Калием называется элемент, находящийся в периодической системе Менделеева под 19-ым номером. Вещество принято обозначать заглавной буквой К (от латинского Kalium). В русской химической номенклатуре настоящее название элемента появилось благодаря Г.И. Гессу в 1831 году. Изначально калий называли «аль-кали», что в переводе с арабского означает «зола растений». Именно едкий кали стал материалом для самого первого получения вещества. Едкий кали, в свою очередь, добывался из поташа, который являлся продуктами горения растений (карбонат калия). Его первооткрывателем стал Х. Дэви. Стоит отметить, что карбонат калия является прототипом современного моющего средства. Позже он использовался для удобрений, используемых в сельском хозяйстве, в производстве стекла и других целей. В настоящее поташ - это пищевая добавка, прошедшая официальную регистрацию, а калий научились добывать совершенно другими путями.

В природе калий можно обнаружить только в виде соединений с другими элементами (например, морская вода, или минералы), свободный его вид не встречается вообще. Он способен в достаточно короткий промежуток времени окисляться на открытом воздухе, а также вступать в химические реакции (например, при взаимодействии калия с водой, образуется щелочь).

Таблица 1.Запасы калийных солей (млн т в пересчете на к2о) и среднее содержание к2о в рудах, %

Страна, часть света	Запасы общие	Запасы подтвержденные	Их % от мира	Среднее содержание
1	2	3	4	5
Россия	19118	3658	31,4	17,8
Европа	3296	2178	18,5	-
Беларусь	1568	1073	9,1	16
Великобритания	30	23	0,2	14
Германия	1200	730	6,2	14
Испания	40	20	0,2	13
Италия	40	20	0,2	11
Польша	10	10	0,1	12
Украина	375	292	2,5	11
Франция	33	10	0,1	15
Азия	2780	1263	10,8	-
Израиль	600	44	0,4	1,4
Иордания	600	44	0,4	1,4
Казахстан	102	54	0,5	8
Китай	320	320	2,7	12
Таиланд	150	75	0,6	2,5
Туркменистан	850	633	5,4	11
Узбекистан	159	94	0,8	12
Африка	179	71	0,6	-
Конго	40	10	0,1	15
Тунис	34	19	0,2	1,5
Эфиопия	105	42	>0,4	25
	14915	4548	38,7	-
Аргентина	20	15	0,1	12
Бразилия	160	50	0,4	15
Канада	14500	4400	37,5	23
Мексика	10	-	0	12
США	175	73	0,6	12
Чили	50	10	0,1	3
Итого:	40288	11744	100	-

Описание калия

Калий в виде простого вещества представляет собой щелочной металл. Для него характерен серебристо-белый окрас. На свежей поверхности моментально появляется блеск. Калий является мягким металлом, легко поддающимся плавлению. Если вещество или его соединения поместить в пламя горелки, то огонь приобретет розово-фиолетовый цвет.

Физические свойства калия

Калий очень мягкий металл, который легко разрезать обычным ножом. Его твердость по Бринеллю составляет 400 кн/м 2 (или 0,04 кгс/мм 2). Он имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку (5=5,33 А). Его плотность составляет 0,862 г/см 3 (20 0 С). Вещество начинает плавиться при температуре в 63,55 0 С, закипать - при 760 0 С. Имеет коэффициент термического расширения, который равняется 8,33*10 -5 (0-50 0 С). Его удельная теплоемкость при температуре в 20 0 С составляет 741,2 дж/(кг*К) или же 0,177 кал/(г* 0 С). При той же температуре имеет удельное электросопротивление, равное 7,118*10 -8 ом*м. Температурный коэффициент электросопротивления металла составляет 5,8*10 -15 .

Калий образует кристаллы кубической сингонии, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,5247 нм, Z = 2.

Химические свойства

Калий является щелочным металлом. В связи с этим, металлические свойства калия проявляются типично, так же, как и других подобных металлов. Элемент проявляет свою сильную химическую активность, а кроме этого, также выступает в роли сильного восстановителя Как уже говорилось выше, металл активно вступает в реакцию с воздухом, о чем свидетельствует появление пленок на его поверхности, в результате чего его цвет становится тусклым. Данную реакцию можно наблюдать невооруженным глазом. Если калий на протяжении достаточно длительного времени контактирует с атмосферой, то есть вероятность его полного разрушения. При вступлении в реакцию с водой, происходит характерный взрыв. Это связано с выделяющимся водородом, который воспламеняется характерным розовато-фиолетовым пламенем. А при добавлении в воду, реагирующую с калием фенолфталеина, она приобретает малиновый цвет, который свидетельствует о щелочной реакции образующегося гидроксида калия (КОН).

При взаимодействии металла с такими элементами, как Na, Tl, Sn, Pb, Bi, образуются интерметаллиды

Указанные характеристики калия говорят о необходимости соблюдений определенных правил безопасности и условий во время хранения вещества. Так, вещество следует покрывать слоем бензина, керосина или силикона. Это делается для полного исключения его контакта с воздухом или водой.

Стоит отметить, что в условиях комнатной температуры металл вступает в реакцию с галогенами. Если его немного нагреть, то он легко взаимодействует с серой. В случае же увеличения температуры, калий способен соединяться с селеном и теллуром. Если повысить температуру более 200 0 С в атмосфере водорода, то образуется гидрид КН, который способен воспламеняться без посторонней помощи, т.е. самостоятельно. Калий совершенно не взаимодействует с азотом, даже если для этого создать надлежащие условия (повышенные температуру и давление). Однако, контактировать эти два вещества можно заставить, повлияв на них электрическим разрядом. В данном случае получится азид калия KN 3 и нитрид калия K 3 N. Если нагреть вместе графит и калий, то в результате получатся карбиды KC 8 (при 300 °С) и KC 16 (при 360 °C).

При взаимодействии калия и спиртов получаются алкоголяты. Кроме этого, калий делает существенно быстрее процесс полимеризации олефинов и диолефинов. Галогеналкилы и галогенарилы вместе с девятнадцатым элементом в результате дают калийалкилы и калийарилы.

Таблица 2. Химические свойства калия

Характеристика	Значение
Свойства атома
Название, символ, номер	Калий / Kalium (K), 19
Атомная масса (молярная масса)	39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	4s1
Радиус атома	235 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус	203 пм
Радиус иона	133 пм
Электроотрицательность	0,82 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,92 В
Степени окисления	0; +1
Энергия ионизации (первый электрон)	418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.)	0,856 г/см³
Температура плавления	336,8К; 63,65 °C
Температура кипения	1047К; 773,85 °C
Уд. теплота плавления	2,33 кДж/моль
Уд. теплота испарения	76,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость	29,6 Дж/(K·моль)
Молярный объём	45,3 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	Кубическая объёмно-центрированная
Параметры решётки	5,332 Å
Температура Дебая	100 K

Электронное строение атома калия

Калий имеет положительно заряженное ядро атома (+19). В середине этого атома присутствуют 19 протонов и 19 нейтронов, которые окружаются четырьмя орбитами, где в постоянном движении находятся 19 электронов. Электроны распределены на орбиталях в следующем порядке:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .

На внешнем энергетическом уровне атома металла находится всего 1 валентный электрон. Это объясняет тот факт, что абсолютно во всех соединениях калий имеет валентность 1. В отличие от лития и натрия, данный электрон располагается на более удаленном расстоянии от ядра атома. Это является причиной повышенной химической активностью калия, чего нельзя сказать об упомянутых двух металлах. Таким образом, внешняя электронная оболочка калия представлена следующей конфигурацией:

Не смотря на присутствие вакантных 3p - и 3d -орбиталей, возбужденное состояние отсутствует.

Человечество знакомо с калием больше полутора веков. В лекции, прочитанной в Лондоне 20 ноября 1807 г. Хэмфри Дэви сообщил, что при электролизе едкого калия 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 в 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 . Он находится в почве, в растениях, в организмах людей и животных. Он - как классический Фигаро: здесь - там - повсюду.

