鉀(jia)(Kalium),元素(su)符號K,對預防高(gao)血(xue)壓等慢性(xing)病具有(you)重要(yao)作(zuo)用。原(yuan)子序數(shu)為19,位于元素(su)周期表第四(si)周期IA族,屬于堿金屬元素(su)。單質(zhi)(zhi)是一種銀(yin)白色的軟(ruan)質(zhi)(zhi)金屬,蠟(la)狀,可用小刀切割,熔沸點低,密度比水小,化學性(xing)質(zhi)(zhi)極度活(huo)潑(比鈉還活(huo)潑)。鉀(jia)在自然界沒有(you)單質(zhi)(zhi)形態存在,鉀(jia)元素(su)以(yi)鹽(yan)的形式廣泛(fan)的分布于陸地和海洋中,也(ye)是人(ren)體肌(ji)肉組織和神經組織中的重要(yao)成分之一。
鉀(jia)(jia)(jia)鹽以硝石(shi)(硝酸鉀(jia)(jia)(jia),KNO3),明(ming)礬(十二(er)水(shui)(shui)硫酸鋁鉀(jia)(jia)(jia),KAl(SO4)2·12H2O),還(huan)(huan)有草(cao)木灰(碳酸鉀(jia)(jia)(jia),K2CO3)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)式已經被(bei)認知了幾個世紀。它們被(bei)用(yong)于火藥,燃料(liao)和肥皂的(de)(de)(de)制造。把(ba)含鉀(jia)(jia)(jia)物質還(huan)(huan)原(yuan)為元(yuan)素挫敗了早期的(de)(de)(de)化(hua)學家,而(er)且鉀(jia)(jia)(jia)被(bei)拉瓦錫分類為“泥土”。由于鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)活動(dong)性很強,難以用(yong)常用(yong)的(de)(de)(de)還(huan)(huan)原(yuan)劑(如碳)從鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)化(hua)合物將金(jin)(jin)屬(shu)鉀(jia)(jia)(jia)還(huan)(huan)原(yuan)出(chu)來。之后在(zai)1807年,漢弗里(li)·戴維電解(jie)熔融氫氧化(hua)鉀(jia)(jia)(jia)發現有金(jin)(jin)屬(shu)小球形(xing)(xing)成,這(zhe)就是鉀(jia)(jia)(jia)。他注意(yi)到(dao)當把(ba)鉀(jia)(jia)(jia)扔(reng)到(dao)水(shui)(shui)里(li)時(shi)(shi),鉀(jia)(jia)(jia)會(hui)在(zai)水(shui)(shui)面上(shang)游動(dong),并燃燒(shao)發出(chu)美麗(li)的(de)(de)(de)紫色(se)的(de)(de)(de)火焰。鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)名(ming)稱來源(yuan)于拉丁(ding)文Kalium,原(yuan)意(yi)是“堿(jian)”。拉丁(ding)文名(ming)稱從阿拉伯(bo)文Qali借來的(de)(de)(de)。中國科學家在(zai)命名(ming)此(ci)元(yuan)素時(shi)(shi),因其活潑(po)性在(zai)當時(shi)(shi)已知的(de)(de)(de)金(jin)(jin)屬(shu)中居首位(wei),故用(yong)“金(jin)(jin)”字旁(pang)加上(shang)表示首位(wei)的(de)(de)(de)“甲”字而(er)造出(chu)“鉀(jia)(jia)(jia)”這(zhe)個字。
鉀為(wei)銀(yin)白色立方體結構金屬,理化性質(zhi)和鈉(na)非常相似。鉀質(zhi)軟(ruan)而輕可(ke)用小(xiao)刀(dao)切(qie)割(ge),新切(qie)面有(you)銀(yin)白色光澤。
鉀的密度0.862g/cm3(293K),熔點336K(63℃),沸點1032K(759℃)。
鉀(jia)是(shi)熱和電的(de)良(liang)導體,具有較好(hao)的(de)導磁性(xing),質量(liang)分數(shu)77.2%的(de)鉀(jia)和22.8%的(de)鈉形成的(de)鉀(jia)鈉合金熔點(dian)只有12℃,是(shi)核反(fan)應堆(dui)導熱劑。鉀(jia)單質還具有良(liang)好(hao)的(de)延展性(xing),硬度(du)也低,能夠溶于汞和液(ye)態氨(an),溶于液(ye)氨(an)形成藍色溶液(ye)。
