Επιμέλεια: Τζώρτζης Μακρυωνίτης & Νίκος Δαπόντες
Το προτεινόμενο διδακτικό υλικό αποβλέπει στην υποστήριξη του διδάσκοντα και έχει ως κεντρικό πυρήνα του το στοιχείο Κάλιο του Περιοδικού Συστήματος. Σ΄αυτό, ο διδάσκων μπορεί να αναζητήσει απαντήσεις σε ερωτήματα σχετικά με το Κάλιο και τις εφαρμογές του με τη μορφή πολυμεσικού υλικού (κείμενα, φωτογραφίες, αποσπάσματα από σχολικά βιβλία, ενδιαφέροντες δικτυακοί τόποι, βιβλιογραφία κ.α). Η παρουσίαση του θέματος "Κάλιο" γίνεται με τρόπο που να διευκολύνεται ο διδάσκων στην εύκολη και γρήγορη ανάκτηση δεδομένων: Από που προέρχεται η ονομασία του Καλίου; Που βρίσκεται; Ποιος το ανακάλυψε; Ποια είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά του; Ποια η θέση του Καλίου στο Περιοδικό Σύστημα των Στοιχείων; Ποια είναι η ηλεκτρονική και κρυσταλλική δομή του Καλίου; Ποια είναι τα ισότοπα του Καλίου; Ποια είναι η θέση του στη Βιομηχανία; Τι πρέπει να προσέξει ο διδάσκων στο εργαστήριο;
11
Κ
Κάλιο Χημικό στοιχείο με σύμβολο Κ με ατομικό αριθμό 19 και ατομικό βάρος 39,0938
Από πού προέρχεται η ονομασία του Καλίου;
Στα αγγλικά και στα γαλλικά το Κάλιο ονομάζεται Postassium. Το σύμβολο Κ προέρχεται από τo πρώτo γράμμα της λατινικής λέξης Kalium όνομα που δόθηκε στα αλκαλικά μέταλλα το 15ο αιώνα. Η λέξη Kalium προέρχεται από την αραβική λέξη alkali που σημαίνει η (al) στάχτη (kali).
Το όνομα Kalium δόθηκε στο Κάλιο μετά την απομόνωσή του από τον άγγλο Φυσικό και Χημικό Sir Humphry Davy
Αγγλικά-Potassium Γερμανικά-Kalium Ιταλικά -Potassio
Γαλλικά-Potassium Ισπανικά-Potasio Πορτογαλικά-Potasio
Που βρίσκεται; Το Κάλιο είναι ένα μέταλλο πολύ διαδεδομένο στη φύση (το όγδοο πιο διαδεδομένο στοιχείο στη Γη, 2.5 %). Δεν βρίσκεται ελεύθερο στη φύση αλλά πάντα ενωμένο με άλλα στοιχεία κυρίως με τη μορφή αλάτων (μεταλλεία της Γερμανίας, της Σιβηρίας και των Η.Π.Α.). Επιπλέον αποτελεί ένα συστατικό των φυτικών και ζωικών ιστών. "Το Κάλιο, αλκαλιμέταλλο που διαφέρει ελαφρά από το Νάτριο ως προς το χαρακτήρα του, ααποτελεί και αυτό ένα ουσιώδες συστατικό της νευρωνικής δραστηριότητας, και η προσεκτική αμοιβαία δράση του με το Νάτριο ενδυναμώνει τη σκέψη και τη δράση, ζωογονεί το κατά τα άλλα άψυχο" [1]
Ποιος ανακάλυψε το Κάλιο;
| Ο άγγλος Φυσικός και Χημικός Sir Humphry Davy γεννήθηκε στη πόλη Penzane (Cornouailles) το 1778 και πέθανε στη Γενεύη το 1829. Το 1807 απομόνωσε το Κάλιο με ηλεκτρόλυση του υδροξειδίου του Καλίου (ΚΟΗ) σε θερμοκρασία 330 βαθμών Κελσίου. Πρόκειται για το πρώτο μέταλλο που απομονώνεται με ηλεκτρόλυση. Ο ίδιος απομόνωσε με τον ίδιο τρόπο και άλλα μέταλλα όπως Νάτριο, Μαγνήσιο. |
 |
Ποια είναι τα φυσικά χαρακτηριστικά του Καλίου;
Μη μαγνητικό μέταλλο γκρίζου χρώματος

Το Κάλιο είναι τόσο μαλακό που μπορούμε να το κόψουμε εύκολα με το μαχαίρι (σκληρότητα 0,5) όπως και το Νάτριο.
Η πυκνότητα του Καλίου είναι 0.86 g/cm3 στους 20 βαθμούς Κελσίου. Αυτό σημαίνει ότι το Κάλιο είναι ελαφρύτερο του νερού. Προσοχή! Μην δοκιμάσετε με ένα μεγάλο κομμάτι Καλίου να επιβεβαιώσετε ότι επιπλέει στο νερό.
Το Κάλιο αντιδρά έντονα με το νερό και κάτω από ορισμένες συνθήκες το παραγόμενο Υδρογόνο αναφλέγεται. Καλό είναι να αποφεύγεται. Προσοχή! Η αντίδραση του Καλίου με το νερό είναι πιο έντονη από αυτήν του Νατρίου (Δείτε τις σχετικές προφυλάξεις σε σχετικό άρθρο στο δικτυακό μας τόπο).
Οι ενώσεις του Καλίου, κατά την πυροχημική ανίχνευση, χρωματίζουν τη φλόγα ιώδη.
Η ταχύτητα του ήχου στο Κάλιο είναι 2000 m/s.
Η Θερμοκρασία τήξης του Καλίου είναι 63 βαθμοί Κελσίου (ενώ του Νατρίου είναι 98 βαθμοί Κελσίου).
Το κράμα Να και Κ είναι σημαντικό υλικό για τη μεταφορά θερμότητας. Χρησιμοποιείται σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Προσοχή! Το Κάλιο, όπως και το Νάτριο, φυλάσσεται σε δοχείο μέσα σε πετρέλαιο.
Ποια είναι η ηλεκτρονική δομή του Καλίου;
1s2 - 2s2p6 - 3s2p6 - 4s1

Ποια είναι η κρυσταλική δομή του Νατρίου;

Ποια θέση έχει το Καλίου στο Περιοδικό Σύστημα;
Το Κάλιο κατέχει την 19η θέση στο Περιοδικό Σύστημα και ανήκει στην 1η ομάδα (Αλκάλια: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr). Τα αλκάλια είναι μέταλλα που δεν τα συναντάμε ποτέ σε ελεύθερη κατάσταση στη φύση, διότι είναι εξαιρετικά δραστικά.
Ποια είναι τα φυσικά ισότοπα του Καλίου;
| Κ39 |
93,3 % |
| Κ40 |
0,01 %, χρόνος ημιζωής 1,28 εκατομ. χρόνια |
| Κ41 |
6,7 % |
Ποια είναι η θέση του Καλίου στη Βιομηχανία;
Από τα λιπάσματα στο μπαρούτι και τα σπίρτα.
Τα σπίρτα έχουν μια κεφαλή που αποτελείται από θείο και χλωρικό κάλιο. Μερικές φορές χρησιμοποιείται μίγμα χλωρικού καλίου με διχρωμικό κάλιο. Στην επιφάνεια του σπιρτόκουτου τις πιο πολλές φορές υπάρχει φώσφορος και ένα υλικό για να αυξάνονται οι τριβές.
Το μπαρούτι, συνήθως, έχει την παρακάτω σύσταση: 75% Νιτρικό Κάλιο, 15% σκόνη άνθρακα και 10% Θείο.

Οι μάσκες οξυγόνου περιέχουν ένα από τα οξείδια του Καλίου. Χρησιμοποιούνται από τους εργαζόμενους σε ορυχεία και σε σβήσιμο πυρκαγιών.

Το Κάλιο και οι εφαρμογές του σε παλαιότερα σχολικά βιβλία
Το γυαλί [...Η κατασκευή της υάλου χρονολογείται από των παλαιοτάτων χρόνων. Η εφεύρεσις της κατασκευής ταύτης συνέβη όλως τυχαίως ως εξής. Άραβες έμποροι εταξίδευον εις τας αμμώδεις ερήμους της Αφρικής με τα καμήλους των. Καθ’ οδόν εστάθμευσαν προς ανάπαυσιν και παρασκευήν του γεύματος αυτών, ήναψαν πυράν εις τάς ακτάς αποξηρανθείσης λίμνης, η οποία περιείχε σόδαν φυσικήν. Κατά την καύσιν της σόδας μετά της χαλαζιακής άμμου εσχηματίσθη υγρόν παχύρευστον, το οποίον μετ’ ολίγον ψυχθέν απετέλεσε διαφανή ύαλον. Ταύτην έφερον και έδειξαν εις τους επιστήμονας, ούτοι δε εκ των φαινομένων τούτων οδηγηθέντες προέβησαν εις την κατασκευήν υάλου…]
Απόσπασμα από το ελληνικό εγχειρίδιο χημείας για τα δημοτικά σχολεία του Δημητρίου Βούλγαρη [2]
Ερωτήσεις - απαντήσεις σχετικές με το Νάτριο (εκλαΐκευση των επιστημών το 19ο αιώνα)
Ερώτηση. -Τίνα μέταλλα διαδηλούσι μείζονα συγγένειαν προς το οξυγόνο;
Απάντηση. -Το ποτάσσιον και το νάτριον.
Ερ. –Το ποτάσσιον και το νάτριον πως φανερούσι την προς το οξυγόνον συγγένειαν αυτών;
Απ. –Αποσυντιθέασι το ύδωρ άμα συναφθώσιν αυτώ.
Ερ. – Πως επενεργεί εις το ύδωρ το ποτάσσιον;
Απ. –Αντιλαμβάνεται μεν του οξυγόνου του ύδατος, απολύει δε το υδρογόνον, αέριον φλογιζόμενον δια της θερμότητος, ήν παράγει το ποτάσσιον ενούμενον μετά του οξυγόνου.
Ερ. –Πως επενεργεί το νάτριον εις το ύδωρ;
Απ. – Αποσυντίθησιν αυτό, και ταχέως οξειδούται, δεν παράγει όμως φλόγα, ως το ποτάσσιον, ριπτόμενον εις το ύδωρ.
Ερ. -Ποίας αλυκάς ύλας εμπεριέχει το θαλάσσιον ύδωρ;
Απ. – Τα εν τω θαλασσίω ύδατι άλατα έχουσιν ως συστατικά νάτρον, τίτανον, μαγνησίαν, θεικόν και υδροχλωρικό οξύ. Ταύτα δε τα πέντε μέρη, ενούμενα διαφόρως, δύνανται να παράγωσιν έξ άλατα.
Ερ. Ανάφερε τα κοινότερα δηλητήρια των μεταλλικών αλκαλίων.
Απ. –Τοιαύτα εισί το κάλιον το νάτρον, η ρευστή αμμωνία, η άσβεστος, κλπ.
Ερ. Τι φάρμακον πρέπει να διορισθή κατά του καυστικού αλκαλίου:
Απ. –Ύδωρ πολύ, εμπεριέχον ολίγον όξος ή χυμόν(ζωμί) λειμωνίου. Και το έλαιον και το βούτυρον ως και το ύδωρ του χόνδρου(μπλιγουρίου), πινόμενα ωφελούσιν. Ουδέποτε πρέπει να δοθή εις τον ασθενή αμμωνία ίνα πίη, άνευ της συναινέσεως του ιατρού.
Επιλογές από το βιβλίο "Κλείς Επιστημονική ή των καθημερινών φαινομένων εξήγησις" υπό του Δρος Ε.Κ. Βρεουέρος, κτλ.. Εν Σμύρνη 1857.
Γιατί στη θάλασσα υπάρχει πολύ ΝαCl και όχι KCl:
«Σύμπλοκα πυριτικά πετρώματα των τύπων NaAlSi3O8 και ΚAlSi3O8 αφθονούν εις την φύσιν. Δι’ αποσαθρώσεως αυτών των ορυκτών το κάλιον και το νάτριον μετατρέπονται εις διαλυτά άλατα, με αποτέλεσμα να οδηγηθούν εις την θάλασσαν. Διερχόμεναι δε δια μέσου του εδάφους αι ενώσεις του καλίου απορροφούνται υπ’ αυτού και καθίστανται σημαντική τροφή των φυτών, ενώ αι ενώσεις του νατρίου πολύ ολιγότερον συγκρατούνται υπό του εδάφους. Αποτέλεσμα της εκλεκτικής αυτής απορροφήσεως είναι η εις το ύδωρ της θαλάσσης συγκέντρωσις κυρίως χλωριούχου νατρίου.»
Απόσπασμα από το βιβλίο του Ανδρέα Γρ. Γαληνού. Ανόργανος Χημεία. Τόμος Γ΄. Μέταλλα. Αθήνα 1977.
Ενδιαφέροντες δικτυακοί τόποι για το Κάλιο
http://www.periodictableonline.org/elem_fr.cfm?IDE=K
Υποστηρικτικό εκπαιδευτικό υλικό: Το Νάτριο (στο δικτυακό μας τόπο)
Βιβλιογραφία
[1] Atkins, P. Το περιοδικό Βασίλειο. Ταξιδεύοντας στη χώρα των χημικών στοιχείων. Εκδόσεις Κάτοπτρο, Αθήνα 1996.
[2] Βούλγαρη, Δ. Εγχειρίδιο χημείας για τα δημοτικά σχολεία. Έκδοση βιβλιοπωλείου Δ. Δημητράκου (χ.χ.ε).
[3] Βρεουέρος Κ. Κλείς Επιστημονική ή των καθημερινών φαινομένων εξήγησις" υπό του Δρος Ε.Κ. Βρεουέρος, κτλ.. Εν Σμύρνη 1857. Μεθερμηνευθείσα εκ της Β΄ επιθεωρηθείσης εκδόσεως της Γαλλικής εις την ημετέραν γλώσσαν υπό Π.Ι.Κ.
[4] Γαληνού, Α. Ανόργανος Χημεία. Τόμος Γ΄. Μέταλλα. Αθήνα 1977.