Где используется калий



K 19
39,0983
4s1
Калий

Калий — элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий (CAS-номер: 7440-09-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. Он очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются. История и происхождение названия калий


Калий (точнее, его соединения) использовался с давних времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K2SO4, соду и хлорид калия KCl.

В 1807 году английский химик Дэви электролизом твёрдого едкого кали (KOH) выделил калий и назвал его «потассий» (лат. potassium; это название до сих пор употребительно в английском, французском, испанском, португальском и польском языках). В 1809 году Л. В. Гильберт предложил название «калий» (лат. kalium, от араб. аль-кали — поташ). Это название вошло в немецкий язык, оттуда в большинство языков Северной и Восточной Европы (в том числе русский) и «победило» при выборе символа для этого элемента — K.

Присутствие в природе калия

В свободном состоянии не встречается. Калий входит в состав сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl2·6H2O, каинита KCl·MgSO4·6H2O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K2CO3 (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль).

Калий — получение калия


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 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:
K+ + e → K
2Cl − 2e → Cl2

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:
4OH − 4e → 2H2O + O2

Вода из расплава быстро испаряется. 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 калия

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

Химические свойства калия


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 KO2 (или K2O4). 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.

Калий хранят под слоем керосина.

Оксиды калия и пероксиды калия

При взаимодействии калия с кислородом воздуха образуется не оксид, а пероксид и супероксид:

mathrm{2 K + 2  O_2 longrightarrow K_2O_4}

Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:


mathrm{K_2O_4 + 6 K longrightarrow 4  K_2O}

Оксиды калия обладают ярко выраженными основными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

mathrm{2 K_2O_4 + 2 CO_2 longrightarrow 2  K_2CO_3 + 3 O_2 uparrow}

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO2 выделяется один объём O2), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO2 выделяется три объёма O2) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na2O2:K2O4 = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO2 выделяется четыре объёма O2).


Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

Гидроксиды калия

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого калия при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

Применение калия

  • 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. Сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % обладает рекордно низкой температурой плавления −78 °C.
  • Соединения калия — важнейший биогенный элемент и потому применяются в качестве удобрений.
  • 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.

Важные соединения

  • Бромид калия — применяется в медицине и как успокаивающее средство для нервной системы.
  • Гидроксид калия (едкое кали) — применяется в щелочных аккумуляторах и при сушке газов.
  • Карбонат калия (поташ) — используется как удобрение, при варке стекла.
  • Хлорид калия (сильвин, «калийная соль») — используется как удобрение.
  • Нитрат калия (калийная селитра) — удобрение, компонент чёрного пороха.
  • Перхлорат и хлорат калия (бертолетова соль) используются в производстве спичек, ракетных порохов, осветительных зарядов, взрывчатых веществ, в гальванотехнике.
  • Дихромат калия (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.
  • Перманганат калия — сильный окислитель, используется как антисептическое средство в медицине и для лабораторного получения кислорода.
  • Тартрат натрия-калия (сегнетова соль) в качестве пьезоэлектрика.
  • Дигидрофосфат и дидейтерофосфат калия в виде монокристаллов в лазерной технике.
  • Пероксид калия и супероксид калия используются для регенерации воздуха на подводных лодках и в изолирующих противогазах (поглощает углекислый газ с выделением кислорода).

  • Фтороборат калия — важный флюс для пайки сталей и цветных металлов.
  • Цианид калия применяется в гальванотехнике (серебрение, золочение), при добыче золота и при нитроцементации стали.
  • Калий совместно с перекисью калия применяется при термохимическом разложении воды на водород и кислород (калиевый цикл «Газ де Франс», Франция).

Биологическая роль

Природный калий состоит из трёх изотопов. Два из них стабильны: 39K (изотопная распространённость 93,258 %) и 41K (6,730 %). Третий изотоп 40K (0,0117 %) является бета-активным с периодом полураспада 1,251×109 лет. В каждом грамме природного калия в секунду распадается в среднем 32 ядра 40K, благодаря чему, например, в организме человека весом 70 кг ежесекундно происходит около 4000 радиоактивных распадов. 40K считается одним из основных источников геотермальной энергии, выделяемой в недрах Земли (мощность оценивается в 44 ТВт). В минералах, содержащих калий, постепенно накапливается 40Ar, один из продуктов распада калия-40, что позволяет измерять возраст горных пород; калий-аргоновый метод является одним из основных методов ядерной геохронологии.

Источник: himsnab-spb.ru


калий логоКалий (лат. – Kalium, K) содержится в организме в относительно большом количестве. Поэтому его относят к жизненно важным макроэлементам. Он 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, К2СО3. Данное вещество называли древесной или растительной щелочью, т.к. получали из золы, образующейся при сжигании древесины, богатой макроэлементом.

