juda faol va kuchli qaytaruvchidir. Havoda yangi kesilgan yuzasi peroksidlar, oksidlar va karbonatdan iborat parda hosil bo‘lishi tufayli tez xiralashadi. Atmosfera bilan uzoq aloqa qilsa, butunlay yemirilishi mumkin. Suv bilan portlash tarzida reaksiyaga kirishadi. Uning yuzasi havo va suvga tegmasligi uchun kaliyni benzini, kerosin yoki silikon qatlami ostida saqlash kerak. Na, Tl, Sn, Pb, Bi bilan kaliy intermetall birikmalar.

Oddiy moddalar bilan o‘zaro ta’siri

Kaliy xona haroratida havodagi kislorod va galogenlar bilan reaksiyaga kirishadi; azot bilan esa deyarli reaksiyaga kirishmaydi (litiy va natriydan farqli ravishda). O‘rtacha qizdirilganda vodorod bilan reaksiyaga kirishib, gidrid hosil qiladi:

Kaliy xalkogenlar bilan ham reaksiyaga kirishadi (E = S, Se, Te):

Kaliy havoda yonganda kaliy superoksidi hosil bo‘ladi KO2 (oz miqdordagi K2O2):

Kaliyning fosfor bilan inert muhitdagi reaksiyasida kaliy fosfidi hosil bo‘ladi; u yashil rangga ega:

Murakkab moddalar bilan o‘zaro ta’siri

Kaliy xona haroratida (+20 °C) suv va kislotalar bilan faol reaksiyaga kirishadi, suyuq ammiakda (−50 °C) erib, to‘q ko‘k rangli kaliy ammiakati eritmasini hosil qiladi.

[manba 1504 kundan beri ko‘rsatilmagan]

Kaliy suyultirilgan sulfat va nitrat kislotalarni chuqur qaytaradi:

Metall kaliy ishqorlar bilan suyuqlantirilganda gidroksil guruhidagi vodorodni qaytaradi:

O‘rtacha qizdirilganda gazsimon ammiak bilan reaksiyaga kirishib, amid hosil qiladi (+65…+105 °C):

Metall kaliy spirtlar bilan reaksiyaga kirishib, alkogolyatlar:

hosil qiladi. Ishqoriy metallarning alkogolyatlari (bu holda kaliy etilat) organik sintezda keng qo‘llaniladi.

Kislorodli birikmalar

Kaliy havodagi kislorod bilan o‘zaro ta’sirlashganda oksid emas, balki peroksid va superoksid:

Kaliy oksidi metallni 180 °C dan yuqori bo‘lmagan haroratda juda kam kislorod bo‘lgan muhitda qizdirish yoki kaliy superoksidini metall kaliy bilan birga qizdirish orqali olinishi mumkin:

Kaliy oksidlari yaqqol asosli xossalarga ega bo‘lib, suv, kislotalar va kislotali oksidlar bilan shiddatli reaksiyaga kirishadi. Ular amaliy ahamiyatga ega emas. Peroksidlar sarg‘ish-oq kukunlar bo‘lib, suvda yaxshi erib, ishqorlar va vodorod peroksidini hosil qiladi:

Sovet davrida ishlab chiqarilgan izolyatsiyalovchi gazniqob IP-5

Karbonat angidridni kislorodga almashtirish xususiyatidan izolyatsiyalovchi gazniqoblarda va suvosti kemalarida foydalaniladi. Yutuvchi modda sifatida kaliy superoksidi va natriy peroksidining ekvimolyar aralashmasi ishlatiladi. Agar aralashma ekvimolyar bo‘lmasa, natriy peroksidi ortiqcha bo‘lganda ajraladigan gazdan ko‘proq gaz yutiladi (ikki hajm CO2 yutilganda bir hajm O2 ajraladi) va yopiq fazodagi bosim kamayadi. Kaliy superoksidi ortiqcha bo‘lsa (ikki hajm CO2 yutilganda uch hajm O2 ajraladi), yutilganidan ko‘proq gaz ajraladi va bosim oshadi.

Ekvimolyar aralashma holatida (Na2O2:K2O4 = 1:1) yutilgan va ajralgan gaz hajmlari teng bo‘ladi (to‘rt hajm CO2 yutilganda to‘rt hajm O2).

Peroksidlar kuchli oksidlovchilar bo‘lgani sababli to‘qimachilik sanoatida matolarni oqartirish uchun ishlatiladi.

Peroksidlar metallarni karbonat angidriddan tozalangan havoda qizdirish orqali olinadi.

