Kali (K)

SONY DSC

Kali (tên Latinh: Kalium) là nguyên tố hoá học ký hiệu K, số thứ tự 19 trong bảng tuần hoàn. Kali nguyên tố là kim loại kiềm mềm, có màu trắng bạc, dễ bị ôxy hóa nhanh trong không khí và phản ứng rất mạnh với nước tạo ra một lượng nhiệt đủ để đốt cháy lượng hyđrô sinh ra trong phản ứng này. Kali cháy có ngọn lửa có màu tím hoa cà.

potassium burning flame

Màu của ngọn lửa khi đốt kali hoặc các hợp chất của kali.

Lịch sử hình thành:

Không phải các muối kali hay natri  đã từng được biết đến trong thời kỳ La Mã, và tên gọi Latin của nguyên tố này không phải gốc Latin cổ điển mà là Tân Latin. Tên Latin kalium được chọn từ từ “alkali” đã được chuyển tự từ tiếng Ả Rập: القَلْيَه‎ al-qalyah nghĩa là “tro thực vật”. Thuật ngữ alkali phát âm tượng tự trong tiếng Anh cũng có cùng gốc này (potassium trong tiếng Ả Rập chuẩn hiện đại là بوتاسيوم būtāsyūm).

Tên tiếng Anh của nguyên tố này là potassium bắt nguồn từ từ “potash”, đề cập đến một phương pháp mà theo đó potash thu được bằng cách lọc sạch tro gỗ hoặc lá cây và làm bay hơi dung dịch trong một cái nồi. Potash về bản chất là một hỗn hợp muối kali do thực vật có chứa một ít hoặc không có hàm lượng natri, và phần còn lại của khoáng chất trong thực vật bao gồm các muối canxi có tính hòa tan tương đối thấp. Trong khi kali đã từng được sử dụng từ thời kỳ cổ đại, nhưng nó không được biết đến trong suốt bề dày lịch sử là một chất khác biệt về cơ bản với các muối natri. Georg Ernst Stahl đã thu được bằng chứng thực nghiệm cho phép ông kết luận sự khác biệt của các muốn natri và kali vào năm 1702, và Henri Louis Duhamel du Monceau đã có thể chứng minh sự khác biệt này vào năm 1736. Thành phần hóa học chính xác của các hợp chất natri và kali, và trạng thái nguyên tố natri và kali đã không được biết đến, và do đó Antoine Lavoisier đã không xếp alkali vào trong danh sách các nguyên tố hóa học của ông năm 1789.

Kim loại kali đã được Sir Humphry Davy phát hiện năm 1807, ông tách nó ra từ bồ tạt ăn da (KOH). Kim loại kiềm này là kim loại đầu tiên được điều chế bằng điện phân muối nóng chảy với một voltaic pile được phát hiện mới nhất. Kali là kim loại đầu tiên được điều chế bằng phương pháp điện phân. Cùng năm đó, Davy đã thông báo về việc tách natri kim loại từ một dẫn suất khoáng vật (caustic soda, NaOH, hay lye) chứ không phải muối thực vật cũng bằng kỹ thuật tương tự, và ông đã minh họa rằng các nguyên tố tách ra từ các muối này là khác nhau. Mặc dù việc sản xuất kim loại kali và natri đã cho thấy rằng chúng là các nguyên tố nhưng phải mất một khoảng thời gian trước khi đề xuất này được công nhận rộng rãi.

Trong một thời gian dài các ứng dụng potash chỉ dùng trong việc sản xuất thủy tinh, thuốc tẩy và xà phòng. Xà phòng kali từ mỡ động vật và dầu thực vật có giá rất cao, do chúng có khuynh hướng hòa tan nhiều hơn trong nước và mềm hơn, nên được gọi là xà phòng mềm. Phát hiện của Justus Liebig năm 1840 cho thấy rằng kali là nguyên tố cần thiết cho thực vật và hầu hết loại đất đều thiếu kali đã làm gia tăng nhu cầu các muối kali. Tro gỗ từ các loại cây linh sam ban đầu được sử dụng như một nguồn cung cấp muối kali ở dạng phân bón, nhưng với việc phát hiện năm 1868 về các mỏ chứa kali clorua gần Staßfurt, Đức thì sản lượng phân bón kali bắt đầu được sản xuất ở quy mô công nghiệp. Các mỏ potash khác dần được phát hiện, và vào thập niên 1960 Canada trở thành nước sản xuất nguồn kali chính trên thị trường quốc tế.

