Կալիում

Կալիում լատին․՝ Kalium, քիմիական տարր է, որի նշանն է K, պարբերական համակարգի 4-րդ պարբերության 1-ին խմբի քիմիական տարր։ Ալկալիական մետաղ է, կարգահամարը՝ 19, ատոմական զանգվածը՝ 39, 098, ատոմի արտաքին թաղանթի էլեկտրոնային կառուցվածքը՝ 4s¹։ Ունի երկու կայուն՝ ³⁹K (93, 08 %), ⁴¹K (6, 91 %), և մեկ թույլ ռադիոակտիվ իզոտոպ՝ ⁴⁰K (0, 01 %), կիսաքայքայման պարբերությունը՝ T_½= 1, 32• 10⁹ տարի։

19 Արգոն ← Կալիում → Կալցիում Քիմիական տարրերի պարբերական համակարգ 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?

19	Կալիում
K 39,098
[Ar]4s1

Կալիումի մի քանի միացություն (օրինակ, պոտաշը, որն ստացվում էր փայտանյութի մոխրից) հայտնի է դեռ հնում։ Սակայն դրանց չէին տարբերում նատրիումի միացություններից։

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

Պատմություն և անվան ծագում

Սենյակային ջերմաստիճանում կալիումը արծաթա-սպիտակավուն մետաղ է կապտավուն երանգով։

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։

Բնության մեջ

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

Ստացում

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

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

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

Ֆիզիկական հատկություններ

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։

Քիմիական հատկություններ

К

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՝

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

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։

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

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

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

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

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

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)։

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

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՝

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

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

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

Կալիումի և նրա միացությունների ճանաչում

Կալիումի և նրա միացությունների ճանաչումը բոցի գույնի միջոցով

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։

Նշանակություն

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։

Փոխանակություն

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

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։

Տես նաև

• Կալիումի հիդրօքսիդ
• Պարբերական աղյուսակ
• Նատրիում

Աղբյուրներ

• Յու․ Վ․ Խոդակով, Լ․ Ա․ Ցվետկով և ուրիշներ։ «Քիմիա», Երևան, 1961։
• Վիկտոր Համբարձումյան «Հայկական Սովետական Հանրագիտարան», Երևան, 1979։
• Пилипенко А. Т. Натрий и калий // Справочник по элементарной химии. — 2-е изд. — Киев: Наукова думка, 1978. — С. 316—319.
• Дроздов А. Яростные металлы // Энциклопедия для детей. Химия. — М.: Аванта +, 2002. — С. 184—187. — ISBN 5-8483-0027-5
• Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. — М.: Высшая школа, 2001.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Химия, 1974.
• Спицын В. И., Мартыненко Л. И. Неорганическая химия. — М.: МГУ, 1991, 1994.
• Лидин Р. А. и др. Элементы IA-группы. Калий // Химические свойства неорганических веществ: Уч. пособие для вузов. — 4-е изд. — М.: КолосС, 2003. — С. 29—40. — ISBN 5-9532-0095-1

Արտաքին հղումներ

• Կալիումը Webelements-ում
• Կալիումի քիմիական տարրերի հայտնի գրադարանում
• Potassium at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից  (հ․ 5, էջ 175)։