鉀(jia)(Kalium),元素符(fu)號K,對預防高血(xue)壓等慢性(xing)病具有(you)重要作用(yong)。原子序數為19,位(wei)于元素周(zhou)期表第四(si)周(zhou)期IA族(zu),屬于堿金屬元素。單質(zhi)是(shi)一種銀白(bai)色的(de)軟質(zhi)金屬,蠟狀(zhuang),可用(yong)小刀切(qie)割(ge),熔沸點低,密度比(bi)水小,化學性(xing)質(zhi)極度活潑(po)(比(bi)鈉還活潑(po))。鉀(jia)在(zai)自然界沒有(you)單質(zhi)形(xing)態(tai)存在(zai),鉀(jia)元素以鹽的(de)形(xing)式廣(guang)泛的(de)分(fen)布于陸地和海(hai)洋中,也是(shi)人體(ti)肌肉組(zu)織和神經(jing)組(zu)織中的(de)重要成(cheng)分(fen)之一。
鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)鹽(yan)以硝石(硝酸鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia),KNO3),明礬(十二水(shui)(shui)硫酸鋁鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia),KAl(SO4)2·12H2O),還有(you)(you)草木灰(碳酸鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia),K2CO3)的(de)(de)(de)(de)(de)形式(shi)已經被(bei)(bei)認知了幾個(ge)世紀。它(ta)們被(bei)(bei)用(yong)于火藥,燃料和肥皂(zao)的(de)(de)(de)(de)(de)制造(zao)(zao)。把含鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)物質(zhi)還原為元素挫(cuo)敗(bai)了早期的(de)(de)(de)(de)(de)化學家,而且鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)被(bei)(bei)拉(la)(la)瓦錫分類(lei)為“泥土”。由于鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)活動性很強,難(nan)以用(yong)常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)還原劑(如碳)從鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)化合(he)物將金(jin)屬鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)還原出來。之后在1807年,漢弗里(li)(li)·戴維電解熔融氫氧化鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)發現(xian)有(you)(you)金(jin)屬小球形成,這就是(shi)鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)。他注意(yi)到當把鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)扔到水(shui)(shui)里(li)(li)時,鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)會在水(shui)(shui)面(mian)上游動,并燃燒發出美麗的(de)(de)(de)(de)(de)紫色的(de)(de)(de)(de)(de)火焰(yan)。鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)名(ming)稱來源于拉(la)(la)丁(ding)文(wen)Kalium,原意(yi)是(shi)“堿”。拉(la)(la)丁(ding)文(wen)名(ming)稱從阿拉(la)(la)伯文(wen)Qali借來的(de)(de)(de)(de)(de)。中國(guo)科學家在命(ming)名(ming)此元素時,因其活潑(po)性在當時已知的(de)(de)(de)(de)(de)金(jin)屬中居(ju)首位,故用(yong)“金(jin)”字旁加上表示首位的(de)(de)(de)(de)(de)“甲”字而造(zao)(zao)出“鉀(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)”這個(ge)字。
