Ка́лий (лат.kalium, от араб. аль-кали — поташ) — элемент первой группы, четвёртого периода периодической системы с атомным номером 19. Как простое вещество представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета, мягкий и пластичный, мягче и активнее натрия и лития. На внешнем уровне атом калия имеет один электрон, который он легко отдаёт, превращаясь в положительно заряженный катион K+. Очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь.
В свободном виде калий в природе не встречается, но его соединения многочисленны. Прежде всего, это породообразующий элемент, калий входит в состав слюд, полевых шпатов; в виде растворимых солей калий содержится в морской воде. Кларк калия в земной коре составляет 2,4 % (5-й по распространённости металл, 7-й по содержанию в коре элемент). Калий входит в состав всех живых клеток. Во многих свойствах калий очень близок натрию, но с точки зрения биологической функции и использования клетками живых организмов они антагонисты.
19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции английский химик Дэви сообщил о выделении калия электролизом расплава едкого кали (KOH). Дэви назвал его «потасий» (лат.potasium); это название, иногда с двумя буквами s, до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках. В 1809 году немецкий физик Л. В. Гильберт предложил название «калий». Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — «K».
...я произвел опыт в изогнутом ружейном стволе, в закрытый конец которого были положены куски едкого кали и глиния; при довольно высокой температуре показались пары калия, большая часть которых сгущалась в холодной части ствола, из которой я добыл несколько кусочков мягкого металла, плавающего на воде и горящего фиолетовым пламенем, имеющего, одним словом, все характерные свойства чистого металлического калия.[1]
— Николай Бекетов, «Восстановление бария и калия глинием», 1865
...растению необходим калий; оно не может жить без калия.[2]
Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне «нечетный» металл. <...> Как считают химики, именно этим объясняется исключительная подвижность калия в природе.[4]
— Павел Иванов, «Калий», 1968
«Гелий, ― сказал я слабым голосом, ― где брат твой Калий?» Он диковато глянул на меня, поскольку Священное писание знал не лучше медицины.[10]
Как легко восстановляется барий глинием, так же легко в свою очередь глиний восстановляется магнием из своего фтористого соединения (из криолита, искусственно мною приготовленного), в чем я также убедился особенным опытом. Если глиний восстановляет барий из окиси, то можно было ожидать и подобного его действия на окись калия: я произвел опыт в изогнутом ружейном стволе, в закрытый конец которого были положены куски едкого кали и глиния; при довольно высокой температуре показались пары калия, большая часть которых сгущалась в холодной части ствола, из которой я добыл несколько кусочков мягкого металла, плавающего на воде и горящего фиолетовым пламенем, имеющего, одним словом, все характерные свойства чистого металлического калия. В большом виде я этого опыта не повторял, а может быть он окажется удобным для практики, так как цена глиния невысока, а восстановление идет, повидимому, гораздо легче и при низшей температуре, чем восстановление калия железом.[1]
— Николай Бекетов, «Восстановление бария и калия глинием», 1865
Берем несколько банок с питательным раствором; в одних из них находятся все необходимые соли, в других ― те же соли минус соль калия. Сажаем в каждую банку совершенно одинаковые зерна гречихи. По прошествии известного времени в первых получается здоровое растение, оно цветет, приносит зрелые семена, во вторых ― оно не развилось, захирело и погибло. Повторяем опыт десятки раз и всегда с одинаковым результатом. Вывод: растению необходим калий; оно не может жить без калия.[2]
Калий не действует на йодистый метилен при обыкновенной температуре; при нагревании отделяется газ, это отделение усиливается и вскоре оканчивается чрезвычайно сильным взрывом. Так же действует и натрий, только взрыв слабее.[13]
— Александр Бутлеров, «Теоретические и экспериментальные работы по химии», 1851-1886
