Kalium (K) ist das fünfthäufigste Metall in der Natur. Es befindet sich in Gruppe 1 des Periodensystems der chemischen Elemente (PSCE), gehört daher zu den Alkalimetallen und bildet mit Wasser vermischt lösliche Hydroxide. In Form einer einfachen Substanz hat das Element eine silbrig-weiße Farbe, manchmal mit einem violetten Farbton. Es ist seinen Eigenschaften entsprechend weich und niedrig schmelzend. Kalium kann aus seinem Hydrid, Hydroxid, Chlorid, Chromat oder Dichromat gewonnen werden.
Allgemeine Merkmale
Wenn sich Kalium in einen blaugrünen Dampf verwandelt, zerfällt es in K-Atome, denen eine kleine Menge K2-Moleküle beigemischt werden. Sie können das Metall in flüssigem Ammoniak auflösen, um eine dunkelblaue Standardlösung zu erh alten, oder in einer Schmelze von Ätzkali.
Kalium ist hochreaktiv, hat stark reduzierende Eigenschaften (seine äußere Elektronenhülle ist weit vom Kern entfernt und nimmt in der Tabelle der Elektronegativität den zweiten Platz nach Cäsium ein), reagiert nicht nur mitverdünnte Säuren, Nichtmetalle, Nitrit und Dihydrosulfid, aber auch mit Luftsauerstoff und Wasser. Im letzteren Fall entzündet sich der freigesetzte Wasserstoff schnell.
Mit Quecksilber verwandelt sich das Element in eine Legierung - ein Amalgam. Kalium bildet mit Natrium, Thallium, Zinn, Blei und Wismut intermetallische Verbindungen mit hoher Härte und chemischer Beständigkeit. Eine chemische Verbindung mehrerer Metalle schmilzt bei einer höheren Temperatur als jeder ihrer Bestandteile, hat aber eine geringere Plastizität als sie.
Es gibt aber Stoffe, mit denen das Element praktisch nicht reagiert, dazu gehört zum Beispiel Stickstoff. Dies ist eines der Unterscheidungsmerkmale von Kalium gegenüber anderen Alkalimetallen, hauptsächlich Lithium und Natrium. Außerdem legiert es nicht mit Lithium, Magnesium, Zink, Cadmium, Aluminium und Gallium.
Kalium ist unter einer Schicht aus Benzin und Kerosin gut erh alten. Sie können es feststellen, indem Sie die Flamme des Brenners lila einfärben.
Bewerbung
Kalium spielt eine wichtige biologische Rolle im menschlichen Körper und in der Pflanzenentwicklung. Darüber hinaus ist es im täglichen Leben weit verbreitet. In Kombination mit Stickstoff und Phosphor ist es daher ein unverzichtbarer Dünger für Kulturpflanzen, der es ermöglicht, deren Ertrag, vegetative Masse und Widerstandsfähigkeit gegen Schädlinge zu steigern.
Eine Metalllegierung mit Natrium wird verwendet, um Wärmeenergie in geschlossenen Systemen zu übertragen, und wenn Sie dieser Verbindung Cäsium hinzufügen, erh alten Sie eine Zusammensetzung mit einem rekordniedrigen Schmelzpunkt (minus78 Grad Celsius).
Um all diese nützlichen und wichtigen Verbindungen zu verwenden, müssen Sie die Reaktionen kennen, mit denen Kalium aus seinen Verbindungen gewonnen wird.
Metall bekommen
Eine weiße anorganische Verbindung, Kaliumhydrid, wird aus geschmolzenem Metall gebildet, aber sie ist instabil und zerfällt bei einer Temperatur von 400 Grad Celsius im Vakuum gemäß der folgenden Reaktion in Bestandteile:
2KN=2K + N2.
Kaliumhydroxid entsteht aus dem entsprechenden Chlorid. Es wird häufig zur Herstellung von Flüssigseifen und zur Herstellung von Kalium und seinen Verbindungen verwendet. Dazu müssen Sie eine Elektrolyse durchführen, dh einen Strom durch die Lösung leiten. Dadurch entsteht an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Kalium:
4KON=4K + O2 + 2H2O.
Aus Chlorid kann man nicht nur Hydroxid, sondern auch reines Metall gewinnen. Dies erfordert auch eine Lösungselektrolysereaktion:
2KCl=2K + Cl2.
Anders als bei der bisherigen Methode zur Gewinnung von Kalium kann hier das Ausgangsmaterial nicht nur im flüssigen Zustand, sondern auch in Form einer Schmelze verwendet werden, allerdings laufen dabei zwei parallele Reaktionen ab:
- 2KCl + 2H2O=H2 + Cl2 + 2KO;
- 2KCl=2K + Cl2.
