Введение. Глава 2 История открытия элемента. Глава 3 Особенности строения атома калия



Дата27.04.2016
Размер89 Kb.
ТипГлава
Содержание.

1. Глава 1 Введение.

2. Глава 2 История открытия элемента.

3. Глава 3 Особенности строения атома калия.

4. Глава 4 Нахождение калия в природе.

5. Глава 5 Свойства простого вещества и соединений калия.

5.1 Физические свойства.

5.2 Химические свойства простого вещества калия.

5.3 Получение и применение.

6. Глава 6 Калий в организме.



6.1 Основные функции калия в организме.

Глава 1 Введение.
Среди всех химических элементов Периодической системы Д.И. Менделеева калий как химический элемент занимает особое место в жизни окружающего мира, особенно растений. Калий усиливает передвижение сахаров из ли­стьев в другие органы растения, участвует в образова­нии белковых веществ. Увеличивая содержание белков и углеводов, калий улучшает древесину, вызревание и зимостой­кость, благодаря накоплению сахаров в клеточном соке, понижается его температура замерзания. Растения при недостатке калия легко поражаются грибковыми и бак­териальными болезнями. Признаки калийного голода­ния; листья преждевременно желтеют, начиная с краев, в дальнейшем края и верх их приобретают бурую окраску и отмирают, края листьев загибаются книзу. Ионы калия участвуют в генерации и проведении биоэлектрических потенциалов в нервах и мышцах, в регуляции сокращений сердца и др. мышц, поддерживают осмотического давление и гидратацию коллоидов в клетках, активируют некоторые ферменты. Метаболизм калия тесно связан с углеводным обменом; ионы калия. влияют на синтез белков. К+ в большинстве случаев нельзя заменить на Na+. Клетки избирательно концентрируют К+. Угнетение гликолиза, дыхания, фотосинтеза, нарушение проницаемости наружной клеточной мембраны приводят к выходу К+ из клеток, часто в обмен на Na+. Поэтому я выбрала тему для изучения: «Особенности строения и свойств калия как биогенного элемента»
Цель - изучить особенности строения атома, соединений данного химического элемента как важнейшего компонента планеты Земля.
Определив для себя следующие задачи:


  • Изучить историю открытия элемента

  • Определить особенности строения атома

  • Нахождение в природе

  • Свойства простого и сложных веществ атомов элемента

  • Калий – биогенный элемент



Глава 2 История открытия элемента.
  Историческая справка. Некоторые соединения К. (например, поташ, добывавшийся из древесной золы) были известны уже в древности; однако их не отличали от соединений натрия. Только в 18 в. было показано различие между «растительной щёлочью» (поташем K2CO3) и «минеральной щёлочью» (содой Na2CO3). В 1807 Г. Дэви электролизом слегка увлажнённых твёрдых едких кали и натра (KOH и NaOH) выделил К. и натрий и назвал их потассием и содием. В 1809 Л. В. Гильберт предложил название «калий» (от араб. аль-кали — поташ) и «натроний» (от араб. натрун — природная сода); последнее И. Я. Берцелиус в 1811 изменил на «натрий». Название «потассий» и «содий» сохранились в Великобритании, США, Франции и некоторых др. странах. В России эти названия в 1840-х гг. были заменены на «калий» и «натрий», принятые в Германии, Австрии и Скандинавских странах. Калий - активный щелочной металл. Калий был открыт Дэви. Дэви первооткрыватель назвал полученный химический элемент потассием. Но это название почему-то в среде химиков не прижилось. А название "калий" было дано Гильбертом. Он был популярен в среде ученых. Поташ в средние века получали из золы сгоревших деревьев. Эту золу вываривали в огромных котлах. Из поташа получали селитру, шедшую в больших количествах для приготовления пороха. В России были так называемые передвижные заводы, на которых и производилась селитра.

Глава 3 Особенности строения атома калия.
 Калий, К. химический элемент 1 группы периодической системы Менделеева; атомный номер 19, атомная масса 39,098; серебряно-белый, очень лёгкий, мягкий и легкоплавкий металл. Элемент состоит из двух стабильных изотопов — 39K (93,08%), 41K (6,91%) и одного слабо радиоактивного 40K (0,01%) с периодом полураспада 1,32;109 лет.   Конфигурация внешней электронной оболочки атома К. 4s1 в соответствии с чем его валентность в соединениях постоянно равна 1. Единственный валентный электрон атома К. более удалён от его ядра, чем валентные электроны лития и натрия, поэтому химическая активность К. выше, чем этих двух металлов.

