鉀（Kalium），堿金屬元素，位于元素周期表的第四周期IA族，化學(xué)符號為K，原子量是39.0983，原子序數(shù)為19，是一種銀白色軟質(zhì)金屬固體。鉀元素在地球上廣泛存在，是人體中不可缺少的常量化學(xué)元素之一，它主要分布在人體的肌肉、皮膚和其它組織器官中對人體生命健康有重要意義。另外，鉀也是農(nóng)業(yè)中重要的肥料之一，是植物營養(yǎng)所必需的元素之一。并且，鉀的化學(xué)性質(zhì)活潑，不可能以單質(zhì)的形式存在于自然界，只能以鹽或共生物的形式存在。并且鉀的化合物在自然界中分布較廣，分布在海洋、地殼、人體之中，具有重要的生物活性，也可以用作冶金、無機(jī)合成和有機(jī)合成中的還原劑。鉀的鹽類化合物用途非常廣泛，鉀鹽可以用于制造化肥及肥皂。
發(fā)現(xiàn)歷史
鉀堿從草木灰的浸出液中可以得到，古代人類將草木灰放入水中攪拌，將溶有鉀堿的水溶液注入一口大鍋中蒸發(fā)至干，剩下的殘?jiān)纬煞勰钗镔|(zhì)，該物質(zhì)在英語中稱為Potash，其意思是由pot(意為“鍋”)和ash(意為“灰”)合起來形成的，可譯作為“鍋灰”，漢語一般譯作“鉀堿”。18世紀(jì)，化學(xué)家們發(fā)現(xiàn)植物堿（K?CO?、碳酸鉀，從地層的沉淀物中獲得）和礦物堿（Na?CO?、碳酸鈉，從燃燒木材的灰燼中獲得）是兩種不同的物質(zhì)。人們在發(fā)現(xiàn)了這個(gè)差別之后，才分清了鉀和鈉之間的區(qū)別。
1807年，漢弗里·戴維電解熔融氫氧化鉀發(fā)現(xiàn)有金屬小球形成，分離出了鉀。他電解熔融氫氧化鉀時(shí)得到了帶金屬光澤的小球，其中一些形成后馬上燃燒爆炸。由于鉀出現(xiàn)在鉀堿中，所以戴維賦予它一個(gè)具有阿拉丁發(fā)音的名稱：Potassium（鉀），意思是含在植物灰中。而德國人也從同一種物質(zhì)的阿拉伯名稱，派生出一個(gè)具有阿拉丁發(fā)音的名稱來稱呼這種新金屬，那就是Kalium，因此鉀的元素符號是K。即使在稱它為potassium那些國家中，也同樣使用K這個(gè)符號。
分布情況
鉀是太陽系和地球的重要組成元素之一，在地球海水和地殼中，在其豐度在所有元素中排在第8位。鉀在海水是常量元素，以鉀離子的形式存在，濃度為0.39 g/L，約為鈉的濃度的1/27。鉀在地殼中的含量為2.47%，占第七位。世界鉀鹽儲量的56.98%高度集中于加拿大、俄羅斯和白俄羅斯。全球鉀鹽資源十分豐富，以鉀石鹽和光鹵石種類居多各種礦物中基本上都含有鉀，比如重要的礦物有鉀長石K[AlSi?O?]，光鹵石氯化鉀·MgCl?·6H?O，鉀鹽鎂礬KCl·MgSO?·3H?O等。
鉀是重要的親生命元素，生命體中普遍富含鉀元素，在植物細(xì)胞中，鉀離子是其生長發(fā)育必需的礦質(zhì)元素。同樣的，鉀離子也是人體重要的無機(jī)鹽離子，正常人體內(nèi)約含鉀175 克，其中98%的鉀儲存于細(xì)胞液內(nèi)，細(xì)胞中約含0.1摩爾/升鉀離子。成人每日鉀的最小需要量為200毫克。含鉀豐富的食物包括乳制品、蔬菜、瘦肉、內(nèi)臟、香蕉、葡萄干等，含量較高的有馬鈴薯，番薯。另外，蘋果、梅果、西瓜、菠蘿、哈密瓜、香蕉和柑橘含有豐富的鉀。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
