钾元素化学符号(K),原子序数19,原子量39.0983,属周期系ⅠA族,为碱金属的成员。元素的英文名称来源于potash一词,含义是木灰碱。钾的化合物早就被人类利用,古代就知道草木灰中存在着钾草碱(即碳酸钾),可用作洗涤剂,硝酸钾也被用作黑火药的成分之一。但钾的化合物特别稳定,难以用常用的还原剂(如碳)从钾的化合物将金属钾还原出来。一直到1807年,英国H.戴维才用电解氢氧化钾熔体的方法制得金属钾。钾在地壳中的含量为2.59%,占第七位。在海水中,除了氯、钠、镁、硫、钙之外,钾的含量占第六位

1发现历史

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钾

钾盐以硝石(硝酸钾,KNO3),明矾(十二水合硫酸铝钾,KAl(SO4)2•12H2O),还有草木灰(碳酸钾,K2CO3)的形式已经被认知了几个世纪。它们被用于火药,燃料和肥皂的制造。[1]  把含钾物质还原为元素挫败了早期的化学家,而且钾被Antoine Lavoisier分类为“泥土”。由于钾的活动性很强,难以用常用的还原剂(如碳)从钾的化合物将金属钾还原出来。之后在1807年,汉弗莱•戴维电解熔融氢氧化钾发现有金属小球形成,这就是钾。他注意到当把钾扔到水里时,钾会在水面上游动,并燃烧发出美丽的紫色的火焰。钾的名称来源于拉丁文Kalium,原意是“碱”。拉丁文名称从阿拉伯文Qali借来的。 中国科学家在命名此元素时,因其活泼性在当时已知的金属中居首位,故用“金”旁加上表示首位的“甲”字而造出“钾”这个字。

2钾的性质

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物理性质

钾为银白色立方体结构金属,理化性质和钠非常相似。钾质软而轻可用小刀切割,新切面有银白色光泽。

钾表面常常为蓝紫色

钾表面常常为蓝紫色

钾的密度0.862g/cm3(293K),熔点336K(63℃),沸点1047K(774℃)。

钾是热和电的良导体,具有较好的导磁性,钾钠合金(液态)是核反应堆导热剂。钾单质还具有良好的延展性,硬度也低,能够溶于汞和液态氨,溶于液氨形成蓝色溶液。

已发现的钾的同位素共有28种,包括从钾32至钾55,其中在自然界中存在的只有钾39、钾40和钾41,其他同位素都是由人工制造。钾40有放射性,是岩石和土壤中天然放射性本底的重要来源之一。

钾离子能使火焰呈紫色,可用焰色反应和火焰光度计检测

化学性质

钾

钾的化学性质比钠还要活泼,仅比铯、铷活动性差。暴露在空气中,表面迅速覆

盖一层氧化钾和碳酸钾,使它失去金属光泽(表面显蓝紫色),因此金属钾应保存在液体石蜡或氩气中以防止氧化。钾在空气中加热就会燃烧,它在有限量氧气中加热,生成氧化钾;在过量氧气中加热,生成过氧化钾和超氧化钾的混合物;金属钾溶于液氨生成深蓝色液体,可导电,实验证明其中含氨合电子,钾的液氨溶液久置或在铁的催化下会分解为氢气和氨基钾。钾的液氨溶液与氧气作用,生成超氧化钾,臭氧作用,生成臭氧化钾。

钾与水剧烈反应,甚至在冰上也能着火,生成氢氧化钾和氢气,反应时放出的热量能使金属钾熔化,并引起钾和氢气燃烧。

钾与氢、硫、氟、氯、溴、碘都能化合,可与低元醇反应放出氢气。

钾还能与汞形成钾汞齐,是还原剂:K + Hg = K[Hg]。钾和汞作用时会发生强烈的放热反应。

钾的常见氧化态为+1,但是也可以形成-1价的化合物,即碱化物。

在中国高中化学范畴认为钾盐均溶于水,但实际上高氯酸钾、酒石酸氢钾、六氯铂酸钾、钴亚硝酸钠钾、四苯硼酸钾等溶解度均较小。

3元素含量

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地壳
钾的化合物早就被人类利用,由于钾的化学性质极为活泼,所以钾在自然界中只以化合物形式存在。人们古代就知道草木灰中存在着钾草碱(即碳酸钾),可用作洗涤剂。硝酸钾也被用作黑火药的成分之一。钾在地壳中的含量为2.59%,占第七位。 可用来提取钾盐的矿物有钾盐矿(KCl)、光卤石(KCl·MgCl2·6H₂O)、杂卤石(2CaSO4·K₂SO4·2H₂O )。 分布极广的天然硅酸盐矿物中也含有钾,如钾长石K[AlSi3O8]。在云母、钾长石等硅酸盐中都富含钾。
海洋
在海水中以钾离子的形式存在,含量约为0.1%。钾在海水中含量比钠离子少的原因是由于被土壤和植物吸收多。在动植物体内也含有钾。除了氧、氢、氯、钠、镁、硫、钙之外 ,钾在海水中的含量占第六位。
人体
正常人体内约含钾175克,其中98%的钾以钾离子的形式贮存于细胞液内,是细胞内最主要的阳离子。

4制备方法

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生产金属钠用的是电解法,但在生产金属钾中却不能用此法,因为钾太容易溶解在熔化的KCl中,无法分离收集。金属钾的生产方法采用金属钠与氯化钾的反应:Na+KCl==高温==K↑+NaCl。钾的沸点比钠低,不断地将钾的蒸气分离出去,就能使反应持续进行。用真空蒸馏法可将钾的纯度提高为99.99%。由于钾比钠贵, 在一般情况下都用钠代替钾,钾盐的用途就比较少,但由于钾盐的吸湿性弱于钠盐,所以分析化学中常用钾盐做标准试剂。

5主要用途

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人体
钾可以调节细胞内适宜的渗透压和体液的酸碱平衡,参与细胞内糖和蛋白质的代谢。有助于维持神经健康、心跳规律正常,可以预防中风,并协助肌肉正常收缩。在摄入高钠而导致高血压时,钾具有降血压作用。
1.参与糖、蛋白质和能量代谢:糖原合成时,需要钾与之一同进入细胞,糖原分解时,钾又从细胞内释出。蛋白质合成时每克氮约需钾3mmol,分解时,则释出钾。ATP形成时亦需要钾。
2. 参与维持细胞内、外液的渗透压和酸碱平衡:钾是细胞内的主要阳离子,所以能维持细胞内液的渗透压。酸中毒时,由于肾脏排钾量减少,以及钾从细胞内向外移,所以血钾往往同时升高,碱中毒时,情况相反。
3. 维持神经肌肉的兴奋性。
4. 维持心肌功能:心肌细胞膜的电位变化主要动力之一是由于钾离子的细胞内、外转移。
人体钾缺乏可引起心跳不规律和加速、心电图异常、肌肉衰弱和烦躁,最后导致心跳停止。一般而言,身体健康的人,会自动将多余的钾排出体外。但肾病患者则要特别留意,避免摄取过量的钾。
在乳制品、水果、蔬菜、瘦肉、内脏、香蕉、葡萄干中都含有丰富的钾
人体缺钾的主要症状是:心跳过速且心率不齐,肌肉无力、麻木、易怒、恶心、呕吐、腹泻、低血压、精神错乱、以及心理冷淡。
植物
钾长石钾长石
钾能促进植株茎秆健壮,改善果实品质,增强植株抗寒能力,提高果实的糖分和维生素C的含量,和氮、磷的情况一样,缺钾症状首先出现于老叶。钾素供应不足时,碳水化合物代谢受到干扰,光合作用受抑制,而呼吸作用加强。因此,缺钾时植株抗逆能力减弱,易受病害侵袭,果实品质下降,着色不良。瓜、果、番茄等对钾肥的需求主要是在果实迅速膨大期。
钾肥一般是在基肥、冲施、追施、喷施和无图营养栽培时施入,果实膨大前期冲施、追施或叶面喷施0.5%磷酸二氢钾、硝酸钾、硫酸钾、氯化钾溶液。氯化钾不能用于瓜类和烟叶。
钾不足时,植株茎秆柔弱,易倒伏,抗寒性和抗旱性均差;叶片变黄,逐渐坏死。由于钾能移动到嫩叶,缺钾开始在较老的叶,后来发展到植株基部,也有叶缘枯焦,叶子弯卷或皱缩。
1、促进酶的活化。 生物体中有60多种酶需要钾离子作为活化剂。
2、促进光能的利用,增强光合作用。首先K+能保持叶绿体内类囊体膜的正常结构,缺K+时类囊体膜结构松散,影响光合作用的正常进行。同时又能促进类囊体膜上质子梯度的形成和光合磷酸化作用。
3、有利于植物正常的呼吸作用,改善能量代谢。
4、增强植株体内物质的合成和转运。比如,碳水化合物的合成与运转;增强蛋白质与核蛋白的合成;促进豆科植物根瘤菌的固氮作用。
5、增强植物的抗性。
①、增强抗冻性、抗旱、抗盐的能力;
②、增强植物对病虫害的抗性。试验表明,增施适量的钾肥,能有效地减少水稻的胡麻叶斑病、稻瘟病、纹枯病等;麦类的白粉病、赤霉病及小麦的锈病等等。
③、减少水稻受还原性物质的危害。

6储存方法

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金属钾很活泼,需隔绝空气储存。
贮存和使用都要注意安全,由金属钾引起的火灾,不能用水或泡沫灭火剂扑灭,而要用碳酸钠干粉。钾也
金属钾常常浸没于煤油或石蜡油中
金属钾常常浸没于煤油或石蜡油中
对皮肤有很强的腐蚀性。

7需要人群

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1、大量饮用咖啡、酒和爱吃甜食的人较容易疲劳,这是缺钾造成的。

2、严重腹泻的人即使在尿潴留状态时,失去钾的可能性仍很大。假如使用利尿剂的话,将会失去更多的钾。

3、不吃主食(碳水化合物)减肥,失去的不仅是体重,体内的钾含量也会下降。这会造成体力减弱,反应迟钝。

4、神经和肉体的紧张会导致钾的不足。

8物质作用

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钾

人体血清中钾浓度只有3.5~5.5mmol/L,但它却是生命活动所必需的。钾在人体内的主要作用是维持酸碱平衡,参与能量代谢以及维持神经肌肉的正常功能。当体内缺钾时,会造成全身无力、疲乏、心跳减弱、头昏眼花,严重缺钾还会导致呼吸肌麻痹死亡。此外,低钾会使胃肠蠕动减慢,导致肠麻痹,加重厌食,出现恶心、呕吐、腹胀等症状。临床医学资料还证明,中暑者均有血钾降低现象。

防治低钾的关键是补钾。临床上可选用口服10%的氯化钾溶液,但最安全且有效的方法是多吃富钾食品,特别是多吃水果和蔬菜。含钾丰富的水果有香蕉、草莓、柑橘、葡萄、柚子、西瓜等,菠菜、山药、毛豆、苋菜、大葱等蔬菜中含钾也比较丰富,黄豆、绿豆、蚕豆、海带、紫菜、黄鱼、鸡肉、牛奶、玉米面等也含有一定量的钾。各种果汁,特别是橙汁,也含有丰富的钾,而且能补充水分和能量。据测定含有1.1%~2.3%的钾,所以茶水是夏季最好的消暑饮品。

钾是维持生命不可或缺的必需物质。它和钠共同作用,调节体内水份的平衡并使心跳规律化。钾对细胞内的化学反应很重要,对协助维持稳定的血压及神经活动的传导起着非常重要的作用。缺钾会减少肌肉的兴奋性,使肌肉的收缩和放松无法顺利进行,容易倦怠。另外,会妨碍肠的蠕动,引起便秘;还会导致浮肿,半身不遂及心脏病发作。当人体钾摄取不足时,钠会带着许多水份进入细胞中,使细胞破裂导致水肿。血液中缺钾会使血糖偏高,导致高血糖症。另外,缺钾对心脏造成的伤害最严重,缺乏钾,可能是人类因心脏疾病致死的最主要原因。

人体缺钾的主要症状是:心跳过速且心率不齐,肌肉无力、麻木、易怒、恶心、呕吐、腹泻、低血压、精神错乱、以及心理冷淡。儿童每日应摄取钾1600毫克,成人每天2000毫克,含钾的食物包括乳制品、鱼、水果、豆科植物、肉、家禽、未加工的谷物、绿叶蔬菜等,比如杏、香蕉、啤酒酵母、糙米、无花果、蒜、葡萄干、番薯等。镁有助于保持细胞内的钾,而摄入过量的钠、酒精、糖类;服用利尿剂、轻剂、皮质激素类药物和心理压力过大会妨碍钾的吸收。

参考资料

[添加]
[1].查字典:钾
[2].钨钼百科:元素介绍钾

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  • 更新时间:2015-12-10
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