Мишень для литиевого распыленияCAS #: 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 испарения: 32,48 K-кал/г атома при 1342°C

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

Металлический калий с химическим символом K и номером CAS 7439-93-2 является высокореакционноспособным щелочным металлом, играющим ключевую роль в промышленной химии и материаловедении. Этот мягкий, серебристо-белый элемент, принадлежащий к группе 1 периодической таблицы, характеризуется своей чрезвычайной химической активностью, низкой плотностью и способностью вызывать критические реакции, которые не могут вызывать более слабые элементы. В то время как его реакционная способность ограничивает прямое применение, металлический калий служит незаменимым прекурсором в производстве дорогостоящих соединений и мощным восстановителем в специализированных производственных процессах.

Основные химические и физические характеристики

Поведение калия определяется его отличительными свойствами, которые отличают его от других металлов:

Механические характеристики: Исключительно мягкий (легко режется ножом), с твердостью по Моосу 0,4. Свежие поверхности имеют яркий металлический блеск, который тускнеет в течение нескольких секунд под воздействием воздуха, образуя защитный оксидный слой (K₂O, K₂O₂, KO₂) для замедления дальнейшей реакции.

Термические свойства и плотность: Обладает низкой температурой плавления 63,5 °C (146,3 °F) и температурой кипения 759 °C (1398 °F), с плотностью 0,862 г/см³ при 20 °C, что меньше, чем у воды, что заставляет его плавать во время водных реакций.

Чрезвычайная реактивность: бурно реагирует с водой, образуя гидроксид калия (KOH) и газообразный водород (H₂) в экзотермической реакции, которая часто воспламеняет водород (температура пламени ~1900°C). Также он вступает в реакцию с кислородом, галогенами (Cl₂, Br₂) и даже многими органическими соединениями, требуя строгой изоляции от этих веществ.

Электропроводность: Проводит электричество со скоростью ~14 × 10⁶ См/м, сравнимо с другими щелочными металлами, благодаря своей делокализованной электронной структуре, что делает его полезным в специализированных проводящих сплавах.

Промышленное применение и сценарии использования

Ценность металлического калия заключается в его способности поддерживать реакции и процессы, которые не могут быть реализованы в других материалах:

Экстракция металлов высокой чистоты

Являясь мощным восстановителем, он извлекает из их оксидов тугоплавкие металлы, такие как титан, цирконий и гафний. Например, в производстве циркония: ZrO₂ + 4K → Zr + 2K₂O. Этот метод позволяет получать металлы с чистотой >99,9%, критически важные для аэрокосмических компонентов (титановые сплавы) и ядерных реакторов (циркониевая оболочка).

Химический синтез и фармацевтическое производство

Способствует образованию углерод-углеродных связей в органической химии, например, в реакции Вюрца для синтеза алканов: 2R-I + 2K → R-R + 2KI. Он также выступает в качестве прочной базы при производстве фармацевтических препаратов, агрохимикатов и специальных сложных эфиров, где требуется точное депротонирование.

Теплопередача в экстремальных условиях

Натрий-калийные сплавы (NaK), содержащие 40–78% калия, используются в качестве теплоносителей в ядерных реакторах на быстрых нейтронах и промышленных печах. Эти сплавы остаются жидкими при температуре от -12,6°C до 785°C, обеспечивая превосходную теплопроводность (~25 Вт/м·К) и низкое давление пара по сравнению с охлаждающими жидкостями на водной или масляной основе.

Лабораторные и калибровочные стандарты

Служит в качестве эталонного материала в атомно-абсорбционной спектроскопии (AAS) для количественного определения уровня калия в биологических образцах (например, сыворотке крови) и анализах окружающей среды (почва, вода). Он также используется для получения газообразного водорода высокой чистоты для мелкомасштабных реакций.

Пиротехника и специальные сплавы

В пиротехнике металлический калий способствует яркому фиолетовому пламени в фейерверках, хотя его использование ограничено соображениями безопасности. В металлургии он образует легкоплавкие сплавы с другими щелочными металлами для специализированных применений, таких как тепловые переключатели.

