Какова электронная конфигурация иона калия


Калий, свойства атома, химические и физические свойства

Калий, свойства атома, химические и физические свойства.

 

 

 

K 19  Калий

39,0983(1)      1s2s2p3s3p6 4s1

 

Калий — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации — главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.

 

Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия

Изотопы и модификации калия

Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.

Физические свойства калия

Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием

Получение калия

Применение калия

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Атом и молекула калия. Формула калия. Строение калия:

Калий (лат. Kalium, от араб. аль-кали – «поташ») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением K и атомным номером 19. Расположен в 1-й группе (по старой классификации – главной подгруппе первой группы), четвертом периоде периодической системы.

Калий – металл. Относится к группе щелочных металлов.

Как простое вещество калий при нормальных условиях представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

Молекула калия одноатомна.

Химическая формула калия K.

Электронная конфигурация атома калия 1s2s2p3s3p6 4s1. Потенциал ионизации атома калия равен 4,34 эВ (418,5 кДж/моль).

Строение атома калия. Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), вокруг которого по четырем оболочкам движутся 19 электронов. При этом 18 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку калий расположен в четвертом периоде, оболочек всего четыре. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая и третья – внутренние оболочки представлена s- и р-орбиталями. Четвертая – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома калия – на 4s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома калия состоит из 19 протонов и 20 нейтронов. Калий относится к элементам s-семейства.

Радиус атома калия составляет 235 пм.

Атомная масса атома калия составляет 39,0983(1) а. е. м.

Калий – седьмой по распространённости элемент в земной коре. Содержание его в земной коре составляет 1,5 %, в океанах и морях – 0,042 %.

Калий очень легко вступает в химические реакции.

 

Изотопы и модификации калия:

 

Свойства калия (таблица): температура, плотность, давление и пр.:

Общие сведения  
Название Калий/ Kalium
Символ K
Номер в таблице 19
Тип Металл
Открыт Хемфри Дэви, Англия, 1807 г.
Внешний вид и пр. Серебристо-белый мягкий металл
Содержание в земной коре 1,5 %
Содержание в океане 0,042 %
Свойства атома  
Атомная масса (молярная масса) 39,0983(1) а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация 1s2s2p3s3p6 4s1
Радиус атома 235 пм
Химические свойства  
Степени окисления 0, +1
Валентность +1
Ковалентный радиус 203 пм
Радиус иона 133 пм
Электроотрицательность 0,82 (шкала Полинга)
Энергия ионизации (первый электрон) 418,5 кДж/моль (4,34 эВ)
Электродный потенциал -2,92 В
Физические свойства
Плотность (при  нормальных условиях) 0,856 г/см3
Температура плавления 63,5 °C (336,7 K)
Температура кипения 759 °C (1032 K)
Уд. теплота плавления 2,33 кДж/моль
Уд. теплота испарения 76,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 26,6 Дж/(K·моль)
Молярный объём 45,3 см³/моль
Теплопроводность (при 300 K) 79,0 Вт/(м·К)
Электропроводность в твердой фазе 14х10См/м
Сверхпроводимость при температуре
Твёрдость 0,4 по шкале Мооса
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 5,332 Å
Температура Дебая 100 K
Конденсат Бозе-Эйнштейна 39K, 41K

 

Физические свойства калия:

 

Химические свойства калия. Взаимодействие калия. Реакции с калием:

 

Получение калия:

 

Применение калия:

