Kalij

Kalij (lužik je stari hrvatski naziv za kalij) je kemijski element iz skupine alkalijskih elemenata, sedmi po zastupljenosti u Zemljinoj kori. Sastojak je mnogih stijena i minerala samo u obliku spojeva:

alumosilikata (kalijev glinenac i tinjac),
kalijeva klorida (KCl; silvin),
dvosoli s magnezijem: karnalit (KCl x MgCl₂ x 6 H₂O), šenit (K₂Mg(SO₄)₂ x 6 H₂O), kainit (KMgCl(SO₄),
dvosoli s kalcijem: polihalit (K₂Ca₂Mg(SO₄)₄ x 2 H₂O), itd.

Kalijevi spojevi nalaze se i u morskoj vodi (npr. u Mrtvome moru) i drugim slanim vodama, ali u količinama 30 puta manjima od natrijevih, jer ih većinom apsorbiraju biljke iz tla.

Izotop ⁴⁰K (količinski udio u prirodnom kaliju 0,011%) je β-radioaktivan, s vremenom poluraspada 1,25 x 10⁹ godina, zanemarive opasnosti za okoliš. Zbog velike raširenosti kalija u Zemljinoj kori, prirodni radioaktivni raspadni niz izotopa ⁴⁰K po energiji koju oslobađa jedan je od glavnih izvora unutrašnje topline Zemlje.

Konačni produkti niza (⁴⁰Ca, ⁴⁰Ar) služe za određivanje starosti raznovrsnih stijena (datiranjem).

Osobine i svojstva

Elementarni kalij mekan je alkalijski metal, može se rezati nožem, a na svježem prerezu srebrnobijele boje i sjaja. Uz litij metal najmanje gustoće, reaktivniji od natrija. Reaktivniji je od natrija, no zbog sličnosti, a više cijene, u većini slučajeva ga može zamijeniti jeftiniji natrij. Zbog reaktivnosti i sklonosti samozapaljenju u uvjetima vlage, čuva se pod mineralnim uljem (petrolejem), gdje se, ako je nazočan kisik, lako presvlači vrlo opasnim slojem organskih peroksida koji su kontaktni eksplozivi.

Tamni na zraku, reagira burno s kisikom, s vodom čak na -100 °C, a s nekim halogenima eksplozivno. S vodikom, ugljikom, sumporom i kiselinama redukcijsko je sredstvo pri dobivanju metala iz njihovih spojeva.

Kalij u prisutnosti vlage lako oksidira i daje kalijevu lužinu, te vodik koji se zbog egzotermnosti reakcije zapali i gori ljubičastim plamenom zbog kalijevih iona u nazočnom aerosolu lužine. Zagrijavanjem uz dovoljne količine zraka izgara u superoksid (KO₂), a uz nedovoljne količine zraka daje peroksid (K₂O₂).

Kalij kao esencijalni element

Kalij je esencijalni makroelement, prijeko potreban svim životinjskim i biljnim organizmima. Pretežno se nalazi u unutarstaničnoj tekućini, gdje s natrijem aktivira enzim ATP-azu, koji regulira prijenos kalijevih i natrijevih iona kroz staničnu membranu i održava njihov omjer u organizmu stalnim.

Kalij bitno utječe na rad srčanog mišića i na podražljivost cijeloga mišičnog i živčanoga sustava. Njegova je razina u krvi stalna, a regulira ju kora nadbubrežne žlijezde.
Čovjek unosi kalij u organizam uglavnom biljnom hranom. U voću ga najviše ima u banani. Kuhinjska sol sadrži kalij u obliku klorida.

Dobivanje

Kalij je otkrio 1807.g. britanski kemičar Sir Humphry Davy elektrolizom rastaljenog kalijevog hidroksida, pri čemu je dobio nekoliko grumenčića metala.

Elementarni kalij proizvodi se u vrlo malim količinama redukcijom taline kalijeva klorida s pomoću natrija, jer elektroliza nije ekonomična.

Kalijeve slitine

Kalij tvori niskotaljive slitine s drugim alkalijskim metalima; slitina kalija, natrija i cezija ima najniže talište od svih poznatih slitina.

Kapljevita slitina s natrijem (NaK), tališta -10 °C, rabi se kao rashladno sredstvo za vatrostalne peći i nuklearne reaktore te kao organski katalizator.

Spojevi

Elementarni kalij je ograničene je uporabe, a najviše služi za proizvodnju kalijeva superoksida i kao sastavni dio NaK legure. Kalij je u spojevima jednovalentan.