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, Na2СО3.

В чистом виде он 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 свойстваКалий – представитель I группы IV периода таблицы элементов Менделеева, где он значится под № 19. Атомная масса К – 39. На его внешней орбите вращается один неспаренный электрон. Поэтому он 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 представляет собой серебристо белый легкий и легкоплавкий металл. Он легче воды – его плотность составляет 0,856 г/см3. Уже при температуре 63,550С калий плавится, а закипает при температуре 7600С. Это не только легкий, но и мягкий металл – его даже можно резать ножом. Правда, в чистом виде в природе он не встречается.

В его атомах внешний неспаренный электрон относительно удален от атомного ядра, и с легкостью переходит к атомам других веществ. Отсюда и более высокая химическая активность его в сравнении с другими щелочными металлами, литием и натрием. Макроэлемент быстро окисляется на воздухе. При взаимодействии с атмосферным кислородом образуется окись, К2О, перекись, К2О2, и надперекись, КО2.


калий в банкеЧтобы уберечь чистый К от окисления, его хранят под слоем масла или керосина, жидкостей, не пропускающих кислород. При взаимодействии с водой образуется едкое кали, КОН, очень сильная щелочь.

Он 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 он поступает в организм животных и человека.

Физиологическое действие

Он наряду с кальцием, фосфором, натрием, хлором является для нас основным жизненно важным макроэлементом. В зависимости от пола и возраста в наших тканях его содержится от 150 до 250 г., 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 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.

калийЗначение 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.
  • Он 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 сбоит, 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 макроэлемента позитивно отражаются на функции систем органов.

  • Сердечно-сосудистая система

Его 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, он регулирует тонус кровеносных сосудов и нормализует артериальное давление (АД). Благодаря ему 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 он участвует в образовании ацетилхолина, нейромедиатора, обеспечивающего передачу импульсов через синапсы, контакты между телами нейронов и их отростками (аксонами).калий и нервная система

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 его действием улучшается циркуляция крови по церебральным (мозговым) сосудам, Этот макроэлемент снижает вероятность мозговой ишемии и инсульта.

  • Опорно-двигательный аппарат

Благодаря ему и ацетилхолину осуществляется передача импульсов с нервных волокон на мышцы. Кроме того, он 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 он способствует отложению в костной ткани другого макроэлемента, кальция.

  • Пищеварительная система

Запускает перистальтику (волнообразные сокращения гладкой мускулатуры) ЖКТ. Кроме того, он регулирует выделение желудочного сока, сока 12-перстной кишки и поджелудочной железы, Также он расслабляет сфинктеры (мышечные клапаны) желчного пузыря и желчевыводящий путей, и способствует отхождению желчи.

А еще препятствует образованию камней в желчном пузыре и в желчевыводящих путях.

  • Мочевыделительная система

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, минерал предупреждает камнеобразование в мочевыводящих путях.

Среди других эффектов – нормализация массы тела. Установлено, что этот макроэлемент способствует утилизации глюкозы, и предотвращает развитие сахарного диабета и ожирения. Кроме того, он 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.

Категория Суточная потребность
Дети до 2 лет 400-600
Дети 3-5 лет 3000
Дети 6-8 лет 3800
Дети 9-13 лет 4500
Мальчики-подростки 4600
Девочки-подростки 4600
Взрослые мужчины 4700
Взрослые женщины 4700
Беременные, кормящие До 5100

Потребность в настоящем макроэлементе 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 K 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 он 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 макроэлемента 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 его дефицит 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 его дефициту 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 макроэлемента теряется с потом. К тому же физические нагрузки тоже активируют РААС.

Его нехватка может развиваться из-за его усиленной потери через ЖКТ и почки. При некоторых заболеваниях ЖКТ и отравлениях он теряется с рвотой и поносом. Отравления и другие состояния, сопровождающиеся обезвоживанием, тоже приводят к его потере.

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 K 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 его 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 его в кишечнике.

Недостаток характеризуется гипокалиемией, снижением его количества в плазме крови. Хотя он является внутриклеточным элементом. Поэтому его уровень в плазме крови не всегда отображает истинное содержание в организме. При некоторых состояниях макроэлемент сосредотачивается внутри клеток.

И тогда в плазме его мало. Однако при снижении общего количества макроэлемента в организме всегда будет отмечаться гипокалиемия.

Норма калия в плазме 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 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 его дефицит 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 Cs137.

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.