Для того, чтобы сделать Вам ясным, как обставлена здесь моя научная работа ― я хочу коснуться недавнего со мной происшествия, тем более, что по этому делу я обращаюсь за помощью к Вам. В своей лаборатории я поставил себе на решение вопрос ― являются ли химические элементы организмов (напр<имер>, железо или калий) такими же, какие мы видим в окружающей природе, или нет. Задача эта раньше никогда еще не ставилась. С величайшими усилиями я мог довести это дело до конца...[14]
Затем Бунзен стал вводить в пламя по очереди натрий, калий, медь, литий, стронций. И каждый раз, когда пламя меняло свой цвет, оба они внимательно рассматривали спектр лучей, испускаемых раскаленными пара́ми металлов. Достаточно было посмотреть на них в спектроскоп Кирхгофа, чтобы сразу сказать, где литий, где стронций. Спектр лития состоит из одной яркой красной линии и одной оранжевой послабее, а спектр стронция — из одной голубой и нескольких красных, оранжевых, желтых линий. <...> Все, что попадалось ему под руку, он тащил к спектроскопу. Он вносил в пламя горелки и каплю морской воды, и каплю молока, и пепел сигары, и кусочки всевозможных минералов. В спектре пепла гаванской сигары он увидел желтую линию натрия и красные линии лития и калия; в спектре кусочка мела он увидел линии натрия, лития, калия, кальция, стронция. Множество разных веществ исследовал таким образом Бунзен, раскаляя их в жарком пламени горелки и наблюдая спектр раскаленных паров. Новый способ распознавать химический состав оказался необычайно чувствительным и точным.[15]
Немало месторождений, содержащих важные в промышленном отношении полезные ископаемые, было открыто впервые. В том числе освоены совершенно новые виды минерального сырья, которых не знала промышленность царской России. Таковы, например, месторождения калиевых и магниевых солей в Соликамском районе, месторождения бора в Северном Прикаспии, золота и олова ― в Восточной Сибири...[16]
Третий важнейший элемент питания растений ― калий. Его роль в жизни клеток чрезвычайно многообразна. Без калия клетки хуже удерживают воду, а ведь в них все реакции обмена и образования новых соединений происходят в растворах. Присутствие калия необходимо и на некоторых этапах синтеза белка. В последнее время доказано, что многие ферменты клетки становятся активными только в том случае, если в их состав входит калий. Калий связан с процессами фотосинтеза и образованием углеводов в зеленых частях растения, с их дальнейшим превращением и транспортировкой из одних органов в другие. Если растению не хватает калия, то цветы не развиваются дальше фазы мелких бутонов, бутоны не цветут и семена не завязываются. Таким образом, калий нужен растению постоянно. Кроме того, выявлена его роль в конце вегетационного периода, когда накопленные в листьях органические питательные вещества должны передвинуться в семена, плоды, клубни, в корнеплоды и зимующие органы.[8]
Еще в 1924 году известный немецкий химик Ф. Фишер нашел, что карбонат рубидия ― превосходный компонент катализатора для получения синтетической нефти ― «синтола». Синтолом была названа смесь спиртов, альдегидов и кетонов, образующаяся из водяного газа (смеси водорода с окисью углерода) при 410° C и давлении 140-150 атмосфер в присутствии специального катализатора. После добавления бензола эту смесь можно было использовать в качестве моторного топлива. Катализатором служила железная стружка, пропитанная гидроокисью калия. Но если калий заменить рубидием, то эффективность процесса значительно повышается. Во-первых, выход маслянистых продуктов и высших спиртов становится вдвое больше; во-вторых, рубидиевый катализатор (в отличие от калиевого) не покрывается сажей и поэтому сохраняет свою первоначальную активность значительно дольше.[17]