鉀為銀(yin)白(bai)色立方(fang)體(ti)結構金屬,理化(hua)性質(zhi)和鈉非(fei)常相似。鉀質(zhi)軟而輕可用小刀切割,新切面有銀(yin)白(bai)色光澤。
鉀的密度(du)0.862g/cm3(293K),熔點336K(63℃),沸點1032K(759℃)。
鉀(jia)是熱(re)和電的(de)(de)(de)良導(dao)體(ti),具(ju)有(you)較好(hao)的(de)(de)(de)導(dao)磁(ci)性(xing),質(zhi)量分數77.2%的(de)(de)(de)鉀(jia)和22.8%的(de)(de)(de)鈉形成的(de)(de)(de)鉀(jia)鈉合金熔點只有(you)12℃,是核(he)反(fan)應(ying)堆導(dao)熱(re)劑(ji)。鉀(jia)單(dan)質(zhi)還具(ju)有(you)良好(hao)的(de)(de)(de)延展性(xing),硬度也低,能夠溶于汞和液(ye)態氨,溶于液(ye)氨形成藍色溶液(ye)。
已發現的(de)(de)鉀(jia)的(de)(de)同位素(su)共有28種,包括(kuo)從32K至55K,其中(zhong)在自然(ran)界(jie)中(zhong)存在的(de)(de)只有39K、40K和41K,其他(ta)同位素(su)都是(shi)由(you)人(ren)工制造(zao)。40K有放(fang)射性(xing),是(shi)巖石和土壤中(zhong)天(tian)然(ran)放(fang)射性(xing)本底的(de)(de)重要來(lai)源之一(yi)。
鉀離子能(neng)使火焰呈紫色,可用焰色反(fan)應(ying)和火焰光度(du)計檢測。
鉀(jia)(jia)的(de)化(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)空氣(qi)(qi)中,表(biao)面(mian)迅速覆(fu)蓋一層氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia)和(he)碳(tan)酸鉀(jia)(jia),使它失(shi)去金屬(shu)光澤(表(biao)面(mian)顯藍紫(zi)色),因此金屬(shu)鉀(jia)(jia)應保(bao)存在(zai)液(ye)體(ti)石蠟或(huo)氬氣(qi)(qi)中以防止氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)。鉀(jia)(jia)在(zai)空氣(qi)(qi)中加熱(re)就會(hui)燃燒,它在(zai)有(you)限量氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)中加熱(re),生成(cheng)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia);在(zai)過量氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)中加熱(re),生成(cheng)過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia)和(he)超(chao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia)的(de)混合(he)物(wu)。金屬(shu)鉀(jia)(jia)溶于液(ye)氨(an)(an)生成(cheng)深藍色液(ye)體(ti),可導電(dian),實(shi)驗證明其中含氨(an)(an)合(he)電(dian)子,鉀(jia)(jia)的(de)液(ye)氨(an)(an)溶液(ye)久置(zhi)或(huo)在(zai)鐵的(de)催化(hua)(hua)下會(hui)分解為氫(qing)氣(qi)(qi)和(he)氨(an)(an)基鉀(jia)(jia)。鉀(jia)(jia)的(de)液(ye)氨(an)(an)溶液(ye)與氧(yang)(yang)(yang)氣(qi)(qi)作用,生成(cheng)超(chao)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia),臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)作用,生成(cheng)橘紅色的(de)臭(chou)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)(hua)鉀(jia)(jia)。
