Важнейшие соединения калия

Галиды. Хлорид калия - бесцветное соединение, кристаллизующееся в такой же форме, как и хлорид натрия (гранецентрированная решетка). Плавится КCl при высокой температуре 768° С. В этом отношении он похож на хлорид натрия: ведь оба хлорида являются типичными ионными соединениями, а такие вещества образуют прочные кристаллы с высокой температурой плавления и кипения.

Большие прозрачные кристаллы хлорида калия применяют для изготовления призм в оптических приборах.

Хлорид калия хорошо растворяется в воде. Так же, как и соли натрия, калийные соли хорошо диссоциируют в водных растворах. В горячей воде хлорид калия растворяется лучше хлорида натрия, а в холодной наоборот - лучше растворима натриевая соль. Этим пользуются для получения из сильвинита (смесь хлоридов калия и натрия) чистого хлорида калия. Действуя на смесь хлоридов горячим раствором хлорида натрия, можно получить раствор, из которого при охлаждении выкристаллизовывается только хлорид калия. Если сырьем служит карналлит (т. е. смесь хлоридов калия и магния), то его растворяют в воде и затем упаривают. Хлорид калия выкристаллизовывается первым, так как он значительно менее растворим, чем хлорид магния.

Основная масса хлорида калия идет для нужд сельского хозяйства, где используется как удобрение. Ионы калия лучше поглощаются почвой, чем ионы натрия, и всасываются корнями растений. Калий, строго говоря, ион калия К⁺, совершенно необходим для нормального развития растений. Не вызывает сомнений, что этот ион относится к числу жизненно важных и для клеток организмов животных. Мы уже указывали на функции иона калия, которые он выполняет в клетках совместно с ионом натрия. Ион калия содержится в относительном избытке внутри клетки, тогда как ион натрия - вне ее.

Селитра. Легенда приписывает монаху Бертольду Шварцу открытие, последствия которого сыграли огромную роль в жизни человечества. Монах смешал серу, селитру и уголь и получил взрывчатую смесь, известную под названием порох. Селитра была калиевая, т. е. это был нитрат калия, так как нитрат натрия для изготовления пороха не пригоден: он поглощает пары воды из воздуха и быстро становится влажным. Легенда, вероятно, искажает истину. Смеси, подобные, пороху (по составу и характеру действия), применялись еще до начала нашей эры. "Греческий огонь", который войска,, осаждавшие крепости, забрасывали за крепостные стены, пытаясь вызвать пожары, содержал, несомненно, селитру и горючие материалы (серу или уголь).

Постепенно была найдена рецептура смеси этих трех веществ, соответствующей наиболее разрушительному действию. В эпоху средневековья распространение пороха привело к созданию первых образцов огнестрельного, оружия. Перед его могуществом кольчуги, щиты, луки и мечи быстро теряли былое значение. Нитрат калия увеличил разрушительные силы войны. Но вместе с тем это вещество способствует и расцвету жизни.

Элементы калий и азот - оба совершенно необходимы растениям. Без растений нет жизни на Земле, так как только в растениях происходит синтез белковых веществ из неорганических соединений. В качестве удобрений применяют хлорид калия, каинит, сульфат калия, так называемую калимагнезию (смесь солей калия и магния) и др. Очень важны также комплексные удобрения, содержащие не один, а несколько элементов, необходимых растению. К ним относятся, например, нитрат калия, доставляющий растению калий и азот, нитрофоска (азот, фосфор, калий) и др.

Крупные прозрачные кристаллы калиевой селитры являются ценнейшим удобрением. Потребность сельского хозяйства в нитрате калия возрастает год от года. Прежде калиевую селитру получали из животных отбросов; длительное гниение смеси таких отбросов с карбонатом калия приводило к накоплению селитры. Медленность процесса, конечно, не могла удовлетворить химиков. Были найдены иные методы получения ценного продукта. Селитру можно получить по реакции обмена с NaNО₃:

Хлорид калия добавляют к горячему насыщенному раствору нитрата натрия. Часть хлорида натрия выделяется, а из оставшегося раствора при охлаждении выкристаллизовывается нитрат калия. Способ основан на замечательном свойстве нитрата калия - его растворимость чрезвычайно резко меняется с температурой. Если при 0°С в 100 г воды растворяется всего 13,27 г калиевой селитры, то при 100 °С в том же количестве воды растворяется уже 264 г соли (т. е. больше, чем было взято воды). Растворимость хлорида натрия изменяется лишь незначительно (именно 36,6 г и 39,1 г соответственно при 0°С и при 100 °С). Получают нитрат калия и, прямой нейтрализацией раствора гидроксида калия азотной кислотой.

Область применения нитрата калия не исчерпывается сельским хозяйством. Калиевая селитра и поныне служит сырьем для получения пороха, но ее применяют также и для получения нитрита калия KNО₂. Это соединение (наряду с нитритом натрия) оказалось очень полезным для промышленности, выпускающей органические красители. Нитриты калия и натрия позволяют получить активные вещества - так называемые диазосоединения, содержащие группу из двух атомов азота: -N = N-. Диазосоединения являются промежуточным продуктом при производстве разнообразных ярких и прочных красителей.

Образование нитрита калия при нагревании соли KNО3 связано с удалением части кислорода:

Реакция ускоряется, если к соли добавить слабый восстановитель, например мелкораздробленный свинец. Аналогично происходит реакция и с нитратом натрия. Нитрат и нитрит калия очень хорошо растворимы в воде (как и вообще все соли азотной кислоты).

Поташ. Карбонат калия К₂СО₃, или иначе поташ, применялся для практических целей еще со времен глубокой древности. Дело в том, что зола растений содержит заметные количества этой соли. Это не удивительно, если принять во внимание биологические особенности калия - его склонность удерживаться в почве и действовать на ферменты внутри клеток. Поташ придает золе моющее действие; по-видимому, остатки от сжигания дерева или соломы и были одной из самых старых форм мыла.

Поташ идет на мыловарение. Калиевые мыла в отличие от натриевых жидки и часто применяются для технических целей. Стекольная промышленность, обработка шерсти (крашение ее и беление) также требуют значительных количеств карбоната калия. Поэтому методы получения этого вещества имеют большое практическое значение в народном хозяйстве. Карбонат калия можно выделить из раствора хлорида, к которому добавлен (в виде взвеси) карбонат магния MgCО₃·3H₂О, пропуская через раствор оксид углерода (IV). При этом в осадок выпадает плохо растворимая двойная соль, имеющая состав KHCО₃·2MgCО₃·4H₂О. При нагревании до 60 °С соль эта разлагается, выделяя оксид углерода (IV) и образуя карбонат калия:

Газообразный СО2 возвращается в производство, осадок карбоната магния можно отделить и снова использовать, а карбонат калия выделить из раствора выпариванием. Он образует гидрат К₂СО₃·2Н₂О. По другому способу используют в качестве сырья КОН, При электролизе растворов хлорида калия получается (на катоде) калийный щелок, т. е. КОН. Гидроксид калия можно перевести в карбонат калия, действуя на него оксидом углерода (IV):