Die Kathode, an der sich Kalium bildet, muss Quecksilber sein.
Gewinnung von Ausgangsmaterialien
Manchmal wird Kaliumchromat oder Dichromat verwendet. Sie können Metall nicht direkt von ihnen bekommen, aber Sie könnenwandeln sie in Hydroxide oder Chloride um, die anschließend gemäß den obigen Reaktionen einer Elektrolyse unterzogen werden. Kaliumhydroxid aus Chromat zu bekommen ist wie folgt:
2K2CrO4 + 2H2O + 3H 2S=2Cr(OH)3 + 3S + 4CON.
Damit der Prozess erfolgreich ist, werden Schwefel und Chromhydroxid ausgefällt, Sie müssen heißes Wasser nehmen. Eine ähnliche Reaktion kann auch unter Verwendung eines Dichromats durchgeführt werden. Es geht ähnlich vor, der Unterschied wird nur in den Werten der stöchiometrischen Koeffizienten beobachtet:
K2Cr2O7 + H2 O + 3H2S=2Cr(OH)3 + 3S + 2CON.
Wenn Dichromat auf 500 Grad Celsius erhitzt wird, kann Hydroxid auf andere Weise gewonnen werden:
K2Cr2O7 + 3N2 =Cr2O3 + 2KON + 2H2O.
Es gibt andere Möglichkeiten, Hydroxid zu bekommen. Zum Beispiel unter Verwendung der Reaktion zwischen Pottasche und einer gesättigten Lösung von gelöschtem Kalk.
Um Kaliumchlorid aus Chromat zu gewinnen, werden die Reaktionen wie folgt durchgeführt:
2K2CrO4 + 2HCl=K2Cr 2O7 + 2KCl + H2O.
Salzsäure wird verdünnt genommen. Die Produktion von Kaliumchlorid wird von der Freisetzung von Dichromat und Wasser begleitet.
Die Umwandlung von Dichromat in Chlorid ist etwas schwieriger, es erfordert Ethylalkohol und Kochen:
K2Cr2O7 + 8HCl +2C2H5OH=2CrCl3 + 3CH3 Ñ(Í)Î + 7Í2Î + 2KCl.
Die Gewinnung von Kaliumchlorid ist auch aus Kali bei der Reaktion mit verdünnter Salzsäure und aus Sulfat bei der Reaktion mit Bariumhalogenid möglich.
Hydroxid und Chlorid lassen sich leicht durch Elektrolyse oder durch Zugabe des entsprechenden Halogenids ineinander überführen.
Ableitung
Die Gewinnung von Kaliumsalzen spielt eine nicht weniger wichtige Rolle als die Bildung von reinem Metall. Trotz der hohen Kosten werden sie in der Galvanik eingesetzt, da sie einen intensiven Betrieb von Elektrolyten bei erhöhter Stromdichte ermöglichen. Dies wird durch eine hohe Löslichkeit erreicht.
Kaliumnitrat
Die Produktion von Kaliumnitrat (KNO3) ist von großer Bedeutung. Dieses weiße Salz, indischer Salpeter genannt, ist für lebende Organismen praktisch ungiftig. Es wird sowohl für friedliche Zwecke als Düngemittel als auch im Militär als Bestandteil von Sprengstoffen und brennbaren Stoffen verwendet. Außerdem ist die Herstellung von Kaliumnitrat zur Verfärbung und Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Kristallgläsern erforderlich, das in der Vakuum-Elektroindustrie und der optischen Glasherstellung weit verbreitet ist. In der Metallurgie sind seine oxidierenden Eigenschaften in Bezug auf Nickel und andere Erze nützlich. Und in der Lebensmittelindustrie dient Salz als Konservierungsmittel.
Um eine Kaliumnitratlösung zu erh alten, können Sie die folgenden Substanzen verwenden:
- über Metallperoxid, wenn Stickstoffmonoxid (IV) hinzugefügt und auf 70 Grad Celsius erhitzt wird;
- Hydroxid undverdünnte Salpetersäure;
- k altes Hydroxid und eine Mischung aus Stickoxiden (II) und (IV);
- heißes Hydroxid, Stickstoffmonoxid (IV) und Sauerstoff;
- heiß verdünntes Kaliumnitrit und Sauerstoff (Reaktion braucht Zeit);
- Kaliumnitrit und heißes Wasserstoffperoxid in verdünnter Schwefelsäure als Katalysator (Säure kann durch Brom ersetzt werden, reagiert aber zu Bromwasserstoff).
