Химическая связь калия


Калий ⚗️ электронная конфигурация химического элемента, химические и физические свойства, способы применения и получения, взаимодействие с соединениями, польза и вред

История открытия

Атомный номер калия 19, что указывает на его расположение в химической таблице Менделеева.

Примерная молярная масса 39,1 г/моль.

Электронная конфигурация калия 1s22s22p63s23p64s1

Единственная возможная степень окисления +1 (плюс один).

На внешнем энергетическом уровне имеется всего 1 электрон. Это значит, что максимальная валентность элемента 1.

Кристаллическая решётка простого вещества кубическая объёмно-центрированная.

В 1807 году английский химик Х. Дэви опытным путём получил потассий (латинское название — потассиум). Именно так изначально был назван калий. Проводя электролиз каустической воды и расплавов поташа, учёный заметил образование мягкого легкоплавкого металла. Такое достижение подтолкнуло его к новым открытиям и он стал изучать химические и физические свойства нового вещества.

Такая сенсация потрясла весь научный мир и зарубежные коллеги решили не оставаться в стороне. Уже через 2 года британский эксперт Л. В. Гилберт предложил название «Аль-кали», что в переводе с арабского означает «зола растений». И это не удивительно, ведь золу, которая оставалась после сжигания растений, обрабатывали водой, а полученную смесь выпаривали до сухого остатка. В далёкие времена это использовали как моющее средство. В 1831 году немецкий физик Г. И. Гесс, изучавший свойства нового вещества, предложил своё название для элемента, который также называли «Аль-калий».

Калий в природе

После многолетних поисков выяснилось, что в природе калий не находится в чистом виде. Он один из десяти элементов, которые составляют большую часть окружающего мира.

Калий — неотъемлемый элемент в составе клеток живых организмов. Также большое количество содержится в минералах и морской воде. Минералы, формулы которых могут «похвастаться» большим содержанием этого элемента:

  • Сильвинита KCl·NaCl.
  • Карналлита KCl·MgCl 2 ·6H 2 O.
  • Каинита KCl·MgSO 4 ·6H 2 O.
  • Зола растений как поташ K 2 CO 3.

Способы получения

Современные условия позволяют учёным получать калий несколькими способами.

Уравнение взаимодействия с жидким натрием расплавленного основания при 380−450°C или хлорида при 760- 890 °C: Na + KOH = NaOH + K

Электролиз расплава хлорида в смеси с карбонатом калия при температуре около 700 °C:

2KCl = 2K + Cl 2.

Физические свойства

Легкоплавкий металл серебристого цвета. При надрезе быстро образует оксидную плёнку после нескольких секунд контакта с кислородом, что объясняет требования особых условий содержания в помещениях. Хранится только в посуде с керосином, силиконами или бензином. Обладает хорошей растворимостью при соединении со ртутью. Образует амальгамы.

На соединение с водой реагирует взрывом. При поднесении горелки окрашивает пламя в розово-фиолетовый цвет.

Химические характеристики

Калий имеет много общего с натрием. Это обусловлено их расположением в периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева. Оба элемента — щелочные металлы, которые ярко выражают свои свойства. Однако у потассия металлические свойства проявляются сильнее, чем у натрия и кальция, но слабее, чем у рубидия.

Калию свойственно проявлять такие характеристики, которые делают его незаменимым для химической промышленности:

  • Химически активен.
  • Легко отдаёт электроны.
  • Сильный восстановитель.

Оксиды или пероксиды

При взаимодействии с кислородом образует не оксид, а пероксид или супероксид, что заметно невооружённым глазом (очень быстро образует оксидную плёнку на поверхности).

Может образовать оксид только лишь при медленном нагревании до температуры меньше 180 °C при низком содержании кислорода в окружающей среде.

Оксиды ярко проявляют основные свойства. Как и сам металл, бурно реагируют с водой, кислотными оксидами и самими кислотами. Практического применения в промышленности они не нашли, используются для обучения в университетах.

Пероксиды — белые порошки с жёлтым тоном. Хорошо растворяются в воде, образуя щёлочи и пероксид водорода.

Сильные окислители, поэтому обрели популярность в текстильной промышленности как отбеливающее средство.

Гидроксиды калия

Гидроксиды калия и натрия имеют особые названия: едкий кали и едкий натри. Белые, твёрдые, непрозрачные вещества. Очень гигроскопичны, это значит, что быстро впитывают влагу и требуют особого внимания при работе с ними. Лаборанту необходимо надевать перчатки и защитные очки, иначе получит сильный ожог и раздражение слизистых оболочек. Кристаллы плавятся при температуре 360 °C. Гидроксиды относят к щелочам, они быстро растворяются в воде, выделяя большое количество тепла.

