Натрий, калий, кальций

Калий был открыт Г. Дэви практически одновременно с натрием в 1807 г. Свойства калия заметно отличаются от свойств натрия, что обусловлено различием величины радиуса их атомов и ионов. В природе имеются 3 изотопа этого элемента К (39), К (40), К (41). Один из них – К (40) – радиоактивен, и определенная доля радиоактивности минералов и почвы связана с присутствием этого изотопа. Его период полураспада велик – 1,32 млрд лет. Определить присутствие калия в образце довольно легко: пары металла и его соединения окрашивают пламя в фиолетово-красный цвет.

Внешне калий – блестящий серебристо-белый металл с температурой плавления 98 °С, т. е. меньше, чем температура кипения воды. Плотность его невелика (0,85 г/см3), и он даже мог бы плавать в воде, если бы не взаимодействовал с ней. Калий – мягкий металл и легко режется ножом. Ввиду активного взаимодействия калия с воздухом металл хранят под слоем органического вещества: чаще всего керосина или минерального масла. На воздухе калий хранить нельзя, так как он тотчас же начинает окисляться (взаимодействовать с кислородом воздуха). Образуется рыхлая пористая (поэтому и не препятствующая дальнейшему доступу воздуха) пленка, которая имеет объем меньше, чем подвергшийся окислению металл. Из-за уменьшения объема оксидная пленка уже не покрывает всю поверхность металла, на ней имеются поры и трещины, через которые кислород проникает к слою еще не окисленного металла. Продукты взаимодействия калия с кислородом – оксидант, пероксидные и супероксидные соединения.

При соприкосновении калия с водой протекает бурный процесс, при котором металл выделяет из воды водород. Эта реакция очень опасна, поскольку при ней выделяется столько тепла, что возгораются и калий, и водород. Известно, что возгорание водорода сопровождается сильнейшим взрывом. Гидроксид калия (едкое кали) – весьма ценное для техники вещество. Его используют при очистке нефтепродуктов и красителей, в мыловарении и текстильной промышленности как осушающее вещество и в других целях. Пероксид калия применяется как сильнейший окислитель. При небольшом нагревании калий активно взаимодействует с большинством неметаллов (серой, хлором, азотом, фосфором и др.), с водородом реакция протекает при 200 °С. Образующийся гидрид очень активен и способен самовозгораться на воздухе. Реакция взаимодействия калия и брома сопровождается взрывом. В природе калий встречается в минералах, в почве, растениях и организмах. Минералы сильвинит (КCl8NaCl) и карнолит (KCl – MdCl2 – 6H2O) – основные источники получения калия. Чаще всего металлический калий получают путем замещения его в соединениях натрием (KJH + Na = K + NaОH). Металлический калий применяется в виде сплава с натрием в атомных реакциях как теплоноситель. Соли калия широко применяются в сельском хозяйстве и многих областях промышленности. В качестве удобрений применяются калийная селитра (KNО3), фосфат и метафосфат калия (K2HPO4) и (KPO3), каменная соль (КCl), сульфат (К2SO4). Карбонат калия используется в мыловаренной и стекольной промышленностях.

В медицине используется КBr (бромид калия) и К (йодид калия) как лекарственные средства, регулирующие работу нервной системы и мышечных клеток. Ионы калия (активный калий) вместе с ионами натрия (активный натрий) участвуют в проведении нервного импульса по системе нейронов (нервов). Нормальный ритм мышечной работы организма, например сокращения сердца, поддерживается при определенном соотношении ионов калия и натрия. Калия в организме всегда должно быть меньше, чем натрия, так как избыток ионов калия вредно влияет на организм. Раствор перманганата калия используется в медицине как обеззараживающее средство. С целью получения хлора при дезинфекции одежды и помещений используется реакция кристаллического перманганата калия (KMnO4) с концентрированной соляной кислотой, которая легко происходит при небольшом нагревании.

Соли калия.

Этот препарат включает в себя 3 химических соединения калия: цитрат калия, хлорид калия и бикарбонат калия. Этот препарат наиболее эффективен при дефиците элемента в организме. Способствует восстановлению внутриклеточного давления, которое является главным фактором в питании клетки. Кроме того, при его приеме улучшаются проводимость нервных импульсов и сокращение скелетных мышц. Но самое главное, о чем не следует забывать, так это о том, что этот препарат угнетает работу сердечной мышцы, следовательно, нежелателен при принятии в концентрациях, превышающих установленные дозы. Как уже было выше сказано, основной целью применения этого препарата является восстановление недостатка калия в организме. Этот недостаток может возникнуть как при малом содержании его в пищевых продуктах, так и при приеме ряда препаратов, обладающих способностью выводить калий из организма, к которым относятся некоторые средства, используемые для лечения сердечных заболеваний и т. д. Но, дорогие читатели, не забывайте о том, что соли калия, как и большинство искусственно созданных препаратов, могут вызвать и нежелательные эффекты. Так, при приеме этого препарата у некоторых людей развиваются понос, тошнота, рвота.

