DRASLÍK: HISTÓRIA, ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, REAKCIE, POUŽITIA - CHÉMIA - 2026

Draslík je alkalická chemická značka je K. Jeho atómové číslo je 19 a je umiestnený pod sodíka v periodickej tabuľke. Je to mäkký kov, ktorý možno dokonca rezať nožom. Okrem toho je celkom ľahký a môže sa vznášať na tekutej vode, pričom energicky reaguje.

Čerstvo rezané má veľmi jasnú strieborno-bielu farbu, ale keď je vystavené vzduchu, rýchlo oxiduje a stráca svoj lesk a mení sa na sivastú farbu (takmer modrú, ako tá na obrázku nižšie).

Čiastočne oxidované kúsky draslíka uložené v minerálnom oleji. Zdroj: 2 × 910

Draslík reaguje výbušne s vodou za vzniku hydroxidu draselného a plynného vodíka. Za výbušnosť reakcie je zodpovedný práve tento plyn. Keď horí v zapaľovači, jeho vzrušené atómy zafarbujú plameň intenzívnej fialovej farbe; toto je jeden z jeho kvalitatívnych testov.

Je to siedmy najhojnejší kov v zemskej kôre a predstavuje 2,6% jeho hmotnosti. Nachádza sa hlavne v vyvrelých horninách, bridliciach a sedimentoch, okrem minerálov ako je sylvit (KCl). Na rozdiel od sodíka je jeho koncentrácia v morskej vode nízka (0,39 g / l).

Draslík bol izolovaný v roku 1807 anglickým chemikom Sirom Humphreyom Davym elektrolýzou roztoku jeho hydroxidu, KOH. Tento kov bol prvý krát izolovaný elektrolýzou a Davy mu dal anglický názov draslík.

V Nemecku sa však názov kalium používa na označenie kovu. Práve z tohto priezviska pochádza písmeno „K“, ktoré sa používa ako chemický symbol pre draslík.

Samotný kov má malé priemyselné využitie, ale vedie k mnohým užitočným zlúčeninám. Z biologického hľadiska je však oveľa dôležitejšia, pretože je jedným z podstatných prvkov nášho tela.

Napríklad v rastlinách uprednostňuje fotosyntézu, proces osmózy. Podporuje tiež syntézu proteínov, čím podporuje rast rastlín.

histórie

potaš

Od pradávna používal človek potaš ako hnojivo, ignorujúc existenciu draslíka, oveľa menej jeho vzťah k potaši. To sa pripravilo z popola kmeňov a listov stromov, ku ktorým sa pridala voda, ktorá sa neskôr odparila.

Zelenina obsahuje väčšinou draslík, sodík a vápnik. Zlúčeniny vápnika sú však vo vode málo rozpustné. Z tohto dôvodu bol potaš koncentrát zlúčenín draslíka. Slovo je odvodené od kontrakcie anglických slov „pot“ a „popol“.

V roku 1702 navrhol G. Ernst Stahl rozdiel medzi sodnými a draselnými soľami; Tento návrh overil Henry Duhamel du Monceau v roku 1736. Pretože presné zloženie solí nebolo známe, Antoine Lavoiser (1789) sa rozhodol nezačleniť zásady do zoznamu chemických prvkov.

objav

V roku 1797 objavil nemecký chemik Martin Klaproth potaš v mineráli leucite a lepidolite, takže dospel k záveru, že to nie je len produkt rastlín.

V roku 1806 anglický chemik Sir Humphrey Davy zistil, že spojenie medzi prvkami zlúčeniny bolo v prírode elektrické.

Davy potom izoloval draslík elektrolýzou hydroxidu draselného, ​​pričom pozoroval guľôčky kovového lesku, ktoré sa hromadili v anóde. Kov označil anglickým etymologickým slovom draslík.

V roku 1809 navrhol Ludwig Wilhelm Gilbert názov kalium (kalium) pre Davyho draslík. Berzelius vyvolal názov kalium na priradenie draslíka chemickému symbolu „K“.

Nakoniec Justus Liebig v roku 1840 zistil, že draslík je nevyhnutným prvkom pre rastliny.

Štruktúra a elektrónová konfigurácia draslíka

Kovový draslík kryštalizuje za normálnych podmienok v kubickej (bcc) štruktúre sústredenej na telo. Vyznačuje sa tenkosťou, ktorá súhlasí s vlastnosťami draslíka. Atóm K je obklopený ôsmimi susedmi, priamo v strede kocky a ostatnými atómami K umiestnenými vo vrcholoch.

