Historie, struktura, vlastnosti, reakce, použití draslíku

4236
Charles McCarthy

The draslík je to alkalický kov, jehož chemický symbol je K. Jeho atomové číslo je 19 a nachází se pod sodíkem na periodické tabulce. Je to měkký kov, který lze dokonce řezat nožem. Je také poměrně lehký a může se vznášet na tekuté vodě a energicky reagovat..

Čerstvě řezaný, má velmi jasnou stříbřitě bílou barvu, ale při vystavení vzduchu rychle oxiduje a ztrácí svůj lesk, stává se šedivým (téměř namodralým, jako na obrázku níže)..

Částečně oxidované kousky draslíku uložené v minerálním oleji. Zdroj: 2 × 910 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Draslík výbušně reaguje s vodou za vzniku hydroxidu draselného a plynného vodíku. Právě tento plyn způsobuje explozi reakce. Když hoří v zapalovači, jeho vzrušené atomy obarví plamen intenzivní šeříkovou barvou; toto je jeden z vašich kvalitativních testů.

Je to sedmý nejhojnější kov v zemské kůře a představuje 2,6% její hmotnosti. Vyskytuje se hlavně v magmatických horninách, břidlicích a sedimentech, kromě minerálů jako je sylvit (KCl). Na rozdíl od sodíku je jeho koncentrace v mořské vodě nízká (0,39 g / l).

Draslík izoloval v roce 1807 anglický chemik Sir Humphrey Davy elektrolýzou roztoku jeho hydroxidu KOH. Tento kov byl jako první izolován elektrolýzou a Davy mu dal anglický název draslík.

V Německu se však název kalium používal k označení kovu. Přesně z tohoto příjmení pochází písmeno „K“, které se používá jako chemický symbol pro draslík.

Samotný kov má malé průmyslové využití, ale produkuje mnoho užitečných sloučenin. Biologicky je to však mnohem důležitější, protože je to jeden z podstatných prvků pro naše tělo.

Například v rostlinách upřednostňuje realizaci fotosyntézy, procesu osmózy. Rovněž podporuje syntézu bílkovin, čímž podporuje růst rostlin.

Rejstřík článků

  • 1 Historie
    • 1.1 Potaš
    • 1.2 Objev
  • 2 Struktura a elektronová konfigurace draslíku
    • 2.1 oxidační číslo
  • 3 Vlastnosti
    • 3.1 Vzhled
    • 3,2 molární hmotnost
    • 3.3 Teplota tání
    • 3.4 Bod varu
    • 3.5 Hustota
    • 3.6 Rozpustnost
    • 3.7 Hustota par
    • 3.8 Tlak par
    • 3.9 Stabilita
    • 3.10 Žíravost
    • 3.11 Povrchové napětí
    • 3.12 Fúzní teplo
    • 3.13 Odpařovací teplo
    • 3.14 Molární tepelná kapacita
    • 3.15 Elektronegativita
    • 3.16 Ionizační energie
    • 3.17 Atomový poloměr
    • 3.18 Kovalentní poloměr
    • 3.19 Tepelná roztažnost
    • 3.20 Tepelná vodivost
    • 3.21 Elektrický odpor
    • 3.22 Tvrdost
    • 3.23 Přírodní izotopy
  • 4 Názvosloví
  • 5 tvarů
  • 6 Biologická role
    • 6.1 Rostliny
    • 6.2 Zvířata
    • 6.3 Repolarizace buněk
    • 6.4 Další funkce
  • 7 Kde najít draslík a produkci
    • 7.1 Elektrolýza
    • 7.2 Tepelná metoda
  • 8 Reakce
    • 8.1 Anorganické
    • 8.2 Organické
  • 9 použití
    • 9.1 Kovový draslík
    • 9.2 Sloučeniny
  • 10 Reference

Příběh

Potaš

Od starověku člověk používal potaš jako hnojivo, ignoroval existenci draslíku, natož jeho vztah s potašem. To bylo připraveno z popela kmenů a listí stromů, ke kterému byla přidána voda, která byla později odpařena.

Zelenina obsahuje převážně draslík, sodík a vápník. Ale sloučeniny vápníku jsou špatně rozpustné ve vodě. Z tohoto důvodu byl potaš koncentrátem sloučenin draslíku. Slovo je odvozeno z kontrakce anglických slov „pot“ a „ash“.

V roce 1702 navrhl G. Ernst Stahl rozdíl mezi sodnou a draselnou solí; Tento návrh ověřil Henry Duhamel du Monceau v roce 1736. Jelikož přesné složení solí nebylo známo, rozhodl se Antoine Lavoiser (1789) nezařadit alkálie do seznamu chemických prvků..

