鉀(jia)(Kalium),元素(su)符號(hao)K,對(dui)預防高(gao)血壓(ya)等慢性(xing)病具有重(zhong)要作用。原(yuan)子序數(shu)為(wei)19,位(wei)于元素(su)周(zhou)期(qi)表第四(si)周(zhou)期(qi)IA族,屬于堿(jian)金屬元素(su)。單質是一(yi)種銀(yin)白(bai)色的軟質金屬,蠟狀(zhuang),可用小刀(dao)切割,熔(rong)沸點低,密度比水小,化學性(xing)質極度活潑(po)(比鈉還活潑(po))。鉀(jia)在自然界(jie)沒有單質形態存在,鉀(jia)元素(su)以(yi)鹽的形式廣泛的分布(bu)于陸地和(he)海洋中,也是人(ren)體(ti)肌肉組(zu)織和(he)神經組(zu)織中的重(zhong)要成分之(zhi)一(yi)。
鉀(jia)(jia)(jia)鹽(yan)以(yi)硝(xiao)石(硝(xiao)酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia),KNO3),明礬(十二水(shui)硫酸(suan)鋁鉀(jia)(jia)(jia),KAl(SO4)2·12H2O),還有草木灰(碳酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia),K2CO3)的(de)(de)形式(shi)已經被認知了幾個世(shi)紀(ji)。它(ta)們被用(yong)于火(huo)藥,燃料和(he)肥皂的(de)(de)制造。把含鉀(jia)(jia)(jia)物質還原(yuan)為元素(su)挫(cuo)敗(bai)了早期(qi)的(de)(de)化學家(jia),而且鉀(jia)(jia)(jia)被拉瓦錫分類為“泥土”。由于鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)活動性(xing)很強,難以(yi)用(yong)常用(yong)的(de)(de)還原(yuan)劑(如碳)從(cong)鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)化合(he)物將金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)鉀(jia)(jia)(jia)還原(yuan)出(chu)來(lai)。之后在(zai)1807年,漢弗里(li)(li)·戴維電解熔融(rong)氫氧化鉀(jia)(jia)(jia)發(fa)(fa)現有金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)小球形成,這(zhe)就是(shi)鉀(jia)(jia)(jia)。他注意(yi)到當把鉀(jia)(jia)(jia)扔到水(shui)里(li)(li)時,鉀(jia)(jia)(jia)會在(zai)水(shui)面上游動,并燃燒發(fa)(fa)出(chu)美麗的(de)(de)紫色的(de)(de)火(huo)焰。鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)名(ming)(ming)稱來(lai)源于拉丁文(wen)Kalium,原(yuan)意(yi)是(shi)“堿”。拉丁文(wen)名(ming)(ming)稱從(cong)阿拉伯文(wen)Qali借來(lai)的(de)(de)。中國科學家(jia)在(zai)命名(ming)(ming)此元素(su)時,因其活潑性(xing)在(zai)當時已知的(de)(de)金(jin)(jin)(jin)屬(shu)(shu)中居(ju)首(shou)位(wei),故用(yong)“金(jin)(jin)(jin)”字旁加上表示首(shou)位(wei)的(de)(de)“甲”字而造出(chu)“鉀(jia)(jia)(jia)”這(zhe)個字。
鉀為銀白(bai)色立方(fang)體(ti)結構金屬,理化性質和鈉(na)非常(chang)相(xiang)似(si)。鉀質軟而(er)輕可用小刀切割,新切面(mian)有銀白(bai)色光澤。
鉀(jia)的(de)密度0.862g/cm3(293K),熔點(dian)(dian)336K(63℃),沸點(dian)(dian)1032K(759℃)。
鉀是熱和(he)電的(de)良導體,具(ju)有(you)(you)較好(hao)的(de)導磁(ci)性,質量(liang)分數77.2%的(de)鉀和(he)22.8%的(de)鈉(na)形成的(de)鉀鈉(na)合金(jin)熔點只有(you)(you)12℃,是核(he)反應堆導熱劑。鉀單質還具(ju)有(you)(you)良好(hao)的(de)延展性,硬度(du)也低,能夠溶于汞(gong)和(he)液(ye)態氨(an),溶于液(ye)氨(an)形成藍色溶液(ye)。