已發現(xian)的鉀的同位(wei)素共有(you)28種,包括從32K至55K,其中在自然界(jie)中存在的只有(you)39K、40K和(he)41K,其他同位(wei)素都是(shi)由人工制(zhi)造。40K有(you)放射性,是(shi)巖(yan)石(shi)和(he)土壤中天然放射性本底的重要來源之一。
鉀離(li)子(zi)能使火(huo)(huo)焰(yan)呈紫色,可用焰(yan)色反應和火(huo)(huo)焰(yan)光度計檢測(ce)。
鉀(jia)的(de)化(hua)(hua)學(xue)性質(zhi)比(bi)鈉還要活潑,僅比(bi)銫、銣(ru)活動性弱。暴露在(zai)(zai)空氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong),表(biao)面(mian)迅速覆蓋一層(ceng)氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)和(he)碳酸(suan)鉀(jia),使它(ta)失去(qu)金(jin)屬光澤(表(biao)面(mian)顯藍(lan)紫(zi)色(se)(se)),因此(ci)金(jin)屬鉀(jia)應保存在(zai)(zai)液(ye)體石蠟或氬氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)以防止氧(yang)化(hua)(hua)。鉀(jia)在(zai)(zai)空氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)加(jia)(jia)熱(re)就會(hui)燃燒,它(ta)在(zai)(zai)有(you)限量(liang)氧(yang)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)加(jia)(jia)熱(re),生成(cheng)(cheng)氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia);在(zai)(zai)過量(liang)氧(yang)氣(qi)(qi)中(zhong)(zhong)加(jia)(jia)熱(re),生成(cheng)(cheng)過氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)和(he)超氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)的(de)混合物。金(jin)屬鉀(jia)溶(rong)于液(ye)氨(an)生成(cheng)(cheng)深藍(lan)色(se)(se)液(ye)體,可(ke)導電(dian),實驗證明其中(zhong)(zhong)含氨(an)合電(dian)子(zi),鉀(jia)的(de)液(ye)氨(an)溶(rong)液(ye)久置或在(zai)(zai)鐵的(de)催化(hua)(hua)下會(hui)分解為氫(qing)氣(qi)(qi)和(he)氨(an)基鉀(jia)。鉀(jia)的(de)液(ye)氨(an)溶(rong)液(ye)與氧(yang)氣(qi)(qi)作(zuo)(zuo)用,生成(cheng)(cheng)超氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia),臭(chou)氧(yang)作(zuo)(zuo)用,生成(cheng)(cheng)橘紅色(se)(se)的(de)臭(chou)氧(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)。
鉀與水(shui)劇烈反(fan)應(ying),甚至在冰上也能(neng)著火,生(sheng)成氫(qing)(qing)氧化鉀和氫(qing)(qing)氣,反(fan)應(ying)時放出的熱(re)量(liang)能(neng)使金屬(shu)鉀熔(rong)化,并引(yin)起(qi)鉀和氫(qing)(qing)氣燃燒。
鉀(jia)(jia)與(yu)氟(fu)、氯、溴(xiu)、碘都能發生(sheng)反應(ying)(ying)(ying),生(sheng)成相應(ying)(ying)(ying)的(de)鹵化(hua)(hua)物。鉀(jia)(jia)不(bu)與(yu)氮氣作用。與(yu)氨作用,生(sheng)成氨基鉀(jia)(jia),并放(fang)(fang)出氫(qing)氣,鉀(jia)(jia)與(yu)汞(gong)形(xing)成鉀(jia)(jia)汞(gong)齊(化(hua)(hua)學式:K+Hg=K[Hg]),是還(huan)原劑,與(yu)水反應(ying)(ying)(ying)不(bu)劇(ju)烈。鉀(jia)(jia)和(he)汞(gong)作用時會發生(sheng)強烈的(de)放(fang)(fang)熱反應(ying)(ying)(ying)。鉀(jia)(jia)的(de)氧化(hua)(hua)態為(wei)+1,只形(xing)成+1價的(de)化(hua)(hua)合(he)物。
在高(gao)中化學范(fan)疇認(ren)為鉀(jia)鹽均溶于水,但(dan)實際上高(gao)氯酸(suan)鉀(jia)、酒(jiu)石酸(suan)氫鉀(jia)、六(liu)氯鉑酸(suan)鉀(jia)、鈷亞硝酸(suan)鈉鉀(jia)、四(si)苯硼酸(suan)鉀(jia)等溶解度(du)均較小。
氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)(jia),化(hua)學式(shi)K2O,分子量94.2,密度2.32g/cm3。易潮解,易溶(rong)于水。為(wei)白色粉末,溶(rong)于水生(sheng)成氫(qing)氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)(jia),并放出大量熱。在空氣(qi)流(liu)中(zhong)加熱能被氧(yang)(yang)化(hua)成過氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)(jia)或(huo)超氧(yang)(yang)化(hua)鉀(jia)(jia),易吸(xi)收空氣(qi)中(zhong)的二(er)氧(yang)(yang)化(hua)碳(tan)成為(wei)碳(tan)酸(suan)鉀(jia)(jia)。
過(guo)氧(yang)化(hua)(hua)鉀,化(hua)(hua)學式為K2O2,黃色無定形塊狀物,易潮解(jie)(jie)。加熱(re)分解(jie)(jie),遇(yu)水放(fang)出氧(yang)氣,遇(yu)酸生成過(guo)氧(yang)化(hua)(hua)氫(qing),過(guo)氧(yang)化(hua)(hua)鉀能吸(xi)收二氧(yang)化(hua)(hua)碳并(bing)放(fang)出氧(yang)氣。是強氧(yang)化(hua)(hua)劑(ji)。可由氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鉀與過(guo)氧(yang)化(hua)(hua)氫(qing)反應制(zhi)得。
超氧(yang)(yang)化鉀,化學式(shi)為KO2,是(shi)一種一級氧(yang)(yang)化劑(ji)(ji),在許(xu)多方(fang)面類似于第I族金(jin)屬過(guo)氧(yang)(yang)化物(wu)。遇易燃物(wu)、有機(ji)物(wu)、還原劑(ji)(ji)等會引起(qi)燃燒甚至爆炸。遇水(shui)(shui)或水(shui)(shui)蒸汽產生(sheng)大量熱量,同(tong)樣(yang)可(ke)能發生(sheng)爆炸。吸濕性極(ji)強,與(yu)水(shui)(shui)激烈(lie)反應生(sheng)成氧(yang)(yang)及(ji)可(ke)被進一步分解的堿性過(guo)氧(yang)(yang)化物(wu)溶液。
氫氧(yang)化(hua)鉀(jia),化(hua)學式為KOH,白色粉末或片狀固體(ti)。具強堿性及腐蝕性,中等毒性。極易吸收(shou)空(kong)氣中水分(fen)而(er)潮(chao)解,吸收(shou)二氧(yang)化(hua)碳(tan)(tan)而(er)成碳(tan)(tan)酸(suan)鉀(jia)。溶于水,能溶于乙醇和甘油。當溶解于水、醇或用酸(suan)處理時產生大(da)量熱量。
鉀的化合物早就被人類利用,由于鉀的化學性質極為活(huo)潑,所以(yi)鉀在(zai)自然(ran)界中(zhong)(zhong)只以(yi)化合物形式存(cun)在(zai)。人們古代就知道草(cao)木灰(hui)中(zhong)(zhong)存(cun)在(zai)著鉀草(cao)堿(即碳酸鉀),可(ke)用作洗(xi)滌劑(ji)。硝酸鉀也(ye)(ye)被用作黑(hei)火藥的成分(fen)之一。鉀在(zai)地殼中(zhong)(zhong)的含量為2.47%,占第(di)七位。可(ke)用來提取鉀鹽的礦(kuang)物有鉀鹽礦(kuang)(KCl)、光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)、雜(za)鹵石(2CaSO4·K2SO4·2H2O)。分(fen)布極廣的天(tian)然(ran)硅酸鹽礦(kuang)物中(zhong)(zhong)也(ye)(ye)含有鉀,如(ru)鉀長(chang)石K[AlSi3O8]。在(zai)云(yun)母、鉀長(chang)石等硅酸鹽中(zhong)(zhong)都(dou)富含鉀。
在海水(shui)(shui)(shui)中以鉀(jia)(jia)離子的形式存在,含(han)量約為0.38g/kg。鉀(jia)(jia)在海水(shui)(shui)(shui)中含(han)量比鈉離子少的原因是由(you)于被(bei)土壤和植物(wu)吸收多。在動植物(wu)體內也含(han)有鉀(jia)(jia)。除了氧(yang)、氫、氯、鈉、鎂、硫、鈣之外(wai),鉀(jia)(jia)在海水(shui)(shui)(shui)中的含(han)量最高(gao)。
正常人體內(nei)約含鉀(jia)175克,其中98%的鉀(jia)以鉀(jia)離子的形式貯(zhu)存于細胞(bao)液內(nei);血(xue)清中含鉀(jia)3.5~5.5mmol/L。鉀(jia)是(shi)細胞(bao)內(nei)最主要的陽離子之(zhi)一。
鉀(jia)可以(yi)調節細(xi)胞(bao)內(nei)適宜的(de)(de)滲透(tou)壓和體液的(de)(de)酸堿平衡,參與細(xi)胞(bao)內(nei)糖和蛋白質的(de)(de)代謝(xie)。有(you)助(zhu)于維持神經健(jian)康、心跳規(gui)律正常,可以(yi)預防中風,并協(xie)助(zhu)肌肉正常收縮(suo)。在(zai)攝(she)入高(gao)鈉而導致高(gao)血壓時(shi),鉀(jia)具有(you)降血壓作用。
(1)參與糖、蛋白質和(he)能量代謝(xie):糖原(yuan)合(he)成時(shi)(shi),需要鉀(jia)(jia)(jia)與之一同進入細(xi)(xi)胞(bao),糖原(yuan)分解時(shi)(shi),鉀(jia)(jia)(jia)又從細(xi)(xi)胞(bao)內釋(shi)(shi)出(chu)。蛋白質合(he)成時(shi)(shi)每克氮(dan)約(yue)需鉀(jia)(jia)(jia)3mmol,分解時(shi)(shi),則釋(shi)(shi)出(chu)鉀(jia)(jia)(jia)。ATP形成時(shi)(shi)亦需要鉀(jia)(jia)(jia)。
(2)參與維(wei)持(chi)細胞(bao)(bao)內(nei)、外(wai)(wai)液的滲透壓和酸堿(jian)平衡:鉀(jia)(jia)是(shi)細胞(bao)(bao)內(nei)的主(zhu)要陽離子,所以能(neng)維(wei)持(chi)細胞(bao)(bao)內(nei)液的滲透壓。酸中毒(du)(du)時,由于腎臟排鉀(jia)(jia)量減少,以及(ji)鉀(jia)(jia)從(cong)細胞(bao)(bao)內(nei)向外(wai)(wai)移,所以血(xue)鉀(jia)(jia)往往同時升(sheng)高,堿(jian)中毒(du)(du)時,情況相反(fan)。
(3)維持神經肌肉的(de)興奮(fen)性。
(4)維持心肌(ji)功能(neng):心肌(ji)細(xi)胞膜的(de)電位變化主要動力之(zhi)一是由于鉀離子(zi)的(de)細(xi)胞內、外轉移。
人體鉀(jia)缺乏(fa)可(ke)引起(qi)心跳(tiao)不規律和加速、心電圖異常、肌(ji)肉衰(shuai)弱和煩躁,最后導致心跳(tiao)停止。一般而言,身體健康的人,會自動將(jiang)多(duo)余的鉀(jia)排出體外(wai)。但腎病患者則要特別留意,避免攝取(qu)過量的鉀(jia)。
在(zai)乳制(zhi)品(pin)、水果、蔬(shu)菜、瘦肉、內臟、香蕉(jiao)、葡萄干中都含有(you)豐富的鉀
人(ren)體缺鉀的主要癥狀(zhuang)是:心(xin)跳過速且(qie)心(xin)率不齊,肌肉無力(li)、麻木、易(yi)怒、惡心(xin)、嘔吐、腹瀉(xie)、低血壓(ya)、精(jing)神錯亂、以(yi)及(ji)心(xin)理冷(leng)淡。
