Заряд калия: Заряд ядра у калия,Плизззз — Школьные Знания.com

Калий, натрий, хлор в сыворотке

Натрий, калий и хлор являются основными электролитами организма.

Электролиты – это минеральные соединения, которые способны проводить электрический заряд. Находясь в тканях и крови в виде растворов солей, они помогают перемещению питательных веществ в клетки и выводу продуктов обмена веществ из клеток, поддерживают в них водный баланс и необходимый уровень кислотности.

Основные электролиты в организме человека: натрий (Na+), калий (K+) и хлор (Cl-).

Большая часть натрия содержится в межклеточных жидкостях. Калий находится главным образом внутри клеток, однако небольшое, но жизненно важное его количество есть в плазме, жидкой части крови.

Контроль за уровнем калия очень важен. Даже его незначительные изменения могут повлиять на сердечный ритм и на способность сердца к сокращениям. Хлориды мигрируют через мембрану то внутрь, то наружу клетки и тем самым поддерживают ее электронейтральность. Уровень хлоридов обычно соответствует уровню натрия.

Натрий, калий и хлориды поступают в организм вместе с едой, тогда как почки участвуют в выводе их из организма. Баланс этих химических элементов является важным показателем здоровья человека, в частности того, как функционируют почки и сердце.

Совместное измерение уровней натрия, калия и хлоридов позволяет определить анионовое «окно» – разницу в содержании анионов и катионов в крови. Его аномальная величина не является специфичным показателем, однако предполагает присутствие в организме токсических веществ (оксалатов, гликолатов, аспирина) или вероятность метаболических отклонений, вызванных голоданием или сахарным диабетом.

Поскольку электролитный и кислотно-щелочной дисбалансы сопутствуют широкому спектру острых и хронических заболеваний, анализ на электролиты может быть назначен как уже госпитализированным пациентам, так и только что обратившимся в отделения экстренной медицинской помощи.

Для чего используется исследование?

• Как составная часть общего медицинского осмотра или в качестве самостоятельного исследования при тесте на метаболиты.
• Для скрининга электролитов и исследования кислотно-щелочного дисбаланса.
• Для контроля за эффективностью лечения дисбаланса, влияющего на функционирование определенных органов.

Когда назначается исследование?

• При диагностике заболевания с такими симптомами, как отек, тошнота, слабость, помутнение сознания, сердечная аритмия.
• При обследовании пациентов, страдающих острыми и хроническими болезнями.
• При необходимости контроля за эффективностью лечения гипертонии, сердечной недостаточности, болезней печени и почек.
• При низком уровне одного из электролитов, например, натрия или калия, в дальнейшем назначают повторный тест для наблюдения за динамикой дисбаланса до тех пор, пока не восстановится нормальный уровень этого электролита.

Стоимость исследования

Калий — ОВУМ – медицинская лаборатория в Кемерοво

Описание

Калий — основной внутриклеточный катион, 98% калия содержится внутри клеток, а 2% во внеклеточной жидкости, включая плазму крови.

Калий участвует в создании и поддержании мембранного заряда клеток, играет важную роль в проведении нервных импульсов, механизмах возбуждения нервных и мышечных волокон, регулирует внутриклеточное осмотическое давление, участвует в обменах белков и гликогена, иммунологических реакциях.

Концентрация калия зависит от его поступления с пищей, баланса внутри- и внеклеточной жидкости, уровня выведения почками, в меньшей степени через кишечник и с потом. Обмен калия  тесно связан с обменом натрия, регулируется гормоном альдостероном. На концентрацию калия влияют многие диуретики, изменение рН крови, введение инсулина.

Гиперкалиемия вызывает риск остановки сердца.

Гипокалиемия может вызывать нарушения ритма сердца, слабость мышц, атонию кишечника, ослабление рефлексов, гипотонию.

Показания к определению калия:

1.Контроль уровня калия при острой и хронической почечной недостаточности.

2.Контроль уровня калия при нарушениях ритма сердца.

3.Диагностика и мониторинг лечения надпочечниковой недостаточности.

4.Мониторинг терапии диуретиками.

Референтные интервалы калия в крови: 3,3-5,5 ммоль/л

Правила подготовки

• Необходимо исключить факторы, влияющие на результаты исследований: физическую нагрузку (бег, подъем по лестнице, подъем тяжестей), тепловые процедуры (посещение бани, сауны), эмоциональное возбуждение.
• Перед забором крови следует отдохнуть 10-15 минут в приемной, успокоиться.
• Исключить прием алкоголя за 1-2 дня до исследования.
• За 1 час до исследования исключить курение.
• Кровь не следует сдавать после рентгенографии, физиотерапевтических воздействий, после проведения диагностических или лечебных процедур.
• Анализ сдают натощак. «Натощак» — это когда между последним приемом пищи и взятием крови проходит не менее 8 ч (желательно — не менее 12 ч). Можно только пить воду. Накануне исследования следует избегать пищевых перегрузок.
• При исследовании крови учитывают влияние принимаемых лекарственных препаратов. Если прием лекарственного средства обязателен и исследование проводится на фоне приема препарата, об этом необходимо делать отметку на направлении

Калий (К+, Potassium), Натрий (Na+, Sodium), Хлор (Сl-, Chloride)

Что такое электролиты и для чего они нужны?

Электролиты – это минералы, имеющие положительный (катионы) или отрицательный (анионы) заряд. Они поддерживают кислотно-щелочное равновесие в организме, участвуют в работе клеток и регулируют количество жидкости в организме.

Калий в основном представлен внутри клеток, благодаря этому катиону осуществляется передача нервных импульсов и адекватная работа мышечных волокон, в том числе и кардиомиоцитов – клеток сердца. Серьезными последствиями грозит как повышение концентрации калия в крови (гиперкалиемия), так и понижение (гипокалиемия). Эти состояния требуют консультации врача в максимально короткие сроки, так как могут проявляться серьезными проблемами в работе сердца.

Натрий – это катион, в основном сконцентрированный во внеклеточном пространстве. Концентрация натрия в крови тесно связана с адекватной работой почек и нормальной выработкой некоторых гормонов. Изменение концентрации, связанное например с избыточным поступлением натрия с пищей может приводить к повышению артериального давления.

Хлор – анион, который в основном находится во внеклеточной жидкости и в крови, также содержится в желудочном соке в составе соляной кислоты. Хлор участвует в поддержании кислотно-щелочного баланса, баланса воды в тканях организма и осмотического давления. 

Концентрация электролитов зависит от многих факторов: в каком количестве они поступают в организм с пищей (в целях профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и хронической болезни почек врачи рекомендуют сократить употребление поваренной соли, заменив ее приправами), насколько адекватно работают почки и выводят избыток электролитов с мочой, также могут быть «непреднамеренные» потери электролитов при объемной рвоте или диарее. Некоторые препараты могут увеличивать или уменьшать проницаемость почечных мембран для различных электролитов – при их назначении врач порекомендует проводить регулярный контроль уровня электролитов в крови.

Для чего определяют уровень электролитов в крови?

Определение концентрации электролитов крови может входить в рутинное исследование во время диспансеризации, а также назначаться для контроля за состоянием пациентов, страдающих сахарным диабетом, заболеваниями почек, в том числе регулярно проходящих процедуры гемодиализа, нарушениями сердечного ритма, принимающих препараты для контроля артериального давления и/или хронической сердечной недостаточности, в частности, для борьбы с отечным синдромом (например, ингибиторы АПФ, мочегонные и др.

), госпитализированным с симптомами диареи и/или рвоты, и т.д.

При каких заболеваниях меняется уровень электролитов в крови?

При сахарном диабете может возникать дефицит всех трех электролитов — калия, натрия, хлора. К тем же последствиям приводят патологии головного мозга (опухоли, инсульты), кишечная непроходимость, обширные травмы и ожоги, болезни сердца, алкоголизм.

При гломерулонефрите (поражении клубочков почек) снижается концентрация калия, натрия в крови; терминальная стадия почечной недостаточности сопровождается гипергидратацией и гиперкалиемией.

Почему результат анализа может быть некорректным?

На результат исследование может повлиять недавняя сдача крови или ее переливание (за 2-3 дня до исследования), прием некоторых лекарств и БАД, повышенная температура тела.

Правила подготовки к анализу крови для определения уровней Калия, Натрия и Хлора

Кровь рекомендуется сдавать утром (в период с 8 до 11 часов), натощак (не менее 8 и не более 14 часов голодания, воду пить можно). Накануне избегать пищевых перегрузок.

Интерпретация результатов исследований содержит информацию для лечащего врача и не является диагнозом. Информацию из этого раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. Точный диагноз ставит врач, используя как результаты данного обследования, так и нужную информацию из других источников: анамнеза, результатов других обследований и т.д.

Трактовка результатов определения уровней Калия, Натрия и Хлора в крови

Единицы измерения: ммоль/л. Референсные значения

Возраст	Уровень калия, ммоль/л
1 день — 4,3 недели	3,7 — 5,9
4,3 недели — 24 месяца	4,1 — 5,3
24 месяца — 14 лет	3,4 — 4,7
> 14 лет	3,5 — 5,1

 Повышение значений (гиперкалиемия)

1. Избыточное поступление калия в организм: быстрое вливание растворов калия.
2. Выход К+ из клеток во внеклеточную жидкость: при массивном гемолизе, рабдомиолизе, распаде опухолей, тяжелых повреждениях тканей, глубоких ожогах, злокачественной гиперпирексии, ацидозе.
3. Сниженное выделение К+ почками: острая почечная недостаточность с олиго- и анурией, ацидозом, терминальная стадия хронической почечной недостаточности с олигурией, болезнь Аддисона, псевдогипоальдостеронизм, гипофункция ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, шоковые состояния, ишемия тканей.
4. Уменьшение объема внеклеточной жидкости — дегидратация.
5. Приём таких лекарственных средств, как амилорид, спиронолактон, триамтерен, аминокапроновая кислота, противоопухолевые средства, дигоксин, нестероидные противовоспалительные препараты, триметоприм-сульфаметоксазол.

Понижение значений (гипокалиемия)

1. Недостаточное поступление калия в организм: при хроническом голодании, диете, бедной калием.
2. Потеря калия организмом с кишечными секретами при частой рвоте, профузном поносе, аденоме ворсинок кишечника, кишечных свищах, отсасывании содержимого желудка через назогастральный зонд.
3. Потеря калия с мочой при почечном канальцевом ацидозе, почечной канальцевой недостаточности, синдроме Фанкони, синдроме Конна (первичном альдостеронизме), вторичном альдостеронизме, синдроме Кушинга, осмотическом диурезе (при сахарном диабете), алкалозе, введении АКТГ, кортизона, альдостерона.
4. Перераспределение калия в организме (усиленное поступление калия внутрь клеток): при лечении глюкозой и инсулином, семейном периодическом параличе, алкалозе.
5. Потеря с потом при муковисцидозе.
6. Лечение мегалобластической анемии витамином В12 или фолиевой кислотой.
7. Гипотермия.
8. Прием кортикостероидов, диуретиков (кроме калийсберегающих), бета-адреноблокаторов, антибиотиков.
9. Введение большого количества жидкости с низким содержанием калия.
10. ВИПома (опухоль островковых клеток поджелудочной железы, секретирующая вазоактивный интестинальный полипептид — ВИП).
11. Дефицит магния.

Натрий

Возраст	Уровень натрия, ммоль/л
1 день — 4,3 недели	133 — 146
4,3 недели — 24 месяца	139 — 146
24 месяца — 14 лет	138 — 145
14 — 90 лет	136 — 145
> 90 лет	132 — 146

Повышение значений (гипернатриемия)

1. Гипертоническая дегидратация: а) потеря жидкости через кожу при сильной потливости, б) потеря жидкости через легкие при длительной одышке; в) потеря жидкости через ЖКТ при частой рвоте и тяжелой диарее; г) при высокой лихорадке (брюшной тиф, паратиф, сыпной тиф и т. п.).
2. Недостаточное поступление воды в организм.
3. Задержка натрия в почках (снижение выведения с мочой) при первичном и вторичном гиперальдостеронизме, синдроме Кушинга (избытке кортикостероидов).
4. Избыточное введение солей натрия, например, гипертонического раствора натрия хлорида.
5. Прием таких препаратов, как АКТГ, анаболические стероиды, андрогены, кортикостероиды, эстрогены, метилдопа, оральные контрацептивы, бикарбогат натрия.

Понижение значений (гипонатриемия)

1. Недостаточное поступление натрия в организм.
2. Потеря натрия при рвоте, диарее, сильной потливости при адекватном водном и неадекватном солевом замещении.
3. Передозировка диуретиков.
4. Недостаточность надпочечников.
5. Острая почечная недостаточность (полиурическая стадия).
6. Осмотический диурез.
7. Гипотоническая гипергидратация: а) избыточное парентеральное введение жидкости; б) сниженное выведение воды при почечной недостаточности, повышенной секреции вазопрессина, дефиците кортикостероидов.
8. Гипонатриемия разведения с отеками и асцитом при хронической сердечной недостаточности, циррозе печени, циррозе печени, печеночной недостаточности, нефротическом синдроме.
9. Приём таких препаратов, как фуросемид, аминогликозиды, гипертонический раствор глюкозы, нестероидные противовоспалительные препараты, амитриптилин, галоперидол.
10. Гипотиреоз.

Хлор

Возраст	Уровень хлора, ммоль/л
1 день — 4,3 недели	98 — 113
4,3 недели — 90 лет	101 — 110
> 90 лет	98 — 111

Повышение значений (гиперхлоремия)

1. Обезвоживание в связи с недостаточным поступлением воды в организм.
2. Острая почечная недостаточность (когда потребление хлоридов превышает их экскрецию при анурии, олигурии).
3. Несахарный диабет.
4. Терапия кортикостероидами.
5. Респираторный алкалоз.
6. Гиперфункция коры надпочечников.

Понижение значений (гипохлоремия)

1. Усиленное потоотделение (при секреторных дисфункциях и гормональном дисбалансе).
2. Передозировка диуретиков.
3. Респираторный и метаболический ацидоз.
4. Обезвоживание вследствие потерь жидкости при рвоте, диарее.
5. Альдостеронизм.
6. Полиурическая стадия почечной недостаточности.
7. Травмы головы.
8. Водная интоксикация с увеличением объема внеклеточной жидкости.
9. Приём слабительных.

НАТРИЙ, КАЛИЙ, ХЛОР (Na/K/Cl)

Натрий, калий и хлор – это минеральные вещества, способные проводить электрический заряд.

Они называются электролитами и делятся на катионы (носители положительного заряда) и анионы (носители отрицательного заряда). К катионам относятся калий и натрий, к анионам – хлор и его соединения. В организме электролиты содержатся в виде растворов солей в тканях и межклеточной жидкости. Некоторое их количество циркулирует в крови. Эти вещества способствуют обменным процессам организма, играют роль в поддержании водного баланса и уровня pH (кислотно-щелочной баланс).

Калий жизненно важен для клеточного метаболизма — он помогает транспортировать питательные вещества внутрь клетки и выводить из нее отходы, передает нервно-мышечные импульсы и участвует в работе сердечной мышцы. Он присутствует во всех жидкостях организма, но большая часть калия находится в клетках. Лишь небольшое его количество присутствует в крови.

Обычно калий поступает с пищей в достаточном количестве и выводится почками. Уровень калия жестко регулируется организмом при помощи гормона альдостерона, поскольку даже незначительные колебания содержания калия могут иметь значительные последствия для здоровья – такие, как шок, дыхательная и сердечная недостаточность, аритмия и остановка сердца. При электролитном дисбалансе возникает смещение pH организма в кислую (ацидоз) или щелочную (алкалоз) сторону, что приводит к угрожающим для жизни последствиям и требует незамедлительного лечения.

Натрий в основном содержится в жидкостях организма, и обеспечивает такие функции, как поддержание внеклеточного осмотического давления, проведение нервно-мышечных импульсов и участие в клеточном обмене. Значительное количество натрия циркулирует в крови. Как и калий, он поступает в организм с пищей из большинства продуктов, а также из поваренной соли. Организм регулирует уровень натрия в определенном диапазоне, а излишки выводит с помощью почек. Гормоны, такие как альдостерон и натрийуретический пептид, могут замедлить или ускорить выведение натрия с мочой.

Избыток уровня натрия, в том числе в результате его чрезмерного потребления (злоупотребление солью и солеными продуктами) приводит к повышению артериального давления, обезвоживанию, повышенной нагрузке на почки, сухости глаз и кожных покровов. При недостатке натрия вода задерживается в организме за счет действия гормона вазопрессина, что приводит к отекам, в особенности нижних конечностей, застойным явлениям и сердечной недостаточности.

Хлор — отрицательно заряженный ион, который совместно с калием и натрием помогает регулировать количество жидкости в организме и поддерживать кислотно-щелочной баланс. Он присутствует во всех жидкостях организма, но больше всего хлора содержится в крови и внеклеточной жидкости. Обычно концентрация хлора отражает уровень натрия и изменяется прямо пропорционально его изменениям. Однако при нарушениях pH уровень хлоридов в крови может изменяться независимо от уровня натрия, поскольку хлор действует как буфер. Таким образом он помогает поддерживать нейтральный pH в клетках, перемещаясь внутрь клеток или наружу по необходимости. Хлор поступает в организм с пищей и поваренной солью, его избыток выводится с мочой.

В каких случаях обычно назначают исследование?

• Как часть биохимического комплекса общего медицинского обследования;
• При диагностике дисбаланса pH (ацидоз, алкалоз) и для контроля эффективности его лечения;
• При таких жалобах, как аритмия, слабость, тошнота, отеки, помутнение сознания;
• Для контроля за эффективностью лечения заболеваний печени, почек, сердечной недостаточности;
• При обследовании пациентов с острыми и хроническими заболеваниями.

Что именно определяется в процессе анализа?

Происходит измерение концентрации электролитов в образце сыворотки крови пациента с помощью ионселективного метода.

Что означают результаты теста?

Концентрация электролитов в крови зависит от их поступления с пищей, содержания воды в организме и работы почек. Кроме того, влияние оказывают гормоны, такие как альдостерон (усиливает выведение калия и поддерживает уровень натрия) и натрийуретический пептид (ускоряет выведение натрия с мочой).

При нарушениях работы почек организм удерживает воду для разбавления натрия и хлора, что приводит к падению их концентрации ниже нормы. При обезвоживании концентрация электролитов наоборот может возрастать. Влияют на уровень калия, натрия и хлора сердечно-сосудистые и мышечные заболевания, сахарный диабет и патологии нервной системы.

Любые отклонения уровня электролитов от нормы, особенно калия, очень опасны для жизни и здоровья пациента, и могут быстро привести к серьезным нарушениям в работе сердца и даже к смерти. Поэтому в случае выявления отклонений необходимо как можно быстрее госпитализировать и обследовать пациента.

Сроки выполнения теста

Обычно результат анализа можно получить на следующий день после взятия крови.

Как подготовиться к анализу?

Следует придерживаться общих правил подготовки к взятию крови из вены.

Анализы в KDL. Натрий, калий, хлор (Na/K/Cl)

Натрий, калий и хлор – это минеральные вещества, способные проводить электрический заряд. Они называются электролитами и делятся на катионы (носители положительного заряда) и анионы (носители отрицательного заряда). К катионам относятся калий и натрий, к анионам – хлор и его соединения. В организме электролиты содержатся в виде растворов солей в тканях и межклеточной жидкости. Некоторое их количество циркулирует в крови. Эти вещества способствуют обменным процессам организма, играют роль в поддержании водного баланса и уровня pH (кислотно-щелочной баланс).

Калий жизненно важен для клеточного метаболизма — он помогает транспортировать питательные вещества внутрь клетки и выводить из нее отходы, передает нервно-мышечные импульсы и участвует в работе сердечной мышцы. Он присутствует во всех жидкостях организма, но большая часть калия находится в клетках. Лишь небольшое его количество присутствует в крови.

Обычно калий поступает с пищей в достаточном количестве и выводится почками. Уровень калия жестко регулируется организмом при помощи гормона альдостерона, поскольку даже незначительные колебания содержания калия могут иметь значительные последствия для здоровья – такие, как шок, дыхательная и сердечная недостаточность, аритмия и остановка сердца. При электролитном дисбалансе возникает смещение pH организма в кислую (ацидоз) или щелочную (алкалоз) сторону, что приводит к угрожающим для жизни последствиям и требует незамедлительного лечения.

Натрий в основном содержится в жидкостях организма, и обеспечивает такие функции, как поддержание внеклеточного осмотического давления, проведение нервно-мышечных импульсов и участие в клеточном обмене. Значительное количество натрия циркулирует в крови. Как и калий, он поступает в организм с пищей из большинства продуктов, а также из поваренной соли. Организм регулирует уровень натрия в определенном диапазоне, а излишки выводит с помощью почек. Гормоны, такие как альдостерон и натрийуретический пептид, могут замедлить или ускорить выведение натрия с мочой.

Избыток уровня натрия, в том числе в результате его чрезмерного потребления (злоупотребление солью и солеными продуктами) приводит к повышению артериального давления, обезвоживанию, повышенной нагрузке на почки, сухости глаз и кожных покровов. При недостатке натрия вода задерживается в организме за счет действия гормона вазопрессина, что приводит к отекам, в особенности нижних конечностей, застойным явлениям и сердечной недостаточности.

Хлор — отрицательно заряженный ион, который совместно с калием и натрием помогает регулировать количество жидкости в организме и поддерживать кислотно-щелочной баланс. Он присутствует во всех жидкостях организма, но больше всего хлора содержится в крови и внеклеточной жидкости. Обычно концентрация хлора отражает уровень натрия и изменяется прямо пропорционально его изменениям. Однако при нарушениях pH уровень хлоридов в крови может изменяться независимо от уровня натрия, поскольку хлор действует как буфер. Таким образом он помогает поддерживать нейтральный pH в клетках, перемещаясь внутрь клеток или наружу по необходимости. Хлор поступает в организм с пищей и поваренной солью, его избыток выводится с мочой.

В каких случаях обычно назначают исследование?

• Как часть биохимического комплекса общего медицинского обследования;
• При диагностике дисбаланса pH (ацидоз, алкалоз) и для контроля эффективности его лечения;
• При таких жалобах, как аритмия, слабость, тошнота, отеки, помутнение сознания;
• Для контроля за эффективностью лечения заболеваний печени, почек, сердечной недостаточности;
• При обследовании пациентов с острыми и хроническими заболеваниями.

Что именно определяется в процессе анализа?

Происходит измерение концентрации электролитов в образце сыворотки крови пациента с помощью ионселективного метода.

Что означают результаты теста?

Концентрация электролитов в крови зависит от их поступления с пищей, содержания воды в организме и работы почек. Кроме того, влияние оказывают гормоны, такие как альдостерон (усиливает выведение калия и поддерживает уровень натрия) и натрийуретический пептид (ускоряет выведение натрия с мочой).

При нарушениях работы почек организм удерживает воду для разбавления натрия и хлора, что приводит к падению их концентрации ниже нормы. При обезвоживании концентрация электролитов наоборот может возрастать. Влияют на уровень калия, натрия и хлора сердечно-сосудистые и мышечные заболевания, сахарный диабет и патологии нервной системы.

Любые отклонения уровня электролитов от нормы, особенно калия, очень опасны для жизни и здоровья пациента, и могут быстро привести к серьезным нарушениям в работе сердца и даже к смерти. Поэтому в случае выявления отклонений необходимо как можно быстрее госпитализировать и обследовать пациента.

Сроки выполнения теста.

Обычно результат анализа можно получить на следующий день после взятия крови.

Как подготовиться к анализу?

Следует придерживаться общих правил подготовки к взятию крови из вены. С подробной информацией можно ознакомиться в соответствующем разделе статьи.

Ионы калия повысили эффективность превращения азота в аммиак

Международная группа исследователей, в состав которой вошёл сотрудник Сибирского федерального университета, обнаружила, что наночастицы золота, выращенные на органической матрице, содержащей ионы калия, показывают значительно большую эффективность электрохимического преобразования азота в аммиак. Работа опубликована в журнале Journal of Materials Chemistry A в коллекции «HOT Papers».

Аммиак — одно из наиболее широко производимых неорганических химических веществ. Большая часть современной промышленности и сельского хозяйства основана на использовании аммиака, который является важным сырьём для производства пластмасс, волокон, красителей, взрывчатых веществ, смол, фармацевтических препаратов и искусственных удобрений. При этом 80% и более производимого аммиака используется для удобрения сельскохозяйственных культур.

В индустриальном масштабе синтез аммиака идёт наиболее распространённым путём (процесс Хабера-Боша): смесь азота и водорода пропускается через нагретый катализатор (400-600° С) под высоким давлением (150-350 атм.). Однако такой процесс является энергоёмким, и на его долю приходится от 1 до 2% мирового годового потребления энергии. Поэтому крупномасштабное производство аммиака сопровождается высокой себестоимостью. Водород для этого процесса производится из природного газа, что ведет к выделению большого количества CO2 (не менее 450 миллионов тонн в год), усугубляя парниковый эффект.

В последние годы учёные стали обращать внимание на возможность производства аммиака с помощью электрохимической реакции восстановления азота. Такой процесс может управляться электричеством, получаемым от солнечной и ветровой энергии, и весь процесс преобразования может протекать при нормальных условиях. Множество катализаторов было исследовано за последние несколько лет, но их желаемая эффективность всё еще находится на начальной стадии, поскольку сложно одновременно достичь высокого выхода аммиака и выхода по току.

«Нашим коллегам из Китая удалось экспериментально приготовить катализаторы на основе ультрадисперсных наночастиц золота, встроенных в органическую матрицу, содержащую ионы калия. Эти катализаторы показали высокую стабильность и одновременную эффективность выхода аммиака и выхода по току. Для объяснения механизма работы катализатора мы создали модели и провели ряд расчётов. Обнаружилось, что присутствие катионов калия создает двойной эффект. С одной стороны, предотвращает приближение h4O+ к поверхности золота за счёт отталкивания от положительно заряженной координационной сферы комплексов K+, что приводит к подавлению конкурирующей нежелательной реакции выделения водорода. И с другой стороны, одновременно с этим переносимый заряд усиливает взаимодействие между связанной молекулой азота и поверхностью золота, что приводит к снижению лимитирующей стадии», — рассказал соавтор работы, старший научный сотрудник лаборатории нелинейной оптики и спектроскопии СФУ Артём Куклин.

Калий: факты и фактики

А. Мотыляев
«Химия и жизнь» №7, 2020

Калий, 19-й элемент Таблицы Менделеева. Он родной брат натрия, и их свойства порой не различить. Его, как и натрий, Гемфри Дэви получил в 1807 году электролизом. Однако в живых организмах они ведут себя по-разному. Растения не могут жить без калия, но прекрасно обходятся без натрия. В теле человека калий и натрий ведут между собой сложную игру, сбои в которой чреваты болезнями. Механизмы подобного поведения известны не до конца, и загадки калия продолжают занимать головы ученых, так же как и новые, а впрочем, и давно забытые способы применения соединений этого щелочного металла. ..

Что такое звезды со вспышками калия? История с этими звездами весьма поучительная. Дело было так. В 1962 году, во время рутинного наблюдения за небом на 193-мм телескопе в обсерватории Высокого Прованса, у желтой карликовой звезды была замечена вспышка — спектрограф показал всплеск излучения. Всплеск был удивителен. Во-первых, он состоял из линий нейтрального, а не ионизированного, как положено веществу звезд, калия, а во-вторых, никакие другие элементы следов своего участия во вспышке не оставили. Ну что ж, вспышка так вспышка. Правда, непонятно, что это, однако спектр-то вот он, на бумаге. И французские астрономы, а это были Даниэль Барбье и Нина Моргулефф, опубликовали в The Astrophysical Journal сообщение о странном событии.

Спустя два года в той же обсерватории была замечена еще одна вспышка, на сей раз у более холодного, оранжевого, карлика. Два события не случайность, а тенденция, решили их американские коллеги Роберт Уинг, Мануэль Пьемберт и Хурон Спинъярд из Ликской обсерватории и стали уже целенаправленно искать калиевые вспышки у других звезд. Однако пристальные наблюдения за 162 звездами никаких вспышек не выявили. А у французов новая удача — в 1965 году они зафиксировали калиевую вспышку у горячей бело-голубой звезды. Это не лезло ни в какие ворота: в атмосфере такой звезды все вещества ионизированы, там не может быть нейтрального калия! Однако спектры есть, и вот в печати появилась третья статья о загадочных звездах с калиевыми вспышками.

Американские коллеги устроили мозговой штурм. Что может быть общего у всех трех звезд, если они принадлежат к разным спектральным классам? Во-первых, у них общая земная атмосфера, через которую проходит свет звезд прежде, чем попасть в телескоп. Не может ли атмосферный калий дать вспышки? Нет, эту гипотезу отвергли, ведь линии такого калия слишком слабы. А во-вторых, события объединяет место наблюдения. Артефакт в обсерватории? Однако все приборы отъюстированы должным образом.

И тут кому-то пришла в голову мысль: спички! В них инициатором воспламенения служит бертолетова соль — хлорат калия, КClO₃. Спичку зажгли, и она дала ровно такие же линии, как и калиевые вспышки звезд. Видимо, время от времени при проведении наблюдений кто-то из сотрудников оказывался в такой зоне, что свет от зажигаемой им спички, например, для прикуривания сигареты, попадал в поле зрения спектрометра. Тот и фиксировал калиевую вспышку якобы звезды. Острословы говорят, что французская обсерватория после такого конфуза инициировала запрет на курение, однако история умалчивает, была ли это вспышка от случайного прикуривания или чей-то розыгрыш.

Откуда берется калий в звездах? Обычно элементы легче железа получаются в результате горения звездного вещества, если, конечно, не брать в расчет продукты Большого взрыва — водород и гелий. Калий входит в число исключений: он рождается во время взрыва Сверхновой, в результате горения кислорода, и оказывается в звезде следующего поколения, сформировавшейся из пыли взрыва. Ну и в планетах, если те возникнут у такой звезды.

Сколько калия в Земле? Это совсем не такой простой вопрос, каким кажется на первый взгляд. Доподлинно известна его доля в земной коре — 2,4%. А сколько точно и каких элементов находится в недрах, не знает никто. В случае с калием это содержание можно оценить. Правда, такая оценка будет зависеть от химической модели строения Земли. Причина в том, что калий — это единственный широко распространенный элемент, у которого есть долгоживущий радиоактивный изотоп — калий-40. Наряду с ураном-235 и торием-232 этот изотоп за счет своего распада обеспечивает внутреннее тепло Земли. А его можно измерить. До недавнего времени существовала одна-единственная модель Земли — кремниевая, в соответствии с которой наша планета в основном состоит из кремниевых минералов, а теплопередача в ней идет исключительно за счет диффузии тепла: сколько тепла выделилось в глубинах, столько его и было потрачено на нагрев поверхности и затем улетело в космическое пространство в виде теплового излучения. Поскольку поток тепла, уходящий с поверхности Земли, более-менее точно измерен, можно рассчитать мощность идущих в ее недрах тепловых процессов. Они дают 47 ТВт, из чего следует, что калия внутри планеты не может быть больше чем 0,024%.

Однако в середине XX века стараниями доктора геолого-минералогических наук В. Н. Ларина возникла гипотеза гидридной Земли (см. «Химию и жизнь», 1974, № 1). Согласно его идеям, основным строительным материалом для планеты были гидриды, а силикаты стали преобладать позже, по мере ее дегазации. Гидриды же сохранились в глубоких недрах и постепенно теряют свой водород, который в конце концов просачивается сквозь разломы в земной коре в виде молекул либо ионов, то есть голых протонов. Часть их кинетической энергии идет на нагрев поверхности Земли, но значительная ее доля сохраняется и вместе с водородом улетает в космос. Поскольку тепло есть мера кинетической энергии молекул, выходит, что водород способен унести немалое количество тепла из недр планеты, причем сделать это незаметно для геофизиков. В этой модели тепловой поток из недр Земли измеряется сотнями тераватт, так что калий может составить до 4%, и не от массы коры, а от массы всей планеты.

Этот, казалось бы, отвлеченный, спор имеет фундаментальное значение для всей нашей жизни. В модели гидридной Земли есть механизм саморегулирования земного тепла, который предохраняет ее от чрезмерного нагрева, — если мантия перегрелась, начинается интенсивный распад гидридов, усиливается поток водорода и планета охлаждается. Но этот механизм срабатывает не мгновенно, соответственно неизбежно возникают циклы нагрева-охлаждения на геологических масштабах времен. Отсюда следует, что нынешнее глобальное потепление связано с процессами внутри Земли. Тогда мероприятия по ограничению притока парниковых газов в атмосфере не принесут желаемой миром прохлады, поскольку не устраняют причину нагрева: средства будут потрачены зря, а ведь их с большей пользой можно пустить на радикальные способы регулирования климата планеты, главные из которых — распыление серной кислоты в стратосфере и массированное изъятие парниковых газов из атмосферы (подробности см.  в «Химии и жизни», 2020, № 1).