鉀是硬度較小的銀白色固體，有良好的導(dǎo)電性導(dǎo)熱性和延展性，且密度小于水。鉀的基態(tài)電子構(gòu)型為1s22s22p?3s23p?4s1，根據(jù)該構(gòu)型，鉀原子只有一個(gè)價(jià)電子且原子半徑較大，所以金屬鍵較弱，熔沸點(diǎn)較低。由77.2%的鉀和22.8%的鈉組成的合金熔點(diǎn)僅為260.7 K。由于鉀和鈉的比熱容很高，它們所形成的合金可用作核反應(yīng)堆的冷卻劑。
化學(xué)性質(zhì)
常溫下，鉀的化學(xué)反應(yīng)活潑，可以與電負(fù)性較高的非金屬元素反應(yīng)，可以和氧氣還有水反應(yīng)，具有可燃性與還原性。
鉀與鹵素的反應(yīng)
鉀與氯反應(yīng)，劇烈燃燒，發(fā)出白光，生成白色固體
鉀與氧氣的反應(yīng)
鉀在空氣中燃燒，主要生成超氧化物KO?,KO?為橙黃色：
鉀與水反應(yīng)
金屬鉀與水迅速反應(yīng)，生成氫氧化鉀（KOH）的無色堿性溶液和氫氣。因?yàn)闅溲趸浀娜芙猓玫娜芤菏菈A性的。反應(yīng)是放熱的，在反應(yīng)過程中，金屬鉀會變得很熱，以至于會導(dǎo)致火災(zāi)，并以特征的淡紫色火焰燃燒。金屬鉀在水中迅速熔化成一小球,四處游動,發(fā)出嘶嘶的響聲：
化合物
鉀的化學(xué)性質(zhì)活潑，在自然界中以化合物的形式存在。鉀的化合物主要是氧化物、氫氧化物、鹽。
其中鉀的氧化物主要是氧化物K?O(淡黃色）、超氧化物KO?（紅色）、臭氧化物KO?（橘紅色，不穩(wěn)定）。
鉀的氫氧化物：氫氧化鉀，性質(zhì)和氫氧化鈉很相似，強(qiáng)堿具有強(qiáng)烈腐蝕性，能腐蝕衣服、玻璃、陶瓷以及極為穩(wěn)定的金屬鉑，并能嚴(yán)重?zé)齻つw，尤其是眼睛的角膜。
鉀的鹽類化合物：常見的有鹵化物、硫酸鹽、碳酸根。氯化鉀是制取其他鉀化合物的基本原料，也用來制取金屬鉀。電解KCl水溶液可以得到KOH。根據(jù)在熱水中NaCl的溶解度較小，利用KCl和NaNO?溶液使二者之間進(jìn)行離子交換反應(yīng)可得到KNO?，KNO?是重要的氧化劑，可用來制造發(fā)射藥。大量的KCl和K?SO?用作肥料。
同位素
已知的鉀同位素有28種，其中3種是天然存在的: 3?K(93.3%) ?oK(0.0117%)和?1K(6.7%)。(括號內(nèi)表示豐度）
自然產(chǎn)生的?oK的半衰期為1.250×10?年，其分支衰變產(chǎn)物是?oCa(89.25%)和?oAr(11.55%)。?oK-?oCa-?oAr系統(tǒng)（包括鉀-法、氬-氬法等方法）在放射性定年上具有廣泛的應(yīng)用。另外，鉀同位素在風(fēng)化作用研究和養(yǎng)分循環(huán)研究中被用作示蹤劑，因?yàn)殁浭巧匦璧?a href="/hebeideji/1464598359667550175.html">宏量營養(yǎng)素?oK存在于天然鉀中(因此也存在于一些商業(yè)鹽替代品中)，數(shù)量足夠大，以至于這些替代品可以用作課堂演示的放射源。?oK是人體內(nèi)含量最大的放射性同位素。在健康的動物和人類中，?oK是最大的放射性來源，甚至高于1?C。
生理作用
人體
鉀在身體內(nèi)有在細(xì)胞的新陳代謝中起重要作用；幫助維持滲透壓和酸堿平衡的作用；對維護(hù)心臟的正常功能有重要作用，對所有活細(xì)胞的功能都至關(guān)重要。人體缺鉀或鉀過量都對健康有影響，比如飲食中缺乏鉀元素的攝入是導(dǎo)致高血壓的重要因素之一。
細(xì)胞新陳代謝