Táto fáza bcc sa tiež označuje ako fáza KI (prvá). Keď sa tlak zvýši, kryštalická štruktúra sa zhutní do kubickej fázy (fcc) orientovanej na tvár. Na tento prechod je však potrebný spontánny tlak 11 GPa.

Táto hustejšia fcc fáza je známa ako K-II. Pri vyšších tlakoch (80 GPa) a pri nízkych teplotách (menej ako -120 ºC) získava draslík tretiu fázu: K-III. K-III sa vyznačuje svojou schopnosťou v kryštalických dutinách umiestniť ďalšie atómy alebo molekuly.

Existujú tiež dve ďalšie kryštalické fázy pri ešte vyšších tlakoch: K-IV (54 GPa) a KV (90 GPa). Pri veľmi nízkych teplotách draslík dokonca vykazuje amorfnú fázu (s narušenými atómami K).

Oxidačné číslo

Elektrónová konfigurácia draslíka je:

4s ¹

Orbitál 4s je najvzdialenejší, a preto má jediný valenčný elektrón. Teoreticky je to zodpovedné za kovovú väzbu, ktorá drží atómy K pohromade pri definovaní kryštálu.

Z rovnakej konfigurácie elektrónov je ľahké pochopiť, prečo draslík má zvyčajne vždy (alebo takmer vždy) oxidačné číslo +1. Keď stratí jeden elektrón za vzniku katiónu K ⁺ , argón s ušľachtilým plynom s oktetom s úplnou valenciou sa stane izoelektronickým.

Vo väčšine derivátov sa predpokladá, že draslík je K ⁺ (aj keď jeho väzby nie sú čisto iónové).

Na druhej strane, hoci je menej pravdepodobné, draslík môže získať elektrón, ktorý má vo svojom 4-obežnom obehu dva elektróny. Kovový vápnik sa tak stáva izoelektronickým:

4s ²

Potom sa hovorí, že získal elektrón a má záporné oxidačné číslo, -1. Keď sa toto oxidačné číslo počíta v zlúčenine, predpokladá sa existencia potasidového aniónu K ^- .

vlastnosti

vzhľad

Lesklý kov z bieleho striebra.

Molárna hmota

39,0983 g / mol.

Bod topenia

83,5 ° C

Bod varu

759 ° C

Hustota

-0,862 g / cm ³ , pri teplote miestnosti.

-0,828 g / cm ³ , na bod topenia (kvapalina).

rozpustnosť

Prudko reaguje s vodou. Rozpustný v tekutom amoniaku, etyléndiamíne a anilíne. Rozpustný v iných alkalických kovoch za vzniku zliatin a ortuti.

Hustota pár

1.4 vo vzťahu k vzduchu branému ako 1.

Tlak vodnej pary

8 mmHg pri 432 ° C

stabilita

Stabilný, ak je chránený pred vzduchom a vlhkosťou.

korózie

Pri kontakte s kovmi môže byť leptavý. Pri kontakte môže spôsobiť popálenie kože a očí.

Povrchové napätie

86 dynov / cm pri 100 ° C

Teplo fúzie

2,33 kJ / mol.

Odparovacie teplo

76,9 kJ / mol.

Molárna tepelná kapacita

29,6 J / (mol.K).

electronegativity

0,82 na Paulingovej stupnici.

Ionizačné energie

Prvá úroveň ionizácie: 418,8 kJ / mol.

Druhá úroveň ionizácie: 3,052 kJ / mol.

Tretia úroveň ionizácie: 4 420 kJ / mol.

Atómové rádio

227 hodín.

Kovalentný polomer

203 ± 12 hodín.

Tepelná rozťažnosť

83,3 µm / (m · K) pri 25 ° C

Tepelná vodivosť

102,5 W / (mK).

Elektrický odpor

72 nΩ · m (pri 25 ° C).

tvrdosť

0,4 na Mohsovej stupnici.

Prírodné izotopy

Draslík sa vyskytuje hlavne ako tri izotopy: ³⁹ K (93,258%), ⁴¹ K (6,73%) a ⁴⁰ K (0,012%, rádioaktívna p-emisia)

názvoslovie

Zlúčeniny draslíka majú predvolene oxidačné číslo +1 (s veľmi špeciálnymi výnimkami). V nomenklatúre zásob sa preto na konci názvov vynecháva (I); av tradičnej nomenklatúre sa názvy končia príponou -ico.

Napríklad KCl je chlorid draselný, nie chlorid draselný (I). Podľa systematickej nomenklatúry je tradičným názvom chlorid draselný alebo monochlorid draselný.