Die entstehende Verbindung schmilzt unzersetzt, ist luftstabil, löst sich hydrolysefrei in Wasser auf, hat stark oxidierende Eigenschaften, wird nur durch atomaren Wasserstoff reduziert.
Kaliumsulfat
Salz, seit dem 14. Jahrhundert bekannt, wurde erst im 17. Jahrhundert Kaliumsulfat (K2SO4) genannt. Es ist in den Gewässern von Salzseen und Lagerstätten nichtmetallischer Bodenschätze vorhanden, aber es ist möglich, Kaliumsulfat bei der Synthese der folgenden Substanzen zu gewinnen:
- Kalium- und Schwefelsuperoxid bei 130-140 Grad Celsius (anstelle von Schwefel können Sie dessen Oxid (IV) verwenden, dann reicht eine Temperatur von 100 Grad);
- Kaliumhydroxid und verdünnte Schwefelsäure;
- Kaliumhydrogensulfat (Zersetzung bei 240 Grad);
- Kaliumhydrogensulfat und konzentriertes Kalilauge oder Chlorid desselben Metalls;
- Kaliumchlorid und konzentrierte Schwefelsäure beim Kochen;
- Kaliumsulfid und Sauerstoff über 500 Grad;
- Zersetzung von Kaliumdisulfat bei Temperaturen über 440 Grad und VerwendungSchwefeloxid (IV) und Sauerstoff als Katalysatoren.
Ein anderer Name für die resultierende Substanz ist Arkanit. Es hat eine weiße Farbe, ist temperaturbeständig, aber ohne kristalline Hydrate leicht in Wasser löslich. Es ist gekennzeichnet durch die Teilnahme an Austauschreaktionen, Reduktion durch Wasserstoff und Kohlenstoff.
In der Praxis wird es aktiv in der Landwirtschaft als chlorfreier Dünger für kaliumarme Böden eingesetzt. Arcanite ist besonders wichtig für Pflanzen, die empfindlich auf Chlor reagieren oder viel Schwefel verbrauchen. Eine damit angebaute Pflanze enthält mehr Zucker und Vitamine als eine nicht gedüngte. Außerdem wird Dünger für Blumen verwendet, die sowohl im Freien als auch unter Gewächshausbedingungen angebaut werden.
Eine weitere Verwendung von Arcanit ist eine Komponente bei der Herstellung von Glas, Alaun und metallurgischen Flussmitteln. Es wirkt auch als Lebensmittelzusatzstoff, aber die Substanz selbst kann kaum als sicher bezeichnet werden: Sie reizt Augen, Haut, Magen-Darm-Trakt, Atemwege und führt bei längerem Kontakt mit verschiedenen Körperteilen und Körpern zu Vergiftungen.
Kaliumcarbonat
Pottasche oder Kaliumkarbonat (K2CO3) war bereits im Altertum bekannt und behielt seine wichtige industrielle Bedeutung bis ins 20. Jahrhundert. Kaliumcarbonat wurde durch Auslaugen aus Pflanzenasche und anschließender Reinigung des Produkts gewonnen. Im Wesentlichen wurde die Produktion in den Waldgebieten Europas, Russlands und Nordamerikas lokalisiert.
Jetzt sind weitere Reaktionen bekannt, inwas zu Karbonat führt. Die folgenden Substanzen werden häufig verwendet:
- Kaliumsuperoxid und Graphit bei leichter Erwärmung bis 30 Grad (Kohlenmonoxid kann anstelle von Graphit bei Erwärmung bis 50 Grad verwendet werden);
- konzentriertes Kaliumhydroxid und Kohlendioxid;
- Zersetzung von Kaliumbicarbonat bei einer Temperatur von 100 bis 400 Grad;
- Bicarbonat und konzentriertes Kaliumhydroxid;
- Kaliumsulfat, Calciumhydroxid und Kohlenmonoxid bei einer Temperatur von 200 Grad und unter Druck, gefolgt von der Synthese des resultierenden Produkts K(HCOO) mit Sauerstoff bei 700 Grad.
Die dabei entstehende weiße Substanz schmilzt ohne Zersetzung, hydrolysiert stark Anionen in Wasser, erzeugt ein stark alkalisches Milieu, reagiert mit Säuren, Nichtmetallen und deren Oxiden und geht auch Austauschreaktionen ein.
Der Stoff ist wenig toxisch und wird zur Herstellung von Flüssigseife, Pigmenten, Glas, Kaliumverbindungen verwendet. Es wird zum Färben, Pflanzenanbau und Entwickeln von Fotografien verwendet. Darüber hinaus ist es ein beliebter Beton-Gefrierpunktsenker, Schwefelwasserstofffänger, Entwässerungsmittel, Lebensmittelzusatzstoff.