Objev

V roce 1797 objevil německý chemik Martin Klaproth potaš v minerálech leucit a lepidolit, pro které došel k závěru, že nejde pouze o produkt rostlin.

V roce 1806 anglický chemik Sir Humphrey Davy zjistil, že vazba mezi prvky sloučeniny byla elektrické povahy..

Davy poté izoloval draslík elektrolýzou hydroxidu draselného a sledoval kuličky kovového lesku, které se hromadily na anodě. Pojmenovaný kov s anglickým etymologickým slovem draslík.

V roce 1809 navrhl Ludwig Wilhelm Gilbert název kalium (kalium) pro Davyho draslík. Berzelius vyvolal jméno kalium, aby draslíku přidělil chemický symbol „K“.

Nakonec Justus Liebig v roce 1840 zjistil, že draslík je nezbytným prvkem rostlin.

Struktura a elektronová konfigurace draslíku

Kovový draslík za normálních podmínek krystalizuje v těle kubickou (bcc) strukturu. To se vyznačuje tím, že je málo husté, což souhlasí s vlastnostmi draslíku. Atom K je obklopen osmi sousedy, přímo ve středu krychle a s ostatními atomy K umístěnými na vrcholech.

Tato fáze bcc je také označována jako fáze K-I (první). Když se zvyšuje tlak, krystalová struktura se zhutňuje do kubické (fcc) fáze zaměřené na obličej. K tomu, aby k tomuto přechodu došlo spontánně, je však zapotřebí tlak 11 GPa..

Tato hustší fcc fáze je známá jako K-II. Při vyšších tlacích (80 GPa) a nižších teplotách (méně než -120 ° C) získává draslík třetí fázi: K-III. K-III se vyznačuje svou schopností pojmout další atomy nebo molekuly ve svých krystalických dutinách..

Existují také dvě další krystalické fáze při ještě vyšších tlacích: K-IV (54 GPa) a K-V (90 GPa). Při velmi nízkých teplotách draslík dokonce vykazuje amorfní fázi (s neuspořádanými atomy K).

Oxidační číslo

Elektronová konfigurace draslíku je:

[Ar] 4 s1

4s orbital je nejvzdálenější, a proto má jediný valenční elektron. To je teoreticky zodpovědné za kovovou vazbu, která drží atomy K pohromadě, aby definovaly krystal.

Ze stejné konfigurace elektronů je snadné pochopit, proč má draslík vždy (nebo téměř vždy) oxidační číslo +1. Když ztratíte elektron a vytvoříte kation K+, se stává izoelektronickým pro argon vzácného plynu s plným valenčním oktetem.

U většiny jeho derivátových sloučenin se předpokládá, že se draslík vyskytuje jako K.+ (i když vaše vazby nejsou čistě iontové).

Na druhou stranu, i když je to méně pravděpodobné, může draslík získat elektron, který má na své 4s oběžné dráze dva elektrony. Kov vápníku se tak stává izoelektronickým:

[Ar] 4 sdva

Poté se říká, že získal elektron a má záporné oxidační číslo -1. Když se toto oxidační číslo vypočítá ve sloučenině, předpokládá se existence potasidového aniontu, K.-.

Vlastnosti

Vzhled

Lesklý bílý stříbrný kov.

Molární hmotnost

39,0983 g / mol.

Bod tání

83,5 ° C.

Bod varu

759 ° C.

Hustota

-0,862 g / cm3, pokojová teplota.

-0,828 g / cm3, při teplotě tání (kapalina).

Rozpustnost

Prudce reaguje s vodou. Rozpustný v kapalném amoniaku, ethylendiaminu a anilinu. Rozpustný v jiných alkalických kovech za vzniku slitin a v rtuti.

Hustota par

1.4 ve vztahu ke vzduchu vzatému jako 1.

Tlak páry

8 mmHg při 432 ° C.

Stabilita

Stabilní, pokud je chráněn před vzduchem a vlhkostí.

Žíravost

Při kontaktu s kovy může být korozivní. Při kontaktu může způsobit popáleniny kůže a očí.

Povrchové napětí

86 dyn / cm při 100 ° C.

Teplo fúze

2,33 kJ / mol.

Odpařovací teplo

76,9 kJ / mol.

Molární tepelná kapacita

29,6 J / (mol K).

Elektronegativita

0,82 na Paulingově stupnici.

Ionizační energie

První stupeň ionizace: 418,8 kJ / mol.