Глава 4. Нахождение калия в природе.
К. — распространённый элемент: содержание в литосфере 2,50% по массе. В магматических процессах К., как и натрий, накапливается в кислых магмах, из которых кристаллизуются граниты и др. породы (среднее содержание К. 3,34%). К. входит в состав полевых шпатов и слюд. В основных и ультраосновных породах, богатых железом и магнием, К. мало. На земной поверхности К., в отличие от натрия, мигрирует слабо. При выветривании горных пород К. частично переходит в воды, но оттуда его быстро захватывают организмы и поглощают глины, поэтому воды рек бедны К. и в океан его поступает много меньше, чем натрия. В океане К. поглощается организмами и донными илами (например, входит в состав глауконита); поэтому океанические воды содержат лишь 0,038% К. — в 25 раз меньше, чем натрия. В прошлые геологические эпохи, особенно в пермском периоде (около 200 млн. лет назад) на поздних стадиях испарения морской воды в лагунах, после осаждения NaCl, кристаллизовались соли К. и магния — карналлит KCIMgCI26H2O и др. (Соликамское месторождение в, Штасфуртское в и т.д.; см. Калийные соли). В большинстве почв растворимых соединений К. мало, и культурные растения нуждаются в калийных удобрениях.
KCl • NaCl – сильвинит

KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит



K2O • Al2O3 • 6SiO2 – полевой шпат (ортоклаз)
  Радиоактивный изотоп 40K — важный источник глубинного тепла, особенно в прошлые эпохи, когда этого изотопа было больше. При распаде 40K образуются 40Ca и аргон 40Ar, уходящий в атмосферу. Некоторые минералы К. не теряют аргона, и по его содержанию можно определить абсолютный возраст горных пород (т. н. калий-аргоновый метод).

Глава 5. Свойства простого вещества и соединений калия.
Физические свойства.
К. — серебряно-белый, очень лёгкий и мягкий металл (без труда режется ножом). Кристаллическая решётка К. объёмно-центрированная кубическая, а = 5,33 Å. Ат. радиус 2,36 Å, ионный радиус К+ 1,33 Å. Плотность 0,862 г/см3 (20 °С), tпл 63,55 °С, tkип 760 °С; коэффициент термического расширения 8,3310-5 (0—50 °С); теплопроводность при 21 °С 97,13 вт [0,232 кал/(см; сек; °С)]; удельная теплоёмкость (при 20 °С) 741,2 дж/(кг; К), т. е. 0,177 кал/(г;°С), удельное электросопротивление (при 20 °С) 7,11810-8 ом;м; температурный коэффициент электросопротивления 5,810-5 (20 °С). Твёрдость по Бринеллю 400 кн/м2 (0,04 кгс/мм2).

Химические свойства простого вещества калия.
На воздухе, особенно влажном, К. быстро окисляется, вследствие чего его хранят в бензине, керосине или минеральном масле. При комнатной температуре К. реагирует с галогенами; при слабом нагревании соединяется с серой, при более сильном — с селеном и теллуром. При нагревании выше 200 °С в атмосфере водорода К. образует гидрид KH, самовоспламеняющийся на воздухе. Азот и К. не взаимодействуют даже при нагревании под давлением, но под влиянием электрического разряда эти элементы образуют азид К. KN3 и нитрид К. K3N. При нагревании К. с графитом получаются карбиды KC8 (при 300 °С) и KC16 (при 360 °С). В сухом воздухе (или кислороде) К. образует желтовато-белую окись K2O и оранжевую перекись KO2 (известны также перекиси K2O2 и K2O3, получаемые действием кислорода на раствор К. в жидком аммиаке).
  К. весьма энергично, иногда со взрывом реагирует с водой, выделяя водород, а также с водными растворами кислот, образуя соли. В аммиаке К. медленно растворяется; полученный синий раствор — сильный восстановитель. При нагревании К. отнимает кислород от окислов и солей кислородных кислот с образованием K2O и свободных металлов (или их окислов). К. со спиртами даёт алкоголяты, ускоряет полимеризацию олефинов и диолефинов, с галогеналкилами и галогенарилами образует калийалкилы и калийарилы. Присутствие К. легко определить по фиолетовому окрашиванию пламени.
Калий, как и другие щелочные металлы, химически очень активен. Легко взаимодействует с кислородом воздуха с образованием смеси, преимущественно состоящей из пероксида К2О2 и супероксида KO22О4):
2K + O2 = K2O2, K + O2 = KO2.

