Строение иона калия


Строение атома калия (K), схема и примеры

Общие сведения о строении атома калия

Относится к элементам s — семейства. Металл. Элементы-металлы, входящие в эту группу, носят общее название щелочных. Обозначение – K. Порядковый номер – 19. Относительная атомная масса – 39,102  а.е.м.

Электронное строение атома калия

Атом калия состоит из положительно заряженного ядра (+19), внутри которого есть 19 протонов и 20 нейтронов, а вокруг, по 4-м орбитам движутся 19 электронов.

Рис.1. Схематическое строение атома калия.

Распределение электронов по орбиталям выглядит следующим образом:

1s22s22p63s23p64s1.

Внешний энергетический уровень атома калия содержит 1 электрон, который является валентным. Степень окисления калия равна +1. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

Возбужденного состояния, несмотря на наличие вакантных 3p— и 3d-орбиталей нет.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Ион калия - Wikipédia

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

L ', ион калия , по формуле K + , является результатом катиона, полученным из электрона по отношению к атому калия, таким образом, чтобы он оставался неизменным в электронном виде, плюс стабильный [1] , de même structure que celui de l'argon (le gaz Red Précédant immédiatement le Kalium dans le tableau de Mendeleïev): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 .

Ассоциация анионов, содержащих Cl - или OH - , ионная форма калия ионных твердых веществ, аналогичных хлору калия KCl или гидроксиду калия KOH (калий), в структуре дескрипторов и других альтернативных регуляторах l'anion. В водном растворе лев калий и анионы не освобождают.

L'ion K + является координатором роста (~ 140 мкм) и не вызывает затруднений в водном растворе. Цепендант, перхлорат калия KClO 4 является растворимым в воде (7 г / л при 0 ° C , 20 г / л при 25 ° C ).Il forme des complex avec les éthers Couronnes, ce qui permet de solubiliser, определенных de ses sels en solution organique.

Dans le monde vivant, обмен ионами натрия и калия через мембрану, являющуюся электрофизиологическим фактором (приток нервов, сокращение мускулов, и т. Д. ).

  1. Перейти ↑ En réalité, il faut fournir de l'énergie pour extraire un électron de l'atome Neutre K (энергия ионизации). Mais il en faut moins que n'en libère la education d'un anion, si bien que la réaction d'ionisation K + Cl → K + + Cl - , например, является экзотермическим.
.

Научно-исследовательское сотрудничество приносит новые концепции калий-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 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 исследованиях металло-ионных батарей помимо литиевых, таких как натриевые и калиевые.«

Благодаря большему распространению 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 в сотрудничестве с Национальной лабораторией Окриджа Министерства энергетики США и Национальным университетом Ченг Кунг на Тайване были опубликованы три исследовательские работы по работе с калий-ионными батареями.

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

Три статьи были опубликованы в 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 изучили аккумуляторы, выдерживающие до 1900 циклов заряда-разряда, что довольно примечательно».

Углеродные нановолокна были созданы с помощью процесса, называемого электроспиннингом, при котором 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 от емкости, достигаемой после 10 часов обычной зарядки литий-ионных аккумуляторов.

«Обычно вы получаете очень ограниченную емкость всего через шесть минут, потому что этого 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, что может снизить вес батареи.

Нановолокна были «функционализированы кислородом», что означает, что молекулы кислорода прикреплены к их поверхности, уменьшая дальнейшую коррозию от 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 сообщают о результатах работы пластинчатых электродных структур, сделанных из MXene, называемого карбонитридом титана.

«Обычно керамика не электрохимически активна, но MXenes потому, что у вас структура, подобная кирпичу, 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 аккумуляторов 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, посредством процесса химической обработки, за которым следовала процедура, называемая пиролизом.Статья доступна по адресу DOI: 10.1149 / 2.1391706jes.

«Переработка отработанной резины имеет решающее значение, поскольку выброшенные 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 углеродные слои расположены беспорядочно, и такое неупорядоченное расположение способствует внедрению 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 аннотациях.


В новых материалах электродов 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 калий-ионных аккумуляторов (2017, 21 июня) получено 25 августа 2020 с https: // физ.org / news / 2017-06-Collaboration-Concept-Potassium-ion -atteries.html

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

.

RCSB PDB - 1K4C: Комплекс KcsA-Fab с калиевым каналом с высокой концентрацией K +

Белки-переносчики ионов должны удалять гидратную оболочку иона, чтобы селективно координировать ион в зависимости от его размера и заряда. Чтобы узнать, как канал K + решает этот фундаментальный аспект ионной проводимости, мы решили, что структура KcsA K + ...

Ионно-транспортные белки должны удалять гидратную оболочку иона для избирательной координации иона в зависимости от его размера и заряда. Чтобы узнать, как K + канал решает этот фундаментальный аспект ионной проводимости, мы решили структуру KcsA K + канала в комплексе с фрагментом моноклонального Fab-антитела в позиции 2.0 А разрешение. Здесь мы показываем, как канал K + перемещает молекулы воды вокруг иона на его внеклеточном входе, и как он удерживает ион K + в квадратной антипризме молекул воды в полости возле его внутриклеточного входа. Карбонильные атомы кислорода в фильтре селективности образуют очень похожую квадратную антипризму вокруг каждого сайта связывания K +, как бы имитируя гидратационные воды. Фильтр селективности изменяет свою структуру координации ионов в растворах с низким содержанием K +. Это структурное изменение имеет решающее значение для работы фильтра селективности в клеточном контексте, где концентрация ионов K + рядом с фильтром селективности изменяется в ответ на стробирование канала.


Организационная принадлежность : & nbsp

Департамент молекулярной биофизики и биохимии, Йельский университет, 260 Whitney Avenue, New Haven, Connecticut 06520, USA.


Скрыть аннотацию полностью.

Смотрите также