Калий и почва

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. А в почве, помимо чисто механического, постоянно происходит и другое разрушение. Его называют химическим выветриванием. Вода и углекислый газ (в меньшей мере другие вещества) постепенно разрушают минералы.

Почти 18% веса земной коры приходится на долю калийсодержащего минерала - ортоклаза . Это двойная соль кремневой кислоты K 2 Al 2 Si 6 O 16 или K 2 O-Al 2 O 3 -BSiO 2 . Вот что происходит с ортоклазом в результате химического выветривания:

K 2 O*AI 2 O 3 *6SO 2 + 2Н 2 О + CO 2 → K 2 CO 3 + Al 2 O 3 *2SO 2 *2H 2 O + + 4SiO 2 .

Ортоклаз превращается в каолин (разновидность глины), песок и поташ. Песок и глина идут на построение минерального костяка почвы, а K, перешедший из ортоклаза в поташ, «раскрепощается», становится доступным для растений. Но не весь сразу.

В почвенных водах молекулы K 2 CO 3 диссоциируют: К 2 СO 3 ↔ + К + + КСO 3 - ↔ 2К + + CO 3 2- . Часть ионов калия остается в почвенном растворе, который для растений служит источником питания. Но большая часть ионов калия поглощается коллоидными частицами почвы, откуда корням растений извлечь их довольно трудно. Вот и получается, что, хотя калия в земле много, часто растениям его не хватает. Из-за того, что комочки почвы «запирают» большую часть калия, содержание этого элемента в морской воде почти в 50 раз меньше, чем натрия. 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.

Калий и растения

Калий содержится во всех растениях . Отсутствие калия приводит растение к гибели. Почти весь калий находится в растениях в ионной форме - K + . Часть ионов находится в клеточном соке, другая часть поглощена структурными элементами клетки. Ионы калия участвуют во многих биохимических процессах, происходящих в растении. Установлено, что в клетках растений эти ионы находятся главным образом в протоплазме. В клеточном ядре они не обнаружены. Следовательно, в процессах размножения и в передаче наследственных признаков элемент № 19 не участвует. Но и без этого роль калия в жизни растения велика и многообразна.

Калий входит и в плоды, и в корни, и в стебли, и в листья, причем в вегетативных органах его, как правило, больше, чем в плодах. Еще одна характерная особенность: в молодых растениях больше калия, чем в старых. Замечено также, что по мере старения отдельных органов растений ионы калия перемещаются в точки наиболее интенсивного роста. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть.

Установлено, что ионы калия активизируют синтез органических веществ в растительных клетках. Особенно сильно влияют они на процессы образования углеводов. Если калия не хватает, растение хуже усваивает углекислый газ, и для синтеза новых молекул углеводов ему недостает углеродного «сырья». Одновременно усиливаются процессы дыхания, и сахара, содержащиеся в клеточном соке, окисляются. Таким образом, запасы углеводов в растениях, оказавшихся на голодном пайке (по калию), не пополняются, а расходуются. Плоды такого растения - это особенно заметно на фруктах - будут менее сладкими, чем у растений, получивших нормальную дозу калия. Крахмал - тоже углевод, поэтому и на его содержание в плодах сильно влияет элемент № 19.

Но и это не все. Растения, получившие достаточно калия, легче переносят засуху и морозные зимы. Это объясняется тем, что элемент № 19 влияет на способность коллоидных веществ растительных клеток поглощать воду и набухать. Не хватает калия - клетки хуже усваивают и удерживают влагу, сжимаются, отмирают.

Ионы калия влияют и на азотный обмен веществ. При недостатке калия в клетках накапливается избыток аммиака. Это может привести к отравлению и гибели растения.

Уже упоминалось, что K влияет и на дыхание растений, а усиление дыхания сказывается не только на содержании углеводов. Чем интенсивнее дыхание, тем активнее идут все окислительные процессы, и многие органические вещества превращаются в органические кислоты. Избыток кислот может вызвать распад белков. Продукты этого распада - весьма благоприятная среда для грибков и бактерий. Вот почему при калийном голодании растения намного чаще поражаются болезнями и вредителями. Фрукты и овощи, содержащие продукты распада белков, плохо переносят транспортировку, их нельзя долго хранить.Одним словом, хочешь получать вкусные и хорошо сохраняющиеся плоды - корми растение калием вволю. А для зерновых калий важен еще по одной причине: он увеличивает прочность соломы и тем самым предупреждает полегание хлебов...

• ВСТРЕЧА С КАЛИЕМ? Если на складе или на товарной станции вы увидите стальные ящики с надписями: «Огнеопасно!», «От воды взрывается», то весьма вероятно, что вы встретились с калием.

Много предосторожностей предпринимают при перевозке этого металла. Поэтому, вскрыв стальной ящик, вы не увидите калия, а увидите тщательно запаянные стальные банки. В них - калий и инертный газ - единственная безопасная для калия среда. Большие партии калия перевозят в герметических контейнерах под давлением инертного газа, равным 1,5 атм.

• ЗАЧЕМ НУЖЕН МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАЛИЙ? Металлический K используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. В последнее время основным применением этого металла стало производство перекиси калия K 2 O 2 , используемой для регенерации кислорода . Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах, а в производстве титана - восстановителем.
• ИЗ СОЛИ И ЩЕЛОЧИ. Получают элемент №19 чаще всего в обменной реакции расплавленных едкого калия и металлического натрия: KOH + Na → NaOH + K. Процесс идет в ректификационной колонне из никеля при температуре 380-440°С. Подобным образом получают элемент № 19 и из хлористого калия, только в этом случае температура процесса выше - 760-800°С. При такой температуре и натрий, и калий превращаются в пар, а хлористый калий (с добавками) плавится. Пары натрия пропускают через расплавленную соль и конденсируют полученные пары калия. Этим же способом получают и сплавы натрия с калием. Состав сплава в большой мере зависит от условий процесса.

• КАК БЫТЬ, ЕСЛИ вы впервые имеете дело с металлическим калием. Необходимо помнить о высочайшей реакционной способности этого металла, о том, что калий воспламеняется от малейших следов воды. Работать с калием обязательно в резиновых перчатках и защитных очках, а лучше - в маске» закрывающей все лицо. С большими количествами калия работают в специальных камерах, заполненных азотом или аргоном. (Разумеется, в специальных скафандрах.) А если K все-таки воспламенился, его тушат не водой, а содой или поваренной солью.
• КАК БЫТЬ С ОТХОДАМИ. Правила безопасности категорически запрещают накапливать в лабораториях больше двух граммов остатков или отходов какого-либо щелочного металла, калия в том числе. Отходы подлежат уничтожению на месте. Классический способ - образование под действием этилового спирта этилата калия C 2 H 5 OK: просто льют в отходы спирт. Но есть и другой - безспиртовой способ. Отходы заливают керосином или бензином. Калий с ними не реагирует и, будучи легче воды, но тяжелее этих органических жидкостей, оседает на дно. И тогда в наклоненный сосуд начинают по каплям добавлять воду. Когда вода доберется до металла, произойдет реакция и K превратится в едкое кали. Слои щелочного раствора и керосина или бензина довольно легко разделяются на делительной воронке.
• ЕСТЬ ЛИ В РАСТВОРЕ ИОНЫ КАЛИЯ? Выяснить это несложно. Проволочное колечко опустите в раствор, а затем внесите в пламя газовой горелки. Если калий есть, пламя окрасится в фиолетовый цвет, правда, не в такой яркий, как желтый цвет, придаваемый пламени соединениями натрия. Сложнее определить, сколько калия в растворе. Нерастворимых в воде соединений у этого металла немного. Обычно калий осаждают в виде перхлората - соли очень сильной хлорной кислоты HClO 4 . Кстати, перхлорат калия - очень сильный окислитель и в этом качестве применяется в производстве некоторых взрывчатых веществ и ракетных топлив.
• ДЛЯ ЧЕГО НУЖЕН ЦИАНИСТЫЙ КАЛИЙ? Для извлечения золота и серебра из руд. Для гальванического золочения и серебрения неблагородных металлов. Для получения многих органических веществ. Для азотирования стали - это придает ее поверхности большую прочность. К сожалению, это очень нужное вещество чрезвычайно ядовито. А выглядит KCN вполне безобидно: мелкие кристаллы белого цвета с коричневатым или серым оттенком.
• ЧТО ТАКОЕ ХРОМПИК? Точнее - хромпик калиевый. Это оранжевые кристаллы состава K 2 Cr 2 O 7 . Хромпик используют в производстве красителей, а его растворы - для «хромового» дубления кож, а также в качестве протравы при окраске и печатании тканей. Раствор хромпика в серной кислоте - хромовая смесь, которую во всех лабораториях применяют для мытья стеклянной посуды.