Shuningdek, Kaliy ozonidi KO3 ham ma’lum, u to‘q sariq-qizil rangga ega. Uni kaliy gidroksidning ozon bilan +20 °C dan yuqori bo‘lmagan haroratda reaksiyaga kirishishi natijasida olish mumkin:

Kaliy ozonidi juda kuchli oksidlovchi bo‘lib, masalan, elementar oltingugurtnihatto sulfat va disulfatgacha +50 °C dayoq oksidlaydi:

Gidroksid

Kaliy gidroksid (yoki o‘yuvchi kaliy) oq, xira, qattiq va juda gigroskopik kristallardan iborat bo‘lib, 360 °C da suyuqlanadi. Kaliy gidroksid ishqorlarga kiradi. U suvda katta miqdorda issiqlik ajralishi bilan yaxshi eriydi. +20 °C da o‘yuvchi kaliyning 100 g suvdagi eruvchanligi 112 g.

Ion almashinish reaksiyalarida kaliy

Kaliyning aksariyat tuzlari suvda eriydi, chunki u ishqoriy metall hisoblanadi. Kam dissotsilanadigan ayrim kaliy tuzlarigina ion almashinish reaksiyalari natijasida cho‘kma hosil qilishi mumkin. Xususan, suvli eritmadagi kaliy kationlari quyidagilar bilan o‘zaro ta’sirlashadi:

Qo‘llanilishi

  • Xona haroratida suyuq bo‘ladigan kaliy va natriy qotishmasi issiqlik tashuvchi sifatida yopiq tizimlarda, masalan, tez neytronlar bilan ishlaydigan yadroviy energetik qurilmalarda qo‘llaniladi. Bundan tashqari, kaliyning rubidiy va seziy bilan suyuq qotishmalari ham keng qo‘llaniladi. Tarkibida 12 % natriy, 47 % kaliy va 41 % seziy bo‘lgan qotishma rekord darajada past — −78 °C suyuqlanish haroratiga ega.
  • Kaliy birikmalari — eng muhim biogen element hisoblangan kaliyga oid bo‘lib, ular o‘g‘itlar sifatida qo‘llaniladi. Kaliy azot va fosfor bilan birga o‘simliklarning o‘sishi uchun zarur uch asosiy elementdan biridir. Azot va fosfordan farqli ravishda, kaliy hujayraning asosiy kationi hisoblanadi. O‘simlikda kaliy yetishmasa, avvalo, xloroplastlar — fotosintez sodir bo‘ladigan hujayra organoidlarining membranalari tuzilishi buziladi. Tashqi tomondan bu barglarning sarg‘ayishi va keyinchalik nobud bo‘lishi bilan namoyon bo‘ladi. Kaliyli o‘g‘itlar berilganda o‘simliklarning vegetativ massasi, hosildorligi va zararkunandalarga chidamliligi oshadi.
  • Kaliy tuzlari galvanotexnikada keng qo‘llaniladi, chunki ular nisbatan qimmat bo‘lishiga qaramay, ko‘pincha tegishli natriy tuzlariga qaraganda yaxshiroq eriydi va shu sababli yuqori tok zichligida elektrolitlarning jadal ishlashini ta’minlaydi.

Muhim birikmalar

Kaliy permanganat kristallari

Biologik roli

Kaliy — eng muhim biogen element, ayniqsa, o‘simliklar dunyosida. Tuproqda kaliy yetishmasa, o‘simliklar yomon rivojlanadi va hosildorlik pasayadi. Shu sababli qazib olinadigan kaliy tuzlarining qariyb 90 % i o‘g‘it sifatida ishlatiladi.

Kaliy kationlari natriy kationlari bilan birga hujayra membranasidagi natriy-kaliy nasosining asosiy tarkibiy qismlaridan bo‘lib, u asab impulslarini o‘tkazishda muhim rol o‘ynaydi.

Inson organizmidagi kaliy

Kaliy asosan hujayralarda bo‘ladi; uning miqdori hujayralararo bo‘shliqdagidan 40 baravargacha ko‘p. Hujayralar faoliyati davomida ortiqcha kaliy sitoplazmadan chiqib ketadi, shuning uchun uning konsentratsiyasini saqlash maqsadida natriy-kaliy nasosi yordamida qayta hujayraga kiritilishi kerak. Kaliy va natriy bir-biri bilan funksional jihatdan bog‘liq bo‘lib, quyidagi vazifalarni bajaradi:

Tavsiya etilgan sutkalik iste’mol me’yori kaliy uchun bolalarda 600 dan 1700 milligrammgacha, kattalarda 1800 dan 5000 milligrammgacha bo‘ladi. Kaliyga ehtiyoj tana vazni, jismoniy faollik, fiziologik holat va yashash joyining iqlimiga bog‘liq. Qusish, uzoq davom etadigan ich ketishi, ko‘p terlash va siydik haydovchi vositalarni qo‘llash organizmning kaliyga ehtiyojini oshiradi.

