Литиевые палочкиCAS #: 7439-93-2

Синонимы

Литиевые палочки, лабораторный сорт, 2,5 г для синтеза, защитная жидкость: парафиновое масло

Молекулярный вес: 6.941

Внешний вид: Серебристые палочки, погруженные в тяжелое минеральное (парафиновое) масло

Температура плавления: 180 °C

Температура кипения: 1347 °C

Плотность: 0,534 г/см3

Растворимость в H2O: бурная реакция

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, обозначаемый химическим символом K и номером CAS 7439-93-2, является щелочным металлом, известным своей исключительной реакционной способностью и ключевой ролью в промышленной химии. Будучи элементом группы 1, этот мягкий серебристо-белый металл обладает свойствами, которые делают его ценным реагентом и материалом, требующим бережного обращения. Его низкая плотность, высокая химическая активность и способность образовывать различные соединения делают его краеугольным камнем в различных секторах — от металлургии до энергетических исследований, несмотря на его неспособность использоваться в необработанном виде в потребительских целях.

Определение химических и физических характеристик

Поведение калия определяется его отличительными свойствами:

Механические характеристики: Исключительно мягкий (твердость по шкале Мооса: 0,4), что позволяет резать его ножом. Свежесрезанные поверхности приобретают яркий металлический блеск, который тускнеет в течение нескольких секунд из-за реакции с кислородом воздуха.

Термические свойства: Обладает низкой температурой плавления (63,5°C) и температурой кипения 759°C, что позволяет использовать его в высокотемпературных системах при легировании. Его плотность 0,862 г/см³ при 20 °C означает, что он плавает на воде, что усиливает его реактивную опасность.

Химическая реакционная способность: Проявляет одну из самых активных реакций с водой среди щелочных металлов, образуя гидроксид калия (KOH) и газообразный водород (H₂) с достаточным нагревом для воспламенения водорода (температура пламени ~1,900°C). Он реагирует с кислородом с образованием сложного оксидного слоя (K₂O, K₂O₂, KO₂) и с галогенами с образованием ионных солей (например, KCl, KBr) с высокой температурой плавления.

Электропроводность: Проводит электричество со скоростью ~14,0 × 10⁶ См/м, сравнимо с другими щелочными металлами, благодаря своей делокализованной электронной структуре.

Специализированные приложения в различных отраслях

Полезность металлического калия заключается в его роли в качестве реакционноспособного предшественника и восстановителя:

Тонкий химический синтез

В органической химии он инициирует реакции образования углерод-углеродных связей, такие как связь Вюрца, где он способствует димеризации алкилгалогенидов (например, 2R-X + 2K → R-R + 2K-X). Он также служит прочной основой в реакциях депротонирования, позволяя синтезировать фармацевтические препараты и агрохимикаты. Его способность вступать в реакцию со спиртами (образуя алкоксиды) делает его полезным для приготовления специальных сложных эфиров.

Передовая металлургия

В качестве восстановителя он извлекает из их оксидов металлы высокой чистоты, такие как титан (Ti) из TiO₂: TiO₂ + 4K → Ti + 2K₂O. Этот метод позволяет получать металлы с <0.1% impurities, critical for aerospace components and medical implants. It also refines zirconium and hafnium, which are used in nuclear reactors for their neutron-absorbing properties.

Теплопередача и ядерные системы

Натрий-калийные сплавы (NaK) с 40–78% расплава калия при температуре до -12,6°С, оставаясь жидкими до 785°С. Эти сплавы передают тепло в реакторах на быстрых нейтронах и промышленных печах, превосходя воду или нефть в высокотемпературных (300–500°C) средах благодаря низкому давлению пара и высокой теплопроводности (~25 Вт/м·К).

Исследования аккумуляторов

Хотя металлический калий не используется непосредственно в коммерческих батареях, он изучается в качестве анода в калий-ионных батареях (PIB) следующего поколения. Его высокая теоретическая емкость (687 мАч/г) и распространенность делают его потенциальной недорогой альтернативой литию, хотя образование дендритов остается проблемой.

Лаборатория и калибровка

Служит стандартом для атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС) и масс-спектрометрии (МС), обеспечивая точное измерение калия в биологических и экологических образцах. Он также используется для получения газообразного водорода для мелкомасштабных реакций.

Сравнение 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 термический диапазон.

по сравнению с литием: менее плотный и более распространенный, 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 более экономически эффективен (затраты на цезий ~\(10 000/кг против ~\)50/кг у калия), сохраняя при этом достаточную реакционную способность для большинства восстановительных применений.

Ключевое ограничение: Более высокая реакционная способность, чем у натрия, увеличивает риски при обращении, требуя более строгих протоколов безопасности.

Стандарты производства и чистоты

Промышленный синтез металлического калия основан на электролизе из-за его высокого восстановительного потенциала:

Электролиз расплавленного KCl: Установка, похожая на ячейку Даунса, с графитовым анодом и катодом железа, электролизует KCl при температуре 770°C. Газообразный хлор (Cl₂) выделяется на аноде, в то время как расплавленный калий собирается на катоде, всплывая на поверхность для экстракции.

Очистка: Дистилляция под пониженным давлением (1–10 мм рт.ст.) при 300–400°C отделяет калий от примесей натрия, достигая чистоты 99,9%.

Контроль качества включает в себя:

Масс-спектрометрия тлеющего разряда (GDMS) для обнаружения следов металлов (Na <500 ppm, Ca <100 ppm).

Газовая хроматография (ГХ) для измерения содержания водорода и кислорода (<0.1%).

Критически важные протоколы безопасности

Реакционная способность калия требует особой осторожности:

Хранение: Должен быть погружен в емкости с сухим минеральным маслом или аргоном. Стеклянные ампулы используются в небольших количествах для предотвращения проколов.

Обращение: Требуется вытяжной шкаф класса IIB, огнестойкая одежда и лицевые щитки. Инструменты должны быть искрообразующими (латунные или тефлоновые) во избежание воспламенения водорода.

Реагирование на чрезвычайные ситуации: Никогда не следует использовать воду для тушения пожаров — требуются огнетушители класса D (графит, песок) или сухая кальцинированная сода (Na₂CO₃). При попадании на кожу необходимо немедленно снять загрязненную одежду и промыть ее минеральным маслом (не водой) для предотвращения дальнейшей реакции.

Утилизация: Управляемая реакция с изопропанолом (2K + 2C₃H₇OH → 2KC₃H₇O + H₂) нейтрализует избыток калия, при этом отходы растворов обрабатываются как опасные.

Упаковка и снабжение

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 использования.

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

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

Марки высокой чистоты (99,99%) доступны для полупроводниковых и исследовательских применений, при условии предоставления сертификата анализа (CoA).

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

Информация по охране труда и технике безопасности

Сигнальное слово: Опасность

Паспорт опасности: H260-H314

Коды опасности: F, C

Меры предосторожности: P223-P231 + P232-P280-P305 + P351 + P338-P370 + P378-P422

Температура вспышки: 871 °C

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.