鉀能(neng)促進植(zhi)(zhi)(zhi)株莖稈健壯,改善(shan)果實(shi)品質,增強植(zhi)(zhi)(zhi)株抗寒能(neng)力(li),提高(gao)果實(shi)的(de)糖分(fen)和維生素(su)C的(de)含量,和氮、磷的(de)情(qing)況一樣(yang),缺(que)鉀癥(zheng)狀首先出現于老葉。鉀素(su)供應不足時,碳水化合(he)物代謝受(shou)到干擾,光合(he)作(zuo)用(yong)(yong)受(shou)抑制(zhi),而(er)呼(hu)吸(xi)作(zuo)用(yong)(yong)加(jia)強。因此(ci),缺(que)鉀時植(zhi)(zhi)(zhi)株抗逆能(neng)力(li)減弱,易受(shou)病害侵(qin)襲(xi),果實(shi)品質下降,著色不良。瓜、果、番茄等對鉀肥的(de)需(xu)求(qiu)主要是在果實(shi)迅速膨大(da)期。
鉀(jia)肥(fei)(fei)一般是在基肥(fei)(fei)、沖(chong)施(shi)(shi)(shi)、追(zhui)施(shi)(shi)(shi)、噴施(shi)(shi)(shi)和無土營(ying)養栽培時施(shi)(shi)(shi)入,果實膨(peng)大前(qian)期沖(chong)施(shi)(shi)(shi)、追(zhui)施(shi)(shi)(shi)或葉面噴施(shi)(shi)(shi)0.5%磷酸(suan)二氫(qing)鉀(jia)、硝酸(suan)鉀(jia)、硫酸(suan)鉀(jia)、氯化鉀(jia)溶液。氯化鉀(jia)不能用(yong)于瓜(gua)類和煙(yan)葉。
鉀不(bu)足(zu)時(shi),植株(zhu)莖稈柔弱,易倒伏,抗(kang)寒性和抗(kang)旱性均差;葉片變黃,逐漸壞死。由于鉀能移動到嫩葉,缺(que)鉀開始在較老的葉,后來(lai)發(fa)展到植株(zhu)基部,也有葉緣枯焦,葉子彎卷(juan)或皺縮。
(1)促進酶的(de)活化(hua)。生物體中(zhong)有60多種酶需要鉀離子作為活化(hua)劑。
(2)促進光能(neng)的(de)(de)利用(yong),增強光合作用(yong)。首先K+能(neng)保(bao)持葉綠體(ti)(ti)內類(lei)囊(nang)體(ti)(ti)膜的(de)(de)正(zheng)常結構(gou),缺K+時類(lei)囊(nang)體(ti)(ti)膜結構(gou)松散,影(ying)響光合作用(yong)的(de)(de)正(zheng)常進行。同時又能(neng)促進類(lei)囊(nang)體(ti)(ti)膜上質子梯度的(de)(de)形成(cheng)和(he)光合磷酸化(hua)作用(yong)。
(3)有利于植物(wu)正常的呼吸(xi)作用(yong),改善能量代謝。
(4)增強(qiang)(qiang)植株體內物質(zhi)(zhi)的(de)合(he)成和轉運。比如,碳(tan)水化合(he)物的(de)合(he)成與(yu)運轉;增強(qiang)(qiang)蛋白(bai)質(zhi)(zhi)與(yu)核蛋白(bai)的(de)合(he)成;促進豆(dou)科植物根瘤(liu)菌的(de)固(gu)氮作用。
(5)增強植物的抗(kang)性。
(6)增強抗(kang)凍性、抗(kang)旱、抗(kang)鹽的(de)能力;
(7)增強(qiang)植物對(dui)病(bing)蟲害的(de)(de)抗(kang)性。試驗(yan)表明,增施(shi)適量(liang)的(de)(de)鉀肥,能有效地(di)減少水稻(dao)的(de)(de)胡麻葉斑病(bing)、稻(dao)瘟病(bing)、紋枯病(bing)等;麥類的(de)(de)白粉病(bing)、赤霉病(bing)及小麥的(de)(de)銹病(bing)等等。
(8)減少水稻受(shou)還原性物質(zhi)的危害(hai)。
金屬(shu)鉀(jia)很活潑,需隔絕(jue)空氣和水(shui)儲存。一般把鉀(jia)、鈉儲存在(zai)煤油和液體石(shi)蠟中。儲存庫房應通風、低(di)溫、干(gan)燥。與(yu)酸、氧(yang)化劑分開存放。
貯存和(he)使用都要(yao)注(zhu)意(yi)安全(quan),由金屬(shu)鉀引起的火災(zai),不能用水或(huo)泡沫(mo)滅(mie)火劑撲滅(mie),而要(yao)用碳酸鈉干粉。鉀也對(dui)皮膚(fu)有很強的腐蝕性。