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

  1. 1. Водород
  2. 2. Гелий
  3. 3. Литий
  4. 4. Бериллий
  5. 5. Бор
  6. 6. Углерод
  7. 7. Азот
  8. 8. Кислород
  9. 9. Фтор
  10. 10. Неон
  11. 11. Натрий
  12. 12. Магний
  13. 13. Алюминий
  14. 14. Кремний
  15. 15. Фосфор
  16. 16. Сера
  17. 17. Хлор
  18. 18. Аргон
  19. 19. Калий
  20. 20. Кальций
  21. 21. Скандий
  22. 22. Титан
  23. 23. Ванадий
  24. 24. Хром
  25. 25. Марганец
  26. 26. Железо
  27. 27. Кобальт
  28. 28. Никель
  29. 29. Медь
  30. 30. Цинк
  31. 31. Галлий
  32. 32. Германий
  33. 33. Мышьяк
  34. 34. Селен
  35. 35. Бром
  36. 36. Криптон
  37. 37. Рубидий
  38. 38. Стронций
  39. 39. Иттрий
  40. 40. Цирконий
  41. 41. Ниобий
  42. 42. Молибден
  43. 43. Технеций
  44. 44. Рутений
  45. 45. Родий
  46. 46. Палладий
  47. 47. Серебро
  48. 48. Кадмий
  49. 49. Индий
  50. 50. Олово
  51. 51. Сурьма
  52. 52. Теллур
  53. 53. Йод
  54. 54. Ксенон
  55. 55. Цезий
  56. 56. Барий
  57. 57. Лантан
  58. 58. Церий
  59. 59. Празеодим
  60. 60. Неодим
  61. 61. Прометий
  62. 62. Самарий
  63. 63. Европий
  64. 64. Гадолиний
  65. 65. Тербий
  66. 66. Диспрозий
  67. 67. Гольмий
  68. 68. Эрбий
  69. 69. Тулий
  70. 70. Иттербий
  71. 71. Лютеций
  72. 72. Гафний
  73. 73. Тантал
  74. 74. Вольфрам
  75. 75. Рений
  76. 76. Осмий
  77. 77. Иридий
  78. 78. Платина
  79. 79. Золото
  80. 80. Ртуть
  81. 81. Таллий
  82. 82. Свинец
  83. 83. Висмут
  84. 84. Полоний
  85. 85. Астат
  86. 86. Радон
  87. 87. Франций
  88. 88. Радий
  89. 89. Актиний
  90. 90. Торий
  91. 91. Протактиний
  92. 92. Уран
  93. 93. Нептуний
  94. 94. Плутоний
  95. 95. Америций
  96. 96. Кюрий
  97. 97. Берклий
  98. 98. Калифорний
  99. 99. Эйнштейний
  100. 100. Фермий
  101. 101. Менделеевий
  102. 102. Нобелий
  103. 103. Лоуренсий
  104. 104. Резерфордий
  105. 105. Дубний
  106. 106. Сиборгий
  107. 107. Борий
  108. 108. Хассий
  109. 109. Мейтнерий
  110. 110. Дармштадтий
  111. 111. Рентгений
  112. 112. Коперниций
  113. 113. Нихоний
  114. 114. Флеровий
  115. 115. Московий
  116. 116. Ливерморий
  117. 117. Теннессин
  118. 118. Оганесон

 

Таблица химических элементов Д.И. Менделеева

 

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

 

карта сайта

калий атомная масса степень окисления валентность плотность температура кипения плавления физические химические свойства структура теплопроводность электропроводность кристаллическая решетка
атом нарисовать строение число протонов в ядре строение электронных оболочек электронная формула конфигурация схема строения электронной оболочки заряд ядра состав масса орбита уровни модель радиус энергия электрона переход скорость спектр длина волны молекулярная масса объем атома
электронные формулы сколько атомов в молекуле калия
сколько электронов в атоме свойства металлические неметаллические термодинамические 

 

Коэффициент востребованности 826

Какая электронная конфигурация иона калия?

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
.

Исследователи описывают текущее состояние технологии калий-ионных батарей

Возможности и проблемы ПИБ. (A) Сравнение LIB, SIB и PIB с точки зрения плотности энергии. (B) Содержание металлического лития, натрия и калия в земной коре (мас.%). (C) Радиус Стокса Li +, Na + и K + в ПК. (D) Количество публикаций о PIB по данным Google Scholar (по состоянию на январь 2019 г.). (E) Краткое изложение проблем и их взаимосвязей для PIB.Кредит: Science Advances (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aav7412

Трио исследователей из Университета Вуллонгонга в Австралии опубликовали обзор текущего состояния технологии калий-ионных батарей. В своей обзорной статье, опубликованной в журнале Science Advances , Вэньчао Чжан, Яцзе Лю и Цзайпин Гуо выделяют существующие препятствия, мешающие широкому использованию аккумуляторных технологий, и возможные обходные пути для них.

Литий-ионные аккумуляторы оказались очень полезными, особенно в последнее время, поскольку они используются для питания широкого диапазона устройств - от смартфонов до электромобилей.Но литий встречается довольно редко, а это значит, что затраты на него будут расти по мере сокращения поставок. По этой причине ученые искали альтернативу. Одна альтернатива, которой в последнее время уделяется много внимания, - это ионы калия - их много и они дешевы. Но, как отмечают исследователи, у него также есть пять основных препятствий.

Первым препятствием является низкая диффузия, что означает, что ионы калия медленно проходят через твердый электрод. Исследователи предполагают, что достижения в области наноматериалов и наноструктур могут привести к путям решения этой проблемы.

Второе препятствие связано с изменениями объема, которым подвергается калий, когда он сначала принимает заряд, а затем высвобождает его. Повторяющиеся циклы приводят к разрушению материала, что приводит к появлению мертвых зон и, в конечном итоге, к выходу из строя батареи. Возможные обходные пути включают использование кластеров наночастиц.

Третья проблема связана с происходящими побочными реакциями, которые могут привести к деградации. Исследователи ожидают, что вскоре будут найдены добавки, предотвращающие их.

Четвертая проблема - рост дендритов, которые могут привести к коротким замыканиям. Опять же, исследователи предполагают, что введение правильных растворителей должно предотвратить их возникновение.

И, наконец, пятая проблема - плохой отвод тепла, что может привести к очень горячим батареям или даже к тепловому разгоне. Исследователи предполагают, что изучение электродных материалов, конфигурации ячеек и электролитов должно в какой-то момент привести к решению проблемы.

В заключение исследователи предполагают, что проблемы, связанные с использованием калия в батареях, не кажутся непреодолимыми, но признают, что на их решение может уйти до 20 лет.


Батареи на основе натрия и калия могут стать ключом к умным сетям будущего
Дополнительная информация: Венчао Чжан и др.Подход к высокопроизводительным калий-ионным батареям с помощью передовых стратегий проектирования и разработки, Science Advances (2019). DOI: 10.1126 / sciadv.aav7412

© 2019 Сеть Science X

Ссылка : Исследователи обрисовывают текущее состояние технологии калий-ионных батарей (13 мая 2019 г.) получено 9 августа 2020 с https: // физ.орг / Новости / 2019-05 контурный ток-состояния-калий-ион-battery.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

,

Научно-исследовательское сотрудничество приносит новые концепции калиево-ионных батарей

На этом изображении показаны углеродные нановолокна, проанализированные с помощью метода, называемого энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией, после циклического заряда-разряда в новых калий-ионных батареях. Батареи разрабатываются как недорогая альтернатива литий-ионным батареям. Предоставлено: Университет Пердью.

Исследователи добиваются прогресса в разработке аккумуляторных батарей на основе калия, потенциальной альтернативы литию, которая менее дорога и гораздо более доступна, а также показали, как извлекать углерод для электродов батареи из старых шин.

«С ростом количества аккумуляторных батарей для электронных устройств, электромобилей и приложений электросетей растет беспокойство по поводу устойчивости и стоимости лития», - сказал Вилас Г. Пол, доцент Школы химического машиностроения Дэвидсона. в Университете Пердью. «В последнее десятилетие наблюдается быстрый прогресс в исследовании металло-ионных батарей помимо литиевых, таких как натриевые и калиевые.«

Из-за его большего количества и более низкой стоимости калий перспективен для крупномасштабного хранения электроэнергии в энергосистеме.

«Прерывистая энергия, генерируемая от солнца и ветра, требует новых систем хранения энергии для сети», - сказал Пол. «Однако ограниченная глобальная доступность ресурсов лития и высокая стоимость добычи препятствуют применению литий-ионных батарей для такого крупномасштабного хранения энергии. Это требует альтернативных устройств хранения энергии, основанных на элементах, богатых землей.«

Калия примерно в восемь раз больше, чем лития, и в десять раз меньше, сказал он.

В этом месяце были опубликованы три исследовательские работы по работе с калий-ионными батареями в сотрудничестве с Окриджской национальной лабораторией Министерства энергетики США и Национальным университетом Ченг Кунг на Тайване.

«Мы начали эту программу почти год назад, и в мире не так много групп, работающих над ионно-калийными батареями», - сказал Пол.

Эти три статьи были опубликованы в журналах ACS Applied Materials and Interfaces , Chemical Communications и Journal of the Electrochemical Society .

В одной статье исследователи описывают новую конструкцию с использованием углеродных нановолокон в качестве анода. Батареи имеют два электрода, называемые анодом и катодом. Аноды в большинстве современных литий-ионных аккумуляторов сделаны из графита. Ионы лития содержатся в жидкости, называемой электролитом, и эти ионы накапливаются в аноде во время перезарядки.

Новые данные показали перспективность аккумуляторов с анодами из углеродных нановолокон.Документ доступен по адресу DOI: 10.1021 / acsami.7b02476.

«Углеродные нановолокна демонстрируют большой потенциал в качестве анодного материала для калий-ионных батарей», - сказал Пол. «Мы исследовали аккумуляторы, выдерживающие до 1900 циклов заряда-разряда, что довольно примечательно».

Углеродные нановолокна были созданы с помощью процесса, называемого электроспиннингом, где высокое напряжение используется для протягивания заряженного полимерного раствора между двумя электродами, а затем полимерные волокна превращаются в углеродные волокна.