Продукты содержащие калий

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

продукты содержащие калийСодержание 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

K хорошо сохраняется в продуктах при их длительном хранении. Вместе с тем, при контакте пищи с водой он быстро переходит в нее. Поэтому желательно получать его 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

K 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.

Панангин содержит калий Аспаркам Фармак

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

Другое комбинированное средство – Калия оротат, калиевая соль Оротовой кислоты или вит. В13. 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 K 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 он является внутриклеточным макроэлементом, его содержание в плазме всего 1%. Некоторая его часть сосредоточена в лимфе, в кишечном секрете, и в других внеклеточных средах. Но и здесь его количество невелико. Основная часть, около 90%, находится внутри клеток.

Больше всего внутриклеточного содержится в тканях с максимальной функциональной нагрузкой. Это мозг, миокард, кости и скелетные мышцы.метаболизм калия

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 элемента из клеток.

При сдвиге обмена веществ в щелочную сторону (метаболический алкалоз, увеличение рН) наоборот, макроэлемент направляется внутрь клеток, и его концентрация в плазме крови снижается.

Инсулин активирует натрий-калиевую АТФ-азу, в результате чего он «прячется» внутрь клеток. При физических нагрузках наоборот, происходит его выход во внеклеточное пространство. Повышение его количества 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 K. Стимуляция альфа-адренергических рецепторов сопровождается его выходом из клеток, а бета-адренергических – его внутриклеточным перемещением.

В свою очередь, он 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 его уровня усиливается выделение ионов водорода с мочой.

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

Взаимодействие с другими веществами и препаратами

Он способствует усваиванию магния, но в некоторой степени выводит натрий. В свою очередь, натрий усиливает его выведение почками. Поэтому прием поваренной соли способствует его потере. 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.

Он хорошо сочетается со многими витаминами, в т.ч. с вит. В6 (Пиридоксином) и вит. В13, (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 его в организме необходимы два условия: поступление его извне в больших количествах, или замедление выведения из организма. Он поступает к нам в составе пищевых продуктов и лекарств. Правда, богатая этим макроэлементом 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 его выделение, и он накапливается в организме.

Кроме того, выделение 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.

Его избыток в организме проявляется повышением количества калия в плазме крови, гиперкалиемией. Норма содержания 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 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 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.

Последнее изменение:
Дата написания:

Источник: farmamir.ru

Распространение калия в природе и его промышленное извлечение.

Содержание калия в земной коре составляет 1,84%. Он – следующий по распространенности элемент после натрия. В литосфере калий находится, главным образом, в виде алюмосиликатов, например, полевого шпата ортоклаза K2O·Al2O3·6SiO2, на долю которого приходится почти 18% массы земной коры.

Большие отложения солей калия в сравнительно чистом виде образовались в результате испарения древних морей. Наиболее важными минералами калия для химической промышленности являются сильвин (KCl) и сильвинит (смешанная соль NaCl и KCl). Калий встречается также в виде двойного хлорида KCl·MgCl2·6H2O (карналлит) и сульфата K2Mg2(SO4)3 (лангбейнит). Массивные слои солей калия были впервые обнаружены в Стассфурте (Германия) в 1856. Из них с 1861 по 1972 в промышленных масштабах добывали поташ.

Океанская вода содержит около 0,06% хлорида калия. В некоторых внутренних водоемах, таких как озеро Солт-Лейк или Мертвое море, его концентрация может достигать 1,5%, что делает экономически целесообразной добычу элемента. В Иордании построен огромный завод, способный добывать миллионы тонн солей калия из Мертвого моря.

Хотя натрий и калий почти одинаково распространены в горных породах, в океане калия примерно в 30 раз меньше, чем натрия. Это связано, в частности, с тем, что соли калия, содержащие больший катион, менее растворимы, чем соли натрия, и калий более прочно связывается в комплексных силикатах и алюмосиликатах в почве за счет ионного обмен в глинах. Кроме того, калий, который выщелачивается из горных пород, в большей степени поглощается растениями. 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 Александр Евгеньевич Ферсман (1883–1945).

Калий является важным элементом жизни растений, и развитие диких растений часто ограничивается доступностью калия. При недостатке калия растения медленнее растут, их листья, особенно старые, желтеют и буреют по краям, стебель становится тонким и непрочным, а семена теряют всхожесть. Плоды такого растения – это особенно заметно на фруктах – будут менее сладкими, чем у растений, получивших нормальную дозу калия. Недостаток калия возмещают удобрениями.

Калийные удобрения являются основным видом калиесодержащей продукции (95%). Больше всего используется KCl, на его долю приходится более 90% калия, используемого в качестве удобрений.