Но теперь настал черед и других элементов ― калия и аргона: историкам пришлось признать важность еще двух клеточек из менделеевской таблицы. Впрочем, калий-аргонный метод тоже не нов. Что обычный калий ― калий-40радиоактивен, с периодом полураспада в полтора миллиарда лет, было обнаружено в 1935 году. Через восемь лет Ф. Томпсоном и С. Роуландом было замечено, что из K10 образуется изотоп аргона ― Ar40 (вот почему по сравнению с другими инертными газами в воздухе так много аргона ― около одного процента). Способы выделения и измерения малых количеств аргона были известны, и калий-аргонные часы вместе с другими радиоактивными часами (урановыми, протактиниевыми, ториевыми) заняли почетное место в «наборе инструментов» геолога и палеонтолога. По отношению <калия к аргону> определяли возраст породы ― благо, калия в земной коре немало. Чем больше отношение, тем древнее порода. Чем меньше, тем моложе она.[9]
В земной коре находится мощный источник аргона-40 ― радиоактивный изотоп калия ― К40. Этого изотопа, на первый взгляд, в недрах немного, ― всего 0,0119% от общего содержания калия. Однако абсолютное количество калия-40 велико, поскольку калий ― один из самых распространенных на нашей планете элементов. В каждой тонне изверженных пород 3,1 грамма калия-40. Радиоактивный распад атомных ядер калия-40 идет одновременно двумя путями. Примерно 88% калия-40 подвергается бета-распаду и превращается в кальций-40. Но в двенадцати случаях из ста (в среднем) ядра калия-40 не излучают, а, наоборот, захватывают по одному электрону с ближайшей к ядру К-орбиты («К-захват»). Захваченный электрон соединяется с протоном ― образуется новый нейтрон в ядре и излучается нейтрино. Атомный номер элемента уменьшается на единицу, а масса ядра остается практически неизменной. Так калий превращается в аргон. Период полураспада К40 достаточно велик ― 1,3 миллиарда лет. Поэтому процесс образования Ar40 в недрах Земли будет продолжаться еще долго, очень долго.[18]
Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В лекции, прочитанной в Лондоне 20 ноября 1807 года, Гемфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого кали он получил «маленькие шарики с сильным металлическим блеском… Некоторые из них сейчас же после своего образования сгорали со взрывом». Это и был калий.
Калий ― замечательный металл. Замечателен он не только потому, что режется ножом, плавает на воде, вспыхивает на ней со взрывом и горит, окрашивая пламя в фиолетовый цвет. И не только потому, что этот элемент ― один из самых активных химически. Все это можно считать естественным, потому что соответствует положению щелочного металла калия в таблице Менделеева. Калий замечателен своей незаменимостью для всего живого и примечателен как всесторонне «нечетный» металл. Обратите внимание: его атомный номер ― 19, атомная масса ― 39, во внешнем электронном слое ― один электрон, валентность ― 1+. Как считают химики, именно этим объясняется исключительная подвижность калия в природе. Он входит в состав нескольких сотен минералов.[4]
— Павел Иванов, «Калий», 1968
Вряд ли можно объяснить случайностью или прихотью лингвистов тот факт, что в русском языке одним словом обозначаются и сама наша планета, и ее верхний слой ― почва. «Земля-матушка», «земля-кормилица» ― это, скорее, о почве, чем о планете в целом… Но что такое почва? Самостоятельное и весьма своеобразное природное тело. Оно образуется из поверхностных слоев разнообразных горных пород под действием воздуха, воды, температурных перепадов, жизнедеятельности всевозможных обитателей Земли. Ниже, под почвой, скрыты так называемые материнские горные породы, сложенные из различных минералов. Они постепенно разрушаются и пополняют «запасы» почвы. <...> Ортоклаз превращается в каолин (разновидность глины), песок и поташ. Песок и глина идут на построение минерального костяка почвы, а калий, перешедший из ортоклаза в поташ, «раскрепощается», становится доступным для растений. Но не весь сразу. В почвенных водах молекулы К2СО3 диссоциируют... 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.[4]
— Павел Иванов, «Калий», 1968