Как же проверить гипотезу Ларина? Именно сейчас, с развитием обсерваторий для изучения нейтрино, появилась возможность это сделать. Помощь опять может оказать радиоактивный калий. При своем распаде он дает антинейтрино с хорошо известной энергией. Вычленив поток таких антинейтрино и померив его, можно оценить содержание калия в планете, ну а дальше делать выводы. Подробно об этой идее рассказано в статье Л. В. Безрукова и его коллег из Института ядерных исследований РАН «On the contribution of the ⁴⁰K geo-antineutrino to single Borexino events», размещенной на сайте препринтов arxiv.com.

Кому нужен металлический калий? Практически никому: любую его работу ничуть не хуже выполняет гораздо более дешевый натрий. Единственное более-менее заметное использование металлического калия — получение надпероксида калия, КО₂. Его используют для регенерации воздуха во время полета космических кораблей «Союз», в различных скафандрах, где исключено соприкосновение с водой (при реакции с ней это вещество может взорваться), и как резервную систему на подводных лодках. Надпероксид поглощает углекислый газ и выделяет при этом кислород, причем весьма эффективно: 380 граммов на килограмм своего веса. Такого количества кислорода человеку хватит на пять часов работы средней тяжести. Потребность в подобном способе генерации кислорода невелика, поэтому годовое мировое производство металлического калия в тысячи раз меньше производства металлического натрия и составляет всего несколько тонн.

Зачем калий растениям? Без калия жизнь растений невозможна. В отличие от двух других важнейших для жизни элементов, фосфора и азота, он не входит в состав органического вещества. Однако ионы калия и его соединения с органикой регулируют важнейшие процессы, которые идут внутри клетки, где собирается практически весь калий живого существа. Калий активирует ферменты, поддерживает неизменной кислотность цитоплазмы, обеспечивает электрический потенциал на мембране. Он же отвечает за внутриклеточный осмос, обеспечивает тургор, то есть давление внутри клеток растений, которое придает побегам и плодовым телам грибов силу, способную вскрывать асфальт. Чтобы поддерживать постоянное содержание калия в цитоплазме, его нужно где-то хранить. Растение делает это с помощью вакуолей; в них в зависимости от внешних факторов концентрация ионов калия может меняться десятикратно, а в цитоплазме она стабильна.

Как калий взаимодействует с другими питательными веществами? Агрономы давно поняли, что растение нуждается в сбалансированном питании, когда калий, фосфор и азот находятся в определенном соотношении; если же соотношение нарушить, то часть удобрения пропадет. Однако какие молекулярные механизмы тут задействованы, понятно еще не до конца. Вот что об этом рассказано в недавнем обзоре, подготовленном Наталией Раддац и ее коллегами из Института биохимии растений и фотосинтеза Севильского университета (Frontiers in Plant Science, 6 марта 2020 года).

Возьмем азот, еще один элемент, без которого невозможна жизнь растения. Корни всасывают его из почвы в основном в виде нитрат-иона. А далее азот надо доставить к листьям. Сегодня хорошо известно семейство белков, соучаствующих в такой транспортировке азота. Их взаимоотношения довольно сложны. Одни белки открывают ворота для транспорта нитрат-иона из корня в сосудистую систему стебля. Другие позволяют ему из сока войти в сосудистую систему листа. Третьи отправляют излишний азот обратно к корням или от старых листьев к молодым. Там, где есть азот, идет рост новых тканей, при этом часть нитрат-ионов отправляется сразу в дело, а часть складируется в вакуолях. И там же, в вакуолях, находятся запасы иона калия. В этом есть глубокий смысл: имея противоположные электрические заряды, оба иона нейтрализуют друг друга, и суммарный электрический заряд вакуоли не меняется. Изменение же заряда включает соответствующий насос для изменения содержания того или другого иона.

Пути калия часто пересекаются с путями нитрат-иона. Например, при недостатке калия включается насос, выкачивающий калий из почвы. Удивительно, однако тот же фермент, что включает этот насос, активирует еще и белок, который обеспечивает всасывание корнями нитрат-иона. Если в соке оказалось мало калия, то меняется его электрический потенциал и открывается канал поставки калия из корня в сок. Однако он же открывается, если в соке оказалось слишком много нитрат-иона: так обеспечивается электрическая нейтральность соков растения. Конечно, вместо нитрат-иона в какой-то степени электронейтральность могут обеспечивать хлорид- и сульфат-ионы, а вместо калия — натрий, кальций и магний, но это когда на поле нет основных игроков.

Впрочем, имеется и прямой механизм влияния: когда калия в клетках корней мало, нитрат-ион просто перестает поступать в сок; дефицит калия отключает белок, открывающий перед нитратом дверь для выхода из клеток корня. Так и получается, что без калия растение жить не будет, сколько бы азота не было в его распоряжении. А что если создать обратный градиент калия у растения — опрыснуть листья золой? Этот прием часто используют в конце лета при выращивании на севере южных растений вроде винограда; считается, что он помогает побегам быстрее вызреть. Исследование молекулярных механизмов дает объяснение этому приему: избыток калия в листьях открывает соответствующие каналы, через которые идет отток не только калия, но и нитрат-иона от листьев к корням. Рост прекращается и начинается вызревание.

Что такое калиевая селитра? Это важнейший компонент дымного пороха. Получали селитру сбраживанием азотсодержащих соединений, прежде всего мочи или навоза, в присутствии золы. Сначала из них образовывался аммиак, затем бактерии превращали его в азотную кислоту, и после реакции с карбонатом калия из золы получался нитрат калия, он же калиевая селитра. В некоторых странах, например в петровской России, жители были обязаны изготавливать селитру из своих отходов (мочи, кала, навоза животных) и сдавать ее для нужд армии — выходил стакан селитры с крестьянской семьи в год. После открытия залежей селитры ее дефицит пропал, и это вещество стали применять как ценное азотно-калийное удобрение.

Какие бывают калийные удобрения? Испокон века таким удобрением служила зола, содержащая много карбоната калия. Однако сейчас минеральные калийные удобрения делают из хлорида калия, поскольку именно в таком виде калий находится в недрах Земли. Практика показала, что хлорид калия — не самое лучшее удобрение: он придает горечь овощам и фруктам. Поэтому придумали удобрения без хлора, например сернокислый калий. У него есть еще одна интересная особенность: при попадании в почву он ее не защелачивает. Это хорошо для некоторых растений, например голубики или рододедронов, которые не переносят щелочной реакции почвы. А вот зола почву защелачивает, и ее можно применять только для тех культур, что кислую почву не любят.

Впрочем, чтобы фермеру удобрить поле калием, необязательно обращаться к гигантам индустрии минеральных удобрений. Речь идет не только о золе; калий можно извлекать из других источников. Например, если умелым действием собрать всю мочу из городских туалетов или с фермы, выделить из нее мочевину, а потом пропустить через угольный фильтр, сделанный из отходов деревообработки, то он поглотит почти весь фосфор и добрую треть калия. Гранулы из такого угля послужат удобрением; оно станет медленно выделять фосфор, который адсорбируется на угле, и быстро — калий, который просто оседает на стенках пор в виде струвита, то есть мочевого камня. Конечно, в таком удобрении будет и натрий, однако небольшая его добавка нисколько не мешает жизни растений, а иногда даже помогает избежать последствий дефицита калия.

Аналогично работают и современные удобрения фабричного изготовления, в которых калийное соединение смешивают с глиной и впитывающим воду полиакриламидом: калий из них выходит медленно, что обеспечивает рост урожая при меньших тратах удобрения.

Есть и другой интересный способ — использование так называемого биоугля; его получают пиролизом различных древесных отходов. Например, скорлупы орехов, которая при массовом производстве оказывается пренеприятным отходом, поскольку очень медленно перегнивает. Пиролизом удается убить двух зайцев: избавиться от отходов и законсервировать углекислый газ, который пошел на фотосинтез скорлупы. Но куда потом девать этот уголь? Им предлагают улучшать структуру почвы: такой зарытый в землю углерод на долгие столетия будет изъят из углеродного круговорота Земли. Оказывается, у этого приема есть еще одно замечательное свойство: на поверхности древесного угля прекрасно обживаются полезные почвенные бактерии, которые, в частности, превращают неусваиваемый минеральный калий в приемлемую для растений форму. В результате на почве, улучшенной биоуглем, можно вдвое уменьшить дозу калийных удобрений. Аналогичную функцию, доставку растению калия в наиболее доступной для него форме, выполняют и удобрения на основе гумата калия.

Откуда берут минеральные калийные удобрения? Их производство — одна из важнейших отраслей промышленности, без которой невозможно интенсивное сельское хозяйство, и на них расходуется 95% всего добываемого калия, а добывают его много — более 30 млн тонн в год. Мировые запасы калия оценивают в 18 млрд тонн, из них коммерчески выгодно извлекать 8 млрд тонн. То есть дефицита калия в ближайшие два века не ожидается: растения можно кормить вдоволь.

Половина запасов калия лежит в канадской провинции Саскачеван, огромными запасами располагают также РФ, Белоруссия, КНР, ФРГ и Израиль. Последний — единственный, кто добывает калий выпариванием воды Мертвого моря, остальные извлекают его из шахт в виде минерала либо из затопленных шахт в виде рассола. Эти пять стран оказываются и крупнейшими экспортерами калийных удобрений, которые отправляются главным образом в КНР, США, Индию и Бразилию: на них приходится две трети мирового импорта калия.

Основным сырьем для производства и калия, и калийных удобрений служит сильвинит — минерал, который состоит из сильвина, то есть хлорида калия и галита, хлорида натрия. Как правило, в сильвине имеются соединения железа, отчего он принимает характерный оранжевый или розовый цвет; этот цвет сохраняется и у сделанных непосредственно из него калийных удобрений или у соли для посыпки улиц в гололед. Еще один важный источник калия — карналлит, состоящий из хлоридов калия и магния; при его переработке хлорид калия оказывается, в сущности, побочным продуктом, поскольку карналлит служит сырьем для магниевого производства. А при переработке сильвинита побочным продуктом оказывается галит. Частично он идет на изготовление пищевой соли, а основная часть отправляется в отвалы — потребность в соли гораздо меньше, чем в удобрениях.

Объем отвалов можно уменьшить. В недрах земли слои сильвинита перемежаются слоями чистого галита. Если их разделять на месте, в шахте, то часть отходов останется внизу. От этого выйдет большая польза: галитом можно сразу заваливать места выработки и таким образом снижать риск возникновения провалов грунта. Именно так сейчас делают на шахтах второго по величине месторождения СНГ — Старобинском, что на юге Минской области: в год в его шахтах остается более миллиона тонн галита.

Поднятый на поверхность сильвинит дробят и затем отделяют частицы сильвина от частиц галита. Делают это двумя способами. Первый — флотационный: каменную соль мелко размалывают и обрабатывают водой с поверхностно-активными веществами. Поверхность частиц сильвина и галита смачивается по-разному, и сильвин уходит вместе с образующейся над раствором пеной. Второй способ — галургический; он основан на том, что с ростом температуры растворимость сильвина возрастает быстрее, чем галита. Обоими способами удается извлечь более 85% сильвина, который пойдет на удобрения, а также для изготовления различных соединений калия.

В чем загадка происхождения калиевых солей? Считается, что месторождения каменной соли сформировались в результате испарения мелководных лагун древних морей. Однако в этом случае в соли должно быть много сульфатов магния. Дело в том, что магния в морской воде даже больше, чем калия, да и сульфат-ион присутствует в значительном количестве. Опыты показали, что при испарении морской воды сначала выпадают хлориды натрия и калия, забирающие основную часть хлора, а потом то, что осталось. Главное же из этого «что осталось» — как раз сульфат магния. Однако каменная соль в недрах Земли, как правило, обогащена хлоридом магния; сульфатные минералы в большом количестве есть только в одном месторождении каменной соли, Штрассфуртском, что в земле Саксония-Анхальт.

Дефицит сульфатов пытались объяснить речным стоком: принесенный реками кальций мог осадить сульфат-ион в виде гипса, но оказалось, что воды надо слишком много. Не прошла и версия с бактериями, восстанавливающими серу: они делают из сульфата сероводород и тот улетает. Увы, для достижения результата надо слишком много таких бактерий. Сейчас есть мнение, что морская вода совсем ни при чем. Просто в древности, а месторождения каменной соли сформировались главным образом в пермском периоде, то есть 300–250 млн лет назад, из глубин планеты на поверхность в некоторых местах текли огромные потоки горячей воды. По дороге вода вымывала из проходимых ею пород кальций, калий, натрий, магний и постепенно все сильнее засолялась, превращаясь в рапу. Кальций не добирался до поверхности: он раньше выпадал из рассола в виде гипса, связывая сульфиды. Далее очищенная от этих двух компонентов и, стало быть, обогащенная хлоридами натрия, калия и магния рапа изливалась на поверхность, где вода окончательно испарялась, формируя слои соли. Поскольку климат тогда был жаркий и засушливый, дожди не успевали эту соль смыть. За 50 млн лет случилось много геологических катастроф, которые засыпали соленые отложения, сформировав многосотметровые толщи из слоев каменной соли, перекрытых каменистыми породами. Впрочем, морская гипотеза происхождения, несмотря на сульфатную проблему, остается главной.

Как калий поможет возобновляемой энергетике? Речь не о калиевой батарейке, перспективы которой в соревновании с литиевой и натриевой не очень понятны, а о катализаторе горения. Один из видов топлива для нужд возобновляемой энергетики — растения, прежде всего быстрорастущие травы и деревья; если заменить ими ископаемое топливо хоть для личных, хоть для промышленных нужд удастся сократить поток в атмосферу ископаемого углерода, то есть внести вклад в стабилизацию парникового эффекта. Здесь есть разные способы — от использования печного отопления пеллетными котлами до получения из растений горючих газов. При этом получается не только много золы (ее можно превратить в калийное удобрение), но и совсем неприятные тяжелые соединения углерода — сажа, деготь, битум. От них надо как-то избавляться, то есть тратить деньги, а это повышает стоимость и без того недешевой энергии. В общем, если не экономить каждую копейку, не сможет такая возобновляемая энергия без использования административного ресурса одолеть энергию из ископаемого топлива. Оказывается, калий выступает неплохим катализатором газификации органики; он препятствует возникновению полимеров ароматических углеводородов, которые образует сажу с битумом.

Есть еще одно применение калия в этой области: его гидроксид служит катализатором превращении масла в биодизель. Можно использовать и более дешевый гидроксид натрия, но у КОН меньше размер молекулы, и он лучше проникает в глубь капель масла. В этом же причина того, что жидкое мыло с добавками КОН чище отмывает посуду с толстым слоем пригоревшего жира, нежели только с NaOH.

Как калий связан с ядами? Весьма опосредованно. В самом известном из детективной литературы яде, цианистом калии, ему отведена скромная роль партнера остатка синильной кислоты, который и несет ответственность за отключение кислородного питания клеток. Причиной популярности этого яда служит его использование в промышленности: при добыче золота, в гальванотехнике. Непонятно, почему эту славу не заслужил цианистый натрий, столь же сильный яд, широко который применяют в металлообработке для цианирования стальных деталей.

Есть еще один интересный факт: в яде скорпионов, пауков, моллюсков присутствуют блокаторы калиевых каналов. В 1985 году удалось выявить соответствующий белок яда скорпиона. Его назвали харибдапротеин в честь мифологического морского чудовища Харибды, едва не поглотившего корабль Одиссея: подобно водовороту белок затягивается в пору клеточной мембраны, через которую идет поток ионов калия, и надежно ее закупоривает. Однако лишь спустя тридцать лет удалось понять, как именно это делает харибдотоксин. Обладая таким знанием, исследователи стараются выявить другие вещества, способные блокировать калиевые каналы. А надо это для изобретения лекарств, ведь потоки калия регулируют огромное число жизненных процессов не только в растениях.

Как калий влияет на здоровье? Согласно рекомендациям ВОЗ, для снижения риска развития гипертонии и связанных с ней сердечно-сосудистых заболеваний нужно потреблять много калия. Минимальная доза для взрослых — 3,5 грамма калия в день, и она должна быть больше, чем доза натрия. Для детей суточная доза меньше и зависит от возраста. Больше всего калия содержится в бобах, 1300 мг на 100 граммов продукта, однако тут надо иметь в виду, что бобы в свежем виде мало кто ест, а при отваривании значительное количество калия переходит в отвар. Следующими идут орехи (600 мг на 100 г), зелень (550 мг), всякие ягоды вроде помидоров, огурцов, тыкв и прочих (300 мг), корнеплоды (200 мг).

Как вырастить бескалиевый лук? По данным ВОЗ, натрий хуже, чем калий. Однако на классический вопрос: а чем же натрий хуже, следует ответ: действительно, бывают случаи, когда калий хуже натрия. Калий вреден тем, у кого есть проблемы с почками. Натрий им также вреден, но с ним-то можно справиться — есть несоленую пищу. А пищи без калия не бывает. И особенно его много в той, которая связана со здоровым питанием, то есть в овощах и фруктах. Что же делать таким людям? Есть два способа. Первый: надеяться на рынок и его эффективных менеджеров. В самом деле, если есть потребность в овощах и фруктах с низким содержанием калия, значит, их вырастят и предложат к продаже. Однако как это можно сделать, если растения без калия не живут? Для этого нужно хорошо знать потребности растения в разные периоды его жизни. Возьмем один из наиболее широко используемых овощей — репчатый лук. Когда световой день короток, он гонит зеленые листья, куда и уходят весь азот с калием. А как день становится длинным, начинает формироваться луковица. В нее из листьев идет отток питательных веществ, в том числе запасенного ранее калия. Оказывается, калий из листьев составляет меньше трети всего калия луковицы. Значит, остальное она добирает из почвы. Поэтому если при наступлении длинного дня прекратить подкормку, то и калия она накопит в два раза меньше. Такой лук больше подойдет пациенту с болезнью почек. Подобный метод можно применять для многих овощей, особенно если их выращивать гидро- или аэропоникой. Однако есть второй, более радикальный способ: использование препаратов на основе ионообменных смол. Попав в пищеварительный тракт, они заберут калий из перевариваемой пищи, заменив его, например, на кальций или натрий, и проблема будет частично решена. Правда, при таком способе лечения может возникнуть и дефицит этого жизненно важного элемента.

Таблица общих зарядов химических элементов

Это таблица наиболее распространенных зарядов атомов химических элементов. Вы можете использовать эту диаграмму, чтобы предсказать, может ли атом связываться с другим атомом. Заряд атома связан с его валентными электронами или степенью окисления. Атом элемента наиболее устойчив, когда его внешняя электронная оболочка полностью или наполовину заполнена. Наиболее распространенные заряды основаны на максимальной стабильности атома. Однако возможны и другие сборы.

Например, водород иногда имеет заряд ноль или (реже) -1. Хотя атомы благородных газов почти всегда несут нулевой заряд, эти элементы действительно образуют соединения, что означает, что они могут приобретать или терять электроны и нести заряд.

Таблица общих начислений за элемент

Номер	Элемент	Заряд
1	водород	1+
2	гелий	0
3	литий	1+
4	бериллий	2+
5	бор	3-, 3+
6	углерод	4+
7	азот	3-
8	кислород	2–
9	фтор	1–
10	неон	0
11	натрия	1+
12	магний	2+
13	алюминий	3+
14	кремний	4+, 4-
15	фосфор	5+, 3+, 3-
16	сера	2-, 2+, 4+, 6+
17	хлор	1–
18	аргон	0
19	калий	1+
20	кальций	2+
21	скандий	3+
22	титан	4+, 3+
23	ванадий	2+, 3+, 4+, 5+
24	хром	2+, 3+, 6+
25	марганец	2+, 4+, 7+
26	утюг	2+, 3+
27	кобальт	2+, 3+
28	никель	2+
29	медь	1+, 2+
30	цинк	2+
31	галлий	3+
32	германий	4-, 2+, 4+
33	мышьяк	3-, 3+, 5+
34	селен	2-, 4+, 6+
35	бром	1-, 1+, 5+
36	криптон	0
37	рубидий	1+
38	стронций	2+
39	иттрий	3+
40	цирконий	4+
41	ниобий	3+, 5+
42	молибден	3+, 6+
43	технеций	6+
44	рутений	3+, 4+, 8+
45	родий	4+
46	палладий	2+, 4+
47	серебро	1+
48	кадмий	2+
49	индий	3+
50	банка	2+, 4+
51	сурьма	3-, 3+, 5+
52	теллур	2-, 4+, 6+
53	йод	1–
54	ксенон	0
55	цезий	1+
56	барий	2+
57	лантан	3+
58	церий	3+, 4+
59	празеодим	3+
60	неодим	3+, 4+
61	прометий	3+
62	самарий	3+
63	европий	3+
64	гадолиний	3+
65	тербий	3+, 4+
66	диспрозий	3+
67	гольмий	3+
68	эрбий	3+
69	тулий	3+
70	иттербий	3+
71	лютеций	3+
72	гафний	4+
73	тантал	5+
74	вольфрам	6+
75	рений	2+, 4+, 6+, 7+
76	осмий	3+, 4+, 6+, 8+
77	иридий	3+, 4+, 6+
78	платина	2+, 4+, 6+
79	золото	1+, 2+, 3+
80	ртуть	1+, 2+
81	таллий	1+, 3+
82	свинец	2+, 4+
83	висмут	3+
84	полоний	2+, 4+
85	астатин	?
86	радон	0
87	франция	?
88	радий	2+
89	актиний	3+
90	торий	4+
91	протактиний	5+
92	уран	3+, 4+, 6+

Нейротрансмиттеров и рецепторов

Как нейроны проводят электрические импульсы?

Нейроны проводят электрические импульсов с помощью потенциала действия. Это явление порождено через поток положительно заряженных ионов через мембрану нейрона. Я объясню…….

Нейроны, как и все клетки, поддерживают разные концентрации определенных ионов (заряженных атомов) через их клеточные мембраны. Представьте себе случай лодка с небольшой протечкой ниже ватерлинии. Чтобы лодку сохранить на плаву небольшое количество воды, попадающее через утечку, должно быть откачанным, что поддерживает более низкий уровень воды относительно открытое море.Нейроны делают то же самое, но выкачивают положительно заряженный натрий. ионы. Кроме того, они положительно накачивают заряженные ионы калия (поташ садоводам !!) Таким образом, существует высокая концентрация ионы натрия, присутствующие вне нейрона, и высокая концентрация ионы калия внутрь. Нейрональная мембрана также содержит специализированные белки, называемые каналами, которые образуют поры в мембране, избирательно проницаемые для отдельные ионы.Таким образом, натриевые каналы позволяют ионы натрия через мембрану, а калий каналы пропускают ионы калия.

Хорошо, пока очень хорошо. Теперь в условиях покоя калиевый канал более проницаемы для ионов калия, чем натриевые каналы для натрия ионы. Таким образом, происходит медленная утечка наружу ионов калия, которая больше, чем утечка внутрь ионов натрия. Это означает что мембрана имеет отрицательный заряд на внутренней стороне относительно внешней среды, так как больше положительно заряженных ионов вытекают нейрона, чем втекает.Эта разница в концентрациях ионов по обе стороны от мембраны вызывает рост мембранного потенциала, и мембрана считается поляризованной.

Потенциал действия

Вернемся к лодке. Теперь, в лодке, там давление для воды, и если большая дыра пробита в С другой стороны, скорость, с которой вода поступает в лодку, значительно увеличилась. Точно так же ионы натрия испытывают давление, чтобы проникнуть в нейрон, но им мешает мембрана и перекачка механизмы, которые удаляют любые ионы, которые успевают попасть внутрь.Однако если открываются натриевые каналы, затопляются положительно заряженные ионы натрия в нейрон, и заставляя внутреннюю часть клетки на мгновение положительно заряжен — клетка называется деполяризованной. Этот имеет эффект открытия калиевых каналов, позволяя калию ионы покидают клетку. Таким образом, сначала происходит приток натрия. ионов (что приводит к массивной деполяризации) с последующим быстрым истечением ионы калия из нейрона (что приводит к реполяризации).Избыток ионы впоследствии закачиваются в нейрон и выходят из него.

Этот переходный переключатель мембранного потенциала является действием потенциал. Цикл деполяризации и реполяризации очень быстро, всего за 2 миллисекунды (0,002 секунды) и, таким образом, позволяет нейронам запускать потенциалы действия быстрыми импульсами, общая черта в нейронной коммуникации.

Как проявляется потенциал действия распространяться по аксону?

Натриевые каналы в нейрональной мембране открываются в ответ. к небольшой деполяризации мембранного потенциала.Итак, когда действие потенциал деполяризует мембрану, передний край активирует другие соседние натриевые каналы. Это приводит к очередному всплеску деполяризации. передний край которого активирует большее количество соседних натриевых каналов … и т. д. Таким образом, волна деполяризации распространяется от точки зарождения.

Если бы это было все, было бы к нему, то потенциал действия будет распространяться во всех направлениях по аксону. Но потенциалы действия движутся в одном направлении.Этот достигается за счет того, что натриевые каналы имеют тугоплавкую период после активации, в течение которые они не могут открыть снова. Это гарантирует, что потенциал действия распространяется в определенном направлении вдоль аксона.

Скорость распространения зависит от размера аксона.

Скорость действия потенциала распространение обычно напрямую связано с размером аксона. Большие аксоны приводят к высокой скорости передачи.Например, кальмар имеет аксон диаметром около 1 мм, который инициирует быстрое бегство рефлекс. Увеличение размера аксона удерживает больше натрия ионы, образующие внутреннюю волну деполяризации внутри аксона.

Однако, если бы у нас были аксоны, размера гигантского аксона кальмара в нашем мозгу, дверные проемы должны быть существенно расшириться, чтобы уместить наши головы !!! Мы могли только иметь несколько мышц, расположенных на большом расстоянии от нашего мозга — так что все мы были бы очень низкорослыми с очень большими головами….не совсем возможно, это? Ответ — изолировать аксональную мембрану от предотвращают рассеяние внутренней деполяризации в малых аксонах — миелин.

Так что же делает миелин?

Миелин — это жировые оболочки клеток, которые называются олигодендроглиями (в ЦНС) и Шванновские клетки (в ПНС), который оборачивается вокруг аксона и действует как изолятор, предотвращая диссипация волны деполяризации. Натрий и калий ионные каналы, насосы и все другие принадлежности, связанные с распространение потенциала действия сосредоточено на сайтах между блоками миелина называют Узлами Ранвье.Эта миелиновая оболочка позволяет потенциалу действия прыгать с одного узла к другому, значительно увеличивая скорость передачи.

Без миелиновой оболочки мы не может функционировать. Об этом свидетельствуют разрушительные эффекты рассеянного склероза, демиелинизирующее заболевание, которое поражает пучки аксонов в головном мозге, спинного мозга и зрительного нерва, что приводит к нарушению координации и мышечный контроль, а также трудности с речью и зрением. Для дополнительную информацию об этом заболевании посетите MS Интернет-сайт общества.

Веб-статистика

7.3: Катионы — Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Катионы
2. Применение катионов
3. Резюме
4. Авторы и авторство

Когда старатели во время Калифорнийской золотой лихорадки (1848-1855) искали золотые самородки в земле, они смогли найти самородки, потому что золото представляет собой инертный материал, который существует в своем элементарном состоянии во многих местах.Не всем посчастливилось найти большие самородки, подобные показанным выше, но некоторые шахтеры действительно стали очень богатыми (конечно, большое количество других вернулось домой разоренными).

Многие из известных нам элементов не существуют в их естественной форме. Они настолько реактивны, что встречаются только в составе соединений. Эти неэлементные формы известны как ионы. Их свойства сильно отличаются от свойств элементов, из которых они происходят. Термин происходит от греческого слова, означающего «движение», и впервые был придуман Майклом Фарадеем, который изучал движение материалов в электрическом поле.

Катионы

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Натрий теряет электрон, чтобы стать катионом.

Некоторые элементы теряют один или несколько электронов при образовании ионов. Эти ионы известны как «катионы », потому что они заряжены положительно и мигрируют к отрицательному электроду (катод ) в электрическом поле. Глядя на таблицу Менделеева ниже, мы знаем, что все элементы группы 1 характеризуются наличием одного \ (s \) электрона на внешней орбите, а элементы группы 2 имеют два \ (s \) электрона на внешней орбите. +} \).{++}} \), чтобы указать, что он потерял два электрона и имеет заряд \ (+ 2 \), поэтому катион магния будет называться двухвалентным катионом .

Катионы просто называются родительскими элементами. Катион натрия еще называют «натрием». Часто заряд прилагался для ясности, поэтому катион натрия можно было бы обозначить как «натрий один плюс».

Применение катионов

Катионы играют важную роль в нашей повседневной жизни. Ионы натрия, калия и магния необходимы для таких процессов, как регуляция артериального давления и сокращение мышц.Ионы кальция — важная часть костной структуры. Ионы натрия можно использовать в смягчителях воды для удаления других вредных элементов. Мы добавляем в пищу хлорид натрия (поваренную соль) и используем его в качестве консерванта.

Сводка

• Катионы образуются в результате потери одного или двух электронов элементом.
• Элементы групп 1 и 2 образуют катионы.
• Катионы названы в соответствии с родительским элементом.
• Заряды катионов обозначаются надстрочным индексом после химического символа.

Авторы и авторство

• Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

1.17: Ионы — Chemistry LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

Как обсуждалось в предыдущем разделе, количество протонов в атоме определяет, к какому элементу принадлежит атом.Если число протонов изменяется (как вы увидите в блоке 2, это может произойти во время ядерных реакций), идентичность атома меняется. В нейтральном атоме количество протонов и электронов равно друг другу. Однако количество электронов в атоме может измениться. Если число электронов изменится по сравнению с числом в нейтральном атоме, полученная частица будет заряжена. Почему? Рассмотрим следующие примеры.

Элемент	Протоны	Электронов	Чистая плата	Частица	Символ
Атом калия	19	19	0	Нейтральный атом	К
Ион калия	19	18	+1	Катион	К +
Атом серы	16	16	0	Нейтральный атом	S
Ион серы	16	18	−2	Анион	ю. 2 —

Протоны — это положительно заряженные частицы, а количество протонов определяется атомным номером элемента.Поскольку электрон имеет ту же величину заряда, что и протон, но противоположный знак (электроны отрицательны), для того, чтобы атом был нейтральным, чтобы не иметь чистого заряда, количество протонов и электронов равны друг другу. Однако, если электронов меньше, чем протонов, как в случае иона калия, итоговый заряд будет положительным, поскольку положительных протонов на один больше, чем отрицательных электронов [(+19) + (−18) = +1]. Положительные ионы — это катионов . Когда электронов больше, чем протонов, как в случае с ионом серы, суммарный заряд отрицательный [(+16) + (−18) = −2].Отрицательными ионами являются анионов .

Заполните следующую таблицу и подумайте, как бы вы объяснили свои ответы, если бы вы учили этому понятию коллегу.

Элемент	Протоны	Электронов	Чистая плата	Частица	Символ
Атом стронция			0		Sr
Ион стронция			+2	Катион
Атом брома				Нейтральный атом
Ион брома					руб. —

Периодическая таблица в KnowledgeDoor

Ссылки (Щелкните рядом со значением выше, чтобы просмотреть полную информацию о цитировании этой записи)

Олбрайт, Томас А., и Джереми К. Бёрдетт. Проблемы теории молекулярных орбиталей. Нью-Йорк: Oxford University Press, 1992.

Аллен, Лиланд К. «Электроотрицательность — это средняя энергия одного электрона электроны валентной оболочки в свободных атомах основного состояния ». Журнал Американского химического общества, том 111, номер 25, 1989 г., стр. 9003–9014. doi: 10.1021 / ja00207a003

Allred, AL« Значения электроотрицательности от Термохимические данные. «Журнал неорганической и ядерной химии», том 17, номер 3-4, 1961 г., стр.215–221. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (61) 80142-5

Allred, A. L. и E. G. Rochow. «Шкала электроотрицательности, основанная на Электростатическая сила ». Журнал неорганической и ядерной химии, том 5, номер 4, 1958, стр. 264–268. DOI: 10.1016 / 0022-1902 (58) 80003-2

Андерс, Эдвард и Николас Гревесс. «Изобилие стихий: Метеоритные и солнечные ». Geochimica et Cosmochimica Acta, volume 53, number 1, 1989, pp. 197–214. Doi: 10.1016 / 0016-7037 (89)-X

Andersen, T., Х. К. Хауген и Х. Хотоп. «Энергии связи в атомных отрицательных ионах: III». Справочный журнал физических и химических данных, том 28, номер 6, 1999 г., стр. 1511–1533.

Бацанов С.С. Ван-дер-Ваальсовые радиусы элементов. Неорганические материалы, том 37, номер 9, 2001 г., стр. 871–885. См. Реферат

Bondi, A. «Van der Waals Volumes and Radii». Журнал по физической химии, том 68, номер 3, 1964 г., стр. 441–451. DOI: 10.1021 / j100785a001

Bowen, H.Дж. М. Экологическая химия элементов. Лондон: Academic Press, Inc., 1979.

.

Бойд, Рассел Дж. И Кеннет Э. Эджкомб. «Атомные и групповые электроотрицательности из распределений электронной плотности молекул». Журнал Американского химического общества, том 110, номер 13, 1988 г., стр. 4182–4186. doi: 10.1021 / ja00221a014

Bratsch, Steven G. «Пересмотренные значения электроотрицательности Малликена: I. Расчет и преобразование в единицы Полинга». Журнал химического образования, том 65, номер 1, 1988 г., стр.34–41. DOI: 10.1021 / ed065p34

Cardarelli, François. Справочник по материалам: Краткий настольный справочник, 2-е издание. Лондон: Springer – Verlag, 2008.

Кардона, М. и Л. Лей, редакторы. Фотоэмиссия в твердых телах I: общие принципы. Берлин: Springer-Verlag, 1978.

Чейз, Малкольм В., редактор. Монография JPCRD № 9: Термохимические таблицы NIST-JANAF (Часть I и Часть II). Вудбери, штат Нью-Йорк: Американское химическое общество и Американский институт физики, 1998.

Чи, Т. К. «Удельное электрическое сопротивление щелочных элементов». Справочный журнал физических и химических данных, том 8, номер 2, 1979 г., стр. 339–438.

Клементи, Э., и Д. Л. Раймонди. «Константы атомарного экранирования из функций SCF». Журнал химической физики, том 38, номер 11, 1963 г., стр. 2686–2689. DOI: 10.1063 / 1.1733573

Коэн, Э. Ричард, Дэвид Р. Лид и Джордж Л. Тригг, редакторы. Настольный справочник по физике AlP, 3-е издание. Нью-Йорк: Springer-Verlag New York, Inc., 2003.

Коннелли, Нил Г., Туре Дамхус, Ричард М. Хартсхорн и Алан Т. Хаттон. Номенклатура неорганической химии: Рекомендации ИЮПАК 2005. Кембридж: RSC Publishing, 2005.

Кордеро, Беатрис, Вероника Гомес, Ана Э. Платеро-Пратс, Марк Ревес, Хорхе Эчеверрия, Эдуард Кремадес, Флавиа Барраган и Сантьяго. «Ковалентные радиусы еще раз». Dalton Transactions, номер 21, 2008 г., стр. 2832–2838. DOI: 10.1039 / b801115j

Кокс, П. А. Элементы: их происхождение, изобилие и распространение.Oxford: Oxford University Press, 1989.

Кронан, Д. С. «Базальные металлические отложения восточной части Тихого океана». Бюллетень Геологического общества Америки, том 87, номер 6, 1976 г., стр. 928–934. DOI: 10.1130 / 0016-7606 (1976) 872.0.CO; 2

де Подеста, Майкл. Понимание свойств Дело, 2-е изд. Лондон: Тейлор и Фрэнсис, 2002.

Дронсковски, Ричард. Вычислительная химия твердотельных материалов. Вайнхайм, Германия: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, 2005.

Эббинг, Даррелл Д. и Стивен Д. Гаммон. Общая химия, 8-е издание. Бостон, Массачусетс: Компания Houghton Mifflin, 2005.

Эмсли, Джон. Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я. Оксфорд: Oxford University Press, 2003.

.

Эмсли, Джон. Элементы, 3-е издание. Oxford: Oxford University Press, 1998.

Файерстоун, Ричард Б. Таблица изотопов, 8-е издание, том 2. Под редакцией Вирджинии С. Ширли с помощниками редактора Корал М.Баглин, С. Ю. Франк Чу и Жан Зипкин. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 1996.

Галассо, Фрэнсис С. Структура и свойства неорганических твердых тел. Оксфорд: Pergamon Press, 1970.

.

Гош, Дулал К. и Картик Гупта. «Новая шкала электроотрицательности 54 элементов периодической таблицы, основанная на поляризуемости атомов». Журнал теоретической и вычислительной химии, том 5, номер 4, 2006 г., стр. 895–911. DOI: 10.1142 / S0219633606002726

Гринвуд, Н.Н. и А. Эрншоу. Химия элементов, 2-е издание. Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, 1997.

Гвин Уильямс. Энергии связи электронов. http: // www.jlab.org/ ~ gwyn / ebindene.html . Доступ 30 апреля 2010 г.

Хо, К. Ю., Р. У. Пауэлл и П. Э. Лили. «Теплопроводность элементов: всесторонний обзор». Справочный журнал физических и химических данных, том 3, приложение 1, 1974 г., стр. С I – 1 по I – 796.

Хорват, А.Л. «Критическая температура элементов и периодическая система». Журнал химического образования, том 50, номер 5, 1973 г., стр. 335–336. DOI: 10.1021 / ed050p335

Hotop, H., and W. C. Lineberger. «Энергии связи в атомных отрицательных ионах: II». Журнал физических и Справочные данные по химии, том 14, номер 3, 1985 г., стр. 731–750.

Хухи, Джеймс Э., Эллен А. Кейтер и Ричард Л. Кейтер. Неорганическая химия: основы структуры и реакционной способности, 4-е издание.Нью-Йорк: издательство HarperCollins College, 1993.

Ihde, Аарон Дж. Развитие современной химии. Нью-Йорк: Dover Publications, Inc., 1984.

Международная организация труда (МОТ). Международный Карта химической безопасности калия. http: // www.ilo.org/ legacy / английский / защита / safework / cis / продукты / icsc / dtasht / _icsc07 /

83 .htm . Доступ 5 мая 2010 г.

Международная организация труда (МОТ). Международная карта химической безопасности калия. http: // www.ilo.org/ legacy / английский / защита / safework / cis / продукты / icsc / dtasht / _icsc07 /

83 .htm . Доступ 4 мая 2010 г.

Джессбергер, Эльмар К., Александр Христофоридис и Йохен Киссель.«Аспекты основного элементного состава пыли Галлея». Природа, том 332, номер 21, 1988 г., стр. 691–695. DOI: 10.1038 / 332691a0

Киттель, Чарльз. Введение в физику твердого тела, 8-е издание. Хобокен, штат Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Краузе, М. О. «Атомные радиационные и безызлучательные выходы для K и L. Shells. «Journal of Physical and Chemical Reference Data», том 8, номер 2, 1979 г., стр. 307–327.

Li, Y.-H., and J. E. Schoonmaker.«Химический состав и минералогия морских отложений». С. 1–36 в Отложения, диагенез и осадочные породы. Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Либофф, Ричард Л. Введение в квантовую механику, 3-е издание. Ридинг, Массачусетс: Addison Wesley Longman, Inc., 1998.

Лиде, Дэвид Р., редактор. CRC Справочник по химии и физике, 88-е издание. Бока-Ратон, Флорида: Taylor & Francis Group, 2008.

Манн, Джозеф Б., Терри Л. Мик и Лиланд К.Аллен. «Энергии конфигурации основных элементов группы». Журнал Американского химического общества, том 122, номер 12, 2000 г., стр. 2780–2783. DOI: 10.1021 / ja992866e

Мануэль, О., редактор. Происхождение элементов в Солнечной системе: последствия наблюдений после 1957 года. Нью-Йорк: Kluwer Academic Publishers, 2000.

.

Маршалл, Джеймс Л. Открытие элементов: поиск фундаментальных принципов Вселенной, 2-е издание. Бостон, Массачусетс: Pearson Custom Publishing, 2002.

Мартин, В. К. «Электронная структура элементов». Европейский физический журнал C — Частицы и поля, том 15, номер 1–4, 2000 г., стр. 78–79. DOI: 10.1007 / BF02683401

Макдонаф, В. Ф. «Композиционная модель ядра Земли». стр. 547–568 в The Mantle and Core. Под редакцией Ричарда В. Карлсона. Oxford: Elsevier Ltd., 2005.

Mechtly, Eugene A. «Свойства материалов». pp. 4–1–4–33 в Справочных данных для инженеров: радио, электроника, компьютер и связь.Мак Э. Ван Валкенбург, отредактированный Венди М. Миддлтон. Уоберн, Массачусетс: Баттерворт-Хайнеманн, 2002. DOI: 10.1016 / B978-075067291-7 / 50006-6

Мисслер, Гэри Л. и Дональд А. Тарр. Неорганическая химия, 3-е издание. Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Пирсон Прентис Холл, 2004.

Нэгл, Джеффри К. «Атомная поляризуемость и электроотрицательность». Журнал Американского химического общества, том 112, номер 12, 1990 г., стр. 4741–4747. DOI: 10.1021 / ja00168a019

Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья (NIOSH).Международная карта химической безопасности калия. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng0716.html . По состоянию на 4 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH). Международная карта химической безопасности калия. http: // www.cdc.gov/ niosh / ipcsneng / neng0716.html . По состоянию на 5 мая 2010 г.

Национальный институт безопасности и гигиены труда (NIOSH).Регистр токсического действия химических веществ на калий. http: // www.cdc.gov/ niosh-rtecs / ts629260.html . Доступ 5 мая 2010 г.

Орем, У. Х. и Р. Б. Финкельман. «Угледобыча и геохимия». С. 191–222 в Отложениях, диагенезе и осадочных породах. Под редакцией Фреда Т. Маккензи. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Окстоби, Дэвид В., Х. П. Гиллис и Алан Кэмпион. Принципы современной химии, 6-е издание. Бельмонт, Калифорния: Томсон Брукс / Коул, 2008.

Пальме, Х. и Х. Бир. «Метеориты и состав солнечной фотосферы». стр. 204–206 в книге Ландольта – Бернштейна — Группа VI: Астрономия и астрофизика. Под редакцией Х. Х. Фойгта. Нью-Йорк: Springer – Verlag, 1993. DOI: 10.1007 / 10057790_59

Пальме, Х. и Хью Сент-К. О’Нил. «Космохимические оценки состава мантии». стр. 1–38 в «Мантия и ядро». Под редакцией Ричарда В. Карлсона. Оксфорд: Elsevier Ltd., 2005.

Полинг, Линус. Природа химической связи, 3-е издание.Итака, Нью-Йорк: издательство Корнельского университета, 1960.

Пирсон, Ральф Г. «Абсолютная электроотрицательность и твердость: применение в неорганической химии». Неорганическая химия, том 27, номер 4, 1988 г., стр. 734–740. DOI: 10.1021 / ic00277a030

Pekka Pyykkö. Самосогласованные ковалентные радиусы 2009 г. http: // www.chem.helsinki.fi/ ~ pyykko / Radii09.pdf . Доступно на 20 ноября 2010 г.

Пюкко, Пекка и Мичико Ацуми. «Ковалентные радиусы молекул с двойной связью для элементов Li-E112.»Chemistry — A European Journal, volume 15, number 46, 2009, pp. 12770–12779. Doi: 10.1002 / chem. 2002

Pyykkö, Pekka, and Michiko Atsumi.» Молекулярные ковалентные радиусы одинарных связей для элементов 1 -118. «Химия — Европейский журнал, том 15, номер 1, 2009 г., стр. 186–197. Doi: 10.1002 / chem.200800987

Рингнес, Виви.« Происхождение названий химических элементов ». химического образования, том 66, номер 9, 1989 г., стр. 731–738. doi: 10.1021 / ed066p731

Рорер Грегори С.Структура и связь в кристаллических материалах. Кембридж: Издательство Кембриджского университета, 2001.

Самсонов Г.В., редактор. Справочник по физико-химическим свойствам элементов. Нью-Йорк: Plenum Publishing Corporation, 1968.

Сандерсон, Р. Т. Простые неорганические вещества. Малабар, Флорида: Robert E. Krieger Publishing Co., Inc., 1989.

Сандерсон, Р. Т. «Принципы электроотрицательности: Часть I. Общие положения. Природа ». Журнал химического образования, том 65, номер 2, 1988 г., стр.112–118. DOI: 10.1021 / ed065p112

Сандерсон, Р. Т. Полярная ковалентность. Нью-Йорк: Academic Press, Inc., 1983.

Sansonetti, J. E., and W. C. Martin. «Справочник по основным данным атомной спектроскопии». Справочный журнал физических и химических данных, том 34, номер 4, 2005 г., стр. 1559–2259. DOI: 10.1063 / 1.1800011

Шеннон Р. Д. «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах». Acta Crystallographica Раздел A, том 32, номер 5, 1976 г., стр.751–767. DOI: 10.1107 / S0567739476001551

Силби, Роберт Дж., Роберт А. Олберти и Мунги Г. Бавенди. Физическая химия, 4-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2005.

Сингман, Чарльз Н. «Атомный объем и аллотропия элементов». Журнал химического образования, том 61, номер 2, 1984 г., стр. 137–142. DOI: 10.1021 / ed061p137

Слейтер, Дж. К. «Атомные радиусы в кристаллах». Журнал Химическая физика, том 41, номер 10, 1964 г. , стр.3199–3204. doi: 10.1063 / 1.1725697

Смит, Дерек В. «Электроотрицательность в двух измерениях: переоценка и разрешение парадокса Пирсона-Полинга». Журнал химии Образование, том 67, номер 11, 1990 г., стр. 911–914. DOI: 10.1021 / ed067p911

Смит, Дерек В. Неорганические вещества: прелюдия к изучению описательной неорганической химии. Кембридж: Кембриджский университет Press, 1990.

Стюарт, Г. Р. «Измерение низкотемпературной удельной теплоемкости.»Review of Scientific Instruments, том 54, номер 1, 1983 г., стр. 1–11. Doi: 10.1063 / 1.1137207

Стюарт, Г. Р. «Измерение низкотемпературной удельной теплоемкости». Обзор научных инструментов, том 54, номер 1, 1983 г., стр. 1–11. DOI: 10.1063 / 1.1137207

Шугар, Джек и Чарльз Корлисс. «Уровни атомной энергии элементов железного периода: калий через никель». Справочный журнал физических и химических данных, том 14, номер 2, 1985 г., стр. 1–664.

Тари, А. Низкая удельная теплоемкость вещества Температуры. Лондон: Imperial College Press, 2003.

Министерство транспорта США (DOT), Транспорт Канады (TC), Секретариат транспорта и коммуникаций Мексики (SCT) и Centro de Información Química para Emergencias (CIQUIME). Руководство по реагированию на чрезвычайные ситуации, 2008 г.

Вайнштейн, Борис К., Владимир М. Фридкин и Владимир Л. Инденбом. Структура кристаллов, 2-е издание. Современная кристаллография 2. Под ред. Бориса К.Вайнштейн, А.А. Чернов, Л.А. Шувалов. Берлин: Springer-Verlag, 1995.

Фойгт, Х. Х., редактор. Ландольт – Бёрнштейн — Астрономия и астрофизика VI группы. Берлин: Springer – Verlag, 1993.

Waber, J. T., and Don T. Cromer. «Радиусы орбит атомов и ионов». Журнал химической физики, том 42, номер 12, 1965, стр. 4116–4123. DOI: 10.1063 / 1.1695904

Уолдрон, Кимберли А., Эрин М. Ферингер, Эми Э. Стриб, Дженнифер Э. Троски и Джошуа Дж. Пирсон.»Процент скрининга, основанный на эффективном Ядерный заряд как универсальный инструмент для обучения периодическим тенденциям ». Журнал химического образования, том 78, номер 5, 2001, стр. 635–639. DOI: 10.1021 / ed078p635

Weeks, Мэри Эльвира и Генри М. Лестер . Открытие Элементы, 7-е издание. Истон, Пенсильвания: журнал химического образования, 1968.

Визер, Майкл Э. и Тайлер Б. Коплен. «Атомный вес элементов 2009 (Технический отчет IUPAC)». Чистый и прикладной Химия, том 83, номер 2, 2011 г., стр.359–396. DOI: 10.1351 / PAC-REP-10-09-14

Yaws, Карл Л. «Плотность жидкости в элементах». Химическая инженерия, том 114, номер 12, 2007 г., стр. 44–46.

Yaws, Карл Л. Справочник по физическим свойствам углеводородов и химикатов Yaws. Хьюстон, Техас: Gulf Publishing Company, 2005.

Зефиров Ю. V. «Сравнительный анализ систем радиусов Ван-дер-Ваальса». Кристаллографические отчеты, том 42, номер 1, 1997 г., стр. 111–116.

Важнейшая роль калия в балансе носителей заряда и пассивации дефектов, вызванной диффузией, для эффективных солнечных элементов с инвертированным перовскитом

NiO — это хорошо известный материал для переноса дырок (HTM) для безгистерезисных инвертированных перовскитных солнечных элементов (PSC) из-за его широкой оптической запрещенной зоны, приводящей к низким потерям на поглощение, и его высокого края зоны проводимости, что приводит к эффективному эффекту блокировки электронов.Тем не менее, фотоэлектрические характеристики PSC на основе NiO, обработанного в растворе, все еще неудовлетворительны из-за их относительно низкой плотности тока короткого замыкания ( Дж _sc ) или коэффициента заполнения (FF), который возникает из-за относительно низкого проводимость NiO и огромная разница в подвижности слоя переноса электронов (ETL) фуллерена и слоя переноса дырок (HTL) NiO. В этой работе K сначала вводится в NiO, чтобы улучшить его проводимость, способность извлечения носителей и подвижность, и, таким образом, в значительной степени улучшить его J _sc и FF. Следовательно, достигается наилучший PCE 18,05% на основе NiO, легированного калием, что приводит к увеличению примерно на 15% по сравнению с 15,77% для устройства на основе чистого NiO. Считается, что улучшенная проводимость и подвижность NiO за счет примеси примеси K позволяет достичь баланса переноса носителей заряда от перовскита к ETL и HTL, что может эффективно избежать накопления заряда внутри перовскита или на границе раздела перовскита и HTL. Более того, частичная диффузия K вызвала умеренный избыток PbI ₂ , таким образом формируя выравнивание полос типа II между PbI ₂ и перовскитом, что может пассивировать поверхность или границы зерен перовскита.Эта работа демонстрирует, что NiO, легированный калием, является многообещающим HTM для высокоэффективных инвертированных PSC. Между тем, эта статья иллюстрирует новый механизм пассивации дефектов за счет диффузии.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Зарядные радиусы экзотических изотопов калия бросают вызов теории структуры ядра

ИЗОБРАЖЕНИЕ: Измерения были выполнены с использованием метода коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии в CERN, ISOLDE. посмотреть еще

Кредит: ЦЕРН

В ядерной физике так называемое магическое число — это такие ядерные протонные и / или нейтронные числа, для которых ядро ​​более стабильно по сравнению с соседними изотопами на ядерной карте. Исследователи экспериментальной и теоретической ядерной физики из Университета Ювяскюля, Финляндия, приняли участие в международной исследовательской группе, которая изучала радиусы заряда ядер изотопов калия. Изотопы исследовали методом коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии.Результаты показали, что изотоп калия с нейтронным числом 32 не соответствует критериям магического нейтронного числа. Результаты были опубликованы в журнале Nature Physics в январе 2021 года.

Вдали от стабильных изотопов, которые мы хорошо знаем из периодической таблицы, в области так называемых экзотических ядер экстремальное соотношение протонов и нейтронов приводит к появлению новых явлений, которые проверяют наше понимание ядерных сил.

Одна хорошо известная особенность этих сил состоит в том, что некоторые ядра с определенным числом протонов и / или нейтронов более стабильны, чем их соседние изотопы.Мы называем эти числа магическими числами. Они приводят к более длительному периоду полураспада и, среди прочего, к меньшему размеру, чем можно было бы ожидать от немагического ядра.

В области масс изотопов калия число 32 было предложено в качестве нового магического числа для нейтронов. Экспериментальное изучение этих особых областей ядерной карты имеет решающее значение для открытия новых явлений и, сравнивая с современной ядерной теорией, проверяет, насколько хорошо мы их понимаем.

Однако на практике эти изотопы могут быть произведены только на ускорителях, и только в мельчайших образцах.Это стимулирует постоянное развитие экспериментальных методов для повышения эффективности и чувствительности к ядерным свойствам, которые мы хотим измерить.

Модификация установки для измерения радиуса ядерного заряда 52К

В этом исследовании исследователи выполнили лазерные спектроскопические исследования экзотических изотопов калия с использованием методики коллинеарной резонансной ионизационной спектроскопии (CRIS) в ЦЕРН, ISOLDE.

«Для измерения изотопа калия с 33 нейтронами (52K) мы модифицировали нашу установку, чтобы увеличить селективность метода, обнаружив распад этого изотопа, тем самым уменьшив фоновый шум, вносимый стабильными частицами.Это позволило измерить радиус заряда ядра в 52К », — говорит доктор наук Агота Кошорус из Ливерпульского университета, которая сейчас базируется в Университете Ювяскюля.

«Если бы размер этого изотопа был значительно больше, чем его предполагаемый магический сосед, 51K, мы бы подтвердили магическую природу нейтрона с числом 32. Однако наши результаты показывают непрерывно возрастающую тенденцию, подразумевая, что 32 нейтрона не имеют специальное стабилизирующее воздействие на размер ядра », — заключает она.

С теоретической точки зрения, ядерная структура изотопов калия была смоделирована с помощью двух различных теоретических подходов, а именно теории функционала ядерной плотности (DFT) и теории связанных кластеров (CC).

«DFT — идеальный метод для более тяжелых ядер, тогда как CC больше подходит для ядер легких и средних масс. Область калия предлагает идеальную площадку для одновременной проверки этих подходов. Оба теоретических метода нуждаются в информации о ядерных взаимодействиях.Для этой цели были применены современные модели ядерной структуры: в расчетах DFT использовался очень успешный функционал плотности энергии Фаянса, а в расчетах CC использовался последний ab-initio хиральный потенциал », — говорит доцент Маркус Кортелайнен из Департамента физики в Университет Ювяскюля.

Хотя оба теоретических подхода воспроизводили общую экспериментальную тенденцию изотопических сдвигов зарядового радиуса, были отмечены некоторые недостатки. Результаты DFT показали заметное переоценку разброса зарядового радиуса между соседними изотопами с нечетным и четным числом нейтронов, в то время как расчеты CC затруднили воспроизведение экспериментальной тенденции для более тяжелых изотопов.Эти наблюдения побуждают к дальнейшему совершенствованию существующих моделей ядерной структуры.

No related posts.