Калій (Kalium), До, хімічний елемент 1 групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 19, атомна маса 39,098; срібний-білий, дуже легкий, м'який і легкоплавкий метал. Елемент складається з двох стабільних ізотопів — 39 K (93,08%), 41 K (6,91%) і одного слабо радіоактивного 40 K (0,01%) з періодом напіврозпаду 1,32×10 9 років.
Історична довідка. Деякі з'єднання До. (наприклад, поташ, що добувався з деревної золи) були відомі вже в давнину; проте їх не відрізняли від з'єднань натрію . Лише у 18 ст було показано відмінність між «рослинним лугом» (поташем K 2 Co 3 ) і «мінеральним лугом» (содою Na 2 Co 3 ). У 1807 Р. Деві електролізом злегка зволожених твердих їдких калі і натра (KOH і NAOH) виділив До. і натрій і назвав їх потассием і содієм. У 1809 Л. В. Гильберт запропонував назву «калій» (від араб.(арабський) аль-калі — поташ) і «натроній» (від араб.(арабський) натрун — природна сода); останнє І. Я. Берцеліус в 1811 змінив на «натрій». Назва «потассий» і «содій» збереглися у Великобританії, США, Франції і деяких ін. країнах. У Росії ці назви в 1840-х рр. були замінені на «калій» і «натрій», прийняті в Німеччині, Австрії і Скандінавських країнах.
Поширення в природі. До. — поширений елемент: вміст в літосфері 2,50% по масі. У магматичних процесах До., як і натрій, накопичується в кислій магмі, з якої кристалізуються граніти і ін. породи (середній вміст До. 3,34%). До. входить до складу польових шпатів і слюди . У основних і ультраосновних породах, багатих залізом і магнієм, До. мало. На земній поверхні До., на відміну від натрію, мігрує слабо. При вивітрюванні гірських порід До. частково переходить у води, але звідти його швидко захоплюють організми і поглинають глини, тому води річок бідні До. і в океан його поступає багато менше, ніж натрію. У океані До. поглинається організмами і донними іламі (наприклад, входить до складу глауконіту); тому океанічні води містять лише 0,038% До. — в 25 разів менше, ніж натрію. У минулі геологічні епохи, особливо в пермському періоді (близько 200 млн. років назад) на пізніх стадіях випару морської води в лагунах, після осадження Nacl, кристалізувалися солі До. і магнію — карналіт Kci×MgCI 2 ×6H 2 O і ін. (Солікамськоє родовище в СРСР, Штасфуртськоє в ГДР(Німецька Демократична Республіка) і т.д.; див.(дивися) Калійні солі ). У більшості грунтів розчинних з'єднань До. мало, і культурні рослини потребують калійних добрив.
Радіоактивний ізотоп 40 K — важливе джерело глибинного тепла, особливо в минулі епохи, коли цього ізотопу було більше. При розпаді 40 K утворюються 40 Ca і аргон 40 Ar, що вирушає в атмосферу. Деякі мінерали До. не втрачають аргону, і по його вмісту можна визначити абсолютний вік гірських порід (т.з. аргоновий для калія метод).
Фізичні і хімічні. властивості. До. — срібний-білий, дуже легкий і м'який метал (без зусиль ріжеться ножем). Кристалічна решітка До. об'ємно-центрована кубічна, а = 5,33 Å. Ат. радіус 2,36 Å, іонний радіус К + 1,33 Å. Щільність 0,862 г/см 3 (20 °С), t пл 63,55 °С, t кіп 760 °С; коефіцієнт термічного розширення 8,33×10 -5 (0—50 °С); теплопровідність при 21 °С 97,13 вт/ ( м-код ×К) [0,232 кал/ ( см × сік × °С )]; питома теплоємність (при 20 °С) 741,2 дж/ ( кг ×К), тобто 0,177 кал/ ( г ×°С) питомий електроопір (при 20 °С) 7,118×10 -8 ом × м-код ; температурний коефіцієнт електроопоу 5,8×10 -5 (20 °С). Твердість по Брінеллю 400 кн/м 2 (0,04 кгс/мм 2 ).
Конфігурація зовнішньої електронної оболонки атома До. 4s 1 відповідно до чого його валентність в з'єднаннях постійно дорівнює 1. Єдиний валентний електрон атома До. віддаленіший від його ядра, чим валентні електрони літію і натрію, тому хімічна активність До. вище, ніж цих двох металів. На повітрі, особливо вологому, До. швидко окислюється, унаслідок чого його зберігають в бензині, гасі або мінеральному маслі. При кімнатній температурі До. реагує з галогенами; при слабкому нагріванні з'єднується з сіркою, при сильнішому — з селеном і теллуром. При нагріванні вище 200 °С у атмосфері водню До. утворює гідрид KH самозаймистий на повітрі. Азот і К. не взаємодіють навіть при нагріванні під тиском, але під впливом електричного розряду ці елементи утворюють азид До. Kn 3 і нітрид До. K 3 N. При нагріванні До. з графітом виходять карбіди Kc 8 (при 300 °С) і Kc 16 (при 360 °С). У сухому повітрі (або кисні) До. утворює жовтувато-білий окисел K 2 O і помаранчевий перекис Ko 2 (відомі також перекиси K 2 O 2 і K 2 O 3 , що отримуються дією кисню на розчин До. у рідкому аміаку).