Значительную часть природных калийных солей перерабатывают в технический продукт ― хлористый калий с содержанием К2О 50-62%. Из сильвинита хлористый калий получают методами галургии или флотации. Первый основан на различной растворимости KCl и NaCl в воде при повышенных температурах. Второй ― на разной смачиваемости этих веществ. Первый метод используется шире. При нормальной температуре растворимость хлоратов калия и натрия почти одинакова. С повышением температуры растворимость NaCl почти не меняется, а растворимость KCl сильно возрастает. На холоду готовят насыщенный раствор обеих солей, затем его нагревают и обрабатывают им сильвинит. При этом раствор дополнительно насыщается хлористым калием, а часть поваренной соли вытесняется из раствора, выпадает в осадок и отделяется фильтрованием. Раствор охлаждают, и из него выкристаллизовывается избыточный хлористый калий. Кристаллы отделяют на центрифугах и сушат, а маточный раствор идет на обработку новой порции сильвинита.[4]
— Павел Иванов, «Калий», 1968
Появились реакторы, в которых избыточное тепло отводилось расплавленными металлами, в первую очередь натрием и калием. Но по сравнению с этими металлами у лития много преимуществ. Во-первых, он легче. Во-вторых, у него больше теплоемкость. В-третьих, ― меньше вязкость. В-четвертых, диапазон жидкого состояния ― разница между температурами плавления и кипения у лития значительно шире. Наконец, в-пятых, коррозионная активность лития намного меньше, чем натрия и калия. Одних этих преимуществ было бы вполне достаточно для того, чтобы сделать литий «атомным» элементом.[19]
В Гамбии (государство в Африке) дождевая вода содержит минеральные удобрения, причем самые нужные ― азотные, калийные, фосфорные. В чем же тут дело? Все в той же атмосферной пыли и ветре. Ветер поднимает в воздух пылевидные частицы минералов, содержащих азот, калий и фосфор, а во время дождя поля получают не только влагу, но и минеральные удобрения в растворе. Этот факт невольно заставляет вспомнить другую библейскую легенду ― о том, как бог якобы послал голодающим в Аравийской пустыне израильтянам «манну небесную».[11]
— Владимир Мезенцев, «Чудеса: Популярная энциклопедия» (том первый), 1991
В результате осмоса выравниваются концентрации раствора по обе стороны мембраны. Активный транспорт в организме, в частности, используется в так называемом натрий-калиевом насосе, который извлекает ионы натрия из клетки и накачивает ионы калия в нее, используя для этого энергию АТФ. Таким образом, клетка является открытой термодинамической системой, осуществляющей обмен веществом и энергией с окружающей средой, но сохраняющей определенное постоянство внутренней среды.[20]
— Владимир Горбачев, «Концепции современного естествознания», 2003
Ровно половина запасов железных руд всего мира скрыта в недрах нашей земля и три четверти мировых запасов марганца, свыше половины всех запасов нефти и половины всех известных в мире фосфорных руд, солей калия, этого живительного нерва сельского хозяйства, в четыре раза больше, чем во всех калиевых месторождениях всего мира.[21]
Из отходов производства монет Власов изготовлял хорошие чернила, ваксу. Власов одним из первых вслед за англичанином Дэви получил электролитическим методом, улучшенным им, металлические калий и натрий и подробно изучил их свойства. Изучал он и взаимодействие металлических щелочей с водой; в этих опытах ему помогала жена.[22]
Прошли полем редкой и тощенькой озими, едва подсохшим после талых вод, лугом с пленкой от истаявшего снега на сухой траве, поглядели коровник. Он охотно, скла́дной, как и у плотника, речью («калий с азотом дали, фосфора не пришло») рассказал об урожаях, делах. Зерновых в прошлом году совхоз собрал по два с половиной центнера, столько же, сколько высеял.[23]
Отличаются от москвичей по своей «химии» финны, японцы и жители острова Ньюфаундленд у атлантических берегов Канады. И тому тоже есть причина: они едят больше, чем мы, соленой рыбы, а соль ― это натрий. Одновременно вода в этих местах содержит меньше магния, поскольку она мягкая. Любопытно получается ― в мягкой воде хорошо голову мыть, а пить лучше жесткую. Американцы заметили: в штатах с жесткой водой смертность от сердечных заболеваниях меньше. И алкоголики часто умирают от сердечных приступов возможно потому, что 80 процентов из них нуждаются в магнии. Магний не только в воде ― он в сахаре, в зерне, в крупах. И вот что еще интересно: чем меньше в организме магния, тем меньше и калия. Получается, что, наваливаясь на свежие овощи и фрукты, в которых много калия, вы автоматически повышаете и долю магния, предохраняя себя от сосудистых заболеваний. А рыбоеды в Финляндии, Японии и Канаде как раз перебирают натрия (соль) и недобирают магния, а потому чаще, чем москвичи, страдают от гипертонии. Не правда ли, все это напоминает какую-то пьесу с запутанными взаимоотношениями главных действующих лиц: натрия, магния, калия?[24]