已發現的鉀的同位素共有28種,包括從32K至55K,其中(zhong)在(zai)自然界中(zhong)存在(zai)的只有39K、40K和41K,其他同位素都是由人(ren)工制造。40K有放(fang)射性,是巖石和土壤(rang)中(zhong)天然放(fang)射性本(ben)底的重(zhong)要來源之一(yi)。
鉀(jia)離子能(neng)使(shi)火焰(yan)呈紫色(se),可用(yong)焰(yan)色(se)反應和火焰(yan)光度計檢(jian)測。
鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)化(hua)(hua)(hua)學性質比(bi)鈉還要活潑,僅比(bi)銫、銣活動性弱。暴露在(zai)空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong),表面迅速覆蓋一層氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)和(he)(he)碳(tan)酸鉀(jia)(jia)(jia)(jia),使它失去金屬(shu)光(guang)澤(表面顯藍紫(zi)色),因此金屬(shu)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)應保存(cun)在(zai)液體石蠟或(huo)氬(ya)氣(qi)(qi)中(zhong)以防止氧化(hua)(hua)(hua)。鉀(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)空(kong)氣(qi)(qi)中(zhong)加熱(re)就會(hui)燃(ran)燒(shao),它在(zai)有限量氧氣(qi)(qi)中(zhong)加熱(re),生成(cheng)氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia);在(zai)過量氧氣(qi)(qi)中(zhong)加熱(re),生成(cheng)過氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)和(he)(he)超氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)混(hun)合物。金屬(shu)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)溶于液氨(an)生成(cheng)深(shen)藍色液體,可導(dao)電,實驗證(zheng)明其(qi)中(zhong)含氨(an)合電子(zi),鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)液氨(an)溶液久置或(huo)在(zai)鐵的(de)催化(hua)(hua)(hua)下會(hui)分(fen)解為(wei)氫氣(qi)(qi)和(he)(he)氨(an)基鉀(jia)(jia)(jia)(jia)。鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)液氨(an)溶液與氧氣(qi)(qi)作用,生成(cheng)超氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia),臭(chou)氧作用,生成(cheng)橘紅色的(de)臭(chou)氧化(hua)(hua)(hua)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)。
鉀(jia)與水劇烈反應(ying),甚至在冰上也能(neng)著火,生成氫氧(yang)化鉀(jia)和氫氣(qi),反應(ying)時放出的熱量能(neng)使(shi)金屬鉀(jia)熔(rong)化,并(bing)引起鉀(jia)和氫氣(qi)燃燒。
鉀(jia)(jia)與(yu)氟、氯(lv)、溴、碘都能發生(sheng)反應,生(sheng)成(cheng)(cheng)相(xiang)應的(de)鹵化物。鉀(jia)(jia)不與(yu)氮氣作用(yong)。與(yu)氨作用(yong),生(sheng)成(cheng)(cheng)氨基鉀(jia)(jia),并放(fang)出氫氣,鉀(jia)(jia)與(yu)汞形成(cheng)(cheng)鉀(jia)(jia)汞齊(化學式:K+Hg=K[Hg]),是還原劑,與(yu)水(shui)反應不劇(ju)烈。鉀(jia)(jia)和(he)汞作用(yong)時會發生(sheng)強(qiang)烈的(de)放(fang)熱反應。鉀(jia)(jia)的(de)氧化態為(wei)+1,只形成(cheng)(cheng)+1價的(de)化合物。