• ЗАЧЕМ НУЖНО ЕДКОЕ КАЛИ? В самом деле, зачем? Ведь свойства этой щелочи и более дешевого едкого натра практически одинаковы. Разницу между этими веществами химики обнаружили лишь в XVIII в. Самое заметное различие между NaOH и KOH в том, что едкое кали в воде растворяется еще лучше, чем едкий натр. KOH получают электролизом растворов хлористого калия. Чтобы примесь хлоридов была минимальной, используют ртутные катоды. А нужно это вещество прежде всего как исходный продукт для получения различных солей калия. Кроме того, без едкого кали не обойтись в производстве жидких мыл, некоторых красителей и органических соединений. Раствор едкого кали используется в качестве электролита в щелочных аккумуляторах.
• СЕЛИТРА ИЛИ СЕЛИТРЫ? Правильнее - селитры. Это общее название азотнокислых солей щелочных и щелочноземельных металлов. Если же говорят просто «селитра» (не «натриевая» или «кальциевая» или «аммиачная», а просто - «селитра»), то имеют в виду нитрат калия. Этим веществом человечество пользуется уже больше тысячи лет - для получения черного пороха. Кроме того, селитра - первое двойное удобрение: из трех важнейших для растений элементов в ней есть два - азот и калий. Вот как описал селитру Д. И. Менделеев в «Основах химии»:

«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 KNO 3 малодеятельна 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 сродство, действующее при высокой температуре. На этом же основано применение ее для обыкновенного пороха, который есть механическая смесь мелко измельченных: серы, селитры и угля».

• ГДЕ И ДЛЯ ЧЕГО ПРИМЕНЯЮТСЯ ПРОЧИЕ СОЛИ КАЛИЯ? Бромистый калий KBr - в фотографии, чтобы предохранить негатив или отпечаток от вуали.

1. Йодистый калий KI - в медицине и как химический реактив.
2. Фтористый калий KF - в составе металлургических флюсов и для введения фтора в органические соединения.
3. Углекислый калий (поташ) K 2 CO 3 - в стекольном и мыловаренном производствах, а также как удобрение.
4. Фосфаты калия, в частности K 4 P 2 O 7 и K 5 P 3 O 10 , - как компоненты моющих средств.
5. Хлорат калия (бертолетова соль) KClO 3 - в спичечном производстве и пиротехнике.
6. Кремнефтористый калий K 2 SiF 6 - как добавка к шихте при извлечении редкоземельных элементов из минералов.
7. Железистосинеродистый калий (желтая кровяная соль) K 4 Fe(CN) 6 -SH 2 O - как протрава при крашении тканей и в фотографии.

• ПОЧЕМУ КАЛИЙ НАЗВАЛИ КАЛИЕМ? Слово это арабского происхождения. По-арабски, «аль-кали» - зола растений. Впервые калий получен из едкого кали, а едкое кали - из поташа, выделенного из золы растений... Впрочем, в английском и других европейских языках сохранилось название potassium, данное калию его первооткрывателем X. Дэви. В русскую химическую номенклатуру название «калий» введено в 1831 г. Г. И. Гессом.
• ОТНЮДЬ HE ТОЛЬКО В КУРАГЕ. Сердечникам, в первую очередь людям, перенесшим инфаркт, для восполнения потерь калия в организме настоятельно рекомендуют есть курагу. Или в крайнем случае изюм. В 100 граммах кураги до 2 г калия. Столько же ее в урюке (но для точности при расчете надо вычесть вес косточек). Изюм содержит калия примерно вдвое меньше. Но не надо думать, будто сухофрукты - единственный источник калия. Его довольно много почти в любой растительной пище. Например, сорок граммов жареного картофеля эквивалентны 10 граммам отборной кураги. Богаты калием бобовые, чай, порошок какао. Одним словом, суточную дозу калия (2,5-5 г) при нормальном питании получить нетрудно.

Калий (лат. – Kalium, K) содержится в организме в относительно большом количестве. Поэтому его относят к жизненно важным макроэлементам. Калий формирует постоянство внутриклеточной среды, обеспечивает проведение нервных импульсов. Он регулирует кислотно-основной баланс, участвует в обмене других соединений, влияет на работу сердца, почек, желудочно-кишечного тракта (ЖКТ).

История открытия

Калийная соль, поташ, была известная людям издревле. Поташ – это карбонат калия, К 2 СО 3 . Данное вещество называли древесной или растительной щелочью, т.к. получали из золы, образующейся при сжигании древесины, богатой калием.

Поташ использовали в бытовых целях (стирка одежды, мыловарение), и в качестве минерального удобрения. Правда, в те времена растительную щелочь часто путали с минеральной щелочью, карбонатом натрия, Na 2 СО 3 .

В чистом виде калий был получен в 1807 г. Английский химик Дэви выделил этом металл путем электролиза из едкого кали, калиевой щелочи, КОН. Вновь открытый металл первоначально назвали потассием от слова поташ.

Это название сохранилось в некоторых языках и поныне. Спустя короткое время металл назвали калием от арабского аль-кали, что означает зола растений. Это название закрепилось за металлом в русском языке.

Свойства

Калий – представитель I группы IV периода таблицы элементов Менделеева, где он значится под № 19. Атомная масса К – 39. На внешней орбите калия вращается один неспаренный электрон. Поэтому калий одновалентен, K(I).

Наряду с другими металлами I группы, в т.ч. натрием, литием, цезием его относят к группе щелочных металлов. При взаимодействии с другими веществами-неметаллами щелочные металлы с легкостью отдают им свой неспаренный электрон. Поэтому они являются сильными восстановителями. Как следует из названия, эти металлы способны образовывать сильные основания, щелочи.

Внешне калий представляет собой серебристо белый легкий и легкоплавкий металл. Он легче воды – его плотность составляет 0,856 г/см 3 . Уже при температуре 63,55 0 С калий плавится, а закипает при температуре 760 0 С. Калий не только легкий, но и мягкий металл – его даже можно резать ножом. Правда, в чистом виде калий в природе не встречается.

В атомах калия внешний неспаренный электрон относительно удален от атомного ядра, и с легкостью переходит к атомам других веществ. Отсюда и более высокая химическая активность калия в сравнении с другими щелочными металлами, литием и натрием. Калий быстро окисляется на воздухе. При взаимодействии с атмосферным кислородом образуется окись, К 2 О, перекись, К 2 О 2 , и надперекись, КО 2 .

Чтобы уберечь чистый калий от окисления, его хранят под слоем масла или керосина, жидкостей, не пропускающих кислород. При взаимодействии с водой образуется едкое кали, КОН, очень сильная щелочь. Калий реагирует со всеми неметаллами, с кислотами, а также с солями других металлов.

При этом образуются калийные соли. Эти соли включены в состав многих природных минералов. Калийсодержащие минералы находятся в почве, и в растворенном виде в воде морей и озер.

По распространенности в земной коре среди всех элементов таблицы Менделеева калий находится на 7 месте, а среди всех металлов – на 5. Его процентное содержание в земной коре – 2,5%.

В растворенном виде из почвы калий проникает в ткани растений, где наряду с другими факторами он обеспечивает фотосинтез. Далее в качестве корма и пищи калий поступает в организм животных и человека.

Физиологическое действие

Калий наряду с кальцием, фосфором, натрием, хлором является для нас основным жизненно важным макроэлементом. В зависимости от пола и возраста в наших тканях содержится от 150 до 250 г. калия, что составляет примерно 0,35% от общей массы тела. Среди других макроэлементов по содержанию в организме калий занимает 3 место, уступая лишь кальцию и фосфору.

Физиологическая роль калия в значительной мере обусловлена противоречием, антагонизмом с другим электролитом, натрием (Na). Оба макроэлемента, натрий и калий, во многом сходны. Оба являются щелочными металлами, оба химически активны. Но их содержание внутри клетки и во внеклеточном пространстве неодинаково. Больше всего натрия находится снаружи клетки. Здесь его в 14 раз больше, чем внутри клетки.

У калия все с точностью до наоборот. Это внутриклеточный макроэлемент, и внутри клетки его в 35 раз больше, чем снаружи. Разумеется, такая разница или градиент ионов натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны не может создаваться сама по себе. Должен быть некий механизм, который действует на субклеточном уровне и поддерживает трансмембранный градиент К и Na.

И такой механизм есть. Это т.н. натрий-калиевый насос или помпа. В данном случае под помпой подразумевают специфический фермент-переносчик, натрий-калиевую АТФ-азу. Суть работы этого фермента заключается в транспорте против градиента ионов натрия наружу из клетки, и калия снаружи внутрь клетки. Данный процесс именую т активным транспортом. Он отличается от пассивного транспорта, при котором движение электролитов осуществляется само по себе, по градиенту, в результате чего содержание ионов по обе стороны мембраны уравнивается.

Активный транспорт процесс т сложный, энергозависимый, и протекает в несколько этапов:

1. Ионы натрия сосредотачиваются внутри клетки около мембраны, и точно так же ионы калия сосредотачиваются снаружи клетки.
2. АТФ-аза фосфорилируется, отщепляет остаток фосфорной кислоты от молекулы Аденозинтрифосфата (АТФ).
3. В фосфорилированном состоянии фермент захватывает 3 иона натрия, и перемещает их наружу.
4. Снаружи натрий-калиевая АТФ-аза захватывает 2 иона калия.
5. Далее происходит дефосфорилирование фермента натрий-калиевой АТФ-азы.
6. В дефосфорилированном состоянии она перемещает ионы калия внутрь клетки.

В конечном итоге за каждый цикл 3 иона натрия перемещаются из клетки наружу, а вместо них внутрь клетки направляются 2 иона калия.

Значение натрий-калиевого насоса трудно переоценить.

• За счет того, что вместо 3 положительно заряженных ионов натрия внутрь поступают только 2 положительно заряженных иона калия, внутренняя часть мембраны становится заряженной более отрицательно по отношению к ее внешней стороне. Мембрана поляризуется, формируется разность электрических потенциалов по обе стороны клетки. Данную величину именуют трансмембранным потенциалом. Эта величина отображает электрическую активность клетки.
• Проницаемость мембраны для ионов натрия и калия непостоянна, и может изменяться. Соответственно изменяется поляризация мембраны в ту или иную сторону (деполяризация, реполяризация, гиперполяризация). Механизм изменения трансмембранного потенциала на различных участках клеточных мембран лежит в основе возникновения и проведения импульсов по нервным волокнам. Ведь нервные импульсы с физической точки зрения – не что иное, как слабые токи. И формируют эти токи калий с натрием.
• Калий является составной частью буферных систем. Это биохимические механизмы, работа которых направлена на поддержании кислотно-основного равновесия внутри клетки и во внеклеточном пространстве на постоянном уровне.
• Натрий поддерживает осмотическое или концентрационное давление, и увлекает за собой воду. Таким образом, благодаря деятельности натрий-калиевого насоса осуществляется циркуляция воды между клеткой и внеклеточным пространством. Вместе с водой наружу выводятся продукты жизнедеятельности клетки, а внутрь поступает все необходимое – глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, другие электролиты.
• Ионы калия входят в состав многих внутриклеточных ферментных систем. Эти системы обеспечивают синтез белков, гликогена, жирных кислот, и других биологически активных соединений.

Таким образом, благодаря натрий-калиевому насосу осуществляется клеточный метаболизм (обмен веществ), формируется электрическая активность клетки, и поддерживается на постоянном уровне состояние внутриклеточной среды (гомеостаз). Этот процесс непрерывен. А поскольку он осуществляется искусственно, против градиента, требуется энергия.

Каждый цикл с транспортом 2 ионов К и 3 ионов Na обеспечивается энергией, образуемой при распаде 1 молекулы АТФ. А в масштабах всего организма до трети расходуемой энергии идет на обеспечение этого процесса. Но эта энергия возобновляется при утилизации глюкозы в цикле Кребса, когда синтезируются новые молекулы АТФ. И здесь тоже не обходится без калия.

Как только натрий-калиевый механизм сбой, концентрация натрия и калия по обе стороны клеточной мембраны уравнивается. Исчезает трансмембранный потенциал, прекращаются внутриклеточные метаболические процессы. Внутри клетки вместе с натрием скапливается вода. Все это приводит к гибели клетки.

Все внутриклеточные эффекты калия позитивно отражаются на функции систем органов.

• Сердечно-сосудистая система

Калий называют сердечным элементом, и не зря. Он обеспечивает правильное распространение нервных импульсов по проводящей системе сердца, регулирует автоматизм, возбудимость и проводимость миокарда. Кроме того, он насыщает энергией клетки миокарда. Благодаря этому сердце сокращается с силой, достаточной для циркуляции крови по сосудам. Таким образом, К предотвращает сердечную недостаточность и нарушения сердечного ритма.

Кроме того, калий регулирует тонус кровеносных сосудов и нормализует артериальное давление (АД). Благодаря калию улучшается доставка крови к миокарду по коронарным (сердечным) сосудам. Тем самым К предупреждает ишемию (недостаточный приток крови) к миокарду и его гипоксию (дефицит кислорода).

• Нервная система

Благодаря трансмембранному транспорту калия генерируются импульсы в чувствительных, двигательных и вегетативных нервных волокнах. Кроме того, известно, что калий участвует в образовании ацетилхолина, нейромедиатора, обеспечивающего передачу импульсов через синапсы, контакты между телами нейронов и их отростками (аксонами).

Наряду с другими витаминами и минералами К формирует мыслительную и эмоционально-волевую сферу: улучшает память, интеллектуальные способности, устраняет негативные эмоции, нормализует сон. Кроме того, под действием калия улучшается циркуляция крови по церебральным (мозговым) сосудам, Этот макроэлемент снижает вероятность мозговой ишемии и инсульта.

• Опорно-двигательный аппарат

Благодаря калию и ацетилхолину осуществляется передача импульсов с нервных волокон на мышцы. Кроме того, калий стимулирует энергообразование в мышечной ткани, повышает мышечную силу и выносливость. А еще он укрепляет костную ткань и препятствует развитию остеопороза. Повышение прочности костей в значительной степени связано с тем, что калий способствует отложению в костной ткани другого макроэлемента, кальция.

• Пищеварительная система

Калий запускает перистальтику (волнообразные сокращения гладкой мускулатуры) ЖКТ. Кроме того, он регулирует выделение желудочного сока, сока 12-перстной кишки и поджелудочной железы, Также калий расслабляет сфинктеры (мышечные клапаны) желчного пузыря и желчевыводящий путей, и способствует отхождению желчи. А еще калий препятствует образованию камней в желчном пузыре и в желчевыводящих путях.

• Мочевыделительная система

Калий регулирует выделение почками натрия, а вместе с ним и воды. Тем самым он способствует повышению диуреза (объема выделенной мочи). Стимуляция диуреза, в свою очередь, приводит к устранению отеков и снижению АД. Кроме того, калий предупреждает камнеобразование в мочевыводящих путях.

Среди других эффектов калия – нормализация массы тела. Установлено, что этот макроэлемент способствует утилизации глюкозы, и предотвращает развитие сахарного диабета и ожирения. Кроме того, калий наряду с другими факторами укрепляет иммунитет, и тем самым повышает устойчивость организма к инфекционным заболеваниям.

Суточная потребность

Количество необходимого нам К зависит от возраста и от ряда других факторов. Поскольку калий является для нас жизненно важным макроэлементом, потребность в нем довольно велика.

Потребность в калии увеличивается при тяжелых физических нагрузках, занятиях спортом, заболеваниях ЖКТ с диареей и рвотой, сахарном диабете, других патологических состояниях.

Причины и признаки дефицита

В значительной степени к дефициту калия предрасполагает избыток натрия. Эти макроэлементы образно можно назвать родственниками-врагами. Оба они из семейства щелочных металлов, но оба конкурируют друг с другом за усваивание в организме. Чем больше усваивается натрия, или реабсорбируется его почками, тем больше калия выводится через почки. В то же время калий мало влияет на выделение натрия почками. В основе такого неравноправия лежат некоторые эволюционные предпосылки.

Наши далекие предки питались пищей, содержащей калий. И такой растительной пищи было довольно много. В то же время с поваренной солью прадавние люди были практически не знакомы. Примечательно, что до недавних пор аборигены, живущие в отдаленных от цивилизации уголках Африки, Латинской Америки, тоже не употребляли соль по простой причине ее отсутствия.

А ведь натрий для нас тоже важнейший макроэлемент. Вот организм и разработал комплексный регуляторный механизм, именуемый РААС, ренин-ангиотензин-альдостероновой системой. Эта система действует так, что натрий не выводится с мочой, а реабсорбируется в почечных канальцах. Вместе с натрием задерживается вода. Чем больше реабсорбируется натрия, тем больше теряется калия с мочой.

С развитием цивилизации многое изменилось. Поваренная соль основательно вошла в наш рацион. Мы больше не испытываем нехватки натрия, а зачастую получаем его в избыточном количестве. В то же время из-за дефицита натуральной растительной пищи калия мы получаем не так уж и много. Но РААС функционирует, как и прежде. И, как прежде, мы теряем калий и сохраняем натрий. В результате создаются условия для калиевого дефицита.

Правда, даже сейчас, несмотря на недостаток натуральной растительной пищи на нашем столе, мы получаем калий в более-менее достаточном количестве, способном покрыть физиологические нужды. Исключение составляет лишь голодание. Поэтому дефицит калия нередко формируется среди низших слоев общества, испытывающих крайнюю нужду. Еще одна причина – добровольное, т.н. «лечебное» голодание, когда осознанно исключают из рациона многие продукты, в т.ч. и богатые калием.

К дефициту калия предрасполагают физические и умственные нагрузки, психоэмоциональные стрессы. При умственных и стрессовых нагрузках активируется РААС, задерживается натрий и выводится калий. А при физическом труде большое количество калия теряется с потом. К тому же физические нагрузки тоже активируют РААС.

Нехватка калия может развиваться из-за его усиленной потери через ЖКТ и почки. При некоторых заболеваниях ЖКТ и отравлениях калий теряется с рвотой и поносом. Отравления и другие состояния, сопровождающиеся обезвоживанием, тоже приводят к потере калия. Усиленно выводится калий при некоторых неправильно проводимых медицинских мероприятиях. В качестве примеров можно привести многократные промывания желудка, очистительные клизмы.

Еще одна причина – прием лекарств. Некоторые мочегонные, например салуретики (Фуросемид) выводят с мочой натрий, а заодно и калий. После приема слабительных калий теряется через кишечник. Прием лекарств-глюкокоритикоидов, синтетических аналогов гормонов коры надпочечников, также способствует усиленному выведению К. То же самое происходит при болезни Иценко-Кушинга, сопровождающейся усиленной продукцией надпочечниками естественных глюкокортикоидов.

Аналогичное глюкокортикоидам действие оказывают другие гормоны: некоторые тропные гормоны гипофиза, тестостерон, адреналин. Поэтому не только болезнь Иценко-Кушинга, но и некоторые другие эндокринные заболевания, в частности, сахарный диабет, тиреотоксикоз, приводят к калиевому дефициту. Недостаток К часто возникает у беременных из-за изменения водно-солевого обмена и задержки натрия и воды в организме.

Еще одна распространенная причина – врожденные и приобретенные заболевания почек, сопровождающиеся нарушением их выделительной функции и усиленным выведением К с мочой. Повышение диуреза или полиурия автоматически приводит к усиленному выведению калия. Поэтому калиевый дефицит отмечается практически при всех состояниях, сопровождающихся полиурией. Прием алкоголя и кофе увеличивает диурез, и тоже сопровождается усилением выведения К через почки. А сладости ухудшают всасывание калия в кишечнике.

Недостаток калия характеризуется гипокалиемией, снижением его количества в плазме крови. Хотя калий является внутриклеточным элементом. Поэтому его уровень в плазме крови не всегда отображает истинное содержание в организме. При некоторых состояниях калий сосредоточивается внутри клеток. И тогда в плазме его мало. Однако при снижении общего количества калия в организме всегда будет отмечаться гипокалиемия.

Норма калия плазмы составляет 3,5-5 ммоль/л. Уже при показателях ниже 3,5 ммоль/л будет отмечаться общая слабость, снижение работоспособности, сонливость, депрессия. Тонус мышц снижен, часто беспокоят миалгии (мышечные боли). Уменьшается частота сердечных сокращений, пульс слабого наполнения, АД низкое. На ЭКГ появляются типичные изменения, характерные для гипокалиемии. На первых порах повышается диурез.

В дальнейшем, по мере усугубления гипокалиемии развиваются мышечные судороги, появляется дрожание конечностей. Полиурия сменяется олигоанурией – снижением, или даже полным отсутствием диуреза. Появляются отеки мягких тканей, учащается пульс, повышается АД. При хронической недостаточности калия снижается сократительная способность миокарда, который претерпевает дистрофические изменения с исходом в сердечную недостаточность. И это тоже способствует формированию отеков.

Кроме того, повышается риск сахарного диабета. Замедляется перистальтика кишечника. Расстройства пищеварения сопровождаются метеоризмом и неустойчивым стулом. В особо тяжелых случаях возможно полное прекращение перистальтики (парез кишечника) с развитием паралитической кишечной непроходимости. При дальнейшем прогрессирования патологии развиваются параличи скелетных мышц.

На коже и на слизистых оболочках появляются эрозивные и язвенные дефекты. Нарушается ритм сердца. Причем сердечные аритмии принимают угрожающий жизни характер, и могут закончиться фатально. Смерть наступает от внезапной остановки сердца. Характерная черта: сердечная деятельность прекращается в фазу систолы, сокращения. Особенно велика опасность аритмий у пациентов, принимающих сердечные гликозиды для лечения сердечной недостаточности. Эти препараты снижают количество калия в клетках миокарда.

В редких случаях дефицит калия связан с другим веществом, цезием (Cs). Это тоже щелочной металл. Поэтому цезий конкурирует с калием за всасывание и поступление в организм. Правда, самого цезия в природе не так уж и много. Опасность представляет его радиоактивный изотоп Cs 137 .

Он образуется во время ядерных испытаний и сжигания топлива в реакторах АЭС. Поступая во внешнюю среду, этот цезиевый изотоп накапливается растениями вместо калия. Вместе с растительными продуктами он поступает в организм человека. Даже в микродозах радиоактивный цезий угнетает физиологические эффекты калия. При этом развиваются тяжелые поражения скелетных мышц, миокарда, ЖКТ и нервной системы.

Источники поступления

Калий поступает к нам преимущественно в составе растительной пищи, и в меньшей степени с животной пищей, в основном с рыбой и морепродуктами.

Содержание калия в 100 г пищевых продуктов:

Продукт	Содержание, мг/100 г
Курага	1715
Абрикос	306
Персик	203
Цитрусовые	180-197
Банан	379
Чернослив	867
Зеленый горошек	870
Соя	1607
Фасоль	307
Миндаль	750
Изюм	860
Салат, петрушка	340
Фундук	717
Арахис	660
Свекла	258
Картофель	568
Пекинская капуста	494
Морская капуста	970
Брюссельская капуста	494
Цветная капуста	176
Лосось	490
Мидии	310
Треска	340
Тунец	298
Говядина	325
Кабачок	176
Баклажаны	238
Морковь	195
Томаты	213
Огурцы	153
Арбуз	117
Дыня	118

Калий хорошо сохраняется в продуктах при их длительном хранении. Вместе с тем, при контакте пищи с водой он быстро переходит в нее. Поэтому желательно получать калий из сырых продуктов, а при их термической обработке нужно руководствоваться некоторыми правилами. При варке их следует опускать в уже кипящую воду, и варить в течение короткого времени в небольшом объеме воды. Рыбу и мясо желательно запекать.

Синтетические аналоги

Калий присутствует во многих лекарственных формах для инъекционного введения и приема внутрь. Самые известные калийсодержащие препараты – Панангин и Аспаркам. Это комбинированные средства, которые содержат калия и магния аспарагинат. Содержание калия аспарагината в Аспаркаме – 175 мг, а в Панангине – 145 мг.

Таблетки Панангина и Аспаркама содержат по 10,33 мг калия аспарагината. Еще один источник калия – 0,75% и 4% раствор калия хлорида (KCl). Калий для приема внутрь в основном представлен комплексными препаратами. Наряду с калием эти препараты (Центрус, Виталюкс, Витрум) содержат другие витамины и минералы.

Другое комбинированное средство – Калия оротат, калиевая соль Оротовой кислоты или вит. В 13 . Препараты калия показаны при многих водно-электролитных нарушениях, сопровождающихся гипокалиемией. Само собой разумеется, инъекционное введение более предпочтительно, чем прием внутрь. К тому же инъекционные средства удобнее использовать в кардиологической практике при инфаркте миокарда, аритмиях, т.к. они помогают добиться желаемого результата в кратчайшие сроки, здесь и сейчас.

Но при введении калийсодержащих растворов нужно быть крайне осторожным. Они раздражают венозные стенки, и вызывают ее воспаление, флебиты. Но самое страшное даже не в этом. Быстрый подъем уровня калия в плазме крови чреват опасными осложнениями вплоть до остановки сердца. Поэтому калийсодержащие средства вводят не струйно, а капельно в составе поляризующей смеси с 5% раствором глюкозы и инсулином. Благодаря инсулину сахар, а вместе с ним и калий, проникает из плазмы крови в клетки тканей.

Метаболизм

Поступивший извне калий всасывается в тонком кишечнике. Всасываемость довольно большая – 95%, . Остальные 5% выводятся с калом. Но это соотношение может изменяться при заболеваниях ЖКТ, сопровождающихся ухудшением всасывательной способности кишечника и диареей.

Поскольку калий является внутриклеточным макроэлементом, его содержание в плазме всего 1%. Некоторая часть калия сосредоточена в лимфе, в кишечном секрете, и в других внеклеточных средах. Но и здесь его количество невелико. Основная часть, около ном с 90%, калия находится внутри клеток. Больше всего внутриклеточного калия содержится в тканях с максимальной функциональной нагрузкой. Это мозг, миокард, кости и скелетные мышцы.

Некоторые факторы влияют на соотношение внутриклеточного и внеклеточного калия. Прежде всего, это кислотно-основное состояние. Сдвиг обменных процессов в сторону повышения кислотности и снижения рН (метаболический ацидоз) сопровождается массивным выходом калия из клеток. При сдвиге обмена веществ в щелочную сторону (метаболический алкалоз, увеличение рН) наоборот, калий направляется внутрь клеток, и его концентрация в плазме крови снижается.

Инсулин активирует натрий-калиевую АТФ-азу, в результате чего калий «прячется» внутрь клеток. При физических нагрузках наоборот, происходит выход калия во внеклеточное пространство. Повышение количества калия в плазме крови увеличивает ее концентрацию или осмолярность. Некоторые состояния сопровождаются обезвоживанием или дегидратацией ткани. При этом вода из клеток переходит во внеклеточное пространство. А вместе с водой перемещается и калий. Стимуляция альфа-адренергических рецепторов сопровождается выходом калия из клеток, а бета-адренергических – его внутриклеточным перемещением.

В свою очередь, калий в немалой степени влияет на кислотно-основное состояние тканей. Правда, механизм влияния довольно сложный, и включает в себя множество факторов. Суть его заключается в том, что при снижении уровня калия усиливается выделение ионов водорода с мочой.

В результате кислотность мочи повышается, а в тканях наоборот, формируется метаболический алкалоз. При избытке калия картина зеркальная – замедляется выделение водорода, ощелачивается моча, и развивается метаболический ацидоз. Всего через почки с мочой выделяется 90% калия, а остальные 10% – через кожу с потом.

Взаимодействие с другими веществами и препаратами

Калий способствует усваиванию магния, но в некоторой степени выводит натрий. В свою очередь, натрий усиливает выведение калия почками. Поэтому прием поваренной соли способствует потере калия. Учитывая антагонизм этих макроэлементов, соотношение K:Na в комбинированных препаратах должно составлять 2:1 в сторону увеличения калия. Некоторые другие элементы, в частности, таллий, цезий, рубидий, способны вытеснять К.

Калий хорошо сочетается со многими витаминами, в т.ч. с вит. В 6 (Пиридоксином) и вит. В 13 , (Оротовой кислотой). Инсулин способствует транспорту К внутрь клетки. Сердечные гликозиды наоборот, снижают содержание К в волокнах миокарда, т.к. угнетают натрий-калиевую АТФ-азу. насос. Алкоголь, сладости, кофе ухудшают всасывание калия или усиливают его выведение с мочой.

Признаки избытка

Для избытка калия в организме необходимы два условия: поступление его извне в больших количествах, или замедление выведения из организма. Калий поступает к нам в составе пищевых продуктов и лекарств. Правда, богатая калием еда сама по себе вряд ли сможет привести к его избытку. Ведь К сразу же выводится с мочой.

А вот передозировка калийсодержащих препаратов, при которой в единицу времени поступает большое количество этого макроэлемента, может закончиться плачевно, и даже фатально. При заболеваниях, сопровождающихся нарушением выделительной функции почек, при почечной недостаточности, замедляется выделение калия, и он накапливается в организме.

Кроме того, выделение калия регулируется альдостероном. Этот надпочечниковый гормон задерживает натрий, и усиливает выведение натрия. Поэтому при сниженной продукции альдостерона надпочечниками (гипоальдостеронизме) наоборот, калий будет накапливаться, а натрий выводиться почками. Причины этого состояния: некоторые заболевания надпочечников, гипофиза.

Гипоальдостеронизм может быть следствием приема ряда лекарств. На угнетении синтеза альдостерона основано действие ИАПФ, ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента, используемых в лечении гипертонической болезни. Гепарин также снижает продукцию альдостерона. Антагонистом альдостерона является мочегонный препарат Спиронолактон.

Избыток калия в организме проявляется повышением количества калия в плазме крови, гиперкалиемией. Норма содержания калия в крови – 3,5-5 ммоль/л. Правда, этот показатель не всегда отображает истинное содержание К в организме. Ведь это внутриклеточный элемент. Поэтому все состояния, сопровождающиеся перераспределением К из клеток во внеклеточное пространство, будут сопровождаться гиперкалиемией. Однако при этом общее количество калия в организме будет неизменным.