При нагревании на воздухе калий сгорает фиолетово-красным пламенем. С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует с взрывом (воспламеняется образующийся водород (H):

2K + 2H2O = 2KOH + H2

Кислородсодержащие кислоты при таком взаимодействии могут восстанавливаться. Например, атом серной кислоты восстанавливается до S, SO2 или S2–:

8К + 4Н2SO4 = K2S + 3K2SO4 + 4H2O.

При нагревании до 200-300°C калий реагирует с водородом (H) с образованием солеподобного гидрида КН:

2K + H2 = 2KH

С галогенами калий взаимодействует с взрывом. Интересно отметить, что с азотом (N) калий не взаимодействует.

Как и другие щелочные металлы, калий легко растворяется в жидком аммиаке с образованием голубых растворов. В таком состоянии калий используют для проведения некоторых реакций. При хранении калий медленно реагирует с аммиаком с образованием амида KNH2:

2K + 2NH3 жидк. = 2KNH2 + H2



Получение и применение.
В промышленности К. получают по обменным реакциям между металлическим натрием и KOH или же KCl, соответственно:
KOH + Na = NaOH + K

и

KCl + Na = NaCI + К.


  В первом случае реакция идёт между расплавленной гидроокисью KOH и жидким Na — противотоком в тарельчатой реакционной колонке из никеля при 380—440 °С. Во втором — через расплавленную соль KCl пропускают пары Na при 760—800 °С: выделяющиеся пары К. конденсируют. Возможно также получение К. нагреванием выше 200 °С смесей хлорида К. с алюминием (или кремнием) и известью. Получение К. электролизом расплавленных KOH или KCl мало распространено вследствие низких выходов К. по току и трудности обеспечения безопасности процесса.

  Основное применение металлического К. — приготовление перекиси К., служащей для регенерации кислорода (в подводных лодках и др.). Сплавы натрия с 40—90% К., сохраняющие жидкое состояние при комнатной температуре, используются в ядерных реакторах как теплоносители, как восстановители в производстве титана и как поглотители кислорода. Сельское хозяйство — главный потребитель солей К. (см. Калийные удобрения; о применении соединений К. см. в соответствующих статьях).


 Свойства соединений калия
Типичные основные оксиды.

Реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами:


K2O + 2HNO3  2KNO3 + H2O
Надпероксид калия KO2
Получение:
K + O2  KO2
Химические свойства.


  1. Сильный окислитель:

4KO2 + 2CO2  2K2CO3 + 3O2



  1. Разлагается водой:

2KO2 + 2H2O  2KOH + H2O2 + O2

KO2 + 3K  2K2O
Гидроксиды щелочных металлов – КOH
Белые, кристаллические вещества, гигроскопичны; хорошо растворимы в воде (с выделением тепла). В водных растворах нацело диссоциированы.

Получение:

1.Электролиз растворов хлоридов:


2КCl + 2H2O  2КOH + H2+ Cl2
катод: 2H+ + 2ē  H02

анод: 2Cl- – 2ē  Cl02


2. Обменные реакции между солью и основанием:
K2CO3 + Ca(OH)2  CaCO3 + 2KOH

 

Глава 6. Калий в организме.


К. — один из биогенных элементов, постоянная составная часть растений и животных. Суточная потребность в К. у взрослого человека (2—3 г) покрывается за счёт мяса и растительных продуктов; у грудных детей потребность в К. (30 мг/кг) полностью покрывается грудным молоком, в котором 60—70 мг% К. Многие морские организмы извлекают К. из воды. Растения получают К. из почвы. У животных содержание К. составляет в среднем 2,4 г/кг. В отличие от натрия, К. сосредоточен главным образом в клетках, во внеклеточной среде его много меньше. В клетке К. распределён неравномерно.