Я виноват перед Анной Ивановной, что не отвечаю на ее письмо. Отвечу по ее выздоровлении, ибо длинно толковать с больным о его болезни я считаю вредным. Пусть ее не волнует «гумма». Йодистый калий помогает не при одном только сифилисе, а «гумма» разная бывает. Во всяком случае я рад, что она выздоравливает и что Кнох, Слюнин и К° потерпели срам.[25]
— Антон Чехов, Письма Александру Павловичу Чехову, 1888
Со мной же этот эскулап сыграл в отчаянную игру; он подготовил меня к голоданию тем, что вывел из моего организма все соли, прежде всего калий, с помощью «тюбажей» и чудовищных клистиров, кроме того, продержал меня на строжайшей диете, а в заключение отменил все лекарства: гемитон, индерал, валиум. Наконец, после горячей ванны настал голод. <...>
Но ― низкий человек ― он всех меряет на свой аршин. Саша Черноусов, очевидно, вызванный Аллой, заметил, что выводя из меня жидкость, Гелий лишил мой организм защитного калия. Целитель ответил чудовищной грубостью. Саша побледнел, но всё же удержался от зуботычины. «Гелий, ― сказал я слабым голосом, ― где брат твой Калий?» Он диковато глянул на меня, поскольку Священное писание знал не лучше медицины.[10]
Когда он выходил от доктора, ему уже было совестно, шум экипажей не казался раздражительным и тяжесть под сердцем становилась всё легче и легче, точно таяла. В руках у него было два рецепта: на одном был бромистый калий, на другом морфий… Всё это принимал он и раньше! На улице он постоял немного, подумал и, простившись с приятелями, лениво поплелся к университету.[26]
Почтмейстер Михаил Аверьяныч, слушая его, уже не говорил: «Совершенно верно», а в непонятном смущении бормотал: «да, да, да…» и глядел на него задумчиво и печально; почему-то он стал советовать своему другу оставить водку и пиво, но при этом, как человек деликатный, говорил не прямо, а намеками, рассказывая то про одного батальонного командира, отличного человека, то про полкового священника, славного малого, которые пили и заболели, но, бросив пить, совершенно выздоровели. Два-три раза приходил к Андрею Ефимычу коллега Хоботов; он тоже советовал оставить спиртные напитки и без всякого видимого повода рекомендовал принимать бромистый калий.[27]
― Как счастливы Будда и Магомет или Шекспир, что добрые родственники и доктора не лечили их от экстаза и вдохновения! ― сказал Коврин. ― Если бы Магомет принимал от нервов бромистый калий, работал только два часа в сутки и пил молоко, то после этого замечательного человека осталось бы так же мало, как после его собаки. Доктора и добрые родственники в конце концов сделают то, что человечество отупеет, посредственность будет считаться гением и цивилизация погибнет. <...>
Чтобы вернуть прошлогоднее настроение, он быстро пошел к себе в кабинет, закурил крепкую сигару и приказал лакею принести вина. Но от сигары во рту стало горько и противно, а вино оказалось не такого вкуса, как в прошлом году. И что значит отвыкнуть! От сигары и двух глотков вина у него закружилась голова и началось сердцебиение, так что понадобилось принимать бромистый калий.[28]
― Да. Только в природе физических тел, например, это формулируется гораздо проще, хотя и там, если не ошибаюсь, до сих пор не знают, что такое химическое сродство и почему г-н калий больше любит г-жу серную кислоту, нежели г-н алюминий. Это, видите ли, ни больше ни меньше, как проявление «мировой энергии»! А враждебная противоположность между электроположительными и электроотрицательными элементами. Что мы знаем об этом? Но если не знаем, так, по крайней мере, ясно видим.[3]
И вот тогда, как я вспоминаю его, он вспомнит меня, 17-й год, снег за окном и шесть пакетиков в вощеной бумаге, шесть неиспользованных липких комков.