До. вельми енергійно, інколи з вибухом реагує з водою, виділяючи водень (2k + 2h 2 O = 2koh + H 2 ), а також з водними розчинами кислот, утворюючи солі. У аміаку До. повільно розчиняється; отриманий синій розчин — сильний відновник. При нагріванні До. віднімає кисень від оксидів і солей кисневих кислот з утворенням K 2 O і вільних металів (або їх оксидів). До. із спиртами дає алкоголяти, прискорює полімеризацію олефінов і діолефінов, з галогеналкиламі і галогенаріламі утворює калійалкили і калійаріли. Присутність До. легко визначити по фіолетовому фарбуванню полум'я.
Здобуття і вживання. У промисловості До. отримують по обмінних реакціях між металевим натрієм і KOH або ж Kcl, відповідно:
KOH + Na = NAOH + K
і
Kcl + Na = NACI + До.
В першому випадку реакція йде між розплавленим гідроокисом KOH і рідким Na — протитечією в тарілчастій реакційній колонці з нікелю при 380—440 °С. У другому — через розплавлену сіль Kcl пропускають пари Na при 760—800 °С: пари, що виділяються, До. конденсують. Можливо також здобуття До. нагріванням вище 200 °С сумішей хлориду До. з алюмінієм (або кремнієм) і вапном. Здобуття До. електролізом розплавлених KOH або Kcl мало поширено унаслідок низьких виходів До. по струму і трудності забезпечення безпеки процесу.
Основне вживання металевого До. — приготування перекису До., службовці для регенерації кисню (у підводних човнах і ін.). Сплави натрію з 40—90% До., що зберігають рідкий стан при кімнатній температурі, використовуються в ядерних реакторах як теплоносії, як відновники у виробництві титану і як поглиначі кисню. Сільське господарство — головний споживач солей До. (див. Калійні добрива ; про вживання з'єднань До. див.(дивися) у відповідних статтях).
Літ.: Калій, в кн.: Коротка хімічна енциклопедія, т. 2, М., 1963; Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, т. 3, М., 1970; Ремі Г., Курс неорганічної хімії, пер.(переведення) з йому.(німецький), т. 1, М., 1963.
С. А. Погодін.
Калій в організмі. До. — один з біогенних елементів, постійна складова частина рослин і тварин. Добова потреба в До. в дорослого людини (2—3 г ) покривається за рахунок м'яса і рослинних продуктів; у грудних дітей потреба в До. (30 міліграм/кг ) повністю покривається грудним молоком, в якому 60—70 міліграм % К. Многие морські організми витягують До. з води. Рослини отримують До. з грунту. У тварин вміст До. складає в середньому 2,4 г/кг . На відміну від натрію, До. зосереджений головним чином в клітках, в позаклітинному середовищу його багато менше. У клітці До. розподілений нерівномірно.
Іони До. беруть участь в генерації і проведенні біоелектричних потенціалів в нервах і м'язах, в регуляції скорочень серця і ін. м'язів, підтримують осмотичного тиск і гідратацію колоїдів в клітках, активують деякі ферменти. Метаболізм До. тісно пов'язаний з вуглеводним обміном; іони До. впливають на синтез білків. К + в більшості випадків не можна замінити на Na + . Клітки вибірково концентрують К + . Пригноблення гліколізу, дихання, фотосинтезу, порушення проникності зовнішньої клітинної мембрани приводять до виходу К + з кліток, часто в обмін на Na + . Виділяється До. з організму головним чином з сечею. Вміст До. у крові і тканинах хребетних регулюється гормонами надниркових — кортикостероїдами. У рослинах До. розподіляється нерівномірно: у вегетативних органах рослини його більше, ніж в корінні і насінні. Багато До. у бобах, буряці, картоплі, листі тютюну і кормових злакових травах (20—30 г/кг сухої речовини). При недоліку До. у грунтах сповільнюється зростання рослин, підвищується захворюваність. Норма калійних добрив залежить від типа з.-х.(сільськогосподарський) культури і грунти.
В біосфері мікроелементи Rb і Cs супроводять К. Іони Li + і Na + — антагоністи К + , тому важливі не лише абсолютні концентрації К + і Na + , але і оптимальні співвідношення K + /na + в клітках і середовищі. Природна радіоактивність організмів (гамма-випромінювання) майже на 90% обумовлена присутністю в тканинах природного радіоізотопа 40 K.
Літ .: Капланський С. Я., Мінеральний обмін, М. — Л., 1938; Вишневих медів С. І., Обмін макроелементів у сільськогосподарських тварин, М., 1967; Саткліфф Дж.-Ф., Поглинання мінеральних солей рослинами, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1964.
І. А. Ськульський.
В медицині з лікувальною метою застосовують ацетат Ch 3 COOK як сечогінне (частіше проти набряків викликаних сердечною недостатністю) і хлорид Kcl в разі недостатності До. у організмі (розвивається при лікуванні деякими гормональними препаратами, наперстянкою, при великій втраті рідини з блювотою і проносом, при вживанні деяких сечогінних засобів і ін.). Перхлорат Kclo 4 гальмує продукцію тіроксина (гормону щитовидної залози) і застосовується при тиреотоксикозі. Перманганат калія Kmno 4 (марганцевокислий калій) використовують як антисептичний засіб.