Растения, нормально обеспеченные калием, лучше удерживают воду, и листья не так быстро вянут при краткосрочных засухах. Калий вместе с фосфорным удобрением отлично влияет на обильное цветение роз и окраску цветов. Калий потребляется розами в боль­шом количестве в период цветения и для вызревания древесины к зиме. Калийные удобрения способствуют росту роз, их хо­рошо применять во время заложения и развития цвет­ковых почек и при появлении бутонов. Но переудобрен­ные розы жируют, позднее зацветают, неразвившиеся бутоны отмирают, и срезанные цветы мало стоят в во­де. Калийные удобрения хорошо применять вместе с азотными и фосфорными. Надо знать, что калий­ные удобрения быстро вымываются водой.


Выделяется К. из организма главным образом с мочой. Содержание К. в крови и тканях позвоночных регулируется гормонами надпочечников — кортикостероидами. В растениях К. распределяется неравномерно: в вегетативных органах растения его больше, чем в корнях и семенах. Много К. в бобовых, свёкле, картофеле, листьях табака и кормовых злаковых травах (20—30 г/кг сухого вещества). При недостатке К. в почвах замедляется рост растений, повышается заболеваемость. Норма калийных удобрений зависит от типа с.-х. культуры и почвы.
  В биосфере микроэлементы Rb и Cs сопутствуют К. Ионы Li+ и Na+ — антагонисты К+, поэтому важны не только абсолютные концентрации К+ и Na+, но и оптимальные соотношения K+/Na+ в клетках и среде. Естественная радиоактивность организмов (гамма-излучение) почти на 90% обусловлена присутствием в тканях естественного радиоизотопа 40K.


Основные функции калия в организме.

  • поддержание постоянства состава клеточной и межклеточной жидкости;

  • поддержание кислотно-щелочного равновесия;

  • обеспечение межклеточных контактов;

  • обеспечение биоэлектрической активности клеток;

  • поддержание нервно-мышечной возбудимости и проводимости;

  • участие в нервной регуляции сердечных сокращений;

  • поддержание водно-солевого баланса, осмотического давления;

  • роль катализатора при обмене углеводов и белков;

  • поддержание нормального уровня кровяного давления;

  • участие в обеспечении выделительной функции почек.

Существенной функцией калия является его участие в регуляции возбудимости мышц, прежде всего сердечной мышцы. Калию свойственна способность, разрыхлять клеточные оболочки, делая их проницаемыми для прохождения солей. Калий поддерживает осмотическое давление в крови. Он необходим для ясности ума, избавления от шлаков, лечения аллергии. Калий - важный клеточный элемент, в отличие от натрия, он не способствует задержке воды в организме и оказывает диуретическое действие, препятствует развитию соль - индуцированной артериальной гипертензии. Калий принимает участие в транспортировке различных веществ в клетку, обеспечивая этим ее функционирование. Калий участвует в регуляции кислотно-щелочного равновесия в крови и других органах. Он участвует в активации ферментов и синтезе коллагена.

Общее содержание калия в организме человека составляет примерно 250г. Суточная потребность в калии составляет 1,5-2 г.


Недостаток Калия проявляется: замедлением роста организма и нарушением половых функций, возникновением судорожных сокращений скелетных мышц, снижению сократимости сердечной мышцы и нарушению ритма сердечной деятельности (сердечная аритмия).

При недостаточном поступлении калия, организм может в течение некоторого времени восполнять создавшийся дефицит путем мобилизации его из тканевых депо. Тканевым депо для калия являются мышцы.


Калий содержится в: мясе и субпродуктах, смородине черной, овсяной крупе, черносливе, арбузе, кукурузе, тыкве, бобовых, пшенной крупе, петрушке, изюме, цитрусовых, пшеничных отрубях, пивных дрожжах, перловой крупе, томатах, картофеле, листьях мяты, гречневой крупе, бананах, рисе, моркови , орехах (грецкий, фундук), топинамбуре, абрикосе, капусте, вишне, сливе, твороге, чернике, рябине, укропе, тыкве, свекле, бруснике, шиповнике, зверобое, землянике, калине, облепихе, крапиве.




Каталог: images
images -> Галина Шаталова Здоровье человека. Философия, физиология, профилактика
images -> Рабочая программа для старшеклассниц 11 класса по «Основам медицинских знаний и здорового образа жизни»
images -> Российское общество психиатров
images -> Общероссийская общественная организация «федерация анестезиологов и реаниматологов»
images -> Оглавление название
images -> Т. С. Перепанова, В. П. Комарова нии урологии Минздрава России, Москва
images -> Понятие и признаки профессионального выгорания. Причины и факторы профессионального выгорания


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница