更新时间:2024-10-24 20:15

钾(potassium),元索周期表中ⅠA族的碱金属。元索符号K,相对原子质量39.0983。银白色金属光泽的蜡状软金属。相对密度为0.86g/cm3,熔点63.25℃,沸点760℃。化学性质比钠还活泼。与非金属单质直接化合,在空气中迅速氧化燃烧成橘红色的超氧化钾(KO2),与氨反应生成氨基钾(KNH2),与水或冰剧烈反应放热并释放出氢气(H2)。钾火焰呈紫色。须储存于煤油中。与钠形成的钠钾合金(NaK)熔点只有-12.5℃,像液钠一样作增殖反应堆里的热交换剂。

研究历史

18世纪,化学家们发现植物碱(K2CO3、碳酸钾,从地层的沉淀物中获得)和矿物碱(Ng2CO3、碳酸钠,从燃烧木材的灰烬中获得)是两种不同的物质。人们在发现了这个差别之后,才分清了钾和钠之间的区别。

然而,在钾被确认为一种元素之前,碳酸钾就已经用于与动物脂肪混合、制造肥皂了。把木材灰烬用水浸泡,然后煮沸浓缩,就可以得到碳酸钾。

1807年,汉弗里·戴维电解熔融氢氧化钾发现有金属小球形成,分离出了钾。

理化性质

物理性质

金属钾为固体,银白色,无嗅无味,质柔软,比稍硬、比水轻。相对密度0.86g/cm3、熔点63.25℃,沸点760℃,熔融热0.598KJ/kg,气化热2075KJ/kg,导热率44.77w/(m·k)。

化学性质

金属钾质软,可以用一把小刀很轻易地切割钾。金属钾的新鲜切面有光泽,但是随后不久就会与空气中的氧气以及水蒸气反应而失去光泽。钾在空气中燃烧,所得的产物主要是橘黄色的超氧化钾(KO2)。

金属钾与水迅速反应,生成氢氧化钾(KOH)的无色碱性溶液和氢气。因为氢氧化钾的溶解,所得的溶液是碱性的。反应是放热的,在反应过程中,金属钾会变得很热,以至于会导致火灾,并以特征的淡紫色火焰燃烧。钾与水的反应要慢于铷(在元素周期表中紧靠在钾的下面)的相应反应;但是要快于钠(在元素周期表中紧靠在钾的上面)的相应反应。

金属钾同所有的卤素单质都剧烈反应,生成卤化钾。钾同氟气(F2)、氯气(Cl2)、溴单质(Br2)和碘单质(I2)反应,分别生成氟化钾(Ⅰ)(KF)、氯化钾(Ⅰ)(KCl)、溴化钾(Ⅰ)(KBr)和碘化钾(Ⅰ)(KI)。

金属钾能迅速溶解在稀硫酸中,生成氢气和含有钾(Ⅰ)离子的水溶液。

金属钾与碱的反应,其实就是钾与碱溶液中水的反应。随着反应的进行,氢氧化钾的浓度会持续增加。

制备方法

给电负性很低的钾离子(K+)增加一个电子是十分困难的,所以,所有分离钾的方法都需要经过电解。

通过电解熔融氯化钾(KCl)而得到的金属钾,一经生成就会溶解在熔融盐中。所以钾不能像预想的那样,通过与钠类似的方法生产。

阴极:

阳极:

因此,金属钾的制备方法改为用金属钠和熔融氯化钾在850℃发生的反应。

这是一个可逆反应。在这个环境中,钾具有很高的挥发性,能够从反应体系中分离出来,使得反应可以继续进行下去。这样生产出来的钾,其中杂质钠的含量很少。

应用领域

工业用途

金属钾的用途不算太广,主要是用来作为脱水剂,因为钾能强烈地吸收水分。另外,在制造电子管时,也用它来吸收真实管内剩余的氧气与水汽。金属钾与金属钠的合金,熔点很低,在常温下是液体,可以用来代替水银制造温度计。

医疗用途

研究证实,钾对预防高血压等慢性病具有重要作用,并有助于防止钙流失,使骨骼更硬朗。按我国营养学会发布的2013版中国居民膳食营养素参考摄入量,健康人钾的适宜摄入量为每天2000毫克,要预防慢性病,钾的建议摄入量是3600毫克/天。

分布情况

钾在地壳中的含量为2.47%,占第七位。可用来提取钾盐的矿物有钾盐矿KCl)、光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)、杂卤石(2CaSO4·K2SO4·2H2O)。分布极广的天然硅酸盐矿物中也含有钾,如钾长石K[AlSi3O8]。在云母、钾长石等硅酸盐中都富含钾。

安全措施

环境危害

金属钾化学反应活性很高,在潮湿空气中能自燃。遇水或潮气猛烈反应放出氢气,大量放热,引起燃烧或爆炸。暴露在空气或氧气中能自行燃烧并爆炸使熔融物飞溅。

健康危害

金属钾对眼、鼻、咽喉和肺有刺激作用,接触后易引起喷嚏、咳嗽和喉炎。高浓度吸入可致肺水肿。可灼伤皮肤。

危害防治

金属钾的主要危险是火险,当它与水接触时会着火。如不慎摄入过量钾盐时,可通过呕吐的方式排出体外,避免中暑。

小量泄漏后,避免扬尘,收集于干燥、洁净、有盖的容器或收入金属容器并保存在煤油或液体石蜡中。大量泄漏后,用塑料布、帆布覆盖,减少飞散。在专家指导下清除。

储存运输

储存方法

金属钾属一级危险物品,应根据国家标准采用特种方法包装与储运。常规做法,是将金属钾放入事先装有保护油品的广口铁桶内,油品需浸没过金属钾,保护油品为石蜡油。包装和保护措施,也可采用充满惰性气体的容器密封。用紧固密封盖密封。每桶净重35kg。包装外应明显标有“一级遇水燃烧物品“易燃易爆危险品”文字和图标标识,以及商品规定必须的文字说明。贮存期1年。贮存在阴凉、通风、干燥处,应专库贮存。注意防潮、防水、防晒、防水,远离热源和火种。搬动时要小心轻放,严禁倒置和强烈震动。

运输方法

运输时,加盖防雨苫布,避免日晒雨淋,不得与其他物品混装同运。失火时,须用干砂、石棉苫布或碳酸钙干粉灭火,不允许使用泡沫或二氧化碳,严禁用水扑救。

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