Гиперкалиемия будет развиваться при всех состояниях, сопровождающихся цитолизом, массивным повреждением клеток. Это травмы, ожоги, оперативные вмешательства, онкозаболевания и лучевая терапия этих заболеваний. Повышение уровня К в плазме крови будет отмечаться при инфарктах, мозговых инсультах, при гепатитах, а также при гемолизе, разрушении большого количества эритроцитов.

Перераспределение калия возможно при физических нагрузках, при некоторых интоксикациях, в т.ч. и при алкогольной. Бета-адреноблокаторы для лечения гипертонической болезни вызывают такой же эффект. Гиперкалиемия возникает при всех состояния, сопровождающихся метаболическим ацидозом.

Гиперкалиемия проявляется общей слабостью, беспокойством, тревогой, повышенной возбудимостью. Отмечаются тянущие боли в мышцах, парестезии. Аппетит снижен, пациенты жалуются на спастические боли в животе, диарею. Сахар крови зачастую повышен. Дирурез тоже повышен. Среди других признаков – интенсивное потоотделение, дрожание конечностей. Из-за изменения биоэлектрической активности сердца нарушается сердечный ритм.

Развивается атриовентрикулярная блокада, фибрилляция желудочков и желудочковая тахикардия. Все эти симптомы появляются при уровне К выше верхней границы 5 ммоль/л. Дальнейшее прогрессирование гиперкалиемии свыше 7 ммоль/л приводит к угнетению сознания, мышечным судорогам и параличам. Смерть наступает гот остановки сердца. Характерная особенность: сердце при гиперкалиемии останавливается в фазу диастолы, расслабления.

При гиперкалиемии отменяют все препараты, содержащие калий или способствующие его переходу во внеклеточное пространство. Показаны внутривенные инъекции кальция хлорида и глюконата. Но кальций оправдан далеко не во всех случаях. Отличное средство при гиперкалиемии – внутривенные капельные вливания инсулина с глюкозой, способствующие переходу калия внутрь клетки. Для борьбы с метаболическим ацидозом назначают ощелачивающие растворы.

Калий

КА́ЛИЙ -я; м. [араб. kali] Химический элемент (K), металл серебристо-белого цвета, добываемый из углекалиевой соли (поташа).

◁ Ка́лиевый, -ая, -ое. К-ые месторождения. К-ые соли. Кали́йный, -ая, -ое. К-ая промышленность. К-ые удобрения.

ка́лий

(лат. Kalium), химический элемент I группы периодической системы, относится к щелочным металлам. Название от арабского аль-кали - поташ (давно известное соединение калия, добываемое из древесной золы). Серебристо-белый металл, мягкий, легкоплавкий; плотность 0,8629 г/см 3 , t пл 63,51ºC. Быстро окисляется на воздухе, с водой реагирует со взрывом. По распространённости в земной коре занимает 7-е место (минералы: сильвин, каинит, карналлит и др.; см. Калийные соли). Входит в состав тканей растительных и животных организмов. Около 90% добываемых солей используется как удобрения. Металлический калий используют в химических источниках тока, как геттер в электронных лампах, для получения суперпероксида KO 2 ; сплавы K с Na - теплоносители в ядерных реакторах.

КАЛИЙ

КА́ЛИЙ (лат. Kalium), K (читается «калий»), химический элемент с атомным номером 19, атомная масса 39,0983.
Калий встречается в природе в виде двух стабильных нуклидов (см. НУКЛИД) : 39 К (93,10% по массе) и 41 К (6,88%), а также одного радиоактивного 40 К (0,02%). Период полураспада калия-40 Т 1/2 примерно в 3 раза меньше, чем Т 1/2 урана-238 и составляет 1,28 миллиарда лет. При b-распаде калия-40 образуется стабильный кальций-40, а при распаде по типу электронного захвата (см. ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАХВАТ) образуется инертный газ аргон-40.
Калий принадлежит к числу щелочных металлов (см. ЩЕЛОЧНЫЕ МЕТАЛЛЫ) . В периодической системе Менделеева калий занимает место в четвертом периоде в подгруппе IА. Конфигурация внешнего электронного слоя 4s 1 , поэтому калий всегда проявляет степень окисления +1 (валентность I).
Атомный радиус калия 0,227 нм, радиус иона K + 0,133 нм. Энергии последовательной ионизации атома калия 4,34 и 31,8 эВ. Электроотрицательность (см. ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТЬ) калия по Полингу 0,82, что говорит о его ярко выраженных металлических свойствах.
В свободном виде - мягкий, легкий, серебристый металл.
История открытия
Соединения калия, как и его ближайшего химического аналога - натрия (см. НАТРИЙ) , были известны с древности и находили применение в различных областях человеческой деятельности. Однако сами эти металлы были впервые выделены в свободном состоянии только в 1807 в ходе экспериментов английского ученого Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) . Дэви, используя гальванические элементы как источник электрического тока, провел электролиз расплавов поташа (см. ПОТАШ) и каустической соды (см. КАУСТИЧЕСКАЯ СОДА) и таким образом выделил металлические калий и натрий, которые назвал «потассием» (отсюда сохранившееся в англоязычных странах и Франции название калия - potassium) и «содием». В 1809 английский химик Л. В. Гильберт предложил название «калий» (от арабского аль-кали - поташ).
Нахождение в природе
Содержание калия в земной коре 2,41% по массе, калий входит в первую десятку наиболее распространенных в земной коре элементов. Основные минералы, содержащие калий: сильвин (см. СИЛЬВИН) KСl (52,44% К), сильвинит (Na,K)Cl (этот минерал представляет собой плотно спрессованную механическую смесь кристалликов хлорида калия KCl и хлорида натрия NaCl), карналлит (см. КАРНАЛЛИТ) KCl·MgCl 2 ·6H 2 O (35,8% К), различные алюмосиликаты (см. АЛЮМОСИЛИКАТЫ) , содержащие калий, каинит (см. КАИНИТ) KCl·MgSO 4 ·3H 2 O, полигалит (см. ПОЛИГАЛИТ) K 2 SO 4 ·MgSO 4 ·2CaSO 4 ·2H 2 O, алунит (см. АЛУНИТ) KAl 3 (SO 4) 2 (OH) 6 . В морской воде содержится около 0,04% калия.
Получение
В настоящее время калий получают при взаимодействии с жидким натрием расплавленных KOH (при 380-450°C) или KCl (при 760-890°C):
Na + KOH = NaOH + K
Калий также получают электролизом расплава KCl в смеси с K 2 CO 3 при температурах, близких к 700°C:
2KCl = 2K + Cl 2 ­
От примесей калий очищают вакуумной дистилляцией.
Физические и химические свойства
Металлический калий мягок, он легко режется ножом и поддается прессованию и прокатке. Обладает кубической объемно центрированной кубической решеткой, параметр а = 0,5344 нм. Плотность калия меньше плотности воды и равна 0,8629 г/см 3 . Как и все щелочные металлы, калий легко плавится (температура плавления 63,51°C) и начинает испаряться уже при сравнительно невысоком нагревании (температура кипения калия 761°C).
Калий, как и другие щелочные металлы, химически очень активен. Легко взаимодействует с кислородом воздуха с образованием смеси, преимущественно состоящей из пероксида К 2 О 2 и супероксида KO 2 (К 2 О 4):
2K + O 2 = K 2 O 2 , K + O 2 = KO 2 .
При нагревании на воздухе калий сгорает фиолетово-красным пламенем. С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует со взрывом (воспламеняется образующийся водород):
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2 ­
Кислородсодержащие кислоты при таком взаимодействии могут восстанавливаться. Например, атом серы серной кислоты восстанавливается до S, SO 2 или S 2– :
8К + 4Н 2 SO 4 = K 2 S + 3K 2 SO 4 + 4H 2 O.
При нагревании до 200-300 °C калий реагирует с водородом с образованием солеподобного гидрида КН:
2K + H 2 = 2KH
С галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) калий взаимодействует со взрывом. Интересно отметить, что с азотом 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 KNH 2:
2K + 2NH 3 жидк. = 2KNH 2 + H 2 ­
Важнейшие соединения калия: оксид К 2 О, пероксид К 2 О 2 , супероксид К 2 О 4 , гидроксид КОН, иодид KI, карбонат K 2 CO 3 и хлорид KCl.
Оксид калия К 2 О, как правило, получают косвенным путем за счет реакции пероксида и металлического калия:
2K + K 2 O 2 = 2K 2 O
Этот оксид проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием гидроксида калия КОН:
K 2 O + H 2 O = 2KOH
Гидроксид калия, или едкое кали, хорошо растворим в воде (до 49,10% массе при 20°C). Образующийся раствор - очень сильное основание, относящееся к щелочам (см. ЩЕЛОЧИ) . КОН реагирует с кислотными и амфотерными оксидами:
SO 2 + 2KOH = K 2 SO 3 + H 2 O,
Al 2 O 3 + 2KOH + 3H 2 O = 2K (так реакция протекает в растворе) и
Al 2 O 3 + 2KOH = 2KAlO 2 + H 2 O­ (так реакция протекает при сплавлении реагентов).
В промышленности гидроксид калия KOH получают электролизом водных растворов KCl или K 2 CO 3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:
2KCl + 2H 2 O = 2KOH + Cl 2 ­+ H 2 ­,
или за счет обменных реакций растворов K 2 CO 3 или K 2 SO 4 с Ca(OH) 2 или Ba(OH) 2:
K 2 CO 3 + Ba(OH) 2 = 2KOH + BaCO 3
Попадание твердого гидроксида калия или капель его растворов на кожу и в глаза вызывает тяжелые ожоги кожи и слизистых оболочек, поэтому работать с этими едкими веществами следует только в защитных очках и перчатках. Водные растворы гидроксида калия при хранении разрушают стекло, расплавы - фарфор.
Карбонат калия K 2 CO 3 (обиходное название поташ) получают при нейтрализации раствора гидроксида калия углекислым газом:
2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 + Н 2 О.
В значительных количествах поташ содержится в золе некоторых растений.
Применение
Металлический калий - материал для электродов в химических источниках тока. Сплав калия с другим щелочным металлом - натрием находит применение в качестве теплоносителя (см. ТЕПЛОНОСИТЕЛЬ) в ядерных реакторах.
В гораздо больших масштабах, чем металлический калий, находят применение его соединения. Калий - важный компонент минерального питания растений, он необходим им в значительных количествах для нормального развития, поэтому широкое применение находят калийные удобрения (см. КАЛИЙНЫЕ УДОБРЕНИЯ) : хлорид калия КСl, нитрат калия, или калийная селитра, KNO 3 , поташ K 2 CO 3 и другие соли калия. Поташ используют также при производстве специальных оптических стекол, как поглотитель сероводорода при очистке газов, как обезвоживающий агент и при дублении кож.
В качестве лекарственного средства находит применение иодид калия KI. Иодид калия используют также в фотографии и в качестве микроудобрения. Раствор перманганата калия КMnO 4 («марганцовку») используют как антисептическое средство.
По содержанию в горных породах радиоактивного 40 К определяют их возраст.
Калий в организме
Калий - один из важнейших биогенных элементов (см. БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ) , постоянно присутствующий во всех клетках всех организмов. Ионы калия К + участвуют в работе ионных каналов (см. ИОННЫЕ КАНАЛЫ) и регуляции проницаемости биологических мембран (см. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ) , в генерации и проведении нервного импульса, в регуляции деятельности сердца и других мышц, в различных процессах обмена веществ. Содержание калия в тканях животных и человека регулируется стероидными гормонами надпочечников. В среднем организм человека (масса тела 70 кг) содержит около 140 г калия. Поэтому для нормальной жизнедеятельности с пищей в организм должно поступать 2-3 г калия в сутки. Богаты калием такие продукты, как изюм, курага, горох и другие.
Особенности обращения с металлическим калием
Металлический калий может вызвать очень сильные ожоги кожи, при попадании мельчайших частичек калия в глаза возникают тяжелые поражения с потерей зрения, поэтому работать с металлическим калием можно только в защитных перчатках и очках. Загоревшийся калий заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Хранят калий в герметично закрытых железных контейнерах под слоем обезвоженного керосина или минерального масла.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Синонимы :