Kaliyning asosiy oziq-ovqat manbalari dukkaklilar (birinchi navbatda oq loviya), ismaloq, karam, xurmo, kartoshka, batat, quritilgan o‘rik, qovun, kivi, avokado, pomelo, banan, brokkoli, jigar, sut, yong‘oq moyi, sitrus mevalar, uzum. Kaliy baliqda va sut mahsulotlarida ham ko‘p uchraydi.

Baliqning deyarli barcha turlarida 200 mg dan ortiq kaliy 100 g mahsulotga to‘g‘ri keladi. Turli baliqlarda kaliy miqdori har xil bo‘ladi.

Sabzavotlar, qo‘ziqorinlar va ko‘katlarda ham kaliy ko‘p, biroq konservalangan mahsulotlarda uning miqdori ancha kam bo‘lishi mumkin. Kaliy shokoladda ham ko‘p bo‘ladi.

Kaliy ingichka ichakda so‘riladi. Kaliyni o‘zlashtirishni B6 vitamini osonlashtiradi, alkogol esa qiyinlashtiradi.

Kaliy yetishmaganda gipokaliyemiya rivojlanadi. Yurak va skelet mushaklari faoliyati buziladi. Uzoq davom etgan kaliy yetishmovchiligi o‘tkir nevralgiyaga sabab bo‘lishi mumkin.

Kaliy ortiqcha bo‘lganda giperkaliyemiya rivojlanadi. Uning asosiy belgisi yara (ingichka ichakda) hisoblanadi. Haqiqiy giperkaliyemiya yurak to‘xtashiga olib kelishi mumkin.

Izotoplar

Tabiiy kaliy uchta izotopdan iborat. Ulardan ikkitasi barqaror: 39K (izotopning tabiiy ulushi 93,258 %) va 41K (6,730 %). Uchinchi izotop 40K (0,0117 %) beta-radioaktiv bo‘lib, uning yarim yemirilish davri 1,251 milliard yil. Kaliyning tabiiy beta-radioaktivligini N. Kempbell[inglizcha] va A. Vud[inglizcha] 1906-yilda ionlashtirish usuli yordamida kashf etishgan. Kaliyning uran va toriyga nisbatan yarim yemirilish davri qisqaroqligi va tabiatda ko‘proq tarqalganligi tufayli bundan 2 milliard yil oldin va undan ham avval Yerning tabiiy radiatsion foniga asosiy hissani kaliy-40 qo‘shgan. Har bir gramm tabiiy kaliyda har soniyada o‘rtacha 31,0±0,3 ta 40K yadrosi yemiriladi. Shu sababli, masalan, tana vazni 70 kg bo‘lgan odam organizmida har soniyada taxminan 4000 ta radioaktiv yemirilish sodir bo‘ladi. Shuning uchun maishiy sharoitda oson topiladigan kaliy birikmalaridan (potash, kaliy xlorid, kaliy selitrasi va shu kabilar) maishiy dozimetrlarni tekshirish uchun sinov radioaktiv manbalari sifatida foydalanish mumkin[manba 1300 kundan beri ko‘rsatilmagan]. 40 K uran va toriy bilan birga Yer qa’rida ajraladigan geotermal energiyaning asosiy manbalaridan biri hisoblanadi (umumiy energiya ajralish tezligi 40—44 TVt). Tarkibida kaliy bo‘lgan minerallarda 40Ar, kaliy-40 yemirilishi mahsulotlaridan biri sifatida asta-sekin to‘planadi. Bu tog‘ jinslarining yoshini aniqlash imkonini beradi; kaliy-argon usuli eng muhim usullardan biri bo‘lib, yadroviy geoxronologiyada qo‘llaniladi.

Sun’iy izotoplardan biri — 37 K, yarim yemirilish davri 1,23651 soniya bo‘lib, tajribalarda kuchsiz o‘zaro ta’sirni fizikaning Standart modelida o‘rganish uchun qo‘llaniladi.

Adabiyotlar

  • Pilipenko A. T. Natriy va kaliy // Oddiy kimyo bo‘yicha ma’lumotnoma. — 2-nashr. — Kiyev: Naukova dumka, 1978. — B. 316—319.
  • Drozdov A. Shiddatli metallar // Bolalar uchun ensiklopediya. Kimyo. — M.: Avanta +, 2002. — B. 184—187. — ISBN 5-8483-0027-5.
  • Axmetov N. S. Umumiy va noorganik kimyo. — M.: Oliy maktab, 2001.
  • Nekrasov B. V. Umumiy kimyo asoslari. — M.: Ximiya, 1974.
  • Spitsin V. I., Martinenko L. I. Noorganik kimyo. — M.: MDU, 1991, 1994.
  • Lidin R. A. va boshqalar IA guruh elementlari. Kaliy // Noorganik moddalarning kimyoviy xossalari: Oliy o‘quv yurtlari uchun o‘quv qo‘llanma. — 4-nashr. — M.: KolosS, 2003. — B. 29—40. — ISBN 5-9532-0095-1.

Havolalar