― Как же, как же, давал… ― скажет он и поглядит, но уже без иронии, а с черноватой тревогой в глазах. И врач выпишет ему йодистый калий, быть может, назначит другое лечение. Так же, быть может, заглянет, как и я, в справочник… Привет вам, мой товарищ! <...>
Опять пляшут в глазах бронхиты и катары и вдруг прерываются… вновь «Lues»… Больше всего было пометок именно о вторичном люэсе. Реже попадался третичный. И тогда йодистый калий размашисто занимал графу «лечение». Чем дальше я читал старые, пахнущие плесенью амбулаторные, забытые на чердаке фолианты, тем больший свет проливался в мою неопытную голову. Я начал понимать чудовищные вещи.[29]
Ученых давно уже занимала мысль: нельзя ли найти еще какой-то способ определять возраст пород? Урана в земле мало, и встречается он редко. Надо было разыскать еще какой-либо более распространенный радиоактивный элемент, только, конечно, долгоживущий. Советские ученые академик А. А. Полканов и профессор Э. К. Герлинг его нашли. Им оказался радиоактивный калий, половина атомов которого превращается в аргон за полтора миллиарда лет. Показания новых часов сразу же потрясли историческую геологию. Считали, что Земле пять миллиардов лет, а калий-аргоновый хронометр насчитал одной породе шесть с половиной миллиардов![30]
― Я прочитал в одном французском журнале, что во Франции нашли способ безртутного производства шляп. Там вместо ртути применяют едкий калий.
― Знают ли сами рабочие, что они систематически отравляются?
― Я объясняю это не только фабрикантам, кустарям, но и самим рабочим.[31]
Нос мой обоняет дурной бесовский запах серы, элемента номер шестнадцать с атомным весом тридцать два ноль шестьдесят шесть. Помнится, это её ты выплавлял из гипса, в котором содержится кальций-эс-о-четыре… С селитрой тебе повезло, нитрат калия калий-эн-о-три достался тебе от такого же суетного и нетерпеливого. Если ты доживёшь до утра, то попробуй в дальнейшем получать селитру обменной реакцией между нитратом натрия и хлоридом калия… Ну, а уголь ты взял из костра.
― Я тебя не понимаю… ― в замешательстве произнес Родольфо. ― Какой это еще атомный вес? Что такое нитрат? Калий ― это что?
― Калий ― это щелочной металл в первой группе таблицы Менделеева, четвертый период, первый ряд… Некоторая аномалия атомного веса объясняется…
― Постой! ― прервал монах. ― Откуда тебе известно то, чего не знаю я? [32]
↑ 12В. А. Мезенцев «Чудеса: Популярная энциклопедия». Том 1. — Алма-Ата: Главная редакция Казахской советской энциклопедии, 1991 г.
↑Как развивать детей одаренными? Руководство для родителей, воспитателей и педагогов. Серия: Каждой семье - одарённых детей. — М.: Издательство “Социальная защита”, 1998, 2011.
↑А.М.Бутлеров Сочинения в 3 томах. — М.: Издательство Академии Наук СССР, 1953-1958 гг.
↑Вернадский В.И. Труды по всеобщей истории науки. Второе издание. ― Москва: «Наука», 1988 г.
↑М. П. Бронштейн «Солнечное вещество». — М.: Детиздат ЦК ВЛКСМ, 1936 г.
↑А.Г.Бетехтин, «Курс минералогии». — М.: Государственное издательство геологической литературы, 1951 год
↑Ф. М. Перельман, «Рубидий». ― М.: «Химия и жизнь», №12, 1965 г.