Pokiaľ to nie sú veľmi bežné názvy alebo minerály (napríklad silvin), nomenklatúra okolo draslíka je pomerne jednoduchá.

Tvary

Draslík sa v prírode nenachádza v kovovej forme, ale na určité účely ho možno priemyselne získať v tejto forme. Nachádza sa hlavne v živých bytostiach, v iónovej forme (K ⁺ ). Všeobecne je to hlavný intracelulárny katión.

Draslík je prítomný v mnohých zlúčeninách, ako je hydroxid draselný, octan alebo chlorid, atď. Je tiež súčasťou asi 600 minerálov vrátane sylvitu, alunitu, karnalitu atď.

Draslík tvorí zliatiny s inými alkalickými prvkami, ako je napríklad sodík, cézium a rubídium. Vytvára tiež ternárne zliatiny so sodíkom a céziom prostredníctvom tzv. Eutektických fúzií.

Biologická úloha

rastliny

Draslík predstavuje spolu s dusíkom a fosforom tri hlavné rastlinné živiny. Draslík je absorbovaný koreňmi v iónovej forme: proces podporovaný existenciou vhodných podmienok vlhkosti, teploty a okysličovania.

Reguluje otváranie a zatváranie listových stómov: činnosť, ktorá umožňuje absorpciu oxidu uhličitého, ktorý sa kombinuje s vodou počas fotosyntézy a vytvára glukózu a kyslík; Sú to látky generujúce ATP, ktoré tvoria hlavný zdroj energie živých bytostí.

Uľahčuje syntézu niektorých enzýmov súvisiacich s rastom rastlín, okrem škrobu, látky, ktorá zásobuje energiu. Zasahuje tiež do osmózy: proces potrebný na absorpciu koreňov vody a minerálov; a stúpanie vody cez xylém.

Chróza je prejavom nedostatku draslíka v rastlinách. Vyznačuje sa tým, že listy strácajú svoju zeleň a sú žlté, so spálenými okrajmi; a nakoniec dochádza k defoliácii so spomalením rastu rastlín.

zver

U zvierat je všeobecne draslík hlavným intracelulárnym katiónom s koncentráciou 140 mmol / l; zatiaľ čo extracelulárna koncentrácia sa pohybuje medzi 3,8 a 5,0 mmol / l. 98% draslíka v tele je obmedzené na intracelulárny kompartment.

Aj keď sa príjem draslíka môže pohybovať medzi 40 a 200 mmol / deň, jeho extracelulárna koncentrácia sa udržiava konštantná reguláciou vylučovania obličkami. Hormón aldosterón, ktorý reguluje sekréciu draslíka na úrovni zberných a distálnych tubulov, je zapojený do tohto procesu.

Draslík je centrálne zodpovedný za udržiavanie intracelulárnej osmolarity, a preto je zodpovedný za udržiavanie celulárnej integrity.

Hoci je plazmatická membrána relatívne priepustná pre draslík, jej vnútrobunková koncentrácia je udržiavaná aktivitou enzýmu Na, ATPáza (sodíková a draselná pumpa), ktorý odstraňuje tri atómy sodíka a zavádza dva atómy draslíka.

Repolarizácia buniek

Excitabilné bunky tvorené neurónmi a bunkami pruhovaných a hladkých svalov; a bunky pruhovaných svalov, ktoré sú tvorené bunkami kostrového a srdcového svalu, sú všetky schopné tvoriť akčný potenciál.

Interiér excitovateľných buniek je záporne nabitý vo vzťahu k vonkajšku bunky, ale pri správnom stimulovaní sa zvyšuje permeabilita plazmatickej membrány buniek na sodík. Tento katión preniká cez plazmatickú membránu a robí z vnútra bunky pozitívny.

Fenomén, ktorý sa vyskytol, sa nazýva akčný potenciál, ktorý má skupinu vlastností, medzi ktorými je schopný sa šíriť v celom neuróne. Príkaz vydaný mozgom putuje ako akčný potenciál do daného svalu, ktorý spôsobuje jeho kontrakciu.

Aby sa objavil nový akčný potenciál, musí mať vnútro bunky záporný náboj. Za týmto účelom dochádza k úniku draslíka z vnútrajšku bunky a jeho návratu do pôvodnej negativity. Tento proces sa nazýva repolarizácia, ktorá je hlavnou funkciou draslíka.

Preto sa za vytváranie sodíka a draslíka považuje spoločná zodpovednosť za vytváranie akčných potenciálov a za začatie svalovej kontrakcie.