Tính chất lý, hóa:

Kali mang những đặc trưng của một kim loại kiềm: mềm (cắt được bằng dao), có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi thấp, có độ dẫn điện cao.

Kali có tính chất hóa học tương tự natri. Kali kim loại có màu trắng bạc, ánh kim, nhưng khi tiếp xúc với không khí sẽ bị chuyển ngay thành màu xám đen, đó là do Kali kim loại bị phủ một lớp KO2 ở ngoài cùng và bên trong là lớp K2O. Khi tiếp xúc với không khí ẩm, 2 lớp oxit đó sẽ tác dụng với hơi nước tạo hidroxit rồi hidroxit kết hợp với khí cacbonic thành muối cacbonat.

cutting K

Sự thay đổi về màu sắc bên ngoài của Kali kim loại (khi để ngoài không khí và khi mới cắt)

Cũng giống Natri, Kali tác dụng với hidro tạo hidrua ở 350-400oC, còn khi đốt trong không khí hoặc trong oxi, Kali ngoài phản ứng với oxi tạo oxit, peoxit như Natri, còn tạo supeoxit KO2.

Khi cho tương tác với nước, Kali phản ứng mãnh liệt hơn Liti và Natri, bốc cháy ngay khi gặp nước. Do đó cần cẩn thận khi làm thí nghiệm với Kali.

591321244_375f60545a

Kali bốc cháy khi gặp nước.

Kali không tác dụng trực tiếp với nitơ, cacbon, silic ngay cả khi đun nóng.

Đồng vị của Kali:

Có 24 đồng vị của kali đã được biết, trong đó có 3 đồng vị có trong tự nhiên: K39 (93,3%), K40 (0,01%) và K41 (6,7%). Đồng vị tự nhiên K40 có chu kỳ bán rã 1,250×109 năm và phân rã thành Ar40 (11,2%) bằng cách bắt điện tử và bằng bức xạ positron, cũng như phân rã thành đồng vị ổn định Ca40 (88,8%) bằng bức xạ beta.

Sự phân rã của K40 thành Ar40 thông thường được sử dụng làm phương pháp đánh giá tuổi các loại đá. Phương pháp đánh giá tuổi bằng tỷ lệ K/Ar phụ thuộc vào giả thiết rằng các loại đá không chứa agon ở thời điểm tạo ra nó và mọi agon do phóng xạ sinh ra sau đó (Ar40) về mặt lượng là được bảo toàn, tức là một hệ thống kín. Các khoáng chất được xác định tuổi bằng cách đo mật độ của kali cũng như lượng Ar40 do phóng xạ sinh ra đã được tích lũy. Các khoáng chất phù hợp để xác định tuổi là biôtit, muscôvit, và plutonit/hocblen biến chất, cũng như fenspat núi lửa; toàn bộ các mẫu đá từ nham thạch núi lửa và đá xâm nhập nông có thể được xác định tuổi nếu chúng chưa bị thay thế. Ngoài ra, các đồng vị kali còn được sử dụng như là chất đánh dấu vết trong nghiên cứu thời tiết. Chúng cũng được sử dụng trong các nghiên cứu về chu trình vận chuyển các chất dinh dưỡng vì kali là chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết cho sự sống.

K40 có trong kali tự nhiên (và vì thế có trong các sản phẩm muối thương mại) trong một lượng vừa đủ đến mức một túi lớn của các chất này có thể sử dụng như nguồn phóng xạ cho các minh họa trong lớp học. Ở người và động vật khỏe mạnh, 40K là một nguồn phóng xạ lớn nhất thậm chí còn hơn cả 14C. Trong cơ thể một người nặng 70 kg có khoảng 4.400 hạt nhân 40K phân rã mỗi giây. Mức độ phân rã của kali tự nhiên là 31 Bq/g.

L1b

Ba đồng vị có trong tự nhiên của Kali.

Phương pháp điều chế Kali:

Có thể điều chế Kali tương tự như điều chế Natri.

Ứng dụng của Kali: Kali có nhiều ứng dụng quan trọng trong nông nghiệp, thực phẩm, công nghiệp và các lĩnh vực khác.