Druhá ionizační úroveň: 3,052 kJ / mol.

Třetí stupeň ionizace: 4 420 kJ / mol.

Atomové rádio

227 hodin.

Kovalentní poloměr

203 ± 12 hodin.

Teplotní roztažnost

83,3 µm / (mK) při 25 ° C.

Tepelná vodivost

102,5 W / (m K).

Elektrický odpor

72 nΩ · m (při 25 ° C).

Tvrdost

0,4 na Mohsově stupnici.

Přírodní izotopy

Draslík se vyskytuje jako tři hlavní izotopy: 39K (93,258%),41K (6,73%) a 40K (0,012%, radioaktivní β-emitující)

Nomenklatura

Sloučeniny draslíku mají ve výchozím nastavení oxidační číslo +1 (s velmi zvláštními výjimkami). Proto je v akciové nomenklatuře vynecháno (I) na konci jmen; a v tradiční nomenklatuře končí jména příponou -ico.

Například KCl je chlorid draselný, nikoli chlorid draselný. Jeho tradiční název je podle systematické nomenklatury chlorid draselný nebo chlorid draselný.

Zbytek, pokud se nejedná o velmi běžná jména nebo minerály (například silvin), je názvosloví draslíku celkem jednoduché.

Tvary

Draslík se v přírodě nenachází v kovové formě, lze jej však pro určitá použití získat průmyslově v této formě. Vyskytuje se hlavně u živých bytostí v iontové formě (K.+). Obecně je to hlavní intracelulární kation.

Draslík je přítomen v mnoha sloučeninách, jako je hydroxid draselný, octan nebo chlorid atd. Je také součástí asi 600 minerálů, včetně sylvitu, alunitu, karnalitu atd..

Draslík tvoří slitiny s dalšími alkalickými prvky, jako je sodík, cesium a rubidium. Vytváří také ternární slitiny se sodíkem a cesiem prostřednictvím takzvaných eutektických fúzí..

Biologická role

Rostliny

Draslík představuje společně s dusíkem a fosforem tři hlavní rostlinné živiny. Draslík je kořeny absorbován v iontové formě: proces je podporován existencí odpovídajících podmínek vlhkosti, teploty a okysličování.

Reguluje otevírání a zavírání listových průduchů: aktivita, která umožňuje příjem oxidu uhličitého, který se během fotosyntézy kombinuje s vodou za vzniku glukózy a kyslíku; Jedná se o látky generující ATP, které tvoří hlavní zdroj energie živých bytostí.

To usnadňuje syntézu některých enzymů souvisejících s růstem rostlin, kromě škrobu, energetické rezervní látky. Rovněž zasahuje do osmózy: procesu nezbytného pro absorpci vody a minerálů v kořenech; a ve vzestupu vody prostřednictvím xylému.

Chloróza je projevem nedostatku draslíku v rostlinách. Vyznačuje se tím, že listy ztrácejí svou zelenost a zbarvují žlutě, se spálenými okraji; a nakonec dojde k defoliaci se zpožděním růstu rostlin.

Zvířata

U zvířat je obecně draslík hlavním intracelulárním kationtem s koncentrací 140 mmol / l; zatímco extracelulární koncentrace se pohybuje mezi 3,8 a 5,0 mmol / l. 98% draslíku v těle je omezeno na intracelulární kompartment.

Ačkoli se příjem draslíku může pohybovat mezi 40 a 200 mmol / den, jeho extracelulární koncentrace je udržována konstantní regulací vylučování ledvinami. Podílí se na tom hormon aldosteron, který reguluje sekreci draslíku na úrovni sběrných a distálních tubulů..

Draslík je centrálně odpovědný za udržování intracelulární osmolarity, a proto je odpovědný za udržování buněčné integrity.

Ačkoli je plazmatická membrána relativně propustná pro draslík, její intracelulární koncentrace je udržována aktivitou enzymu Na, ATPázy (sodíková a draselná pumpa), který odstraňuje tři atomy sodíku a zavádí dva atomy draslíku.

Repolarizace buněk

Excitovatelné buňky složené z neuronů a buněk pruhovaného a hladkého svalstva; a pruhované svalové buňky, složené z buněk kosterního a srdečního svalu, jsou všechny schopné vytvářet akční potenciály.

Vnitřek excitovatelných buněk je negativně nabitý ve vztahu k vnějšku buňky, ale při správné stimulaci se zvyšuje permeabilita plazmatické membrány buněk pro sodík. Tento kation proniká plazmatickou membránou a pozitivně ovlivňuje vnitřek buňky..