Ďalšie funkcie

Draslík slúži iným funkciám u ľudí, ako je vaskulárny tonus, kontrola systémového krvného tlaku a gastrointestinálna motilita.

Zvýšenie plazmatickej koncentrácie draslíka (hyperkalémia) spôsobuje rad príznakov, ako sú úzkosť, nevoľnosť, zvracanie, bolesť brucha a nepravidelnosti na elektrokardiograme. Vlna T, ktorá súvisí s repolarizáciou komôr, je vysoká a široká.

Tento záznam sa vysvetľuje, pretože so zvyšujúcou sa extracelulárnou koncentráciou draslíka opúšťa bunku zvonku pomalšie, takže komorová repolarizácia je pomalšia.

Zníženie koncentrácie draslíka v plazme (hypokalciémia) má okrem iného nasledujúce príznaky: svalovú slabosť, zníženú črevnú motilitu, zníženú glomerulárnu filtráciu, srdcovú arytmiu a vyrovnanie T vlny elektrokardiogramu.

T vlna sa skracuje, pretože znížením extracelulárnej koncentrácie draslíka sa uľahčí jej výstup smerom k vonkajšiemu povrchu bunky a doba trvania repolarizácie sa zníži.

Kde sa nachádza draslík a produkcia

Kryštál kremičitanu, ktorý pozostáva prakticky z chloridu draselného. Zdroj: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Draslík sa vyskytuje hlavne v vyvrelých horninách, bridliciach a sedimentoch. Tiež v mineráloch ako muskovit a ortoklas, ktoré sú nerozpustné vo vode. Ortoklasa je minerál, ktorý sa zvyčajne vyskytuje v vyvrelých horninách a žule.

Draslík je tiež prítomný vo vode rozpustných minerálnych látok, ako je napríklad carnalite (KMgCl ₃ · 6H ₂ O), sylvinit (KCI), a landbeinite, ktoré sa nachádzajú v suchých jazero postele a na dne mora.

Okrem toho sa draslík nachádza v soľankách a je produktom spaľovania kmeňov rastlín a listov v procese používanom na výrobu potaše. Aj keď je jeho koncentrácia v morskej vode nízka (0,39 g / l), používa sa aj na získavanie draslíka.

Draslík je prítomný vo veľkých ložiskách, ako je ložisko v kanadskom Saskatchewane, bohaté na minerálny sylvit (KCl) a schopné produkovať 25% svetovej spotreby draslíka. Soľné odpadové kvapaliny môžu obsahovať významné množstvo draslíka vo forme KCl.

elektrolýza

Draslík sa vyrába dvoma spôsobmi: elektrolýzou a tepelným. Pri elektrolýze sa postup, ktorý použil Davy na izoláciu draslíka, dodržiaval bez väčších úprav.

Tento spôsob však z priemyselného hľadiska nebol účinný, pretože sa musí znížiť vysoká teplota topenia roztavených zlúčenín draslíka.

Metóda elektrolýzy hydroxidu draselného sa priemyselne používala v 20. rokoch 20. storočia, tepelná metóda ju však nahradila a po roku 1950 sa stala dominantnou metódou výroby tohto kovu.

Tepelná metóda

Pri tepelnej metóde sa draslík vyrába redukciou roztaveného chloridu draselného pri 870 ° C. Táto sa kontinuálne dodáva do destilačnej kolóny naplnenej soľou. Medzitým sodná para prechádza kolónou, aby spôsobila redukciu chloridu draselného.

Draslík je najprchavejšou zložkou reakcie a hromadí sa v hornej časti destilačnej kolóny, kde sa zhromažďuje nepretržite. Výroba kovového draslíka tepelnou metódou môže byť uvedená v nasledujúcej chemickej rovnici:

Na (g) + KCl (1) => K (1) + NaCI (1)

Griesheimerov postup, ktorý využíva reakciu fluoridu draselného s karbidom vápnika, sa používa aj pri výrobe draslíka:

2 KF + CaC ₂ => 2 K + CaF ₂ + 2 C

reakcie

anorganická

Draslík je vysoko reaktívny prvok, ktorý reaguje rýchlo s kyslíkom za vzniku troch oxidov: oxid draselný (K ₂ O), peroxid (K ₂ O ₂ ), a peroxid (KO ₂ ).

Draslík je silne redukujúcim prvkom, a preto oxiduje rýchlejšie ako väčšina kovov. Používa sa na redukciu solí kovov nahradením draslíka kovom v soli. Táto metóda umožňuje získavanie čistých kovov:

MgCl ₂ + 2 K => Mg + 2 KCl

Draslík silne reaguje s vodou za vzniku hydroxidu draselného a uvoľňuje výbušný vodíkový plyn (obrázok nižšie):

Kovový draslík reagujúci s vodným roztokom fenolftaleínu, ktorý po uvoľnení OH-iónov do média zmení farbu na červeno-červenú. Zaznamenajte tvorbu plynného vodíka. Zdroj: Ozone aurora a Philip Evans prostredníctvom Wikipédie.

Hydroxid draselný môže reagovať s oxidom uhličitým za vzniku uhličitanu draselného.

Draslík reaguje s oxidom uhoľnatým pri teplote 60 ° C za vzniku výbušnej karbonylovú skupinu (K ₆ C ₆ O ₆ ). Reaguje tiež s vodíkom pri 350 ° C a vytvára hydrid. Je tiež vysoko reaktívny s halogénmi a pri kontakte s kvapalným brómom exploduje.

K výbuchom tiež dochádza, keď draslík reaguje s halogénovanými kyselinami, ako je kyselina chlorovodíková, a zmes je silne zasiahnutá alebo pretrepaná. Roztavený draslík ďalej reaguje so sírou a sírovodíkom.

organický

Reaguje s organickými zlúčeninami obsahujúcimi aktívne skupiny, je však inertný voči alifatickým a aromatickým uhľovodíkom. Draslík reaguje pomaly s amoniakom za vzniku potasomínu (KNH ₂ ).

Na rozdiel od sodíka draslík reaguje s uhlíkom vo forme grafitu za vzniku série interlaminárnych zlúčenín. Tieto zlúčeniny majú atómové atómy uhlíka: 8, 16, 24, 36, 48, 60 alebo 1; napr. KC ₆₀ .

aplikácia

Kovový draslík

Priemyselný dopyt po kovovom draslíku nie je veľký. Väčšina sa premieňa na superoxid draselný, ktorý sa používa v respirátoroch, pretože uvoľňuje kyslík a odstraňuje oxid uhličitý a vodnú paru.

Zliatina NaK má veľkú schopnosť absorpcie tepla, a preto sa v niektorých jadrových reaktoroch používa ako chladivo. Podobne sa v turbínach používa odparený kov.

zlúčeniny

chlorid

KCl sa používa v poľnohospodárstve ako hnojivo. Používa sa tiež ako surovina na výrobu ďalších zlúčenín draslíka, napríklad hydroxidu draselného.

hydroxid

Známy je tiež ako lúh draselný, KOH. Používa sa pri výrobe mydiel a detergentov.

Jeho reakcia s jódom vytvára jodid draselný. Táto soľ sa pridáva do stolovej soli (NaCl) a podáva sa na jej ochranu pred nedostatkom jódu. Hydroxid draselný sa používa pri výrobe alkalických batérií.

dusičnan

Známy je tiež ako soľnička, KNO ₃ a používa sa ako hnojivo. Okrem toho sa používa pri spracovaní ohňostrojov; ako konzervačné látky v potravinách a v kaleniach.

chromate

Používa sa pri výrobe hnojív a kamenca draselného.

uhličitan

Používa sa pri výrobe skla, najmä pri výrobe televízorov.

Referencie

1. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Draselný. Obnovené z: en.wikipedia.org
3. McKeehan LW (1922). Kryštalická štruktúra draslíka. Zborník Národnej akadémie vied Spojených štátov amerických, 8 (8), 254–255. doi: 10,1073 / pnas.8.8.254
4. Masafumi Sakata a kol. (2017). Štrukturálny fázový prechod draslíka za podmienok vysokého tlaku a nízkej teploty. J. Phys.: Conf. Ser. 950 042020.
5. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Draselný. PubChem Database., CID = 5462222. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Editori encyklopédie Britannica. (3. mája 2019). Draselný. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com
7. Kráľovská spoločnosť chémie. (2019). Draselný. Obnovené z: rsc.org
8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24. januára 2019). 10 Fakty o draslíku. Získané z: thinkco.com
9. Najlepšie a Taylor. (2003). Fyziologický základ lekárskej praxe. (13. vydanie v španielčine). Editorial Médica Panamericana.
10. Elm Axayacatl. (2. marca 2018). Význam draslíka (K) v pestovaných rastlinách. Obnovené z: blogagricultura.com
11. Lenntech BV (2019). Draselný. Obnovené z: lenntech.com