Смотреть что такое "калий" в других словарях:

Калий 40 … Википедия

Новолатинск. kalium, от араб. kali, щелочь. Мягкий и легкий металл, составляющий основание кали. Открыт Деви в 1807 году. Объяснение 25000 иностранных слов, вошедших в употребление в русский язык, с означением их корней. Михельсон А.Д., 1865.… … Словарь иностранных слов русского языка

- (Kalium), K, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 19, атомная масса 39,0983; относится к щелочным металлам; tпл 63,51шC. В живых организмах калий основной внутриклеточный катион, участвует в генерации биоэлектрических… … Современная энциклопедия

КАЛИЙ - (Kalium, s. Potassium), хим. элемент, симв. К, порядковый номер 19, серебристо белый, блестящий металл, имеющий при обыкновенной ta плотность воска; открыт Деви в 1807 г. Уд. в. при 20° 0,8621, атомный вес 39,1, одновалентен; t° плавления … Большая медицинская энциклопедия

Калий (англ. Potassium, франц. Potassium, нем. Kalium) открыл в 1807 г. Дэви, производивший электролиз твердого, слегка увлажненного едкого кали. Дэви именовал новый металл потассием (Potassium), но это название не прижилось. Крестным отцом металла оказался Гильберт, известный издатель журнала "Annalen deг Physik", предложивший название "калий" (происходит от арабского термина алкали, т.е. щелочные вещества); оно было принято в Германии, а потом и в России.

Нахождение в природе, получение:

В природе...?
Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600-650°C), то чаще проводят электролиз расправленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей), либо из графита (при электролизе хлоридов).

Физические свойства:

Калий - серебристое вещество с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесенным в пламя горелки, калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.

Химические свойства:

Калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, легко отдаёт электроны. Является сильным восстановителем. Он настолько активно соединяется с кислородом, что образуется не оксид, а супероксид калия KO 2 (или K 2 O 4). При нагревании в атмосфере водорода образуется гидрид калия KH. Хорошо взаимодействует со всеми неметаллами, образуя галогениды, сульфиды, нитриды, фосфиды и т. д., а также со сложными веществами, такими, как вода (реакция проходит со взрывом), различные оксиды и соли. В этом случае они восстанавливают другие металлы до свободного состояния.

Важнейшие соединения:

Оксид калия , K 2 O ...
...
Пероксид калия , K 2 O 2 , и супероксид калия , K 2 O 4 , поглощают углекислый газ с выделением кислорода: 2K 2 O 2 + 2CO 2 = 2K 2 CO 3 + O 2
используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах.
Гидроксид калия , KOH - (едкое кали) ...
применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
Соли , ??? ...
...

Применение:

Жидкий при комнатной температуре сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителя в замкнутых системах, например в атомных силовых установках на быстрых нейтронах. Кроме того, широко применяются его жидкие сплавы с рубидием и цезием.
Соли калия широко используются в гальванотехнике, так как, несмотря на относительно высокую стоимость, они часто более растворимы, чем соответствующие соли натрия, и потому обеспечивают интенсивную работу электролитов при повышенной плотности тока. Цианид калия применяется при добыче золота и при нитроцементации стали.
Карбонат калия (поташ) используется при варке стекла. Перхлорат и хлорат (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ.
Бихромат (хромпик) - сильный окислитель, используется для приготовления "хромовой смеси" для мытья химической посуды и при обработке кожи (дубление). Также используется для очистки ацетилена на ацетиленовых заводах от аммиака, сероводорода и фосфина.
Калий - важнейший биогенный элемент и потому cоли калия (хлорид, карбонат, нитрат) применяются в качестве удобрений