Fenomén, který nastane, se nazývá akční potenciál, který má řadu vlastností, mezi nimiž je schopen se šířit po celém neuronu. Příkaz vydaný mozkem cestuje jako akční potenciál k danému svalu a způsobí jeho smrštění..

Aby se mohl objevit nový akční potenciál, musí mít vnitřek buňky záporný náboj. K tomu dochází k výstupu draslíku z vnitřku buňky a jeho návratu k původní negativitě. Tento proces se nazývá repolarizace a je hlavní funkcí draslíku.

Proto se říká, že tvorba akčních potenciálů a zahájení svalové kontrakce je společnou odpovědností sodíku a draslíku..

Další funkce

Draslík má u lidí další funkce, jako je vaskulární tonus, kontrola systémového krevního tlaku a gastrointestinální motilita..

Zvýšení plazmatické koncentrace draslíku (hyperkalemie) vyvolává řadu příznaků, jako je úzkost, nevolnost, zvracení, bolesti břicha a nepravidelnosti na elektrokardiogramu. Vlna T, která souvisí s ventrikulární repolarizací, je vysoká a široká.

Tento záznam je vysvětlen, protože když se zvyšuje extracelulární koncentrace draslíku, opouští zevnějšek buňky pomaleji, takže ventrikulární repolarizace je pomalejší.

Snížení koncentrace draslíku v plazmě (hypokalcémie) má mimo jiné následující příznaky: svalová slabost, snížená intestinální motilita, snížená glomerulární filtrace, srdeční arytmie a zploštění T vlny elektrokardiogramu.

Vlna T je zkrácena, protože snížením extracelulární koncentrace draslíku je usnadněn jeho výstup směrem k vnějšku buňky a doba repolarizace klesá..

Kde se nachází a produkuje draslík

Krystal Silvite, který se skládá prakticky z chloridu draselného. Zdroj: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Draslík se vyskytuje především v vyvřelinách, břidlicích a sedimentech. Také v minerálech, jako je muskovit a ortoklasa, které jsou nerozpustné ve vodě. Ortoklasa je minerál, který se obvykle vyskytuje v vyvřelinách a žule.

Draslík je také přítomen ve minerálních sloučeninách rozpustných ve vodě, jako je karnalit (KMgCl36HdvaO), sylvit (KCl) a landbeinit [K.dvaMgdva(SW4)3], nacházející se na suchých jezerech a na mořském dně.

Kromě toho se draslík nachází ve slaných nálevech a jako produkt spalování rostlinných kmenů a listů v procesu používaném k výrobě potaše. Ačkoli je jeho koncentrace v mořské vodě nízká (0,39 g / l), používá se také k získání draslíku.

Draslík je přítomen ve velkých ložiscích, jako je například v kanadském Saskatchewanu, bohatý na minerál sylvit (KCl) a schopný produkovat 25% světové spotřeby draslíku. Solné odpadní kapaliny mohou obsahovat značné množství draslíku ve formě KCl.

Elektrolýza

Draslík se vyrábí dvěma způsoby: elektrolýzou a tepelnou. V elektrolýze byla metoda použitá Davym k izolaci draslíku sledována bez větších úprav..

Tato metoda však z průmyslového hlediska nebyla účinná, protože je nutné snížit vysokou teplotu tání roztavených sloučenin draslíku..

Metoda elektrolýzy hydroxidu draselného byla průmyslově používána ve 20. letech 20. století. Tepelná metoda ji přesto nahradila a od roku 1950 se stala dominantní metodou výroby tohoto kovu..

Tepelná metoda

Při tepelné metodě se draslík vyrábí redukcí roztaveného chloridu draselného při 870 ° C. Ten se kontinuálně přivádí do destilační kolony naplněné solí. Mezitím sodná pára prochází kolonou za vzniku redukce chloridu draselného..

Draslík je nejvíce těkavou složkou reakce a hromadí se v horní části destilační kolony, kde se kontinuálně shromažďuje. Výroba kovového draslíku tepelnou metodou může být popsána v následující chemické rovnici:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

Griesheimerův proces, který využívá reakci fluoridu draselného s karbidem vápníku, se také používá při výrobě draslíku:

2 KF + CaCdva     => 2 K + CaFdva    +     2 C.

Reakce

Anorganické

Draslík je vysoce reaktivní prvek, který rychle reaguje s kyslíkem za vzniku tří oxidů: oxid (K.dvaO), peroxid (K.dvaNEBOdva) a superoxid (KOdva) draslík.

