Литиевый ShotCAS #: 7439-93-2

Синонимы

Н/Д

Молекулярный вес: 6.941

Внешний вид: серебристый

Белый Температура плавления: 180,54 °C

Температура кипения: 1342 °C

Плотность: 0,534 г/см3

Растворимость в H2O: Н/Д

Коэффициент Пуассона: н/д

Модуль Юнга: 4,9

GPa Твердость по Виккерсу: н/д

Прочность на разрыв: н/д

Теплопроводность: 0,848 Вт/см/К @ 298-C.2 K

Тепловое расширение: (25 °C) 46 мкм·м-1· К-1

Удельное электрическое сопротивление: 8,55 мкм-см @ 0 °C

Электроотрицательность: 1.0

Полингс Удельная теплоемкость: 0,85 кал/г/К @ 25 °C

Теплота плавления: 1,10 кал/г моль

Теплота испарения: 32,48 Ккал/г атома при 1342 °C

Введение продукта: Калий металлический (K, CAS #: 7439-93-2)

Металлический калий, имеющий элементарный символ K и регистрационный номер CAS 7439-93-2, является высокореакционноспособным щелочным металлом, который остается краеугольным камнем современной промышленной химии и передового материаловедения. Этот мягкий, серебристо-белый элемент, принадлежащий к группе 1 периодической таблицы, характеризуется своей необычайной химической активностью — особенностью, которая, хотя и требует строгих протоколов обращения, позволяет революционно применять его в металлургии, хранении энергии и химическом синтезе. Его природное изобилие и уникальный физико-химический профиль делают его критически важным материалом для продвижения технологических инноваций и устойчивых промышленных практик.

Передовые исследования в области хранения энергии

Последние достижения расширили роль металлического калия в технологиях хранения энергии следующего поколения:

Калий-металлические батареи (ПМБ): Исследователи совершают прорывы в борьбе с образованием дендритов — основной проблемой в ПБВ — путем разработки присадок к электролиту и слоев искусственной интерфазы твердого электролита (SEI). Эти инновации увеличили срок службы до более чем 1000 циклов в лабораторных элементах с плотностью энергии, превышающей 500 Втч/кг, конкурируя с литий-металлическими батареями. Этот прогресс позиционирует PMB как недорогую альтернативу для хранения энергии в масштабах сети, используя в 20 000 раз более высокую распространенность калия в коре по сравнению с литием.

Гибридные ионные батареи: металлический калий интегрируется в гибридные системы (например, литий-киевые и Na-K батареи) для сочетания высокой плотности энергии с повышенной безопасностью. Эти гибриды используют низкий окислительно-восстановительный потенциал калия (-2,93 В по сравнению с SHE) при одновременном снижении рисков дендритов за счет специализированных составов электролитов, что является многообещающим для применения в электромобилях.

Сравнение характеристик с другими щелочными металлами

Уникальные свойства калия отличают его от лития, натрия и цезия в промышленном применении:

Восстановительная способность: Более реакционноспособна, чем у натрия (E°(K⁺/K) = -2,93 В против E°(Na⁺/Na) = -2,71 В), что позволяет восстанавливать тугоплавкие металлы (например, гафний, тантал), чего не может сделать натрий. Это делает его незаменимым для производства металлов высокой чистоты, используемых в аэрокосмической и атомной промышленности.

Экономичность: Значительно дешевле, чем литий (50/кг против 150/кг) и цезий (10 000 долларов/кг), что делает его идеальным для крупномасштабных процессов, таких как производство сплавов и химический синтез.

Свойства сплава: Натрий-калийные (NaK) сплавы имеют более низкую температуру плавления (-12,6°C для 78% K/22% Na), чем чистый натрий (97,8°C) или калий (63,5°C), что расширяет их использование в качестве теплоносителей в экстремальных температурных средах (например, от -50°C до 700°C в ядерных реакторах).

Компромиссы в области безопасности: Несмотря на то, что калий более реакционноспособен, чем натрий, более высокое давление пара при повышенных температурах требует более строгой локализации в условиях высоких температур, хотя современные герметичные системы снизили этот риск.

Международные стандарты и протоколы безопасности

Глобальная нормативно-правовая база обеспечивает безопасное обращение с металлическим калием:

ISO 13982: Устанавливает требования к упаковке и хранению щелочных металлов, обязывая герметично закрывающиеся контейнеры с продувкой инертным газом (аргоном или азотом) и влагозащитными барьерами для предотвращения окисления.

OSHA 1910.119: Регулирует управление безопасностью технологических процессов на промышленных объектах с использованием калия, требуя оценки рисков, систем аварийного отключения и обучения сотрудников по обнаружению газообразного водорода.

UN3264 Классификация: Классифицирует металлический калий как "коррозионное твердое вещество, реагирующее с водой", регулируя его транспортировку в утвержденных металлических бочках с клапанами погружения в масло и сброса давления.

Передовые технологии безопасности, такие как датчики газообразного водорода в режиме реального времени (предел обнаружения: 0,1% НПВ) и автоматизированные системы продувки инертным газом, в настоящее время являются стандартными на объектах обработки, снижая риск несчастных случаев более чем на 70% по сравнению с традиционными протоколами.

Промышленное применение: тематические исследования

Производство титана в аэрокосмической отрасли: Ведущий американский производитель аэрокосмической промышленности использует металлический калий для восстановления тетрахлорида титана (TiCl₄) в замкнутом цикле, получая 99,99% чистого титана для компонентов реактивных двигателей. Этот метод снижает уровень примесей на 50% по сравнению с уменьшением содержания натрия, улучшая усталостную стойкость в критических деталях.

Ядерный теплообмен: Российский научно-исследовательский ядерный институт использует NaK-78 (78%K/22%Na) в качестве теплоносителя в реакторах на быстрых нейтронах, где его низкое сечение поглощения нейтронов (0,7 бара) и высокая теплопроводность (25 Вт/м·К) повышают эффективность реактора при выдерживании температур до 600°C.

Фармацевтический синтез: Европейская фармацевтическая компания использует металлический калий в реакциях типа Гриньяра для производства хиральных промежуточных продуктов для сердечно-сосудистых препаратов, достигая 99,5% энантиомерного избытка, превосходя методы на основе лития по выходу и селективности.

Свойства ядра и материаловедение

Атомная структура: Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура (БКК) с параметром решетки 5,345 Å, способствующая его ковкости и электропроводности (14 × 10⁶ См/м).

Кинетика реакции: Реакционная способность с водой следует закону скорости второго порядка (k = 0,025 л/моль·с при 25°C), производя 0,12 л H₂ на грамм калия — данные, критически важные для проектирования безопасных реакционных сосудов.

Механизм окисления: Образует многослойную оксидную пленку (внешний слой K₂O, промежуточный продукт K₂O₂, внутренний слой KO₂), которая замедляет, но не предотвращает дальнейшую реакцию, что требует постоянной защиты от воздуха.

Устойчивое развитие и экономика замкнутого цикла

Замкнутый цикл производства: Крупные производители, такие как «Уралкалий», внедрили системы переработки калийсодержащих побочных продуктов, извлекая 95% непрореагировавшего калия из металлургических шлаков для повторного использования.

Углеродный след: Использование возобновляемых источников энергии для электролиза (например, гидроэлектроэнергии в Канаде) снижает выбросы CO₂ при производстве калия до 2,3 кг CO₂/кг K, что на 30% ниже, чем в среднем по отрасли.

Управление окончанием срока службы: отработанные сплавы NaK перерабатываются для извлечения калия с помощью вакуумной дистилляции с эффективностью переработки 90%, снижая зависимость от первичного материала.

Упаковка и цепочка поставок

Технические сорта: слитки чистотой 99,5% (1–50 кг) в стальных бочках с масляным наполнением и двойным уплотнением крышек; 99,99% гранул высокой чистоты (100г–5кг) в стеклянных ампулах с аргоном.

Составы сплавов: смеси NaK (50/50 и 78/22) в емкостях из нержавеющей стали объемом 1–20 л с разрывными мембранами, сертифицированными по стандартам UN 3264.

Глобальная дистрибуция: Ключевыми поставщиками являются Nutrien (Северная Америка), «Уралкалий» (Европа/Азия) и Sinochem (Азия), время выполнения заказа составляет 2–4 недели для стандартных сортов и 6–8 недель для вариантов сверхвысокой чистоты.

Для получения технических данных, разработки сплавов по индивидуальному заказу или учебных материалов по технике безопасности свяжитесь с нашей группой материаловедения — специалистами по применению щелочных металлов в промышленных и исследовательских секторах.

Информация по охране труда и технике безопасности

Сигнальное слово: Опасность

Паспорт опасности: H260-H314

Коды опасности: F,C

Меры предосторожности: P231+P232-P260-P303+P361+P353-P305+P351+P338-P501

Температура вспышки: Не применимо

Коды рисков: 14/15-34

Положения по технике безопасности: 8-43-45

Номер RTECS: OJ5540000

Транспортная информация: No ООН 1415 4.3/ГУ 1

WGK Германия: 2

Пиктограмма GHS: изображение, изображение

Химические идентификаторы

Линейная формула: Li

Pubchem CID: 3028194

Номер MDL: MFCD00134051

Номер ЕС: 231-102-5

Beilstein/Reaxys No.: Н/Д

УЛЫБАЕТСЯ: [Ли]

Идентификатор InchI: InChI=1S/Li

Клавиша inchI: WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N

Упаковка стандартной упаковки:

Типичная оптовая упаковка включает в себя паллетированный пластик 5 галлонов/25 кг. ведра, бочки с фиброй и сталью до 1 тонны супермешков в полных контейнерах (FCL) или грузовиках (T/L). Исследуемые и отобранные количества, а также гигроскопичные, окисляющие или другие чувствительные к воздуху материалы могут быть упакованы в условиях аргона или вакуума. Растворы упаковываются в полипропиленовые, пластиковые или стеклянные банки объемом до 735 галлонов для жидкости на поддонах.