Батареи показали «разумную емкость» после зарядки всего в течение шести минут, имея емкость 110 миллиампер-часов на грамм, что составляет одну треть емкости, достигаемой после 10 часов обычной зарядки литий-ионных аккумуляторов, сказал он.

«Обычно вы получаете очень ограниченную емкость всего за шесть минут, потому что этого времени недостаточно для зарядки обычной батареи», - сказал Пол. «Однако углеродные нановолокна позволяют батарее заряжаться намного быстрее, потому что ионы должны перемещаться только на очень короткие расстояния.Типичный аккумулятор мобильного телефона содержит частицы диаметром 15-20 микрометров, что намного больше, чем в этой волоконно-подобной архитектуре, и поэтому для зарядки телефона требуется два-три часа ».

Конструкция устраняет необходимость в «связующем» или полимерном геле для удержания графитового порошка на месте. Вместо этого сетка из нановолокна удерживает частицы калия - подход, который может уменьшить вес батареи.

Нановолокна были «функционализированы кислородом», то есть молекулы кислорода прикреплены к их поверхности, уменьшая дальнейшую коррозию из-за кислотного электролита.Они также были функционализированы молекулами азота для увеличения электропроводности.

Во втором документе пластинчатые структуры из керамических электропроводящих материалов, называемых MXenes, были использованы для создания нового типа калий-ионных батарей.

Говорят, что во время процесса зарядки ионы интеркалируют, что означает, что они заставляются электрическим током перемещаться между слоями углеродного анода, создавая заряд. Поскольку калий имеет больший атомный диаметр, чем литий, ему труднее интеркалировать.

Однако MXenes может позволить исследователям обойти это препятствие. Исследователи первыми сообщили о результатах работы пластинчатых электродных структур, сделанных из MXene, называемого карбонитридом титана.

«Обычно керамика не электрохимически активна, но MXenes потому, что у вас кирпичная структура, и ионы могут вставляться между этими кирпичиками во время зарядки», - сказал Пол. «Мы показали, что калий действительно заряжается и разряжается эффективно, если вы настраиваете морфологию и структуру материала.«

Использование калия также может привести к снижению стоимости батарей за счет замены меди на алюминий в качестве «токоприемника» для анодов. Для литий-ионных батарей для этой цели требуется медь, тогда как в калий-ионных батареях можно использовать алюминий.

В третьей статье углерод был получен из отработанных шин для создания углеродных анодов для калий-ионной батареи. Шины были восстановлены до формы углерода, называемой твердым углеродом, в процессе химической обработки, за которой следовала процедура, называемая пиролизом.Статья доступна по адресу DOI: 10.1149 / 2.1391706jes.

«Переработка отработанной резины имеет решающее значение, поскольку списанные шины представляют серьезную опасность для окружающей среды и здоровья нашего общества», - сказал Пол. «Здесь мы сообщаем о новом применении твердоуглеродных материалов, полученных из отработанных шин, в качестве анодов в калий-ионных батареях».

В твердом углероде слои углерода расположены беспорядочно, и такое неупорядоченное расположение способствует интеркалированию ионов калия.

«Это исследование демонстрирует, как инженерия материалов из углерода может решить некоторые проблемы, возникающие в результате более объемной интеркаляции ионов калия, и может предложить возможные стратегии повышения производительности этих батарей в будущем», - сказал он.

Студент-химик-технолог Purdue Райан А. Адамс руководил большей частью исследований. Его исследованиями совместно руководят Вилас Пол и Арвинд Варма, заслуженный профессор химического машиностроения Р. Геймс Слейтер. Полный список соавторов статей доступен в тезисах.


В новых электродных материалах разработаны пути для электронов и ионов во время цикла заряда / разряда.
Дополнительная информация: Райан А.Адамс и др. Аноды из углеродного нановолокна без связующего, обогащенные N и O, для K-ионных батарей с длительным сроком службы, ACS Applied Materials & Interfaces (2017). DOI: 10.1021 / acsami.7b02476

Майкл Нагиб и др. Электрохимические характеристики MXenes как анодов K-ion аккумуляторов, Chem. Commun. (2017). DOI: 10.1039 / C7CC02026K

Yunchao Li et al. Устойчивые калий-ионные аккумуляторные аноды, полученные из отработанной резины, журнал Электрохимического общества (2017).DOI: 10.1149 / 2.1391706jes

Предоставлено Университет Пердью

Ссылка : Сотрудничество в области исследований приносит новые концепции калиево-ионных аккумуляторов (2017, 21 июня) получено 9 августа 2020 с https: // физ.орг / Новости / 2017-06-сотрудничество-концепт-калий-ион-batteries.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

,

Смотрите также