Kaliumpermanganat
Rotviolettes, fast schwarzes Kaliumpermanganat ist jedem bekannt, da es in fast jedem Haush alt zu sehen ist. Zwar gab es zuletzt leichte Einschränkungen beim Bezug des Stoffes, da er als Vorläufer anerkannt wurde. Die Gewinnung von Kaliumpermanganat (KMnO4) ist auf mehreren Wegen möglich, beispielsweise durch die Wechselwirkung von SulfatMangan (II) mit Wasser und Sauerstoff aus Kaliumdithionat. In Gegenwart von Silbernitrat als Katalysator bildet diese Mischung nach einiger Zeit Permanganat und Kaliumsulfat sowie Schwefelsäure.
Noch mehr Möglichkeiten beinh alten die Verwendung von Kaliummanganat, Sie können die folgenden Substanzen hinzufügen:
- Wasser (die Reaktion braucht Zeit);
- verdünnte Salzsäure;
- Kohlendioxid;
- Chlor.
Manganat kann auch elektrolysiert werden, um an der Anode Permanganat zu bilden (an der Kathode entsteht Wasserstoff).
Die Verwendung der resultierenden Substanz ist weit verbreitet. Aufgrund seiner oxidierenden Fähigkeit wirkt es antiseptisch. In der Medizin wird es zum Gurgeln bei entzündlichen Erkrankungen der Schleimhaut, zum Waschen von Wunden, zur Behandlung von Verbrennungen und infizierten Wunden, zur Behandlung von Geschwüren sowie als Brechmittel bei einer Alkaloidvergiftung eingesetzt.
Kontraindikation ist Überempfindlichkeit, aber eine Überdosierung kann selbst bei einer gesunden Person tödlich sein, die tödliche Dosis für eine durchschnittliche Person beträgt nur 20-30g.
Bei der Verwendung von Permanganat müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, damit sich der Stoff entzündet, wenn er mit organischen und brennbaren Verbindungen, aktiven Metallen und Nichtmetallen vermischt wird. Zusätzliches Erhitzen kann eine Explosion verursachen.
Kaliumhydroxid
Neben Salzen ist Kaliumhydroxid von großer Bedeutung. Diese Substanz gehört also zu den Alkalienes gibt Stoffe, deren Lösungen und Schmelzen elektrischen Strom leiten können.
Der Trivialname für diese Verbindung ist Ätzkali. Es sieht aus wie eine weiße hygroskopische Substanz. Zu seinen Eigenschaften gehören Schmelzen und Kochen ohne Zersetzung, gute Löslichkeit in Wasser unter Bildung eines stark alkalischen Mediums, Neutralisation mit Säuren, Reaktivität gegenüber Metallen und Nichtmetallen, deren Oxiden und Hydroxiden. Kaliumhydroxid absorbiert aktiv Wasser und Kohlendioxid aus der Luft.
So wie Kalium aus Alkali gewonnen werden kann, kann auch Hydroxid aus Metall gewonnen werden. Dazu müssen Sie ihm lediglich Wasser in reiner Form oder in Kombination mit Sauerstoff zugeben. Außerdem kann Alkali aus Carbonat und gesättigtem Calciumhydroxid oder durch Elektrolyse von Chlorid gewonnen werden. Letztere Methode wird aktiv in der industriellen Produktion eingesetzt.
Der Stoff ist gefährlich, kann Haut oder Schleimhäute verätzen, zerstört alle Materialien organischen Ursprungs. Sie können damit nur arbeiten, wenn Sie die Haut zuverlässig mit Handschuhen und die Augen mit einer Brille schützen.
Trotz der Gefahr wird Alkali häufig in der Fotografie, Ölraffination, Lebensmittel-, Papier- und Metallurgie sowie als Alkalibatterie, Säureneutralisator, Katalysator, Gasreiniger, pH-Regulator, Elektrolyt, Reinigungsmittelkomponente und Bohrlösungen verwendet, Farbstoffe, Düngemittel, Kalium organische und anorganische Substanzen, Pestizide, pharmazeutische Präparate zur Behandlung von Warzen, Seifen, synthetischer Kautschuk.
Daher ist die Herstellung von Kalium und darauf basierenden Verbindungen, vor allem Salzen und Hydroxid, von großer Bedeutung für die Industrie und eine breite Anwendung im täglichen Leben. Die Hauptsache ist, die Sicherheitsvorkehrungen beim Arbeiten mit diesem Alkalimetall zu beachten und die Materialien, in denen es verwendet wird, sorgfältig anzuwenden. Dadurch ist es möglich, gefährliche Eigenschaften zu vermeiden.
