Элемент: калий (Potassium)
Химический символ: K
Порядковый номер: 19
Год открытия: 1807
Стандартная атомная масса: 39.0983
Температура плавления: 336.7 К
Температура кипения: 1032 К
Плотность при стандартных условиях: 0.862 г/cм3
Скорость звука в калии: 2000 м/с
Число стабильных изотопов: 2 (плюс 40K c периодом полураспада 1.250×109 лет)
Кристаллическая решётка: объемно-центрированная кубическая
В природе
Калий известен человечеству очень давно. Конечно же, речь идет о его соединениях – и в первую очередь о карбонате калия. Фамилия магистра игры «Что? Где? Когда?» тому свидетельство: Максим все-таки Поташев, а не какой-нибудь Гипохлоритов-Калиев. Да, поташ известен давно и давно же получается из растительной золы. Водный настой золы, щелок, содержавший карбонат калия (в основном, конечно – были там и другие соли) обладал сильной щелочной реакцией, и мог использоваться и вместо мыла, и для выделки кож. Выпаренный щелок давал поташ – а уж из поташа получается и удобрение, и прекрасное жидкое мыло (калиевые соли жирных кислот дают жидкое мыло, натриевые – твердое).
Ортоклаз
В горных породах калий присутствует тоже достаточно распространенно: к примеру, почти 18% веса земной коры приходится на долю калийсодержащего минерала – ортоклаза. Это двойная соль кремневой кислоты K2Al2Si6O16 или K2O · Al2O3 · 6SiO2.
(именно это, кстати, позволяет нам точно датировать возраст пород, которым сотни миллионов и миллиарды лет: везде есть калий, а в калии достаточно много калия-40, образовавшегося еще до возникновения Солнечной системы, но обладающего периодом полураспада около 1,2 миллиардов лет. Распад калия приводит к появлению запертого в породах аргона-40, который считают и так далее: подробно мы рассказали о калий-аргоновом методе в главе про аргон.
Среди собственно минералов калия можно назвать сильвин KCl, сильвинит KCl·NaCl, карналлитKCl·MgCl2·6H2O…
Сильвинит
Кстати, раз уж зашла речь о минералах – спешим очистить честное имя одного из самых известных минералов, содержащих калий (и магний заодно) – каинит KCl·MgSO4·3H2O. Никакого отношения к убийце Авеля он не имеет. И это не член гностической секты, считавшей Каина первой жертвой противному богу Яхве. Нет, просто καινός по-древнегречески означает «новый».
Из горных пород под действием химического «выветривания» (пользуемся термином «Популярной библиотеки химических элементов») калий попадает в почву.
К2О · Аl2O3 · 6SiO2 + 2Н2О + CO2 → K2CO3 + Al2O3 · 2SiO2 · 2Н2O + 4SiO2.
Ортоклаз распадается на каолин (глину), песок и поташ. Песок и глина идут на построение минерального субстрата почвы, а калий, перешедший из ортоклаза в поташ, становится доступным для растений в виде иона калия. Впрочем, про калий для растений – чуть ниже.
И снова Дэви
Тем не менее, как и в случае с литием и натрием, пришлось ждать рубежа XVIII-XIX столетия, пока калий не удалось получить в чистом виде. Элемент номер 19 получил наш старый знакомый, английский химик сэр Хэмфри Дэви
В Бейкеровской лекции (очень почетная штука), которая состоялась 19 ноября 1807 года читавший ее второй год подряд Дэви сообщил, что электролизом едкого кали он получил «маленькие шарики с сильным металлическим блеском, похожие на капельки ртути (quicksilver). Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом или ярким пламенем, а некоторые тускнели и в итоге покрывались белой пленкой». Сам эксперимент, если верить пометке на черновике рукописи лекции, состоялся 6 октября того же года.
Дэви предложил назвать новый элемент потасием (понятно, от какого слова). Однако оно прижилось в английском, французском, испанском и португальском, а также в польском языках. В таблицу Менделеева вошел символ, образованный от предложенного Людвигом Гильбертом названия «калий» (от арабского «аль-кали», обозначающего все тот же поташ). В русский же язык слово «калий» внес в 1831 году химик Герман Иванович Гесс.
Людвиг Гильберт
Герман Гесс
Калий действительно бурно реагирует почти со всем. С водой он еще более активен, чем с натрием, а присутствие солей калия можно легко обнаружить огненным тестом: ионы калия окрашивают пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.
Калий в воде с фенолфталеином
Окрашивание пламени ионами калия
Удобрения
То, что калия много в золе, говорит о том, что калий (а точнее, конечно, его катион) играет заметную роль в растительном метаболизме. К слову, в животном, разумеется, тоже, но об этом позже. Снова процитируем «Популярную библиотеку химических элементов»:
«Подсчитано, что из тысячи атомов калия, освобождающихся при химическом выветривании, только два достигают морских бассейнов, а 998 остаются в почве. «Почва поглощает калий, и в этом ее чудодейственная сила», – писал академик А.Е. Ферсман».
Так-то оно так, но что делать, если калия, важного для очень многих процессов в растениях – дыхания, азотного обмена, водообмена, синтеза углеводов – не хватает? Конечно же, добавить калийных удобрений.
Собственно говоря, самое древнее калийное удобрение, известное с незапамятных времен – это зола. Конечно, зола золе рознь: от почти 37% К2О в золе подсолнечника (кто-то не поленился сосчитать!) до 3,2% в золе еловых дров. Поэтому обычно используют минеральные удобрения: хлорид калия, который выделяют из двойного хлорида калия-натрия сильвинита, сульфат калия и, конечно же, нитрат калия. Последний (последняя – ибо селитра) важен тем, что это одновременно и азотное, и калийное удобрение. Процитируем «Основы химии» Дмитрия Ивановича Менделеева:
«Селитра представляет бесцветную соль, имеющую особый прохладительный вкус. Она легко кристаллизуется длинными, по бокам бороздчатыми, ромбическими, шестигранными призмами, оканчивающимися такими же пирамидами. Ее кристаллы (уд. вес 1,93) не содержат воды. При слабом накаливании (339°) селитра плавится в совершенно бесцветную жидкость. При обыкновенной температуре в твердом виде КNO3 малодеятельная и неизменна, но при возвышенной температуре она действует как весьма сильное окисляющее средство, потому что может отдать смешанным с нею веществам значительное количество кислорода. Брошенная на раскаленный уголь селитра производит быстрое его горение, а механическая смесь ее с измельченным углем загорается от прикосновения с накаленным телом и продолжает сама собою гореть. При этом выделяется азот, а кислород селитры идет на окисление угля, вследствие чего и получаются углекалиевая соль и углекислый газ…
В химической практике и технике селитра употребляется во многих случаях как окислительное средство, действующее при высокой температуре. На этом же основано применение ее для обыкновенного пороха, который есть механическая смесь мелко измельченных: серы, селитры и угля».
Вот так мы от нужд растений перешли к нуждам армии.
Калий в наших нервах
Вообще, в человеческом организме калия много: он восьмой или девятый по распространенности химический элемент (данные заметно разнятся). В любом случае, его около 0,2 %по массе – 120 граммов на 60-килограммового человека.
Ионы калия и натрия играют важнейшую роль в нашем мышлении. Дело в том, что транспорт этих ионов сквозь мембраны нейронов при помощи различных транспортных белков (калиевых и натриевых каналов, а также калиево-натриевых помп) и обеспечивает возникновение потенциала действия – нервного импульса. При этом калиевые каналы присутствуют вообще чуть ли не во всех клетках нашего организма.
Прохождение калия по калиевому каналу
Аффтар, выпей йаду
Когда ты пишешь о калии, невозможно не сказать о самом распространенном кинематографическом яде – цианистом калии, с которым связано огромное количество мифов. Кстати, открыли его до открытия самого калия – в 1786 году его выделил Карл Вильгельм Шееле, которого вскоре найдут мертвым в лаборатории. Что именно он попробовал на вкус, как требовала того лабораторная практика – сам цианистый калий или, что более вероятно, синильную кислоту – мы, увы не знаем.
Для начала все же скажем, что основное предназначение цианистого калия – не способ самоубийства неудавшихся шпионов и убийства неудобных мужей, а добыча золота.
4 Au + 8 KCN + O2 + 2 H2O → 4 K[Au(CN)2] + 4 KOH
Однако отказать в ядовитости цианистому калию нельзя – из ядов неорганического происхождения он один из самых сильных. Смертельная доза для человека – всего 140 миллиграммов (в среднем).
Смертельная доза цианистого калия
Но вот клиническая картина, известная обычно по фильмам – не совсем такая. Действительно, смерть наступает от остановки клеточного дыхания – цианид ингибирует фермент цитохром С оксидазу. Однако если сознание отключается достаточно быстро, то агония может длиться 35-40 минут. Также неправда, что не существует антидотов от цианистого калия: стандартным антидотом в США, к примеру считается ингаляция амилнитрита с последующими внутривенными инъекциями нитрита натрия и затем тиосульфата натрия.
Текст: Алексей Паевский