Draslík je silně redukující prvek, a proto oxiduje rychleji než většina kovů. Používá se ke snížení solí kovů a nahrazení draslíku kovem v soli. Tato metoda umožňuje získání čistých kovů:

MgCldva    +     2 K => Mg + 2 KCl

Draslík silně reaguje s vodou za vzniku hydroxidu draselného a uvolňuje výbušný plynný vodík (obrázek níže):

Kovový draslík reaguje s vodným roztokem fenolftaleinu, který po uvolnění iontů OH do média zčervená. Všimněte si tvorby plynného vodíku. Zdroj: Ozonová polární záře a Philip Evans prostřednictvím Wikipedie.

Hydroxid draselný může reagovat s oxidem uhličitým za vzniku uhličitanu draselného.

Draslík reaguje s oxidem uhelnatým při teplotě 60 ° C za vzniku výbušného karbonylu (K.6C6NEBO6). Reaguje také s vodíkem při 350 ° C za vzniku hydridu. Je také vysoce reaktivní s halogeny a exploduje při kontaktu s kapalným bromem..

Výbuchy také nastávají, když draslík reaguje s halogenovanými kyselinami, jako je kyselina chlorovodíková, a směs je silně zasažena nebo otřesena. Roztavený draslík dále reaguje se sírou a sirovodíkem.

Organické

Reaguje s organickými sloučeninami, které obsahují aktivní skupiny, ale jsou inertní vůči alifatickým a aromatickým uhlovodíkům. Draslík reaguje pomalu s amoniakem za vzniku potasominu (KNHdva).

Na rozdíl od sodíku reaguje draslík s uhlíkem ve formě grafitu za vzniku řady interlaminárních sloučenin. Tyto sloučeniny mají atomové poměry uhlík-draslík: 8, 16, 24, 36, 48, 60 nebo 1; tj. KC60, například.

Aplikace

Kovový draslík

Po kovovém draslíku není velká průmyslová poptávka. Většina z nich se přeměňuje na superoxid draselný, který se používá v dýchacích přístrojích, protože uvolňuje kyslík a odstraňuje oxid uhličitý a vodní páru..

Slitina NaK má velkou schopnost absorpce tepla, a proto se v některých jaderných reaktorech používá jako chladivo. Podobně se odpařený kov používá v turbínách.

Sloučeniny

Chlorid

KCl se používá v zemědělství jako hnojivo. Používá se také jako surovina pro výrobu dalších sloučenin draslíku, jako je hydroxid draselný.

Hydroxid

Také známý jako hydroxid draselný, KOH, se používá při výrobě mýdel a pracích prostředků.

Jeho reakcí s jodem vzniká jodid draselný. Tato sůl se přidává do kuchyňské soli (NaCl) a krmiva na ochranu před nedostatkem jódu. Hydroxid draselný se používá při výrobě alkalických baterií.

Dusičnan

Také známý jako ledek, KNO3, používá se jako hnojivo. Kromě toho se používá při zpracování zábavní pyrotechniky; jako konzervant potravin a v tvrzeném skle.

Chroman

Používá se při výrobě hnojiv a výrobě kamence draselného.

Uhličitan

Používá se při výrobě brýlí, zejména těch, které se používají při výrobě televizorů.

Reference

  1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2019). Draslík. Obnoveno z: en.wikipedia.org
  3. McKeehan L. W. (1922). Krystalová struktura draslíku. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických, 8 (8), 254-255. doi: 10,1073 / pnas.8.8.254
  4. Masafumi Sakata a kol. (2017). Strukturní fázový přechod draslíku za podmínek vysokého tlaku a nízké teploty. J. Phys.: Conf. Ser. 950 042020.
  5. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Draslík. PubChem Database., CID = 5462222. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Redaktoři Encyclopaedia Britannica. (3. května 2019). Draslík. Encyklopedie Britannica. Obnoveno z: britannica.com
  7. Royal Society of Chemistry. (2019). Draslík. Obnoveno z: rsc.org
  8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24. ledna 2019). 10 Fakta o draslíku. Obnoveno z: thoughtco.com
  9. Nejlepší a Taylor. (2003). Fyziologické základy lékařské praxe. (13. vydání ve španělštině). Panamerican Medical Editorial.
  10. Elm Axayacatl. (2. března 2018). Význam draslíku (K) v pěstovaných rostlinách. Obnoveno z: blogagricultura.com
  11. Lenntech B.V. (2019). Draslík. Obnoveno z: lenntech.com

Zatím žádné komentáře