Kalijev superoksid (KO₂) nastaje reakcijom s vodom i ugljikovim dioksidom. Oslobađa kisik pa služi kao izvor kisika i kao sredstvo za uklanjanje dioksida i vode u uređajima za disanje, podmornicama, rudnicima i svemirskim brodovima. Primjena se temelji na reakciji kalijeva superoksida s produktima disanja:

4 KO₂(s) + 4 CO₂(g) + 2 H₂O(g) --> 4 KHCO₃(s) + 3 O₂(g)

Kalijev hidroksid (KOH; tzv. "lužni kamen" ili komercijalno nazvan "kalijev sapun") je blijedožućkasta tvrda masa ili granule, jako privlači vlagu iz zraka, snažno nagriza tkivo, a vodena mu je otopina jaka lužina. Rabi se kao sredtvo za sušenje i vezivanje ugljikova dioksida, u proizvodnji detergenata i mekanih kalijevih sapuna, u tekstilnoj industriji, elektroplatiniranju i litografiji, u analitičkoj kemiji, kao elektrolit u alkalnim gorivim ćelijama raketoplana.

"Lisoform" i "Lisol" su komercijalne otopine kalijeva sapuna uz dodatak 2-3% formalina, koji se upotrebljavaju za dezinfekciju.

Kalijev klorid (KCl; silvin) je najvažnija kalijeva sol. Elektrolizom KCl-a se dobiva čisti kalij, a iz njega ostale kalijeve soli. U prirodi se nalazi kao mineral silvin ili kao sastojak karnalita. Kalijev klorid je bjelkasto-bezbojan kristal izuzetno slana okusa. Lako je topljiv u vodi, a slabo u acetonu i etanolu (tj. alkoholu). Nije zapaljiv i blago je toksičan. Upotrebljava se: kao fertilizator, u proizvodnji fotografskih kemikalija, u spektroskopiji, pri proizvodnji farmaceutskih spojeva, nadomjestak kuhinjskoj soli, pri proizvodnji stakla (tzv. silvitno staklo), za dobivanje ostalih kalijevih spojeva. Najviše rabi za dobivanje umjetnih gnojiva (90% svoje proizvodnje).
Kalijev hipoklorit (KOCl, latinskog naziva „Eau de Javelle“) upotrebljavao se u otopini kao dezinficijens i sredstvo za bijeljenje, ali je zamijenjen jeftinijom natrijevom soli (natrijev hipoklorit).
Kalijev bromid (KBr) je sastojak fotografskih razvijača, sredstvo za bromiranje organskih spojeva, nekada sedativ („brom“), u većim količinama je štetan.
Kalijev bromat (KBrO₃) održava svježinu kruha i brašna, reagens u analitičkoj kemiji.
Kalijev jodid (KI) služi za jodiranje kuhinjske soli i životinjske hrane, u medicini kao lijek, npr. pri trovanju živom i olovom.
Kalijev nitrat (KNO₃; salitra) primjenjuje se kao snažni, a jeftin oksidans u pirotehnici (npr. sastojak je sivoga baruta), kao konzervans, kao umjetno gnojivo, itd.
Kalijev karbonat (K₂CO₃; potaša) služi za proizvodnju kalijevih soli, sapuna, umjetnih gnojiva, kalijeva stakla, porculana, optičkih leća, u proizvodnji televizora u boji, u tekstilnoj i kožarskoj industriji, u analitičkoj kemiji, itd.
Kalijev sulfat (K₂SO₄) se rabi u proizvodnji umjetnih gnojiva, alauna, eksploziva, u stomatologiji, itd.
Kalijev metabisulfit (K₂S₂O₅, vinobran) primjenjuje se u vinarstvu kod vrenja mošta.
Kalijev kromat (K₂CrO₄) za proizvodnju boja, reagens je u analitičkoj kemiji.
Kalijev dikromat (K₂Cr₂O₇) se rabi za štavljenje kože, proizvodnju kromnih boja, šibica, u fotografiji, pirotehnici, kao sredstvo za oksidaciju, u kemijskoj analizi, itd. Uporaba se izbjegava zbog toksičnosti.
Kalijev permanganat (kalijev(VII) manganat, hipermangan, KMnO₄) je anorganski kemijski spoj. Tvori tvrde kristale metalnoga sjaja, tamnocrvene boje, koja zbog površinske redukcije često prelazi u ljubičastu. Dobro se otapa u vodi (pa voda prima ljubičastu boju) i organskim otapalima (npr. piridin, octena kiselina, metanol i aceton), ali njih sporije oksidira. Ima široku primjenu.
Kalijev cijanid (KCN; cijankalij) je vrlo otrovan spoj. Rabi se u galvanoplastici, fotografiji, za dobivanje zlata i srebra iz njihovih ruda, kao insekticid i sredstvo za zadimljavanje.