Мировое производство калийных удобрений в 2003 оценено в 27,8 млн т (в пересчете на K2O, содержание калия в калийных удобрениях принято пересчитывать на K2O). Из них 33% было произведено в Канаде. По 13% мирового производства калийных удобрений приходится на производственные объединения «Уралкалий» и «Беларуськалий».

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического калия.

Калий – мягкий серебристо-белый металл с температурой плавления 63,51° С и температурой кипения 761° С. Придает пламени характерную красно-фиолетовую окраску, что связано с легкостью возбуждения его внешних электронов.

Химически очень активен, легко взаимодействует с кислородом, при нагревании на воздухе загорается. Основным продуктом этой реакции является надпероксид калия KO2.

С водой и разбавленными кислотами калий взаимодействует со взрывом и воспламенением. Серную кислоту восстанавливает до сероводорода, серы и диоксида серы, а азотную – до оксидов азота и N2.

При нагревании до 200–350° С калий реагирует с водородом с образованием гидрида KH. Металлический калий воспламеняется в атмосфере фтора, слабо взаимодействует с жидким хлором, но взрывается при соприкосновении с бромом и растирании с иодом. Калий реагирует с халькогенами и фосфором. С графитом при 250–500° С он образует слоистые соединения состава C8K–C60K.

Калий растворяется в жидком аммиаке (35,9 г в 100 мл при –70° С) с образованием ярко-голубых метастабильных растворов с необычными свойствами. Впервые это явление наблюдал, по-видимому, сэр Гемфри Дэви в 1808. Растворы калия в жидком аммиаке широко изучались с того момента, как они были получены Т.Вейлем в 1863.

Калий не растворяется в жидких литии, магнии, кадмии, цинке, алюминии и галлии и не реагирует с ними. С натрием образует интерметаллическое соединение KNa2, которое плавится с разложением при 7° С. С рубидием и цезием калий дает твердые растворы с минимальными температурами плавления около 35° С. С ртутью он образует амальгаму, содержащую два меркурида KHg2 и KHg с температурами плавления 270 и 180° С, соответственно.

Калий энергично взаимодействует со многими оксидами, восстанавливая их до простых веществ. Со спиртами он образует алкоголяты.

В отличие от натрия, калий не удается получать электролизом расплава хлорида, так как калий очень хорошо растворяется в расплавленном хлориде и не всплывает на поверхность. Дополнительную трудность создает образование надпероксида, который реагирует с металлическим калием с взрывом, поэтому способ промышленного производства металлического калия заключается в восстановлении расплавленного хлорида калия металлическим натрием при 850° С.

Восстановление хлорида калия натрием, на первый взгляд, противоречит обычному порядку реакционной способности (калий более реакционноспособен, чем натрий). Однако, при 850–880° С устанавливается равновесие:

Na(г) + K+(ж) Где используется калий Na+(ж) + K(г)

Так как калий более летуч, он испаряется раньше, это смещает равновесие и способствует протеканию реакции. Фракционной перегонкой в насадочной колонне можно получить калий 99,5%-ной чистоты, но обычно для перевозки используют смесь калия с натрием. Сплавы, содержащие 15–55% натрия, являются (при комнатной температуре) жидкими, поэтому их легче транспортировать.

Иногда калий восстанавливают из хлорида другими элементами, образующими устойчивые оксиды:

6KCl + 2Al + 4CaO = 3CaCl2 + CaO·Al2O3 + 6K

Металлический калий, производство которого является более трудным и дорогим, чем производство натрия, вырабатывается в гораздо меньших количествах (мировое производство составляет около 500 т в год). Одна из важнейших областей применения – получение надпероксида KO2 прямым сжиганием металла.

Металлический калий используют как катализатор в производстве некоторых видов синтетического каучука, а также в лабораторной практике. Сплав калия с натрием служит теплоносителем в атомных реакторах. Он же является восстановителем в производстве титана.

Калий вызывает сильные ожоги кожи. При попадании даже мельчайших его крошек в глаза возможна потеря зрения. Загоревшийся калий заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и хлорида натрия.

Хранят калий в герметически закрытых коробках под слоем обезвоженного керосина или минерального масла. Отходы калия утилизируют обработкой их сухим этанолом или пропанолом с последующим разложением образовавшихся алкоголятов водой.