鉀與水劇(ju)烈反(fan)應,甚至在(zai)冰上也能著火,生成氫(qing)氧化鉀和(he)氫(qing)氣(qi),反(fan)應時(shi)放出的(de)熱量能使(shi)金(jin)屬鉀熔化,并引起(qi)鉀和(he)氫(qing)氣(qi)燃燒。
鉀(jia)與(yu)氟、氯、溴、碘都能發生反(fan)應(ying),生成相(xiang)應(ying)的(de)鹵(lu)化(hua)物(wu)。鉀(jia)不(bu)與(yu)氮(dan)氣(qi)作(zuo)用(yong)。與(yu)氨作(zuo)用(yong),生成氨基鉀(jia),并放出氫(qing)氣(qi),鉀(jia)與(yu)汞形成鉀(jia)汞齊(qi)(化(hua)學式(shi):K+Hg=K[Hg]),是還原劑,與(yu)水反(fan)應(ying)不(bu)劇烈(lie)。鉀(jia)和汞作(zuo)用(yong)時會發生強烈(lie)的(de)放熱反(fan)應(ying)。鉀(jia)的(de)氧化(hua)態(tai)為+1,只(zhi)形成+1價(jia)的(de)化(hua)合物(wu)。
在高中化(hua)學(xue)范疇認為鉀(jia)(jia)鹽均溶于水,但實際上高氯酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)、酒石酸(suan)(suan)氫鉀(jia)(jia)、六(liu)氯鉑(bo)酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)、鈷亞(ya)硝酸(suan)(suan)鈉鉀(jia)(jia)、四(si)苯(ben)硼酸(suan)(suan)鉀(jia)(jia)等溶解度均較(jiao)小。
氧(yang)化(hua)(hua)鉀,化(hua)(hua)學式(shi)K2O,分子量94.2,密(mi)度2.32g/cm3。易潮解,易溶于水。為白色粉末,溶于水生成(cheng)氫(qing)氧(yang)化(hua)(hua)鉀,并放出大量熱。在空氣流中加熱能被氧(yang)化(hua)(hua)成(cheng)過氧(yang)化(hua)(hua)鉀或超氧(yang)化(hua)(hua)鉀,易吸收空氣中的二氧(yang)化(hua)(hua)碳成(cheng)為碳酸(suan)鉀。
過氧(yang)化鉀(jia),化學式為K2O2,黃色無定形(xing)塊狀物,易潮解(jie)。加熱分(fen)解(jie),遇水放出(chu)氧(yang)氣(qi),遇酸生成(cheng)過氧(yang)化氫,過氧(yang)化鉀(jia)能(neng)吸(xi)收二氧(yang)化碳并放出(chu)氧(yang)氣(qi)。是強氧(yang)化劑。可(ke)由氫氧(yang)化鉀(jia)與(yu)過氧(yang)化氫反應(ying)制得。
超氧(yang)(yang)(yang)化(hua)鉀(jia),化(hua)學(xue)式為(wei)KO2,是(shi)一(yi)(yi)種一(yi)(yi)級(ji)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)劑,在許多方面類(lei)似于(yu)第I族金屬過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)。遇易(yi)燃物(wu)、有機物(wu)、還原劑等會(hui)引起(qi)燃燒甚至爆(bao)(bao)炸。遇水或水蒸(zheng)汽產生大量熱量,同(tong)樣可(ke)能(neng)發生爆(bao)(bao)炸。吸濕性(xing)極(ji)強,與水激烈反應生成(cheng)氧(yang)(yang)(yang)及可(ke)被(bei)進一(yi)(yi)步(bu)分解的堿性(xing)過氧(yang)(yang)(yang)化(hua)物(wu)溶液。
氫氧化(hua)(hua)鉀,化(hua)(hua)學式為KOH,白色粉末或(huo)片狀(zhuang)固體。具強(qiang)堿性(xing)及腐(fu)蝕性(xing),中(zhong)等毒性(xing)。極易吸收空氣中(zhong)水分(fen)而(er)潮解,吸收二(er)氧化(hua)(hua)碳(tan)(tan)而(er)成碳(tan)(tan)酸(suan)鉀。溶于(yu)水,能溶于(yu)乙醇和甘油。當溶解于(yu)水、醇或(huo)用(yong)酸(suan)處理時產生大量熱量。
鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)化(hua)合物(wu)早就被(bei)(bei)人類利用(yong),由于(yu)鉀(jia)(jia)(jia)的(de)(de)化(hua)學性質極(ji)(ji)為(wei)活潑(po),所以鉀(jia)(jia)(jia)在自然(ran)界中只以化(hua)合物(wu)形式存(cun)(cun)在。人們古代就知道草木(mu)灰(hui)中存(cun)(cun)在著鉀(jia)(jia)(jia)草堿(jian)(即(ji)碳酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia)),可(ke)用(yong)作(zuo)洗滌劑。硝酸(suan)鉀(jia)(jia)(jia)也被(bei)(bei)用(yong)作(zuo)黑火藥的(de)(de)成(cheng)分(fen)之一(yi)。鉀(jia)(jia)(jia)在地殼中的(de)(de)含(han)量(liang)為(wei)2.47%,占第七位。可(ke)用(yong)來提取鉀(jia)(jia)(jia)鹽(yan)的(de)(de)礦(kuang)物(wu)有鉀(jia)(jia)(jia)鹽(yan)礦(kuang)(KCl)、光(guang)鹵石(shi)(shi)(KCl·MgCl2·6H2O)、雜(za)鹵石(shi)(shi)(2CaSO4·K2SO4·2H2O)。分(fen)布極(ji)(ji)廣的(de)(de)天然(ran)硅酸(suan)鹽(yan)礦(kuang)物(wu)中也含(han)有鉀(jia)(jia)(jia),如鉀(jia)(jia)(jia)長石(shi)(shi)K[AlSi3O8]。在云母(mu)、鉀(jia)(jia)(jia)長石(shi)(shi)等硅酸(suan)鹽(yan)中都富含(han)鉀(jia)(jia)(jia)。
在(zai)海水(shui)中以鉀離子的(de)形式存在(zai),含量約為0.38g/kg。鉀在(zai)海水(shui)中含量比鈉離子少的(de)原因是(shi)由于被土壤和植物(wu)吸收(shou)多。在(zai)動植物(wu)體內也(ye)含有鉀。除了氧、氫、氯、鈉、鎂、硫(liu)、鈣之外,鉀在(zai)海水(shui)中的(de)含量最高。
正常人體(ti)內約含鉀(jia)(jia)175克,其(qi)中98%的鉀(jia)(jia)以鉀(jia)(jia)離子的形式貯存于(yu)細胞液(ye)內;血(xue)清中含鉀(jia)(jia)3.5~5.5mmol/L。鉀(jia)(jia)是細胞內最主(zhu)要的陽離子之一(yi)。
鉀可(ke)以調(diao)節(jie)細胞(bao)(bao)內適宜的滲透壓和(he)體液(ye)的酸堿平衡(heng),參與細胞(bao)(bao)內糖(tang)和(he)蛋(dan)白(bai)質的代謝。有助于(yu)維持神經健(jian)康(kang)、心(xin)跳規律正(zheng)常(chang),可(ke)以預(yu)防(fang)中風,并(bing)協助肌肉正(zheng)常(chang)收縮。在攝入高鈉而導致(zhi)高血壓時,鉀具(ju)有降(jiang)血壓作用。
(1)參與(yu)糖、蛋白質和能量代謝:糖原合成時(shi),需(xu)要(yao)鉀與(yu)之一同(tong)進入(ru)細(xi)胞(bao),糖原分解時(shi),鉀又從細(xi)胞(bao)內(nei)釋(shi)出。蛋白質合成時(shi)每克氮約需(xu)鉀3mmol,分解時(shi),則釋(shi)出鉀。ATP形成時(shi)亦需(xu)要(yao)鉀。
(2)參與(yu)維(wei)持細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)、外液(ye)的滲透壓和酸堿(jian)平衡:鉀(jia)是細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)的主要陽離子(zi),所以(yi)(yi)能維(wei)持細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)液(ye)的滲透壓。酸中(zhong)毒時(shi),由于腎臟排鉀(jia)量減少,以(yi)(yi)及鉀(jia)從細(xi)(xi)(xi)胞(bao)內(nei)向外移,所以(yi)(yi)血鉀(jia)往(wang)往(wang)同時(shi)升高,堿(jian)中(zhong)毒時(shi),情(qing)況(kuang)相反。
(3)維持神經肌肉(rou)的興奮性。
(4)維持(chi)心(xin)肌(ji)功(gong)能:心(xin)肌(ji)細胞膜的電位(wei)變化主要動力之一是由于鉀離子的細胞內、外轉移(yi)。
人體鉀(jia)(jia)缺乏可引起心跳不規律和加(jia)速、心電(dian)圖異常、肌肉衰弱和煩躁(zao),最后導致(zhi)心跳停止(zhi)。一(yi)般而(er)言(yan),身體健康(kang)的人,會自動將多余(yu)的鉀(jia)(jia)排出體外。但腎病患者則要特別留意,避(bi)免攝取過(guo)量的鉀(jia)(jia)。