在高中化(hua)學范疇認為鉀(jia)(jia)(jia)鹽(yan)均溶于水,但實際上高氯酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)(jia)、酒石酸(suan)(suan)氫鉀(jia)(jia)(jia)、六氯鉑酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)(jia)、鈷亞硝酸(suan)(suan)鈉(na)鉀(jia)(jia)(jia)、四(si)苯(ben)硼酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)(jia)等溶解度均較小。
氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鉀,化(hua)(hua)(hua)學(xue)式(shi)K2O,分子量94.2,密度2.32g/cm3。易(yi)潮解,易(yi)溶(rong)于(yu)水。為白色(se)粉末,溶(rong)于(yu)水生(sheng)成氫氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鉀,并放(fang)出(chu)大量熱。在空氣(qi)流中加熱能(neng)被氧(yang)化(hua)(hua)(hua)成過氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鉀或(huo)超氧(yang)化(hua)(hua)(hua)鉀,易(yi)吸收空氣(qi)中的二氧(yang)化(hua)(hua)(hua)碳成為碳酸鉀。
過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia),化(hua)(hua)學式為K2O2,黃色無定形塊狀物,易潮解。加熱分解,遇水放出(chu)(chu)氧(yang)(yang)(yang)氣,遇酸生成過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氫,過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)能吸收二氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)碳并放出(chu)(chu)氧(yang)(yang)(yang)氣。是強(qiang)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)劑。可由氫氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)與過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)氫反(fan)應制得。
超氧化(hua)鉀(jia),化(hua)學式為KO2,是一(yi)(yi)種一(yi)(yi)級氧化(hua)劑,在(zai)許多方面類似于第(di)I族金屬過氧化(hua)物(wu)。遇易燃(ran)(ran)物(wu)、有機物(wu)、還原劑等會引起燃(ran)(ran)燒甚至(zhi)爆炸(zha)。遇水(shui)或水(shui)蒸汽產(chan)生(sheng)大量熱(re)量,同樣可(ke)能發生(sheng)爆炸(zha)。吸(xi)濕(shi)性極強,與水(shui)激烈反應(ying)生(sheng)成氧及可(ke)被(bei)進一(yi)(yi)步分解的堿性過氧化(hua)物(wu)溶(rong)液。
氫氧化鉀,化學式為KOH,白色粉末或片狀固體。具(ju)強堿性及腐蝕性,中等(deng)毒性。極易吸收空氣中水(shui)(shui)分而潮解,吸收二氧化碳而成碳酸(suan)(suan)鉀。溶于(yu)(yu)水(shui)(shui),能溶于(yu)(yu)乙醇和甘油(you)。當溶解于(yu)(yu)水(shui)(shui)、醇或用酸(suan)(suan)處理(li)時產生大(da)量(liang)熱量(liang)。
鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)化(hua)合物(wu)早就(jiu)被人類利(li)用(yong),由于鉀(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)化(hua)學性質極為(wei)活潑,所(suo)以鉀(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)自然(ran)界中(zhong)只以化(hua)合物(wu)形式存在(zai)。人們古代就(jiu)知(zhi)道草(cao)木灰中(zhong)存在(zai)著鉀(jia)(jia)(jia)(jia)草(cao)堿(jian)(即碳酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)),可用(yong)作(zuo)洗滌劑。硝(xiao)酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)也被用(yong)作(zuo)黑火藥(yao)的(de)(de)(de)成(cheng)分之一(yi)。鉀(jia)(jia)(jia)(jia)在(zai)地殼中(zhong)的(de)(de)(de)含(han)量為(wei)2.47%,占(zhan)第(di)七位。可用(yong)來提取鉀(jia)(jia)(jia)(jia)鹽的(de)(de)(de)礦(kuang)物(wu)有(you)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)鹽礦(kuang)(KCl)、光鹵(lu)石(KCl·MgCl2·6H2O)、雜鹵(lu)石(2CaSO4·K2SO4·2H2O)。分布極廣的(de)(de)(de)天(tian)然(ran)硅(gui)酸(suan)鹽礦(kuang)物(wu)中(zhong)也含(han)有(you)鉀(jia)(jia)(jia)(jia),如鉀(jia)(jia)(jia)(jia)長(chang)石K[AlSi3O8]。在(zai)云母(mu)、鉀(jia)(jia)(jia)(jia)長(chang)石等硅(gui)酸(suan)鹽中(zhong)都富含(han)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)。
在(zai)(zai)海(hai)水中以(yi)鉀離(li)子的(de)形式(shi)存在(zai)(zai),含(han)量約(yue)為0.38g/kg。鉀在(zai)(zai)海(hai)水中含(han)量比鈉離(li)子少的(de)原(yuan)因(yin)是由于被土壤和(he)植物(wu)吸收多。在(zai)(zai)動(dong)植物(wu)體內也含(han)有(you)鉀。除了氧、氫、氯、鈉、鎂、硫、鈣之外,鉀在(zai)(zai)海(hai)水中的(de)含(han)量最高。
正常人體(ti)內約含鉀(jia)(jia)175克,其中(zhong)98%的鉀(jia)(jia)以鉀(jia)(jia)離子(zi)的形式(shi)貯存于細胞液內;血清中(zhong)含鉀(jia)(jia)3.5~5.5mmol/L。鉀(jia)(jia)是細胞內最主(zhu)要(yao)的陽離子(zi)之一。
鉀可以(yi)(yi)調(diao)節細胞內(nei)適宜(yi)的(de)滲(shen)透壓和體液的(de)酸堿平(ping)衡,參與細胞內(nei)糖和蛋白質的(de)代謝。有助于維持(chi)神經健康、心跳規律正(zheng)常,可以(yi)(yi)預防中風,并協(xie)助肌(ji)肉(rou)正(zheng)常收縮。在攝(she)入高鈉(na)而導致高血壓時(shi),鉀具(ju)有降(jiang)血壓作(zuo)用。
(1)參與糖(tang)、蛋(dan)白質和能量代謝:糖(tang)原(yuan)(yuan)合成(cheng)時,需要鉀與之(zhi)一同進(jin)入細胞,糖(tang)原(yuan)(yuan)分(fen)解時,鉀又從細胞內釋(shi)出(chu)。蛋(dan)白質合成(cheng)時每克氮約需鉀3mmol,分(fen)解時,則(ze)釋(shi)出(chu)鉀。ATP形成(cheng)時亦需要鉀。
(2)參與維持(chi)(chi)細胞(bao)內(nei)(nei)、外液(ye)的(de)滲透壓(ya)(ya)和酸(suan)堿平衡:鉀(jia)是細胞(bao)內(nei)(nei)的(de)主(zhu)要陽離(li)子,所以(yi)(yi)能(neng)維持(chi)(chi)細胞(bao)內(nei)(nei)液(ye)的(de)滲透壓(ya)(ya)。酸(suan)中毒時,由(you)于腎臟排鉀(jia)量(liang)減少(shao),以(yi)(yi)及鉀(jia)從(cong)細胞(bao)內(nei)(nei)向外移,所以(yi)(yi)血鉀(jia)往往同時升高,堿中毒時,情況相反。
(3)維持神經肌肉(rou)的興奮性。
(4)維持(chi)心肌功能:心肌細胞膜(mo)的電位變化主要動力之一是由于(yu)鉀離子的細胞內(nei)、外轉移(yi)。
人體鉀(jia)缺乏可引起心跳(tiao)不規律和加速、心電圖異常、肌肉(rou)衰弱和煩(fan)躁(zao),最后導(dao)致心跳(tiao)停止。一(yi)般而言(yan),身體健康的人,會自動將多(duo)余的鉀(jia)排出(chu)體外。但腎病患者則要(yao)特(te)別留意,避免攝取過量的鉀(jia)。
在乳(ru)制品、水果、蔬菜、瘦肉、內臟(zang)、香蕉、葡萄干中都(dou)含有豐富的鉀
人體缺(que)鉀的(de)主要(yao)癥狀是:心(xin)跳過速且心(xin)率(lv)不齊,肌肉無力、麻(ma)木、易怒、惡心(xin)、嘔吐(tu)、腹瀉、低血壓、精神錯亂、以及心(xin)理冷(leng)淡。
鉀(jia)能促(cu)進植株(zhu)莖(jing)稈健(jian)壯,改(gai)善(shan)果(guo)(guo)實品質,增強植株(zhu)抗寒(han)能力,提高果(guo)(guo)實的(de)(de)糖分和(he)維生(sheng)素C的(de)(de)含量(liang),和(he)氮(dan)、磷的(de)(de)情況一樣,缺鉀(jia)癥狀(zhuang)首先出現(xian)于老(lao)葉。鉀(jia)素供應不足時(shi),碳水化(hua)合物代謝(xie)受到(dao)干擾,光合作(zuo)用受抑制,而呼吸作(zuo)用加強。因此,缺鉀(jia)時(shi)植株(zhu)抗逆能力減弱,易受病(bing)害侵襲(xi),果(guo)(guo)實品質下降,著(zhu)色不良。瓜、果(guo)(guo)、番茄等(deng)對鉀(jia)肥的(de)(de)需求主要(yao)是在果(guo)(guo)實迅速膨大期。
鉀(jia)(jia)肥一般是在基(ji)肥、沖施(shi)(shi)、追施(shi)(shi)、噴施(shi)(shi)和(he)無(wu)土營養栽培時施(shi)(shi)入(ru),果(guo)實(shi)膨大前期沖施(shi)(shi)、追施(shi)(shi)或葉面噴施(shi)(shi)0.5%磷酸(suan)二(er)氫鉀(jia)(jia)、硝(xiao)酸(suan)鉀(jia)(jia)、硫酸(suan)鉀(jia)(jia)、氯化(hua)鉀(jia)(jia)溶液。氯化(hua)鉀(jia)(jia)不能用(yong)于瓜(gua)類(lei)和(he)煙(yan)葉。
鉀(jia)(jia)不足時(shi),植(zhi)株莖(jing)稈柔弱(ruo),易倒(dao)伏,抗寒性(xing)和(he)抗旱性(xing)均差;葉(xie)片變黃(huang),逐漸壞死(si)。由于鉀(jia)(jia)能移動到(dao)嫩葉(xie),缺鉀(jia)(jia)開(kai)始在較(jiao)老的(de)葉(xie),后來(lai)發(fa)展(zhan)到(dao)植(zhi)株基部,也有(you)葉(xie)緣枯焦,葉(xie)子彎卷(juan)或皺縮。
(1)促(cu)進酶的活(huo)化。生物體中(zhong)有60多(duo)種酶需(xu)要鉀離子作為活(huo)化劑。
(2)促(cu)進光(guang)(guang)能(neng)的利用,增強(qiang)光(guang)(guang)合作用。首先K+能(neng)保持葉綠(lv)體(ti)內類囊體(ti)膜的正(zheng)常(chang)結構,缺K+時類囊體(ti)膜結構松散,影響(xiang)光(guang)(guang)合作用的正(zheng)常(chang)進行(xing)。同(tong)時又(you)能(neng)促(cu)進類囊體(ti)膜上(shang)質子梯度(du)的形成和光(guang)(guang)合磷酸化作用。
(3)有利(li)于植(zhi)物正常的呼吸作(zuo)用,改善能量代謝。
(4)增強植(zhi)株體內物質的(de)合成(cheng)和轉(zhuan)運(yun)。比如(ru),碳水(shui)化合物的(de)合成(cheng)與(yu)運(yun)轉(zhuan);增強蛋白質與(yu)核蛋白的(de)合成(cheng);促進豆科植(zhi)物根瘤(liu)菌的(de)固氮作用。
(5)增強植物(wu)的抗性。
(6)增(zeng)強(qiang)抗凍性、抗旱、抗鹽的能力;
(7)增(zeng)強植物對病(bing)蟲(chong)害的(de)抗性。試驗表明,增(zeng)施適(shi)量的(de)鉀(jia)肥,能有效(xiao)地減少水(shui)稻(dao)的(de)胡麻(ma)葉斑病(bing)、稻(dao)瘟病(bing)、紋枯病(bing)等(deng);麥類的(de)白粉病(bing)、赤霉病(bing)及小麥的(de)銹(xiu)病(bing)等(deng)等(deng)。
(8)減(jian)少水稻受還原性(xing)物(wu)質的危害。
金屬鉀很活潑,需隔(ge)絕空(kong)氣(qi)和水儲存(cun)。一般把(ba)鉀、鈉儲存(cun)在(zai)煤(mei)油和液體石蠟中。儲存(cun)庫(ku)房應通風(feng)、低溫、干燥。與酸、氧化劑分開存(cun)放。
貯存(cun)和(he)使用(yong)都(dou)要注意安全(quan),由金屬鉀引起的火(huo)災,不能用(yong)水或泡沫滅火(huo)劑撲滅,而要用(yong)碳(tan)酸鈉干(gan)粉(fen)。鉀也對皮膚有很強(qiang)的腐(fu)蝕(shi)性(xing)。