K -化學元素鉀

K

鉀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Ⅰ A族的元素之一,屬于鹼金屬。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于陸地和海洋中,鉀也是人體肌肉組織和神經組織中的重要成分之一。

  • 中文名
  • 外文名
    Potassium
  • 化學式
    K
  • 相對分子質量
    39.0983
  • 化學品類別
    活潑金屬單質
  • 管製信息
    鉀(*)(易製爆)
  • 儲存
    浸沒在煤油或石蠟油中密封儲存

​基本介紹

漢語拼音:jiǎ 英文名稱:Potassium

化學符號(K)

原子序數19

相對原子質量為39.0983,屬周期ⅠA族元素,為鹼金屬的成員。

銀白色金屬

很軟,可用小刀切割

熔點63.25℃

沸點760℃

密度0.86g/cm³

元素的英文名稱來源于potash一詞,含義是木灰鹼。

鉀化合物

鉀的化合物早就被人類利用,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葯的成分之一。但鉀的化合物特別穩定,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。一直到1807年,英國H.戴維才用電解碳酸鉀熔體的方法製得金屬鉀 。鉀在地殼中的含量為2.59%,佔第七位。在海水中,除了氧、氫、氯、鈉、鎂、硫、鈣之外 ,鉀的含量佔第六位 。可用來提取鉀鹽的礦物有鉀鹽礦(KCl)、光鹵石(KCl·MgCl₂·6H₂O)、雜鹵石(2CaSO·K₂SO·2H₂O )。 分布極廣的天然矽酸鹽礦物中也含有鉀,如鉀長石K[AlSi₃O]。 原子體積:45.36(立方釐米/摩爾)

K K

鉀的化學性質

鉀的化學性質比鈉還要活潑,暴露在空氣中,表面覆蓋一層氧化鉀和碳酸鉀,使它失去金屬光澤,因此金屬鉀應儲存在煤油中以防止氧化。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;金屬鉀溶于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,生成臭氧化鉀。鉀與水、冰或雪的反應在-100攝氏度時仍反應非常猛烈,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。鉀與氫氣發生反應,生成氫化鉀。鉀與氟、氯、溴、碘都能發生反應,生成相應的鹵化物。鉀與氮氣共熱可生成不穩定的疊氮化鉀,但反應條件要控製得極為嚴格,否則疊氮化鉀又會分解為鉀和氮氣。與氨共熱,生成氨基鉀 ,並放出氫氣。鉀與汞形成鉀汞齊,是還原劑。鉀的常見氧化態為+1,但是也可以形成-1價的化合物,即鹼化物。金屬鉀很活潑,貯存和使用都要註意安全,由鉀引起的火災,不能用水或泡沫滅火劑撲滅,而要用碳酸鈉幹粉。鉀離子能使火焰呈紫色,可用焰色反應火焰光度計檢測。

K K

戴維在發現鉀的實驗中,用的是電解法,但在實際生產中卻不能用此法,因為鉀太容易溶解在熔化的KCl中,以致不能浮在電解槽的上部加以分離收集;同時,還因為鉀在操作溫度下迅速氣化,增加了不安全因素。所以現在金屬鉀的生產方法都採用金屬鈉與氯化鉀的反應:

Na+KCl=K↑+NaCl(高溫)。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%。由于鉀比鈉貴, 在一般情況下都用鈉代替鉀,鉀鹽的用途就比較少。主要用作化肥,玻璃工業 、煙火生產和肥皂工業的原料。超氧化鉀吸收二氧化碳產生氧氣,用于宇航、礦工面罩等。CAS號:7440-09-7

鉀單質介紹

管製信息

鉀(*)(易製爆

本品根據《危險化學品安全管理條例》受公安部門管製。

性狀

銀白色體心立方結構的金屬。質軟而輕。低熔點。化學性質活潑,在空氣中易氧化。遇水能引起劇烈的反應,使水分解而放出氫氣和熱量,同時引起燃燒,呈藍色火焰。也可與乙醇和酸類起劇烈反應。與飽和脂肪烴或芳香烴無反應。溶于液氨乙二胺苯胺,溶于多種金屬形成合金相對密度(HO)0.856。熔點63.2℃。沸點765.5℃。

用途

1、檢定氮、硫、等。無機及有機合成。還原劑。熱傳遞介質。

2、“鉀”元素作為農業用途一般以“氧化鉀”形式存在。主要促進果實膨大、果實著色和保護葉片的功能,“鉀”元素是植物生長必須的元素之一。

安全措施

貯于陰涼、幹燥處、遠離火種,熱源。

氧化劑、酸類、鹵素分儲。

誤食,用水漱口,飲牛奶或蛋清。

滅火:用幹燥氯化鈉粉末、碳酸鈉粉末、碳酸鈣幹粉、幹砂等。

元素介紹

相對原子質量:39.0983

系列:鹼金屬

族:ⅠA 族

周期:4

元素分區:s

密度:856 kg/m³

硬度:0.4

元素在太陽中的含量:4(ppm)

地殼中含量:21000(ppm)

氧化態:Main K+1

電子層:K-L-M-N

晶胞參數:

a = 532.8 pm

b = 532.8 pm

c = 532.8 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

電離能:

第一電離能418.8 kJ/mol

第二電離能 3052 kJ/mol

第三電離能 4420 kJ/mol

第四電離能 5877 kJ/mol

第五電離能 7975 kJ/mol

第六電離能 9590 kJ/mol

第七電離能 11343 kJ/mol

第八電離能 14944 kJ/mol

第九電離能 16963.7 kJ/mol

第十電離能 48610 kJ/mol

顏色和外表:銀白色

地殼含量:2.59%

原子屬性

原子量:39.0983

原子量單位   

原子半徑(計算值) :220(243) pm

共價半徑:196 pm

範德華半徑:275 pm

聲音在其中的傳播速率:2000(m/S)

價電子排布:[氬]4s¹

電子在每能級的排布:2,8,8,1

核電荷數:19

晶體結構:晶胞為體心立方晶胞,每個晶胞含有2個金屬原子。

莫氏硬度:0.4

氧化價(氧化物): 1(強鹼性)

物理屬性

物質狀態:固態

熔點:336.53 K(63.38 °C)

沸點:1032 K(759 °C)

摩爾體積:45.94×10^-6m³/mol

汽化熱:79.87 kJ/mol

熔化熱:2.334 kJ/mol

蒸氣壓:106×10^-6 帕

聲速:2000 m/s(293.15K)

其他性質

電負性:0.82(鮑林標度)

比熱:757 J/(kg·K)

電導率:13.9 ×10^6/(米歐姆)

熱導率:102.4 W/(m·K)

同位素

同位素 MeV 衰變產物

豐度39K 93.26 % 穩定

半衰期40K 0.012 % 1.277×10^9年 β衰變

衰變模式電子捕獲 1.311

衰變能量 1.505 40Ca

41K 6.73 % 穩定

核磁公振特徵

39K 41K

核自旋3/2 3/2

靈敏度 0.000508 8.4×10^-4

在沒有特別註明的情況下使用的是國際標準基準單位單位和標準氣溫和氣壓

發現

發現人:戴維 發現年代:1807年

發現過程:

1807年,戴維進行了實驗,電解碳酸鉀。他獲得了一些富有金屬光澤、類似水銀的珠粒出現。他描述了這種新物質:將這個新金屬投入水中,水被劇烈分解,放出氫氣,氫氣和它一起燃燒,產生紫色火焰,苛性鹼溶液形成。

戴維以potash(碳酸鉀)命名它為pstassium(鉀)。鉀的拉丁名kalium是從kali(阿拉伯文中海草灰中的鹼)來的,因而化學符號為K。

由于單質鉀的比重很小(15℃時,鉀的密度是0.865),所以當時沒有人相信它是金屬,因為它的比重比水還小,在1811年,由蓋呂薩克和泰納爾證實了鉀是一種元素。

名稱由來

來源于拉丁文kalium,原意是“鹼”。拉丁文名稱從阿拉伯文qali借來的。 我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”旁加上表示首位的“甲”字而造出“鉀”這個字。

分布

鉀在自然界中隻以化合物形式存在。在雲母、鉀長石等矽酸鹽中都富含鉀。鉀在地殼中的含量為2.59%,佔第七位鉀在地殼中的含量約為2.09%,居第八位。在海水中以鉀離子的形式存在,含量約為0.1%。鉀在海水中含量比鈉離子少的原因是由于被土壤和植物吸收多。在動植物體內也含有鉀。正常人體內約含鉀175克,其中98%的鉀貯存于細胞液內,是細胞內最主要的陽離子。

元素來源

在自然界以化合物的形態存在,在所有元素中佔第七位。在海水中鉀是第六位最豐富的元素。

製備:

這種元素通過將其常見的氫氧化物進行電解而得到。將氫氧化鉀與鹵化物進行熔融電解,再經真空蒸餾製得。

同位素

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

符號Z(p)N(n)質量(原子質量單位)半衰期原子核自旋相對豐度相對豐度的變化率
激發能量




32K191332.02192(54)#?1+#

33K191433.00726(21)#<25 ns(3/2+)#

34K191533.99841(32)#<40 ns1+#

35K191634.988010(21)178(8) ms3/2+

36K191735.981292(8)342(2) ms2+

37K191836.97337589(10)1.226(7) s3/2+

38K191937.9690812(5)7.636(18) min3+

39K192038.96370668(20)穩定3/2+0.932581(44)
40K192139.96399848(21)1.248(3)E+9 a4-0.000117(1)
41K192240.96182576(21)穩定3/2+0.067302(44)
42K192341.96240281(24)12.360(12) h2-

43K192442.960716(10)22.3(1) h3/2+

44K192543.96156(4)22.13(19) min2-

45K192644.960699(11)17.3(6) min3/2+

46K192745.961977(17)105(10) s2(-)

47K192846.961678(9)17.50(24) s1/2+

48K192947.965514(26)6.8(2) s(2-)

49K193048.96745(8)1.26(5) s(3/2+)

50K193149.97278(30)472(4) ms(0-,1,2-)

51K193250.97638(54)#365(5) ms3/2+#

52K193351.98261(75)#105(5) ms(2-)#

53K193452.98712(75)#30(5) ms(3/2+)#

54K193553.99420(97)#10(5) ms2-#

55K193654.99971(107)#3# ms3/2+#

備註:畫上#號的資料代表沒有經過實驗的證明,隻是理論推測而已,而用括弧括起來的代表資料不確定性。

對人體的影響

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。有助于維持神經健康、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。

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。

中國營養學會提出的每日膳食中鉀的“安全和適宜的攝入量”,初生嬰兒至6個月每人為350~925毫克,1歲以內為425~1275毫克,1歲以上兒童(兒童食品)每人每天550~1650毫克,4歲以上775~2325毫克,7歲以上為1000~3000毫克,11歲以上青少年(少年食品)為1525~4575毫克,成年男女為1875~5625毫克,這個參考指標與美國國家科學研究委員會的食品與營養委員會估計的安全和適宜的膳食鉀日攝取量相當。

在乳製品、水果、蔬菜、瘦肉、內髒、香蕉葡萄幹中都含有豐富的鉀。

元素描述

是一種軟的低熔點的金屬,呈銀白色。密度0.86克/釐米3。熔點63.65℃,沸點774℃,化合價+1,電離能為4.341電子伏特。化學性質比鈉更活潑,遇水能起劇烈作用,生成氫氣和氫氧化鉀,同時起火燃燒。燃燒時呈紫色焰。同酸的水溶液反應更加猛烈,幾乎能達到爆炸的程度。在空氣中表面很快氧化,加熱後與氧能強烈反應,生成超氧化物和過氧化物K2O2。如果氧過量,它易形成超氧化物KO2。鉀與鹵素也有強烈反應,並與許多有機物發生反應。

K K

元素用途

用來製造鉀鈉合金;在有機合成中用作還原劑;也用于製光電管等。鉀的化合物在工業上用途很廣:鉀鹽可以用于製造化肥及肥皂、醫葯、獸葯。美艷鉀同時對動、植物的生長和發育起很大作用,是植物生長的三大營養元素之一。

元素輔助資料

鉀是在自然界中分布最廣的十個元素之一,但由于它不易從化合物中還原成單質狀態,所以遲遲未被發現。

同位素

鉀的同位素

已發現的鉀的同位素共有16種,包括鉀35至鉀50,其中隻有鉀39和鉀41是穩定的,其他同位素都帶有放射性

鉀的生理功能

1. 參與糖、蛋白質和能量代謝:糖元合成時,需要鉀與之一同進入細胞,糖元分解時,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。

2. 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,由于腎髒排鉀量減少,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。

3. 維持神經肌肉的興奮性。

4. 維持心肌功能:心肌細胞膜的電位變化主要動力之一是由于鉀離子的細胞內、外轉移。

需要人群

1、大量飲用咖啡、酒和愛吃甜食的人較容易疲勞,這是缺鉀造成的。

       2、嚴重腹瀉的人即使在尿瀦留狀態時,失去鉀的可能性仍很大。假如使用利尿劑的話,將會失去更多的鉀。

K

3.不吃主食(碳水化合物)減肥,失去的不僅是體重,體內的鉀含量也會下降。這會造成體力減弱,反應遲鈍。

4.神經和肉體的緊張會導致鉀的不足。

缺鉀原因

人體血清中鉀濃度隻有3.5~5.5mmol/L,但它卻是生命活動所必需的。鉀在人體內的主要作用是維持酸鹼平衡,參與能量代謝以及維持神經肌肉的正常功能。當體內缺鉀時,會造成全身無力、疲乏、心跳減弱、頭昏眼花,嚴重缺鉀還會導致呼吸肌麻痹死亡。此外,低鉀會使胃腸蠕動減慢,導致腸麻痹,加重厭食,出現惡心、嘔吐、腹脹等症狀。臨床醫學資料還證明,中暑者均有血鉀降低現象。

防治低鉀的關鍵是補鉀。臨床上可選用口服10%的氯化鉀溶液,但最安全且有效的方法是多吃富鉀食品,特別是多吃水果和蔬菜。含鉀豐富的水果有奇異果、香蕉、草莓、柑橘、葡萄、柚子、西瓜等,菠菜山葯毛豆莧菜大蔥等蔬菜中含鉀也比較豐富,黃豆綠豆、蠶豆、海帶、紫菜、黃魚、雞肉、牛奶、玉米面等也含有一定量的鉀。各種果汁,特別是橙汁,也含有豐富的鉀,而且能補充水分和能量。

鉀是維持生命不可或缺的必需物質。它和鈉共同作用,調節體內水份的平衡並使心跳規律化。鉀對細胞內的化學反應很重要,對協助維持穩定的血壓及神經活動的傳導起著非常重要的作用。

缺鉀會減少肌肉的興奮性,使肌肉的收縮和放松無法順利進行,容易倦怠。另外,會妨礙腸的蠕動,引起便秘;還會導致浮腫,半身不遂及心髒病發作。當人體鉀攝取不足時,鈉會帶著許多水份進入細胞中,使細胞破裂導致水腫。血液中缺鉀會使血糖偏高,導致高血糖症。另外,缺鉀對心髒造成的傷害最嚴重,缺乏鉀,可能是人類因心髒疾病致死的最主要原因。

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、惡心、嘔吐、腹瀉、低血壓、精神錯亂、以及心理冷淡。

兒童每日應攝取鉀1600毫克,成人每天2000毫克,含鉀的食物包括乳製品、魚、水果、豆科植物、肉、家禽、未加工的谷物、綠葉蔬菜等,比如杏、香蕉、啤酒酵母、糙米、無花果、蒜、葡萄幹、番薯等。鎂有助于保持細胞內的鉀,而攝入過量的鈉、酒精、糖類;服用利尿劑、輕劑、皮質激素類葯物和心理壓力過大會妨礙鉀的吸收。

鉀過多與血鉀過高

高鉀血症指血K+濃度高于5.5mmol/L時而言,除因細胞內外轉移而致者外,高鉀血症常反映整體K+過多。

原因

(一)人體過多 攝入過多含鉀食物一般並不會導致高K+,但在伴有腎功能不全者則可能發生。大量輸入庫存血,靜註KCl,等可致嚴重高鉀血症。

(二)排泄困難 主要因腎髒功能障礙而使K+不能充分排出而致。又包括腎小球濾過率嚴重減退及腎小球濾過率相對充足但仍有排鉀障礙兩大類:

(三)細胞內外轉移 酸中毒可抑製Na+-K+泵,同時刺激胰島素分泌過多,使K+外移;高滲血症因細胞內脫水,K+濃度相對增高而容易外溢;β腎上腺素能受體阻滯劑導致高K+機製已如前述。琥珀酰膽鹼可促使細胞膜對K+通透性增加。此外洋地黃,鹽酸精氨酸等都可促進K+外移,都可能導致血K+升高。

臨床表現

(一)肌肉無力 細胞外〔K+〕上升,使靜息電位下降,出現肌肉無力,甚至癱瘓形成。通常也以下肢出現較多,以後沿軀幹向上肢延伸,呼吸肌在極個別情況下才可累及。

(二)心律紊亂 較早出現,一般先呈T波高尖,QT間期縮短,隨後T波改變逐漸更加明顯,QRS波漸增寬,並幅度下降,P波形態漸漸消失。所有這些改變綜合後使患者心電圖呈正弦波形。由于許多高K+血症常同時合並存在低鈣血症,代謝性酸中毒,以及低鈉血症等,上述情況也對心電圖改變有影響,因此有時必須仔細加以分析,始能確診。

治療

血K+水準>6mmol/L,或者血K+尚不太高,但心電圖已有典型高K+表現,或者有典型高K+所致的神經,肌肉症狀時,必須進行緊急處理。促使血K+水準下降措施主要有:

(一)葡萄糖酸鈣 可直接對抗血鉀過高對細胞膜極化狀況的影響,而使閾電位恢復正常。應靜脈註射。

(二)碳酸氫鈉除對抗高鈣對細胞膜作用外,還可促使鉀進入細胞內。本法優點為除糾正高K+外還可糾正酸中毒。但在合並有心力衰竭者宜慎用,小部分病例由于註射後導致的鹼血症快速產生,可誘發抽搐或手足搐搦症,此時可同時註射葡萄糖酸鈣,或氯化鈣以對抗之。

(三)葡萄糖、胰島素 胰島素可促使細胞對K+的攝取,從而使血鉀下降,同時註射葡萄糖則可防止低血糖出現。

(四)呋塞米 可促使K+從腎髒排出,一般可靜註40~80mg,但腎功能障礙時效果欠佳。

(五)離子交換樹脂可用降鉀樹脂,口服25g每日2~3次。如不能口服,可以灌腸。

(六)透析為最快和最有效方法。可採用血液透析或腹膜透析,但後者療效相對較差,且效果較慢。

遺傳性疾病

家族性低血鉀周期性無力症(familial hypokalemic periodic paralysis),為自體顯性遺傳疾病,相當罕見。突變的基因CACNL1A3是一種鈣離子通道。疾病的特征是突然發生的肌肉麻痹與血清鉀濃度<2.5meq/L。血鉀減少的原因可能是大量攝取碳水化合物或鈉離子而誘發,會在24小時內自然消退,但有時會引起致命性心率不整。

Liddle's syndrome為隱性遺傳疾病。此遺傳異常會因為礦物皮質醛酮增高,影響到腎髒離子輸送活性,刺激集尿管細胞對鈉離子的再吸收,造成代謝性鹼中毒和低血鉀。

巴特氏綜合症(Bartter's syndrome)為亨利氏環(loop of Henle)和近曲小管的鈉運輸蛋白(chloride-associated sodium transporters)失去活性或功能。

Gitelman's syndrome是腎髒遠曲小管(distal convoluted tubule)鈉運輸蛋白(chloride cotransporters, NCCT)失去活性或功能。

鉀對植物的影響

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,缺鉀症狀首先出現于老葉。鉀素供應不足時,碳水化合物代謝受到幹擾,光合作用受抑製,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。

K

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、多米龍硝酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀溶液。氯化鉀不能用于瓜類和煙葉。 

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。由于鉀能移動到嫩葉,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。

鉀對植物的作用

1、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。

2、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+時類囊體膜結構松散,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。

3、有利于植物正常的呼吸作用,改善能量代謝。

4、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。

5、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、赤酶病及小麥的銹病等等。

③、減少水稻受還原性物質的危害。

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