Сфера применения

Соединения калия используют в качестве удобрений, что свидетельствует о его ценных биологических характеристиках. Один из важнейших компонентов биосистемы вместе с азотом и фосфором. Помимо этого, необходим обмен элемента в натриево-калиевом насосе клетки любого живого организма.

Большую популярность приобрел в гальванотехнике. Соли металла быстро растворяются, по сравнению с солями натрия. Это свойство позволяет устанавливать высокие цены компаниям, которые занимаются обработкой калия.

Жидкий сплав калия и натрия используется в качестве теплоносителей в атомных установках. Необходимое условие: комнатная температура.

Особые соединения калия

Бромид используется в фармацевтике для изготовления успокоительных лекарств.

Карбонат, хлорид и нитрат пользуются популярностью у садоводов, так как представляют собой удобрения, обогащённые большим количеством полезных микроэлементов.

Перманганат применяется в химических лабораториях для получения кислорода, а также ранее широко применялся в быту благодаря своим антисептическим свойствам.

Пероксид и супероксид обеспечивают регенерацию воздуха на подводных лодках и противогазах, благодаря своей способности поглощать углекислый газ и выделять кислород.

Из описания характеристик калия с другими элементами становится понятно, что это крайне важная составляющая организма, которая должны взаимодействовать с другими металлами и неметаллами, чтобы обеспечить гармоничный рост и развитие организма. Норма потребления этого элемента для человека — 2040 мг в сутки.

Роль этого металла и реакций организма, в которых он принимает участие, имеют большое значение для строения клеток, из которых состоит любой живой организм. Благодаря образованию различных химических связей, калий помог человечеству добиться новых вершин в кораблестроении, садоводстве, фармацевтической промышленности.

Повсеместное нахождение в природе позволяет добывать металл и его соединения беспрерывно, а благодаря успехам учёных в области химии возможно регулировать плотность содержания калия в препаратах. При соблюдении правильных пропорций и составлении схем алгоритмов можно предугадать пользу или вред.

Калий может быть полезным, но также он способен обрекать людей на тяжкие мучения, такие как: ожоги рук, раздражение слизистых оболочек. Об этом следует помнить всем, кто стремится узнать больше о свойствах этого металла. Прежде чем начинать работу с опасными веществами, лучше узнать всё о многолетнем опыте предшественников, чтобы избежать печальных и необратимых последствий.


Какой тип связи у твердого калия?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
  • Органическая химия
  • физика
математический
  • Алгебра
  • Исчисление
  • Геометрия
.

1.6: Природа химических связей - теория валентных связей

Учебные заметки

Чтобы успешно нарисовать структуры Льюиса, вам необходимо знать количество валентных электронов, присутствующих в каждом из задействованных атомов. Запомните количество валентных электронов, которыми обладает каждый из элементов, обычно встречающихся в органической химии: C, H, O, N, S, P и галогены.

Ионная связь

Ионы - это атомы или молекулы, которые электрически заряжены. Катионы заряжены положительно, а анионов несут отрицательный заряд.Ионы образуются, когда атомы приобретают или теряют электроны. Поскольку электроны заряжены отрицательно, атом, потерявший один или несколько электронов, станет заряженным положительно; атом, который получает один или несколько электронов, становится отрицательно заряженным.

Ионная связь - это притяжение между положительно и отрицательно заряженными ионами . Эти противоположно заряженные ионы притягиваются друг к другу, образуя ионные сети (или решетки). Электростатика объясняет, почему это происходит: противоположные заряды притягиваются, а подобные заряды отталкиваются.Когда многие ионы притягиваются друг к другу, они образуют большие упорядоченные кристаллические решетки, в которых каждый ион окружен ионами противоположного заряда. Обычно, когда металлы реагируют с неметаллами, электроны передаются от металлов к неметаллам. Металлы образуют положительно заряженные ионы, а неметаллы образуют отрицательно заряженные ионы.

Ионные связи образуются при химической реакции металлов и неметаллов. По определению, металл относительно стабилен, если он теряет электроны, образуя полную валентную оболочку, и становится положительно заряженным.Точно так же неметалл становится более стабильным, приобретая электроны, чтобы заполнить свою валентную оболочку и стать отрицательно заряженным. Когда металлы и неметаллы реагируют, металлы теряют электроны, передавая их неметаллам, которые их приобретают. Следовательно, образуются ионы, которые мгновенно притягиваются друг к другу - ионная связь.

Пример 1.5.1: Хлорид натрия

Например, в реакции Na (натрий) и Cl (хлор) каждый атом Cl отнимает один электрон от атома Na. Таким образом, каждый Na становится катионом Na + , а каждый атом Cl становится анионом Cl - .Из-за их противоположных зарядов ионы натрия и хлора притягиваются друг к другу, образуя ионную решетку. Формула (соотношение положительных и отрицательных ионов) в решетке: NaCl ,2Na (т) + Cl2 (г) → 2NaCl (т)

Полное видео о получении NaCl из металлического натрия и газообразного хлора см. На https://www.youtube.com/watch?v=WVonuBjCrNo. Эти ионы расположены в твердом NaCl в виде регулярного трехмерного расположения (или решетки):

Рисунок: решетка NaCl.(слева) трехмерная структура и (справа) простой двухмерный срез латте. Изображения использованы с разрешения Википедии и Майка Блабера.