Нельзя применять этот препарат при заболеваниях почек с нарушением их выделительной функции, сморщиванием почки. А также препарат противопоказан при наличии у человека нарушений в работе сердечной мышцы, в частности предсердно-желудочковой блокады. При заболеваниях желудочно-кишечного тракта не рекомендуется прием таблетированных форм этого препарата, так как в этом случае происходит раздражение, следовательно, усиление воспаления слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта.

Не забывайте о том, что нельзя сочетать прием этого препарата с калийсберегающими мочегонными средствами, поскольку в этом случае возможна передозировка калия. Если же передозировка возникла, необходимо принять внутрь раствор хлорида натрия. В тяжелых случаях нужна специализированная помощь.

Внешне кальций – серебристо-белый металл, тверже калия и натрия. На воздухе не устойчив, покрывается желтоватой пленкой продуктов окисления. С водой реагирует бурно, с возгоранием водорода, такая реакция часто сопровождается взрывом.

При контакте с кислородом образуется в основном оксид. Технический оксид кальция готовят прокаливанием известняка, полученный продукт называется негашеной известью (оксидом кальция). При прибавлении к этому соединению воды происходит процесс гашения, получается «гашеная» известь, или гидроксид кальция.

Соли кальция.

С хлором металл образует хлорид кальция (CaCl), примечательный тем, что способен жадно впитывать воду. Он является одним из самых широко используемых в химической и медицинской практике осушителей. Хлорид кальция – одна из немногих солей этого элемента, растворимых в воде, тогда как большинство трудно растворимы: карбонаты, сульфаты и средние фосфаты. Этим пользуются в аналитической химии для выделения кальция из раствора. Для отделения иона кальция от очень похожего на него иона магния пользуются нерастворимостью в воде соли щавелевой кислоты кальция (СаC2O4). Образование этой соли в организме служит причиной появления одной из разновидностей почечных камней в организме – оксалатов. Одним из важнейших соединений, необходимых для техники, является карбид кальция. Его применяют для получения ацетилена при сварке, а также как полупродукт в производстве кальция (удобрение) и при изготовлении искусственного каучука.

С солями кальция связано такое понятие, как «жесткость» воды. Чем больше в воде солей этих элементов, тем вода жестче: при нагревании дает накипь (карбонаты), затрудняет окраску и стирку тканей, не годится для ряда производств. Различают временную и постоянную жесткость, создаваемую гидрокарбонатами (Са(ClCo)3) и соответственно сульфатами (СаSO4), хлоридами (СaCl2). Устранить временную жесткость довольно легко: кипячением, добавкой соды или какой-либо кислоты. Труднее устранить постоянную жесткость. Для этого воду пропускают через ионообменники, в которых находятся чаще всего искусственные смолы, содержащие ионы натрия или водорода. Вода, проходя сквозь ионообменники, обменивает ионы кальция, собирающиеся на ионитах, на натрий и водород.

Кальций относится к распространенным элементам. Это объясняется нерастворимостью многих его соединений. Основные разновидности их встречаются в природе: кальцит (известняк) (СаСо3), фосфорит (Са3(РО4)2), ангидрит (СaSO4), важный для металлургии минерал – фторит (CaF). В виде металла применяют при изготовлении подшипниковых сплавов типа баббита, а также в форме амальгамы в промышленности тонкого органического синтеза.

Гораздо шире, чем сам металл, используются соединения кальция. Главными из них являются оксид и гидроксид кальция, различные соли фосфорной кислоты, карбид кальция и некоторые другие. Наиболее важны для сельского хозяйства фосфаты кальция, а для промышленности – оксид и карбид. В смеси с песком и некоторыми другими веществами известь (оксид кальция) может быть использована в качестве связующего материала в строительстве, а также при производстве стекол и силикатных эмалей. Известь применяют и в сельском хозяйстве в двух целях: ее вносят в почву для понижения кислотности и в качестве удобрения. Широкое применение в сельском хозяйстве в качестве удобрения находит фосфат кальция. Основное значение имеют фосфорит (Са3(PO4)2), преципитат (CaHPO4) и суперфосфаты: простой (Ca(H2PO4) + 2CaSO4) и двойной (Ca(H2PO4)2). Фосфорит представляет собой природное соединение, биологические функции кальция заключаются в создании костного скелета организма, регулировании осмотического давления в клетках и регулировании работы ферментных систем (например, процессов свертывания крови). Усвоение кальция растущим организмом активно проходит в присутствии витамина D.