鉀(化學元素)

鉀（Potassium）是一種銀白色的軟質金屬，蠟狀，可用小刀切割，熔沸點低，密度比水小，化學性質極度活潑（比鈉還活潑）。是ⅠA族的元素之一，屬於鹼金屬。鉀在自然界沒有單質形態存在，鉀元素以鹽的形式廣泛的分布於陸地和海洋中，也是人體肌肉組織和神經組織中的重要成分之一。

基本介紹

• 中文名：鉀
• 外文名：Potassium
• 元素符號：K
• 原子量：39.0983
• 管制類型：易制爆化學品
• CAS號：7440-09-7
• 發現者：漢弗萊·戴維

研究歷史

鉀鹽以硝石（硝酸鉀，KNO₃），明礬（十二水合硫酸鋁鉀，KAl(SO₄)₂·12H₂O），還有草木灰（碳酸鉀，K₂CO₃）的形式已經被認知了幾個世紀。它們被用於火藥，燃料和肥皂的製造。把含鉀物質還原為元素挫敗了早期的化學家，而且鉀被Antoine Lavoisier分類為“泥土”。由於鉀的活動性很強，難以用常用的還原劑（如碳）從鉀的化合物將金屬鉀還原出來。之後在1807年，漢弗萊·戴維電解熔融氫氧化鉀發現有金屬小球形成，這就是鉀。他注意到當把鉀扔到水裡時，鉀會在水面上遊動，並燃燒發出美麗的紫色的火焰。鉀的名稱來源於拉丁文Kalium，原意是“鹼”。拉丁文名稱從阿拉伯文Qali借來的。 中國科學家在命名此元素時，因其活潑性在當時已知的金屬中居首位，故用“金”字旁加上表示首位的“甲”字而造出“鉀”這個字。

鉀石鹽

物理性質

鉀為銀白色立方體結構金屬，理化性質和鈉非常相似。鉀質軟而輕可用小刀切割，新切面有銀白色光澤。

鉀表面常常為藍紫色

鉀的密度0.862g/cm³（293K），熔點336K（63℃），沸點1043K（770℃）。

鉀是熱和電的良導體，具有較好的導磁性，質量分數77.2%的鉀和22.8%的鈉形成的鉀鈉合金熔點只有12℃，是核反應堆導熱劑。鉀單質還具有良好的延展性，硬度也低，能夠溶於汞和液態氨，溶於液氨形成藍色溶液。

已發現的鉀的同位素共有28種，包括從³²K至⁵⁵K，其中在自然界中存在的只有³⁹K、⁴⁰K和⁴¹K，其他同位素都是由人工製造。⁴⁰K有放射性，是岩石和土壤中天然放射性本底的重要來源之一。

鉀離子能使火焰呈紫色，可用焰色反應和火焰光度計檢測。

化學性質

鉀的化學性質比鈉還要活潑，僅比銫、銣活動性差。暴露在空氣中，表面迅速覆蓋一層氧化鉀和碳酸鉀，使它失去金屬光澤（表面顯藍紫色），因此金屬鉀應保存在液體石蠟或氬氣中以防止氧化。鉀在空氣中加熱就會燃燒，它在有限量氧氣中加熱，生成氧化鉀；在過量氧氣中加熱，生成過氧化鉀和超氧化鉀的混合物。金屬鉀溶於液氨生成深藍色液體，可導電，實驗證明其中含氨合電子，鉀的液氨溶液久置或在鐵的催化下會分解為氫氣和氨基鉀。鉀的液氨溶液與氧氣作用，生成超氧化鉀，臭氧作用，生成橘紅色的臭氧化鉀。

鉀與水劇烈反應，甚至在冰上也能著火，生成氫氧化鉀和氫氣，反應時放出的熱量能使金屬鉀熔化，並引起鉀和氫氣燃燒。

鉀與氟、氯、溴、碘都能發生反應，生成相應的鹵化物。鉀不與氮氣作用。與氨作用，生成氨基甲，並放出氫氣，鉀與汞形成鉀汞齊（化學式：K + Hg = K[Hg]），是還原劑，與水反應不劇烈。鉀和汞作用時會發生強烈的放熱反應。鉀的氧化態為+1，只形成+1價的化合物。

在高中化學範疇認為鉀鹽均溶於水，但實際上高氯酸鉀、酒石酸氫鉀、六氯鉑酸鉀、鈷亞硝酸鈉鉀、四苯硼酸鉀等溶解度均較小。

化合物

氧化鉀

氧化鉀化學式K₂O，分子量94.2，密度2.32g/cm³。易潮解，易溶於水。為白色粉末，溶於水生成氫氧化鉀，並放出大量熱。在空氣流中加熱能被氧化成過氧化鉀或超氧化鉀，易吸收空氣中的二氧化碳成為碳酸鉀。

過氧化鉀

過氧化鉀，黃色無定形塊狀物，易潮解。加熱分解，遇水放出氧氣，遇酸生成過氧化氫，過氧化鉀能吸收二氧化碳並放出氧氣。是強氧化劑。可由氫氧化鉀與過氧化氫反應製得。

超氧化鉀

超氧化鉀是一種一級氧化劑，在許多方面類似於第I族金屬過氧化物。遇易燃物、有機物、還原劑等會引起燃燒甚至爆炸。遇水或水蒸汽產生大量熱量，同樣可能發生爆炸。吸濕性極強，與水激烈反應生成氧及可被進一步分解的鹼性過氧化物溶液。

氫氧化鉀

氫氧化鉀，白色粉末或片狀固體。具強鹼性及腐蝕性，中等毒性。極易吸收空氣中水分而潮解，吸收二氧化碳而成碳酸鉀。溶於水，能溶於乙醇和甘油。當溶解於水、醇或用酸處理時產生大量熱量。0.1mol/L溶液的pH為13.5。相對密度2.044。熔點380℃（無水）。

含量分布

地殼

鉀的化合物早就被人類利用，由於鉀的化學性質極為活潑，所以鉀在自然界中只以化合物形式存在。人們古代就知道草木灰中存在著鉀草鹼（即碳酸鉀)，可用作洗滌劑。硝酸鉀也被用作黑火藥的成分之一。鉀在地殼中的含量為2.47%，占第七位。 可用來提取鉀鹽的礦物有鉀鹽礦（KCl）、光鹵石（KCl·MgCl₂·6H₂O）、雜鹵石（2CaSO₄·K₂SO₄·2H₂O ）。 分布極廣的天然矽酸鹽礦物中也含有鉀，如鉀長石K[AlSi₃O₈]。在雲母、鉀長石等矽酸鹽中都富含鉀。

海洋

在海水中以鉀離子的形式存在，含量約為0.38g/kg。鉀在海水中含量比鈉離子少的原因是由於被土壤和植物吸收多。在動植物體內也含有鉀。除了氧、氫、氯、鈉、鎂、硫、鈣之外 ，鉀在海水中的含量最高。

人體

正常人體內約含鉀175克，其中98%的鉀以鉀離子的形式貯存於細胞液內；血清中含鉀3.5～5.5mmol/L。鉀是細胞內最主要的陽離子之一。

製備方法

生產金屬鈉用的是電解法，但在生產金屬鉀中卻不能用此法，因為鉀太容易溶解在熔化的KCl中，無法分離收集。金屬鉀的生產方法採用金屬鈉與氯化鉀在高溫下的反應：Na+KCl=K↑+NaCl。鉀的沸點比鈉低，不斷地將鉀的蒸氣分離出去，就能使反應持續進行。用真空蒸餾法可將鉀的純度提高為99.99%。由於鉀比鈉貴， 在一般情況下都用鈉代替鉀，鉀鹽的用途就比較少，但由於鉀鹽的吸濕性弱於鈉鹽，所以分析化學中常用鉀鹽做標準試劑。

鉀

主要用途

人體

鉀可以調節細胞內適宜的滲透壓和體液的酸鹼平衡，參與細胞內糖和蛋白質的代謝。有助於維持神經健康、心跳規律正常，可以預防中風，並協助肌肉正常收縮。在攝入高鈉而導致高血壓時，鉀具有降血壓作用。

• 參與糖、蛋白質和能量代謝：糖原合成時，需要鉀與之一同進入細胞，糖原分解時，鉀又從細胞內釋出。蛋白質合成時每克氮約需鉀3mmol，分解時，則釋出鉀。ATP形成時亦需要鉀。
• 參與維持細胞內、外液的滲透壓和酸鹼平衡：鉀是細胞內的主要陽離子，所以能維持細胞內液的滲透壓。酸中毒時，由於腎臟排鉀量減少，以及鉀從細胞內向外移，所以血鉀往往同時升高，鹼中毒時，情況相反。
• 維持神經肌肉的興奮性。
• 維持心肌功能：心肌細胞膜的電位變化主要動力之一是由於鉀離子的細胞內、外轉移。

人體鉀缺乏可引起心跳不規律和加速、心電圖異常、肌肉衰弱和煩躁，最後導致心跳停止。一般而言，身體健康的人，會自動將多餘的鉀排出體外。但腎病患者則要特別留意，避免攝取過量的鉀。

在乳製品、水果、蔬菜、瘦肉、內臟、香蕉、葡萄乾中都含有豐富的鉀

人體缺鉀的主要症狀是：心跳過速且心率不齊，肌肉無力、麻木、易怒、噁心、嘔吐、腹瀉、低血壓、精神錯亂、以及心理冷淡。

植物

鉀能促進植株莖稈健壯，改善果實品質，增強植株抗寒能力，提高果實的糖分和維生素C的含量，和氮、磷的情況一樣，缺鉀症狀首先出現於老葉。鉀素供應不足時，碳水化合物代謝受到干擾，光合作用受抑制，而呼吸作用加強。因此，缺鉀時植株抗逆能力減弱，易受病害侵襲，果實品質下降，著色不良。瓜、果、番茄等對鉀肥的需求主要是在果實迅速膨大期。

鉀肥一般是在基肥、沖施、追施、噴施和無圖營養栽培時施入，果實膨大前期沖施、追施或葉面噴施0.5%磷酸二氫鉀、硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀溶液。氯化鉀不能用於瓜類和菸葉。

鉀不足時，植株莖稈柔弱，易倒伏，抗寒性和抗旱性均差；葉片變黃，逐漸壞死。由於鉀能移動到嫩葉，缺鉀開始在較老的葉，後來發展到植株基部，也有葉緣枯焦，葉子彎卷或皺縮。

• 促進酶的活化。 生物體中有60多種酶需要鉀離子作為活化劑。
• 促進光能的利用，增強光合作用。首先K⁺能保持葉綠體內類囊體膜的正常結構，缺K⁺時類囊體膜結構鬆散，影響光合作用的正常進行。同時又能促進類囊體膜上質子梯度的形成和光合磷酸化作用。
• 有利於植物正常的呼吸作用，改善能量代謝。
• 增強植株體內物質的合成和轉運。比如，碳水化合物的合成與運轉；增強蛋白質與核蛋白的合成；促進豆科植物根瘤菌的固氮作用。
• 增強植物的抗性。

1. 增強抗凍性、抗旱、抗鹽的能力；
2. 增強植物對病蟲害的抗性。試驗表明，增施適量的鉀肥，能有效地減少水稻的胡麻葉斑病、稻瘟病、紋枯病等；麥類的白粉病、赤霉病及小麥的鏽病等等。
3. 減少水稻受還原性物質的危害。

儲存方法

金屬鉀很活潑，需隔絕空氣和水儲存。一般把鉀、鈉儲存在煤油和液體石蠟中。

金屬鉀常常浸沒於煤油或石蠟油中

儲存庫房應通風低溫乾燥；與酸、氧化劑分開存放。

貯存和使用都要注意安全，由金屬鉀引起的火災，不能用水或泡沫滅火劑撲滅，而要用碳酸鈉乾粉。鉀也對皮膚有很強的腐蝕性。