Сравнительный анализ с другими щелочными металлами

Калий обладает уникальными преимуществами по сравнению с литием, натрием и цезием:

по сравнению с натрием: Более реакционноспособный, позволяющий восстанавливать металлы, которые натрий не может (например, гафний). Сплавы NaK с калием имеют более низкую температуру плавления, чем чистый натрий, что расширяет их рабочий диапазон.

по сравнению с литием: Более распространен и экономически эффективен (затраты на калий ~\(50/кг против ~\)150/кг лития), что делает его предпочтительным для крупномасштабных промышленных процессов. Тем не менее, более низкая реакционная способность лития упрощает работу с аккумуляторами.

по сравнению с цезием: гораздо дешевле и стабильнее, сохраняя при этом достаточную реакционную способность для большинства промышленных восстановительных применений. Высокая стоимость цезия (~$10 000/кг) ограничивает его использование нишевыми применениями.

Методы производства и контроль качества

Металлический калий получают исключительно путем электролиза благодаря его высокому восстановительному потенциалу:

Электролиз расплавленного хлорида калия: В специализированной ячейке расплавленный KCl (нагретый до 770°C) электролизуется графитовыми анодами и железными катодами. Ионы калия (K⁺) восстанавливаются на катоде с образованием расплавленного металла, который всплывает на поверхность для сбора, в то время как газообразный хлор (Cl₂) выделяется на аноде.

Очистка: Сырой калий подвергается вакуумной дистилляции (1–10 мм рт.ст.) при 300–400°C для удаления натрия и других примесей, достигая уровня чистоты 99,5–99,9%.

Контроль качества включает в себя:

Масс-спектрометрия тлеющего разряда (ГДМС) для обнаружения микроэлементов (Na <500 ppm, Ca <100 ppm).

Газовый анализ для обеспечения низкого уровня растворенного водорода и кислорода (<0.1%).

Критически важные протоколы безопасности

Реакционная способность калия требует строгих процедур обработки:

Хранение: Должен быть погружен в емкости с сухим минеральным маслом, керосином или аргоном. Небольшие количества хранят в герметичных стеклянных ампулах для предотвращения проколов.

Обращение: Требуется вытяжной шкаф класса IIB, огнестойкая одежда, лицевые щитки и искробезопасные инструменты (латунь или тефлон). Никогда не используйте воду для тушения калийных пожаров — огнетушители класса D (графитовые, песчаные) или сухие кальцинированные соды (Na₂CO₃) являются обязательными.

Реагирование на чрезвычайные ситуации: При попадании на кожу необходимо немедленно снять загрязненную одежду и промыть ее минеральным маслом (не водой) для остановки реакции. Вдыхание паров может вызвать раздражение дыхательных путей; Незамедлительно обратитесь за медицинской помощью.

Утилизация: Избыток калия нейтрализуется путем медленной реакции с изопропанолом (2K + 2C₃H₇OH → 2KC₃H₇O + H₂) в контролируемых условиях. Отходы обрабатываются как опасные отходы.

Варианты упаковки и снабжения

Доступны формы, адаптированные к промышленным и исследовательским потребностям:

Слитки: 10 г–1 кг в стальных банках, наполненных маслом; 5–50 кг в герметичных бочках для металлургического применения.

Стружка/порошок: 100–5 кг в пакетах с аргоном для химического синтеза, обеспечивающего минимальное окисление.

Сплавы NaK: герметичные контейнеры объемом от 1 до 20 л с предохранительными клапанами, доступные в соотношении 50/50 или 78/22 K/Na для систем теплообмена.

Марки высокой чистоты (99,99%) доступны для полупроводниковых и исследовательских применений, при этом предоставляется сертификат анализа (CoA).

Для получения технических спецификаций, обучения технике безопасности или массовых запросов свяжитесь с нашей командой, специализирующейся на химически активных металлах и производных щелочных металлов.

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.