Калий имеет три изотопа содержание в природе


стабильные и радиоактивные атомные ядра

Калий является химическим элементом, которому в периодической таблице Д. И. Менделеева соответствует символ "K" (с лат. Kalium) и номер 19. С арабского языка название этого элемента переводится как "зола растений". Металл обладает яркими щелочными свойствами, имеет бело-серебристый цвет и распространен в природе в соленой воде и минералах. Химическая активность металла достаточно высокая, он легко окисляется на воздухе. Существует большое число изотопов калия, которые используются в различных областях деятельности человека.

Что такое атомные изотопы?

Перед рассмотрением вопроса об изотопах калия объясним термин "изотоп". Под изотопами атома конкретного химического элемента понимается набор атомов, которые имеют один и тот же номер в периодической системе Менделеева, но отличаются друг от друга массой ядер. При этом число протонов во всех ядрах изотопов данного элемента является одинаковым. Отличается лишь число нейтронов.

Сам термин "изотоп" ведет свое происхождение с греческого языка и состоит из двух слов: isos - равный и topos - место. Впервые этот термин начал использоваться в начале XX века английским ученым Фредериком Содди, который вошел в историю химии, как исследователь радиоактивности атомов и природы изотопов различных элементов. За свои заслуги Содди получил Нобелевскую премию в 1921 году по химии.

Отметим, что большинство химических элементов имеют более одного изотопа. Всего 8 элементов периодической таблицы обладают одним изотопом, например, натрий или бериллий. Элементом, который имеет больше всего стабильных изотопов, является олово, у него их 10.

Стабильность изотопов

Чтобы ядро атома конкретного химического элемента было стабильным, необходимо соблюдение определенного соотношения нейтронов и протонов в этом ядре. Если это соотношение нарушается, изотоп становится нестабильным и в результате процессов радиоактивности распадается на более стабильные изотопы. Понятие стабильности является относительным, поскольку многие изотопы, будучи нестабильными, имеют большой период полураспада и могут считаться относительно стабильными.

Нестабильные или радиоактивные изотопы преобразуются в более стабильные атомы. В результате этого процесса происходит испускание бета-, альфа- или гамма-излучения.

Искусственно полученные радиоактивные изотопы используются для различных техник исследования в медицине. Применение же природных радиоактивных изотопов находит себя в области геологии для определения возраста пород и живых организмов, а также при производстве атомной энергии.

Изотопы калия

Калий имеет 24 различных изотопа. Эти изотопы обладают массой от 32 до 56 в атомных единицах массы (АЕМ). Учитывая, что калий занимает 19 порядковый номер в таблице Менделеева, значит, ядро изотопа калия содержит 19 протонов и от 13 до 37 нейтронов. Из всех этих изотопов всего три обладают большим временем жизни. Говоря более точно, отметим, что два изотопа, 39K и 41K, являются стабильными, в то время как третий изотоп, 40K, имеет большой период полураспада (1,25 миллиарда лет).

Содержание в природе калия и его изотопов

Содержание в природе изотопов калия составляет 2,4 % от массы всей земной коры, что ставит его на 7-е место в списке самых распространенных элементов на нашей планете. Из-за его высокой химической активности очень тяжело получить чистый калий. Кроме того, растворимость калия очень велика, поэтому во многих минералах он содержится в небольших концентрациях. Тем не менее на дне древних озер находятся большие количества этого элемента в виде следующих минералов:

  • карналлит;
  • лангбейнит;
  • полигалит;
  • сильвин.

Из этих минералов добыча калия является экономически целесообразной. Но калий существует в этих минералах не в виде одного изотопа. Как было выше сказано про стабильные изотопы, калий имеет три изотопа, содержание в природе которых составляет 93,3 % 39K, 6,7 % 41K и 0,012 % 40K.

Относительно стабильный изотоп K40

Радиоактивный изотоп калия 40K распадается либо за счет захвата электрона, либо за счет испускания позитрона. При этом образуется изотоп аргона 40Ar. Большой период полураспада 40K (1,248*109 лет) объясняется спин-запрещенным переходом этого изотопа в другой стабильный элемент.