機(jī)體內(nèi)糖、蛋白質(zhì)和能量代謝都必須有鉀參加才能進(jìn)行。鉀在細(xì)胞內(nèi)與氮的正常比值是2.7~3：1；磷酸腺系統(tǒng)（atpADP）能量釋放過程也需有一定量的鉀存在；鉀在細(xì)胞內(nèi)保持一定的濃度可保證細(xì)胞內(nèi)酶的正常功能；細(xì)胞外鉀的濃度與鈉泵活動關(guān)系非常密切，細(xì)胞外鉀濃度增高時(shí)可將Na?,K ?-atp酶激活，并在它磷酸化(E?-P)過程中結(jié)合細(xì)胞外鉀，將鉀帶入細(xì)胞內(nèi)。
維持細(xì)胞內(nèi)外液滲透壓和酸堿平衡
鉀是細(xì)胞內(nèi)液中主要陽離子，全身約95%~97%的鉀存在于細(xì)胞內(nèi)液，細(xì)胞內(nèi)外鉀的比例是25~35:1。所以鉀在保持細(xì)胞電活動、恒定細(xì)胞內(nèi)外滲透壓起著重要的作用。人體酸堿平衡依賴血液中緩沖物質(zhì)和肺腎的調(diào)節(jié)作用，腎臟對鉀的排留也是這些調(diào)節(jié)作用的一部分。排鉀量的多少取決于血鉀濃度高低和血液中pH值的高低。當(dāng)體內(nèi)代謝使血液pH升高時(shí)，鉀則從腎臟多量排出，血鉀也向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，從細(xì)胞內(nèi)置換鈉、氫入血，使pH值下降；當(dāng)血液pH值下降時(shí)，鉀發(fā)生與上述相反的變化，從細(xì)胞內(nèi)入血，腎臟排鉀也減少使血液pH值得以回升。
維持心肌功能的協(xié)調(diào)
高濃度鉀對這些特性抑制，低濃度鉀則使心肌細(xì)胞興奮性增高，兩種情況都會引起心率失常。心肌收縮過程中，肌動蛋白、肌球蛋白和atp結(jié)合前，鉀從細(xì)胞內(nèi)適量移出，使細(xì)胞內(nèi)鈣量增加，在心肌收縮后鉀又從細(xì)胞外移入細(xì)胞內(nèi)。所以正常的鉀量也是心肌正常收縮功能的必要條件。
鉀代謝異常引起的疾病
鉀代謝障礙主要有低鉀血癥、高鉀血癥、鉀在體內(nèi)分布失調(diào)的發(fā)作性麻痹等癥狀。當(dāng)人體血鉀濃度在3.5 mmol/L以下時(shí)則低血鉀，因低血鉀或缺鉀引起的病為低鉀血病。而體內(nèi)總鉀量增多稱鉀過多，血清鉀離子濃度超過5.5 mmol/L時(shí)血鉀高，因血鉀增高引起的是高鉀血病。當(dāng)鉀離子在體內(nèi)分布異常的鉀離子代謝異常引起的病是低血鉀型發(fā)作性麻痹，其主要臨床特點(diǎn)是神經(jīng)肌肉興奮性、傳導(dǎo)性發(fā)生障礙。
植物
鉀離子主要存在于植物汁液之中，其主要功能與植物的新陳代謝有關(guān)。鉀能夠促進(jìn)光合作用；能明顯地提高植物對氮的吸收和利用；有助于作物的抗逆性，增強(qiáng)細(xì)胞對環(huán)境條件的調(diào)節(jié)作用；促進(jìn)植株莖稈健壯，改善果實(shí)品質(zhì)，增強(qiáng)植株抗寒能力。
制備方法
可直接從礦物中提取。
工業(yè)上采用金屬置換法，在850 °C以上用鈉還原氯化鉀得到金屬鉀:
由于鉀的沸點(diǎn)比鈉的沸點(diǎn)低，鉀比鈉更容易汽化。隨著鉀蒸汽的不斷逸出，平衡不斷向右移動，可以得到含少量鈉的金屬鉀，再經(jīng)過蒸餾可得到純度為99%~99.99%鉀。
另外，還可以用熱還原法，用碳將碳酸鉀中的鉀還原成金屬鉀：
還可以用電解法，一般用電解氫氧化鉀的方法制取