  • Trong nông nghiệp: người ta dùng kali để chế tạo các loại phân bón. Kali có vai trò chủ yếu trong việc chuyển hoá năng lượng trong quá trình đồng hoá các chất dinh dưỡng của cây xanh. Kali làm tăng khả năng chống chịu của cây xanh đối với các tác động không lợi từ bên ngoài và chống chịu đối với một số loại bệnh…
  • Trong thực phẩm: chế độ ăn giàu kali có thể làm giảm nguy cơ tăng huyết áp và đột quỵ.
  • Trong công nghiệp: các hợp chất của kali có vai trò quan trọng và rộng rãi trong các ngành sản xuất, như KOH trong sản xuất muối kali hoặc xà phòng; KNO3 dùng trong chế tạo thuốc súng; KCN trong khai thác vàng, bạc,…; K2CrO4 dùng để chế tạo phẩm màu, nhuộm,….
  • Supeoxit KO2 là chất rắn màu cam là nguồn cung cấp ôxy tiện lợi và là chất hấp thụ cacbon dioxit. Nó được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông khí mỏ, các tàu ngầm và tàu không gian do nó chứa ít thể tích hơn ôxy khí.
  • Kali cobaltinitrit K3[Co(NO2)6] được dùng làm chất tạo màu của các họa sĩ với tên gọi Aureolin hay Coban vàng.
  • Hợp kim của natri và kali, NaK ở dạng chất lỏng được dùng làm chất trung gian truyền nhiệt và làm chất hút ẩm để tạo ra một môi trường không khí khô. Nó có thể được sử dụng trong phản ứng chưng cất.

phân kali

Một loại phân bón có chứa Kali 

thit-tot-cho-suc-khoe-4

Thực phẩm giàu Kali

Bảng một số đại lượng của Kali:

Tính chất chung

Tên, Ký hiệu, Số Kali, K, 19
Phiên âm /pɵˈtæsiəm/ po-TAS-ee-əm
Phân loại Kim loại kiềm
Nhóm, Chu kỳ, Phân lớp 1, 4, s
Khối lượng nguyên tử 39,0983(1)
Cấu hình electron [Ar] 4s1
Số electron trên vỏ điện tử 2, 8, 8, 1

Tính chất vật lý

Màu Ánh kim trắng bạc
Trạng thái vật chất Chất rắn
Mật độ gần nhiệt độ phòng 0,862 g·cm−3
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ nóng chảy 0,828 g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 336,53 K, 63,38 °C, 146,08 °F
Nhiệt độ sôi 1032 K, 759 °C, 1398 °F
Điểm ba trạng thái 336.35 K (63°C),  kPa
Nhiệt lượng nóng chảy 2.33 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi 76,9 kJ·mol−1
Nhiệt dung 29,6 J·mol−1·K−1

Tính chất nguyên tử

Trạng thái ôxi hóa 1
(Bazơ mạnh)
Độ âm điện 0,82 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa
(thêm)
Thứ 1: 418,8 kJ·mol−1
Thứ 2: 3052 kJ·mol−1
Thứ 3: 4420 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị 227 pm
Độ dài liên kết cộng hóa trị 203±12 pm
Bán kính van der Waals 275 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Lập phương tâm khối
Trạng thái trật tự từ Thuận từ
Điện trở suất (20 °C) 72 nΩ·m
Độ dẫn nhiệt 102,5 W·m−1·K−1
Độ giãn nở nhiệt (25 °C) 83,3 µm·m−1·K−1
Tốc độ truyền âm thanh (thanh mỏng) (20 °C) 2000 m·s−1
Mô đun Young 3,53 GPa
Mô đun cắt 1,3 GPa
Mô đun nén 3,1 GPa
Độ cứng theo thang Mohs 0,4
Độ cứng theo thang Brinell 0,363 MPa
Số đăng ký CAS 7440-09-7

Chất đồng vị ổn định nhất

Bài chính: Đồng vị của Kali

iso

NA

Chu kỳ bán rã

DM

DE (MeV)

DP

39K

93.26%

39K ổn định với 20 nơtron

40K

0.012%

1,248(3)×109 năm

β

1.311

40Ca

ε

1.505

40Ar

β+

1.505

40Ar

41K

6.73%

41K ổn định với 22 nơtron

————————————————–

Bài viết có sử dụng tư liệu từ các nguồn:

– Wikipedia (tiếng Việttiếng Anh)

– SGK Hóa học 12 Nâng cao.

– Hoàng Nhâm (2005), Hóa học vô cơtập hai, NXB Giáo Dục.

– Một số hình ảnh trên Google.

————————————————-

Tham khảo thêm:

1. Vai trò của Kali đối với cây xanh.

2. Vai trò của Kali đối với sức khỏe.

Categories: Kali, Kim loại kiềm | Tags: , | Leave a comment

Post navigation

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Blog at WordPress.com.

%d bloggers like this: