Калият (Kalium) е химичен елемент с атомен номер 19 и символ K, принадлежащ към групата на алкалните метали. Той е мек, сребристо-бял метал, който лесно се окислява при контакт с въздуха и реагира бурно с вода, отделяйки водород и топлина.
| Калий | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Калий |
| Латинско / международно наименование | Potassium (Kalium) |
| Химичен символ | K |
| Пореден номер (атомно число) | 19 |
| Период и група в таблицата | Период 4, група 1 |
| Блок (s, p, d, f) | s-блок |
| Категория / тип елемент | Алкален метал |
| Атомна маса | 39.0983 u |
| Изотопи | ³⁹K, ⁴⁰K, ⁴¹K |
| Средна атомна маса | 39.0983 |
| Плътност | 0.862 g/cm³ |
| Температура на топене | 63.5°C |
| Температура на кипене | 759°C |
| Кристална структура | Кубична центрирана по тяло (bcc) |
| Цвят / външен вид | Сребристо-бял метал |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Сър Хъмфри Дейви, 1807 г. |
| Място на откриване | Великобритания |
| Етимология на името | От лат. kalium – „пепел“ |
| Окислителни степени | +1 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 4s¹ |
| Електроотрицателност (Паулинг) | 0.82 |
| Йонизационна енергия | 4.34 eV |
| Ковалентен радиус | 203 pm |
| Атомен радиус | 220 pm |
| Топлопроводимост | 102 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | Отлична |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Честота в земната кора | 2.6% |
| Основни минерали и съединения | Силвин, карналит, фелдшпат, калиев хлорид |
| Разпространение в природата | Почви, минерали, морска вода |
| Основни производители в света | Канада, Русия, Беларус, Германия |
| Основни приложения | Торове, химия, фармация, енергетика |
| Биологично значение | Есенциален макроелемент |
| Токсичност и безопасност | Реактивен метал; солите му са безопасни |
| Използване в индустрията | Торове, сапуни, стъкло, лекарства |
| Използване в медицината / фармацията | Електролити, лекарства, добавки |
| Ядрени свойства | Изотоп ⁴⁰K – радиоактивен (геохронология) |
| Наличие във Вселената | 3 ppm |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Възстановяване от минерали и соли |
| Глобално годишно производство | Над 50 милиона тона (като соли, 2024 г.) |
| Научна дисциплина | Химия, биология, агрономия |
| CAS номер | 7440-09-7 |
| PubChem CID | 5462222 |
| Класификация по IUPAC | Алкален метал |
| Символика и културно значение | Символ на жизненост, растеж и енергия |
Въпреки своята реактивност, калият е един от най-важните елементи за живота на Земята – незаменим за правилното функциониране на растения, животни и хора. Името му идва от латинското kalium, произлизащо от арабската дума al-qalyah – „пепел от растения“.
Това е така, защото калият бил открит първоначално в растителна пепел, богата на калиеви соли. Днес калият е петият най-разпространен елемент в земната кора и един от основните хранителни минерали за всички живи организми.
Физични и химични свойства
Калият е мек метал, който може да се реже с нож. Той има сребрист блясък, който бързо потъмнява при контакт с въздуха, поради образуването на тънък слой калиев оксид.
Физични характеристики:
- Атомен номер: 19
- Атомна маса: 39.0983 u
- Плътност: 0.862 g/cm³ (по-лек от водата)
- Температура на топене: 63.5°C
- Температура на кипене: 759°C
- Топлопроводимост: 102 W/(m·K)
- Цвят: Сребристо-сив
- Агрегатно състояние при 20°C: Твърдо
Химически свойства:
- Калият е един от най-активните метали.
- Реагира енергично с вода, образувайки калиева основа (KOH) и водород: 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂↑
- Горенето му в кислород дава калиев оксид (K₂O) или пероксид (K₂O₂).
- Реагира с халогени, сяра и киселини, образувайки соли – хлориди, сулфати и нитрати.
Поради своята висока реактивност, калият никога не се среща в свободно състояние в природата, а само под формата на съединения.
Историческо откриване
Калият е първият елемент, открит чрез електролиза. През 1807 г. английският химик сър Хъмфри Дейви извършва електролиза на стопилка от калиева основа (KOH) и изолира чист метален калий.
Това откритие бележи нова ера в химията, тъй като за първи път метал е получен от съединение чрез електрически ток. Същата година Дейви изолира и натрия, доказвайки връзката между алкалните метали.
Разпространение в природата
Калият е седмият по изобилие елемент в земната кора, представлявайки около 2.6% от нейната маса. В природата се среща само под формата на соли и минерали, като:
- Силвин (KCl)
- Карналит (KMgCl₃·6H₂O)
- Полихалит (K₂Ca₂Mg(SO₄)₄·2H₂O)
- Фелдшпат и слюди, които съдържат калиеви силикати
Калият е силно разтворим в морска вода и почвени разтвори. Той е основен макроелемент в растенията, от който зависи тяхното здравословно развитие. Основни производители на калиеви соли са Канада, Русия, Беларус и Германия.
Изотопи
Калият има три естествени изотопа:
- ³⁹K (93.26%) – стабилен
- ⁴¹K (6.73%) – стабилен
- ⁴⁰K (0.0117%) – радиоактивен, с много дълъг полуживот (1.25 милиарда години)
Изотопът ⁴⁰K се използва за геологично датиране (метод калий-аргон) и представлява основен източник на естествена радиация на Земята.
Биологично значение
Калият е незаменим макроелемент за всички живи организми. В човешкото тяло той участва активно в поддържането на електролитния баланс, нервната проводимост и мускулната функция.
Основни функции в организма:
- Регулира водно-солевия баланс;
- Поддържа сърдечния ритъм и кръвното налягане;
- Участва в предаването на нервните импулси;
- Активира ензими и стимулира енергийния метаболизъм (АТФ);
- Контролира нивото на pH в клетките.
- Препоръчителен дневен прием: около 3500–4700 mg за възрастни.
Хранителни източници на калий:
- Банани, картофи, домати, бобови растения, авокадо, риба, спанак и ядки.
Недостигът на калий (хипокалиемия) може да причини умора, мускулни крампи, аритмия и високо кръвно налягане. Излишъкът (хиперкалиемия) е по-рядък, но опасен – може да доведе до сърдечна недостатъчност.
Приложения
Калият и неговите съединения имат огромно значение в земеделието, промишлеността и медицината.
- Земеделие и торове - Калиевите соли (като калиев хлорид KCl и калиев сулфат K₂SO₄) са основна съставка на минералните торове. Калият подпомага растежа, цъфтежа и устойчивостта на растенията на суша и болести.
- Химическа промишленост - Използва се при производството на стъкло, сапуни, перилни препарати и химикали. Калиевите нитрати се използват в барут и фойерверки.
- Енергетика и металургия - Калиевите сплави участват в топлопреносни системи и термоядрени изследвания.
- Медицински и фармацевтични приложения - Калиевите соли се използват в лекарства срещу високо кръвно налягане и електролитни разтвори. Калиев бромид е бил използван в миналото като успокоително средство.
Екологично значение
Калият е екологично безопасен и незаменим за растенията. Той участва в биогеохимичния цикъл на хранителните вещества и подпомага плодородието на почвите. Извличането на калиеви соли обаче трябва да се извършва устойчиво, тъй като прекомерната употреба на торове може да доведе до засоляване на почвите и водите.
Интересни факти
Калият е толкова лек, че плува върху вода, но същевременно реагира бурно и се възпламенява. В човешкото тяло има около 140 грама калий, като 98% от него е вътреклетъчен. При електрически разряд калият излъчва виолетово-синя светлина.
Калиевите йони са от съществено значение за работата на нервните клетки – всяко нервно съобщение се предава благодарение на обмена на натрий и калий през клетъчната мембрана. Терминът калий идва от растителната пепел, в която за първи път били открити негови съединения.