В любом калийсодержащем минерале этот радиоактивный изотоп находится в достаточных количествах для демонстрации в школьных экспериментах явления радиоактивности. У людей и животных этот изотоп является главным источником их радиоактивности. Так, у человека весом 70 кг в организме находится около 4400 ядер 40K, которые распадаются каждую секунду.

Радиоактивный распад 40K на 40Ar используется в качестве одного из самых надежных методов определения возраста горных пород. Суть метода калия-аргона заключается в том, что при преобразовании гор в них не содержался аргон. В процессе времени атомы 40K распадались с образованием аргона, который задерживался в толще горных пород. Определение количества этого благородного газа, а также процентное содержание изотопов калия дает информацию о геологическом возрасте пород.

Другие радиоактивные изотопы

За исключением отмеченного изотопа 40K, все остальные изотопы этого химического элемента имеют периоды полураспада меньше 1 дня, большая же часть изотопов распадается быстрее, чем проходит минута. Почему изотопы калия, имеющие массы отличные от 39-41 АЕМ, распадаются так быстро? Дело в том, что в ядре атома калия содержится 19 протонов, а законы стабильности атомного ядра говорят, что количество нейтронов должно быть приблизительно такое же, чтобы атом мог существовать большое количество времени, не испытывая радиоактивный распад. Иными словами, чем ближе число нейтронов в ядре калия к 19, тем стабильнее будет такой изотоп.

Например, изотопы 42K и 43K (число нейтронов 23 и 24) имеют периоды полураспада 12,3 часа и 22,3 часа, соответственно. В то же время изотопы 33K и 34K (число нейтронов 14 и 15) распадаются за несколько наносекунд.

фактов о калии | Живая наука

Кабум! Чистый калий - металл с высокой реакционной способностью. Под воздействием воды он взрывается фиолетовым пламенем, поэтому в целях безопасности его обычно хранят под минеральным маслом.

По данным Национальной лаборатории линейных ускорителей Джефферсона, из-за своей реакционной способности калий в природе не является свободным. Однако минералы и соединения, содержащие калий, распространены: это седьмой по распространенности элемент в земной коре.

Природные соли калия, такие как селитра и калий, использовались веками, но никто не выделял калий до 1807 года, когда корнуоллский химик Хамфри Дэви решил пропустить электрический ток через влажный калий (карбонат калия).Ток разорвал связи, удерживающие соединение вместе. По данным Фонда химического наследия, позже Дэви повторил этот трюк, чтобы обнаружить натрий.

По данным Королевского химического общества, именно Дэви первым заметил наблюдаемую здесь взрывную пурпурную реакцию калия на воду. Возгорание происходит из-за того, что комбинация калия и воды создает гидроксид калия (КОН) и водород, а также выделяет тепло. Тепло воспламеняет водород, и весь шебанг взрывается.

Только факты

По данным Национальной лаборатории линейных ускорителей Джефферсона, свойства серебра следующие:

  • Атомный номер (количество протонов в ядре): 19
  • Атомный символ (в Периодической таблице элементов): K (от латинского слова «щелочь», kalium .)
  • Атомный вес (средняя масса атома): 39,0983
  • Плотность: 0,89 грамма на кубический сантиметр
  • Фаза при комнатной температуре: твердое вещество
  • Точка плавления: 146 ,08 градусов по Фаренгейту (63,38 градусов по Цельсию)
  • Точка кипения: 1398 градусов по Фаренгейту (1032 градусов по Цельсию)
  • Количество изотопов (атомов одного и того же элемента с разным количеством нейтронов): 29; 3 встречающихся в природе
  • Наиболее распространенные изотопы: K-39 (естественное изобилие 93,3%), K-40 (естественное изобилие 0,0117%), K-41 (естественное изобилие 6,73%)

Обычные, а иногда и смертельные

Около 2,4 По данным Королевского химического общества, процент массы земной коры составляет калий, включая миллиарды тонн хлорида калия.Неудивительно, что люди использовали этот ресурс. Селитра (нитрат калия) использовалась для консервирования продуктов в средние века и является частью пороха, изобретенного в Китае IX века. Квасцы калия (KAI (SO 4 ) 2 ) могут обнаруживаться в вашем дезодоранте (он подавляет рост бактерий) или при производстве текстиля и кожи. Калий, общий термин для любой соли, содержащей водорастворимый калий, является основным ингредиентом удобрений.

Слово «поташ» происходит от слова «зола» и восходит к первоначальному методу производства этих солей.Растения богаты калием, поэтому люди собирают древесную золу и высасывают соли калия для использования в удобрениях. По данным RSC, в настоящее время добывается калий, ежегодно с Земли извлекается 35 миллионов метрических тонн.

Калий также является необходимым для жизни питательным веществом; как электролит он проводит электрические сигналы в организме; Наряду с натрием он имеет решающее значение для правильного сокращения мышц. Лекарство хлорид калия обычно используется для лечения дефицита калия, но доза создает яд: хлорид калия также используется в смертельных инъекциях.В достаточно больших количествах лекарство останавливает сердце, нарушая электрические сигналы, которые заставляют мышцы сокращаться и расслабляться, согласно отчету о болезни 2012 года в журнале «Отчеты о случаях неотложной медицины».

(Изображение предоставлено Грегом Робсоном / Creative Commons, Андрей Маринкас Shutterstock)

Кто знал?

  • Низкий уровень калия в организме называется гипокалиемией. По данным Медицинского центра Университета Мэриленда, симптомы включают мышечные судороги, слабость и нерегулярное сердцебиение.Высокий уровень калия, называемый гиперкалиемией, вызывает аналогичные симптомы.
  • Однако уровень калия может быть низким и без этих крайних симптомов. Исследование 2008 года, опубликованное в журнале Hypertension, показало, что некоторые лекарства от артериального давления могут приводить к снижению уровня калия, что, в свою очередь, повышает риск диабета 2 типа.
  • Звучит весело: по словам лаборанта Хамфри Дэви, ученый с ликованием отреагировал, когда обнаружил свой новый элемент. «Мне сказал мистер Эдмунд Дэви, его родственник и помощник ... когда он увидел, как мельчайшие шарики калия прорвались сквозь корку поташа и загорелись при входе в атмосферу [Хамфри Дэви] не смог сдержать своей радости - он действительно танцевал по комнате в экстатическом восторге », - писал Джон Дэви в своих« Воспоминаниях о жизни сэра Хэмфри Дэви »."

Текущее исследование

Калий, наряду со своим партнером в преступлении, натрием, имеет решающее значение для поддержания артериального давления, помимо других видов деятельности в организме. В связи с этим Министерство сельского хозяйства США рекомендует взрослым потреблять 4,7 грамма калия. в день, в то время как Всемирная организация здравоохранения призывает к несколько меньшему потреблению - 3,5 грамма.

Калий не привлекает столько внимания в популярной прессе, как натрий, но он чрезвычайно важен, - сказала Сильвия Вассертхейл-Смоллер, почетный профессор эпидемиологии в Медицинском колледже Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке.В сентябре 2014 года Вассертхайль-Смоллер и ее коллеги обнаружили, что диета с высоким содержанием калия связана с меньшим количеством инсультов у женщин в постменопаузе. В целом, женщины, которые потребляли больше всего калия в своем рационе, имели на 12 процентов меньше шансов получить инсульт в течение 11-летнего периода исследования.

Примечательно, что, как сказал Вассертхайль-Смоллер Live Science, защитный эффект калия «выходит за рамки артериального давления». Исследователи сообщили в журнале Stroke, что женщины, у которых не было высокого кровяного давления, получили большую пользу для здоровья от калия, чем женщины с высоким кровяным давлением.Среди женщин с нормальным артериальным давлением вероятность инсульта у тех, кто ел больше всего калия, на 21 процент ниже, чем у тех, кто ел меньше всего.

«Калий участвует в здоровье клеток и кровеносных сосудов», - сказал Вассертхайль-Смоллер. «Мы не совсем уверены в механизме, но есть что-то в потреблении калия, которое снижает риск инсульта».

По словам Вассертхайль-Смоллер, калий содержится во многих продуктах, в первую очередь в бананах. Он также содержится в картофеле, листовой зелени, лососе, абрикосах, кабачках, томатной пасте и молоке.Но есть вероятность, что вы не достигнете рекомендуемой нормы потребления этого питательного вещества.

Исследование, опубликованное в журнале BMJ Open в 2015 году, показало, что только около 20 процентов американцев достигают целей ВОЗ по потреблению калия. В других странах дела шли не намного лучше: только около 5 процентов мексиканцев, 23 процента жителей Франции и 8 процентов британцев смогли съесть достаточное количество калия.

Данные подтверждают, что люди не получают достаточного количества калия для оптимального здоровья, сказал исследователь Адам Древновски, эпидемиолог Вашингтонского университета.С другой стороны, низкий уровень соблюдения рекомендаций предполагает, что поставленные цели недостижимы, - говорится в заявлении Древновски.

«Шансы на то, что большинство населения достигнет этих целей, близки к нулю», - сказал он.

Аналогичным образом, среди пожилых женщин, участвовавших в исследовании Вассертхайль-Смоллер, только 2,8 процента выполнили цели Министерства сельского хозяйства США по калию и только 16,6 процента достигли целей ВОЗ.

Частично проблема, по словам Древновски, заключается в том, что натрий и калий входят в состав многих продуктов, поэтому попытки сократить потребление натрия часто также сокращают калий - только примерно на 0.3 процентам американцев удалось выполнить рекомендации ВОЗ по содержанию натрия и калия. (Ученые в настоящее время спорят о том, насколько потребление натрия влияет на артериальное давление и здоровье сердца, или же соотношение натрия и калия важнее).

Должностные лица общественного здравоохранения должны работать, чтобы рассказать о калии, сказал Вассертхайль-Смоллер. По ее словам, диета с высоким содержанием необработанных продуктов, фруктов и овощей обычно является диетой с высоким содержанием калия.

«Главное - обратить внимание на продукты, богатые калием, и есть их», - сказала она.

Следите за Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Дополнительные ресурсы

.

Изотопы калия

Калий ( K ) имеет 24 известных изотопа. В природе встречаются три изотопа: 39 K (93,3%), 40 K (0,012%) и 41 K (6,7%). Стандартная атомная масса 39,0983 (1) ед. Естественный 40 K распадается до стабильного 40 Ar (11,2%) за счет захвата электронов и эмиссии позитронов и распадается до стабильного 40 Ca (88,8%) за счет бета-распада; 40 K имеет период полураспада 1,250 & times; 10 9 лет.Распад от 40 K до 40 Ar позволяет использовать широко используемый метод датирования горных пород. Традиционный метод датирования K-Ar зависит от предположения, что породы не содержат аргона во время образования и что весь последующий радиогенный аргон (т.е. 40 Ar) количественно сохраняется. Минералы датируются путем измерения концентрации калия и количества радиогенного 40 Ar, которое накопилось. Минералы, которые лучше всего подходят для датирования, включают биотит, мусковит, плутоническую / высокосортную метаморфическую роговую обманку и вулканический полевой шпат; целые образцы горных пород из вулканических потоков и неглубоких инструзивов также могут быть датированы, если они не изменились.

Помимо датирования, изотопы калия широко использовались в качестве индикаторов при изучении выветривания. Они также использовались для изучения круговорота питательных веществ, потому что калий является макроэлементом, необходимым для жизни.

40 K содержится в природном калии (и, следовательно, в некоторых коммерческих заменителях соли) в количестве, достаточном для того, чтобы большие пакеты этих заменителей можно было использовать в качестве радиоактивного источника для демонстраций в классе. У здоровых животных и людей 40 K представляет собой самый большой источник радиоактивности, даже превышающий 14 C.В теле человека массой 70 кг за секунду распадается около 4 400 ядер 40 К. [ http://www.fas.harvard.edu/~scdiroff/lds/QuantumRelativity/RadioactiveHumanBody/RadioactiveHumanBody.html ]

Таблица

Примечания

* Значения, отмеченные #, не являются чисто производными из экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично из систематических тенденций. Спины со слабыми аргументами присваивания заключаются в скобки.
* Погрешности даны в краткой форме в скобках после соответствующих последних цифр.Значения неопределенности обозначают одно стандартное отклонение, за исключением изотопного состава и стандартной атомной массы из ИЮПАК, которые используют расширенные неопределенности.

Ссылки

* Изотопные массы из [ http://www.nndc.bnl.gov/amdc/index.html Ame2003 Atomic Mass Evaluation ] Дж. Ауди, А. Х. Вапстра, К. Тибо, Дж. Блахот и О. Берсиллон в "Ядерной физике" A729 (2003).
* Изотопный состав и стандартные атомные массы из [ http: // www.iupac.org/publications/pac/2003/7506/7506x0683.html Атомный вес элементов. Review 2000 (Технический отчет IUPAC) ]. "Pure Appl. Chem." Том 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) и [ http://www.iupac.org/news/archives/2005/atomic-weights_revised05.html Пересмотренные атомные веса (2005) ].
* Данные о периоде полураспада, спине и изомерах выбраны из этих источников. Редактирование заметок на странице обсуждения этой статьи.
** Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. [ http: // amdc.in2p3.fr/web/nubase_en.html Оценка ядерных свойств и свойств распада Nubase2003 ], Nuc. Phys. А 729, стр. 3-128 (2003).
** Национальный центр ядерных данных, Брукхейвенская национальная лаборатория. Информация извлечена из [ http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ базы данных NuDat 2.1 ] (получено в сентябре 2005 г.).
** Дэвид Р. Лид (редактор), Норман Э. Холден в "Справочнике CRC по химии и физике, 85-е издание", онлайн-версия. CRC Press. Бока-Ратон, Флорида (2005 г.).Раздел 11, Таблица изотопов.

Фонд Викимедиа. 2010.

.

Элемент имеет три встречающихся в природе изотопа со следующими массами и содержаниями. Как рассчитать атомную массу этого элемента? Какова идентичность элемента?

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

8 интересных фактов о калии

Калий может быть элементом, который является легким металлом, но он также является ключевым компонентом питания человека. Он образует ряд чрезвычайно важных соединений, и он присутствует в таблице Менделеева. Фактически, это номер элемента 19.

1. Привет. Я щелочь.

Калий - это щелочной металл, а значит, он настолько мягкий, что его можно разрезать ножом. Когда он находится в металлической форме, он также быстро тускнеет из-за окисления, потому что он сильно реагирует на влагу в воздухе.Из-за этого вы найдете этот металл только в солях в природе.

2. Он хранится в топливе

Поскольку калий в чистом виде так быстро вступает в реакцию с воздухом, его нужно хранить в чем-то, чтобы сохранить его. Большую часть времени его хранят в масле, но также часто хранят в керосине. Он настолько проводящий в воздухе, что может фактически загореться при высокой влажности.

3. Никто не ест

Рекомендуемое количество калия, которое люди должны есть каждый день, - 4700 мг.Это означает, что среднестатистическому человеку потребуется 11 бананов в день, чтобы получить рекомендуемое количество. Для небольшого разнообразия попробуйте картофель. В нем в два раза больше калия, чем в банане.

4. Есть электролиты

Хотя в природе калий содержится в солях, на самом деле это электролит. Это означает, что он может противостоять диете с высоким содержанием натрия. Электролиты помогают в развитии мышц тела, общей умственной активности человека и даже в количестве энергии, которое он может хранить в течение дня.

5. Это во всем

Поскольку калий составляет более 2% коры Земли, его можно найти практически во всем. Он необходим практически для всех растений и животных, а это значит, что во всех ваших продуктах содержится немного калия.

6. Ноги судороги

Одним из наиболее частых побочных эффектов недостаточного содержания калия в диете являются мышечные судороги. В частности, начнут сокращаться ноги. При длительном дефиците этого необходимого минерала также могут развиваться постоянные подергивания мышц.Когда это происходит, на восстановление естественных процессов организма может уйти до месяца.

7. Это радиоактивный

На самом деле существует 17 известных изотопов калия. Обычный калий, который потребляет большинство людей, имеет всего 3 изотопа. Известно, что у одного из этих изотопов период полураспада радиоактивности составляет буквально миллионы лет. Несмотря на это, он вам все равно нужен. Иди разбери.

8. Вы можете получить это из металла

Хотя мы получаем калий из солей, в природе он встречается в больших количествах в металлических сплавах.Проблема в том, что у нас нет современной технологии извлечения сплава. Это означает, что запасы калия ограничены из-за ограниченного количества солей и пищевых продуктов, которые производятся каждый год. Поделиться - это забота.

,

Смотрите также