[jiǎ]

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钾是一种银白色的软质金属,蜡状,可用小刀切割,熔沸点低,密度比水小,化学性质极度活泼(比钠还活泼)。是Ⅰ A族的元素之一,属于碱金属。钾在自然界没有单质形态存在,钾元素以盐的形式广泛的分布于陆地和海洋中,钾也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。
中文名
外文名
Potassium
元素符号
K
原子量
39.0983
管制类型
易制爆化学品
CAS号
7440-09-7
发现者
汉弗莱·戴维

历史简介 编辑

钾盐以硝石(硝酸钾,KNO3),明矾(十二水合硫酸铝钾,KAl(SO4)2·12
钾石盐 钾石盐
H2O),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]

物理性质 编辑

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。[1]
钾离子能使火焰呈紫色,可用焰色反应火焰光度计检测。

化学性质 编辑

钾的化学性质比钠还要活泼,仅比活动性差。暴露在空气中,表面迅速覆
钾与水反应 钾与水反应
盖一层氧化钾碳酸钾,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、硫、、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。
钾燃烧 钾燃烧
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。[1]

化合物 编辑

氧化钾
氧化钾化学式K2O,分子量94.2,密度2.32g/cm3。易潮解,易溶于水。为白色粉末,溶于水生成氢氧化钾,并放出大量热。在空气流中加热能被氧化成过氧化钾或超氧化钾,易吸收空气中的二氧化碳成为碳酸钾。
过氧化钾
过氧化钾,黄色无定形块状物,易潮解。加热分解,遇水放出氧气,遇酸生成过氧化氢,过氧化钾能吸收二氧化碳并放出氧气。是强氧化剂。可由氢氧化钾与过氧化氢反应制得。
超氧化钾
超氧化钾是一种一级氧化剂,在许多方面类似于第I族金属过氧化物。遇易燃物、有机物、还原剂等会引起燃烧甚至爆炸。遇水或水蒸汽产生大量热量,同样可能发生爆炸。吸湿性极强,与水激烈反应生成氧及可被进一步分解的碱性过氧化物溶液。
氢氧化钾
氢氧化钾,白色粉末或片状固体。具强碱性及腐蚀性。极易吸收空气中水分而潮解,吸收二氧化碳而成碳酸钾。溶于水,能溶于乙醇和甘油。当溶解于水、醇或用酸处理时产生大量热量。0.1mol/L溶液的pH为13.5。相对密度2.044。熔点380℃(无水)。中等毒,有强腐性。

元素含量 编辑

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·MgCl2·6H?O)、杂卤石(2CaSO4·K?SO4·2H?O )。 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。[1]
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

制备方法 编辑

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
钾
离收集。金属钾的生产方法采用金属钠氯化钾的反应: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。[1]

主要用途 编辑

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。[3]

植物

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。[3] [1]

储存方法 编辑

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。[3]
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参考资料
  • 红河谷泡良征文1. 北京师范大学,华中师范大学,南京师范大学.无机化学(第四版):高等教育出版社,2003:647-660
  • 2. 红河谷泡良征文【元素发现史—钠、钾】电解法获得的钠和钾 .陕西师范大学基础教育资源网.2012-06-19[引用日期2013-08-16]
  • 3. 张纤纹.钾的作用.广东省广州市:广东省岭南心血管病研究所,2008.
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