Источник: www.krugosvet.ru

Как был открыт Калий

Хэмфри Дэви человек открывший калий

Открытие такого химического элемента как калий принадлежит английскоиу химику Хэмфри Дэви. 19 ноября 1807 года ученый сообщил перед Королевским обществом в Лондоне, что обнаружил два новых химических элемента. Первым являлся Калий, а вторым, который был обнаружен чуть позже был Натрий. Калий Дэви получил методом электролиза из карбоната калия. Само название калий химический элемент получил из перевода слова щелочь с английского языка. На английском слово щелочь пишется как «alkali», которое в свою очередь переводится с арабского как «растения пепла». Другое название «Kalium» предложил в 1809 году немецкий химик Людвиг Вильгельм Гилберт. По итогу на сегодняшний день существует два латинских названия для этого химического элемента. В то же время «Золотая книга» из Международного союза теоретической и прикладной химии установила обозначение для калия буквой K.

Где и как добывают Калий

калийная руда

Такой химический элемент как калий добывается во многих местах по всему миру. Его ежегодная добыча составляет около 90 млн тонн. Лидерами по добыче калия являются Канада, Россия, США, Израиль, Германия, Казахстан и Белорусь. Этот металл добывают в большей своей части в виде минералов. К таким минералам относят карналлит, лангбейнит, полигалит и сильвин. Самые большие залежи калия предположительно находятся в канадской провинции Саскачеван. После успешной добычи калиевой руды необходимо отчистить калий от других химических элементов. От чистоты калия (в принципе как и любого элемента) будет зависеть его дальнейшая цена. Цена за 1 кг калия хорошей чистоты варьируется в районе 22 долларов США.

На сегодняшний день существует множество способов отделения калиевых солей от натрия и магния с последующим их применением. Наиболее часто используемый метод – это фракционное осаждение с использованием различий растворимости солей. Следующим по популярности идет электростатическое разделение солевой смеси из калиевых растворов. Это позволяет экономить и время и средства.

Чистый калий также добывается в больших количествах. Метод его очистки практически ничем не изменился со времен открытия Хэмфри Дэви. Метод электролиза являлся самым эффективным и распространенным в мире до 1950-х годов. Хотя некоторые предприятия используют этот метод и по сей день. С 1950-х годов популярность захватил метод термической реакции натрия с хлоридом калия. Сегодня этот метод является самым популярным.

Распространенность Калия

Перхлорат калия

Калий является довольно распространенным химическим элементом. Он занимает 20 место по распространенности среди других элементов в нашей солнечной системе и 17 место по массе на Земле.  В тоже время он замыкает топ-7 элементов по массе в земной коре. Его процентное отношение к общей массе земной коры составляет около 2,6% по оценкам ученых.

Известно, что калий образуется в сверхновых звездах в результате нуклеосинтеза из более легких атомов. Так же калий образуется в сверхновых типа II в результате взрывного процесса сжигания кислорода и в результате горения неона. Что же касается Земли, то калий встречается сдесь только в виде катиона в соединениях калия. Это связано с тем, что он имеет только один внешний электрон и очень легко его высвобождает. Калий входит в состав очень многих минеральных пород. Самыми важными из них являются сильвин, сильвинит, карналлит, каинит, счелит, полигалит, ортоклаз и мусковит. Так же не нужно забывать про морскую и океаничечкую воду как источник калия. Содержание в морской воде калия ориентировочно находится в соотношении 27 частей на тысячу. В подтверждение стоит отметить, что у одного из крупнейших добытчиков калия (Израиль) источником добычи является Мертвое море.

Применение Калия

Калий в ампуле

Применение калия является очень неоднозначным. С одной стороны калий добывается относительно в очень больших количествах. С другой стороны 95% добытого калия отправляется для переработки в различного рода удобрения. Оставшиеся 5% добытого калия распределяется в разных частях на такие отрасли как медицина, пищевая промышленность, военная и химическая промышленность. Ионы калия являются важным компонентом питания растений и встречаются почти во всех видах почв.

Стоит заметить, что 90% от общего количества калия выделяемого для производства удобрений поступает в виде соединения KCl. В медицине это же соединение используется для лечения недостатка калия в организме человека. Оно применяется в виде внутривенной инъекции или орально в виде таблеток.

В пищевой промышленности калий применяется исключительно в виде разлличного рода пищевых добавок. В пример можно привести тартрат калий-натрия, который является основополагающим компонентом разрыхлителей. Бромат калия выступает в качестве сильного окислителя. Его пищевая нуменклатура — Е924, и используется в основном для увеличения прочности теста и регуляции величины его подъема. Калий используется также при добыче драгоценных металлов, таких как золото и серебро. Его химические соединения используются и военной промышленности. Так к примеру супероксид калия KO2 используется в качестве портативного источника кислорода и поглотителя диоксида углерода. В основном это системы вентиляции шахт, бункеры, а также системы жизнеоьеспечения подводных лодок и космических кораблей.

Источник: biobloger.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.