在乳(ru)制品、水(shui)果、蔬菜、瘦肉、內臟(zang)、香蕉、葡萄干中都含(han)有(you)豐富的鉀
人體缺鉀(jia)的(de)主(zhu)要癥狀是:心(xin)跳過(guo)速且心(xin)率不齊,肌肉無力、麻木(mu)、易怒、惡心(xin)、嘔吐(tu)、腹瀉、低血壓、精神錯(cuo)亂、以(yi)及心(xin)理冷淡。
鉀(jia)能促(cu)進植(zhi)株(zhu)莖稈(gan)健壯,改善(shan)果(guo)實(shi)品(pin)質,增(zeng)強植(zhi)株(zhu)抗(kang)寒能力,提高果(guo)實(shi)的(de)糖(tang)分和維生素(su)C的(de)含量(liang),和氮、磷的(de)情況一(yi)樣,缺(que)鉀(jia)癥狀首(shou)先出現于老葉。鉀(jia)素(su)供應不足時(shi),碳水化合(he)物代謝受(shou)(shou)到干擾,光合(he)作(zuo)用(yong)受(shou)(shou)抑制,而呼吸(xi)作(zuo)用(yong)加強。因此(ci),缺(que)鉀(jia)時(shi)植(zhi)株(zhu)抗(kang)逆能力減(jian)弱,易受(shou)(shou)病害(hai)侵襲,果(guo)實(shi)品(pin)質下降,著(zhu)色不良。瓜(gua)、果(guo)、番茄(qie)等(deng)對鉀(jia)肥(fei)的(de)需求(qiu)主要是在果(guo)實(shi)迅(xun)速膨大期。
鉀(jia)肥一般是在(zai)基肥、沖施(shi)、追(zhui)施(shi)、噴(pen)施(shi)和無(wu)土營養栽培時施(shi)入,果實膨大前(qian)期(qi)沖施(shi)、追(zhui)施(shi)或葉面噴(pen)施(shi)0.5%磷酸(suan)(suan)二氫鉀(jia)、硝(xiao)酸(suan)(suan)鉀(jia)、硫(liu)酸(suan)(suan)鉀(jia)、氯化鉀(jia)溶液。氯化鉀(jia)不能用于瓜(gua)類和煙葉。
鉀不足時,植株莖稈(gan)柔弱,易(yi)倒伏,抗寒性和抗旱性均差(cha);葉片變(bian)黃,逐漸壞(huai)死。由于(yu)鉀能移動到嫩葉,缺鉀開始在較老的葉,后來發展(zhan)到植株基部,也有葉緣枯焦(jiao),葉子彎卷或皺縮。
(1)促進(jin)酶的(de)活(huo)化。生物(wu)體中有(you)60多種酶需要(yao)鉀離子作為活(huo)化劑。
(2)促進光(guang)能(neng)的利用,增(zeng)強光(guang)合作(zuo)用。首先K+能(neng)保持葉綠(lv)體內類囊體膜(mo)的正(zheng)常(chang)結構,缺K+時類囊體膜(mo)結構松散,影(ying)響(xiang)光(guang)合作(zuo)用的正(zheng)常(chang)進行。同(tong)時又能(neng)促進類囊體膜(mo)上質子(zi)梯度的形成(cheng)和光(guang)合磷酸(suan)化(hua)作(zuo)用。
(3)有利于植(zhi)物正常的呼吸(xi)作用,改善(shan)能量代謝(xie)。
(4)增強植株體內物(wu)質(zhi)的合成(cheng)和轉運。比如,碳水化合物(wu)的合成(cheng)與(yu)運轉;增強蛋白質(zhi)與(yu)核(he)蛋白的合成(cheng);促進豆科植物(wu)根(gen)瘤菌的固氮作用。
(5)增(zeng)強植物的抗性。
(6)增強(qiang)抗(kang)(kang)凍性、抗(kang)(kang)旱、抗(kang)(kang)鹽的能力;
(7)增強植物對病(bing)(bing)蟲害的(de)(de)抗(kang)性。試驗(yan)表(biao)明,增施適(shi)量的(de)(de)鉀肥,能有效地減(jian)少(shao)水稻的(de)(de)胡(hu)麻葉斑(ban)病(bing)(bing)、稻瘟病(bing)(bing)、紋枯病(bing)(bing)等;麥類的(de)(de)白粉病(bing)(bing)、赤霉病(bing)(bing)及小麥的(de)(de)銹病(bing)(bing)等等。
(8)減少水稻受還原性物(wu)質的危害(hai)。
金屬鉀(jia)很(hen)活潑,需隔(ge)絕空氣(qi)和水儲(chu)存。一般把鉀(jia)、鈉(na)儲(chu)存在煤油(you)和液體石蠟中(zhong)。儲(chu)存庫房(fang)應(ying)通風、低溫(wen)、干燥。與酸(suan)、氧化劑分開存放(fang)。
貯存和使用都要注(zhu)意安全,由金屬鉀(jia)引(yin)起的(de)火災,不能用水或泡(pao)沫滅火劑撲滅,而要用碳(tan)酸鈉干粉。鉀(jia)也對皮膚有(you)很強的(de)腐蝕(shi)性(xing)。