應(yīng)用領(lǐng)域
肥料
鉀離子是植物營養(yǎng)的重要組成成分，因此含鉀的鹽類化合物是農(nóng)業(yè)、園藝、水培栽培肥料的重要部分。氯化鉀是世界上最主要的鉀肥品種，約占全球鉀肥銷售總量的95%以上，其中50%直接施用，其余主要用來制造混合肥料。氯化鉀可作基肥和追肥施用，少數(shù)對氯敏感的作物一般不宜施用，氯化鉀一般也不用作根處追肥。硫酸鉀可直接施用，也可用作復(fù)混肥料的配料，可以用作基肥、追肥、種肥和根外追肥等均可，作根外追肥的濃度為2%~3%，適用于各種土壤，但是酸性土壤長期施用硫酸鉀容易導(dǎo)致土地酸化。硝酸鉀是一種不含氯的氮鉀二元化成復(fù)合肥料，宜作追肥、浸種肥和根外追肥，不宜作基肥。
醫(yī)療
氯化鉀在醫(yī)學(xué)上主要作為補(bǔ)鉀制劑，用作治療和預(yù)防低血鉀的藥物，氯化鉀注射液和氯化鉀片可以通過靜脈緩慢注射或口服給藥。
食品添加劑
許多鉀的化合物可用作食品添加劑。食品添加劑酒石酸鉀鈉是泡打粉的主要成分。山梨酸鉀被用作食品防腐劑，在面制品、醬菜、罐頭、乳制品中允許使用的濃度為 0.02%～0.1%。苯甲酸鈉被用作食品防腐劑，例如在碳酸飲料和酒制造中。
工業(yè)
工業(yè)主要的鉀物質(zhì)有氫氧化鉀、碳酸鉀、硫酸鉀和氯化鉀。氫氧化鉀(氫氧化鉀)是一種強(qiáng)堿，在工業(yè)上用于中和強(qiáng)酸和弱酸，控制pH值和制造鉀鹽。硝酸鉀(KNO?)或硝石是發(fā)射藥中的氧化劑。氰化鉀(KCN)在工業(yè)上被用于溶解銅和貴金屬，特別是銀和金，通過形成配位化合物。它的應(yīng)用包括金礦開采、電鍍和這些金屬的電鑄;它也被用于有機(jī)合成，以制造。碳酸鉀(K?CO?)用于制造玻璃、肥皂、彩電管、熒光燈、紡織染料和顏料。高錳酸鉀(KMnO?)是一種氧化、漂白和凈化物質(zhì)，用于生產(chǎn)糖精。溴化鉀(KBr)以前被用作鎮(zhèn)靜劑和攝影。碘化鉀用于感光乳劑和彩色照片媒染劑的配制，用于制備甲狀腺腫防治劑。
安全事宜
存儲與運(yùn)輸
金屬鉀屬于一級危險(xiǎn)物品，儲存及運(yùn)輸時(shí)需依照國家標(biāo)準(zhǔn)采用專門的包裝與儲運(yùn)方式。鉀化學(xué)性質(zhì)活潑，極易氧化為自燃物品，在儲存過程中，鉀會形成過氧化物和超氧化物。這些過氧化物可能與有機(jī)化合物如油發(fā)生劇烈反應(yīng)。過氧化物和超氧化物都可能與金屬鉀發(fā)生爆炸反應(yīng)。而且鉀又會和水發(fā)生反應(yīng)，所以通常儲存在無水礦物油或煤油中。在儲存和運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)注意保持庫房通風(fēng)低溫干燥，并與氧化劑分開存放。鉀在油中儲存的時(shí)間不應(yīng)超過6個(gè)月，除非是在惰性(無氧)氣氛中，或在真空中。在空氣中長期儲存后，過氧化物會在金屬上和容器蓋下形成，并在打開時(shí)爆炸。
消防安全
由金屬鉀引起的火災(zāi)，要用碳酸鈉干粉進(jìn)行滅火。
健康安全
攝入大量鉀化合物可導(dǎo)致高鉀血癥，強(qiáng)烈影響心血管系統(tǒng)。當(dāng)體內(nèi)血鉀過少，鉀在細(xì)胞內(nèi)外分布異常，會導(dǎo)致低鉀血癥。
參考資料 >
Potassium | K | CID 5462222 - PubChem.PubChem.Kalium.2023-05-29