Хлор имеет высокое сродство к электронам, а натрий - низкий потенциал ионизации. Таким образом, хлор получает электрон от атома натрия. Это можно представить с помощью электронных точек (здесь мы будем рассматривать один атом хлора, а не Cl 2 ):

Стрелка указывает на перенос электрона от натрия к хлору с образованием иона металла Na + и иона хлорида Cl - .Каждый ион теперь имеет октетов электронов в валентной оболочке:

Важность структур благородных газов

Большое значение придается электронной структуре благородных газов, таких как неон или аргон, которые имеют восемь электронов на внешних энергетических уровнях (или два в случае гелия). Эти структуры благородного газа считаются в некотором роде "желательной" вещью для атома. Возможно, у вас сложилось сильное впечатление, что когда другие атомы вступают в реакцию, они пытаются создать структуру благородного газа.Помимо создания структур благородных газов путем переноса электронов от одного атома к другому, как при ионной связи, атомы также могут достигать этих стабильных структур, разделяя электроны для образования ковалентных связей.

,

химическое соединение | Определение и примеры

Химическая связь , любое из взаимодействий, которые объясняют объединение атомов в молекулы, ионы, кристаллы и другие стабильные частицы, составляющие привычные вещества повседневного мира. Когда атомы приближаются друг к другу, их ядра и электроны взаимодействуют и стремятся распределиться в пространстве таким образом, что общая энергия ниже, чем при любом другом расположении. Если полная энергия группы атомов ниже, чем сумма энергий составляющих атомов, тогда они связываются вместе, и снижение энергии является энергией связи.

кристалл связи Различные типы связи в кристаллах. Encyclopdia Britannica, Inc.

Британская викторина

Подводки к химии

Какой электрический заряд у протона?

Идеи, которые помогли установить природу химической связи, воплотились в жизнь в начале 20-го века, после того, как был открыт электрон, и квантовая механика предоставила язык для описания поведения электронов в атомах.Однако, несмотря на то, что химикам нужна квантовая механика для детального количественного понимания образования связей, большая часть их прагматического понимания связей выражается в простых интуитивных моделях. Эти модели рассматривают связи в основном двух типов, а именно ионные и ковалентные. Тип связи, которая, скорее всего, возникнет между двумя атомами, можно предсказать на основании расположения элементов в периодической таблице, и в некоторой степени свойства образованных таким образом веществ могут быть связаны с типом связи.

Ключевым понятием при обсуждении химической связи является понятие молекулы. Молекулы - это самые маленькие единицы соединений, которые могут существовать. Одна из особенностей молекул, которую можно с достаточным успехом предсказывать, - это их форма. Молекулярные формы имеют большое значение для понимания реакций, которые могут проходить соединения, поэтому в этой статье кратко обсуждается связь между химической связью и химической реакционной способностью.

Хотя простые модели связывания полезны в качестве практических правил для обоснования существования соединений, а также физических и химических свойств и структур молекул, они должны быть обоснованы обращением к более сложным описаниям связывания.Более того, есть некоторые аспекты молекулярной структуры, которые выходят за рамки простых теорий. Чтобы достичь этого понимания, необходимо прибегнуть к полностью квантово-механическому описанию. На практике эти описания влекут за собой большую зависимость от компьютеров. Такие численные подходы к химической связи дают важную информацию о связи.

молекулярная структура Шариковая модель молекулярной структуры, показывающая атомы, связанные вместе. © asiseeit / iStock.com Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Эта статья начинается с описания исторической эволюции современного понимания химической связи, а затем обсуждается, как появились современные теории образования химических связей, которые превратились в мощное описание структуры материи. После исторического введения обсуждаются качественные модели связывания, при этом особое внимание уделяется образованию ионных и ковалентных связей и корреляции последних с молекулярными формами.Затем описываются более сложные квантово-механические подходы к образованию связей, после чего дается обзор ряда частных случаев, которые поднимают интересные проблемы или приводят к важным открытиям.

Подробное описание структуры и свойств атомов, см. атом. Химические соединения рассматриваются в статье химический состав, а элементы описаны в статье химический элемент.

Исторический обзор

Появление количественной химии

Ранние греки, в первую очередь Демокрит, утверждали, что материя состоит из элементарных частиц, называемых атомами.Однако взглядам атомистов не хватало авторитета, исходящего из экспериментов, и доказательства существования атомов не появлялись в течение двух тысячелетий до появления количественной эмпирической науки в 18 веке.

,

Смотрите также