【化学知识】钾（Kalium）

钾（Kalium），元素符号K，原子序数为19，位于元素周期表第四周期IA族，属于碱金属元素。单质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）。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，也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。

制备方法

钾

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在高温下的反应：Na+KCl=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。

研究历史

钾石盐

钾盐以硝石（硝酸钾，KNO3），明矾（十二水硫酸铝钾，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。把含钾物质还原为元素挫败了早期的化学家，而且钾被拉瓦锡分类为“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，汉弗里·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”字旁加上表示首位的“甲”字而造出“钾”这个字。

物理性质

钾表面常常为蓝紫色

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。

钾的密度0.862g/cm3（293K），熔点336K（63℃），沸点1032K（759℃）。

钾是热和电的良导体，具有较好的导磁性，质量分数77.2%的钾和22.8%的钠形成的钾钠合金熔点只有12℃，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32K至55K，其中在自然界中存在的只有39K、40K和41K，其他同位素都是由人工制造。40K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

钾与水反应(2张)

钾的化学性质比钠还要活泼，仅比铯、铷活动性弱。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，生成橘红色的臭氧化钾。

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。

钾与氟、氯、溴、碘都能发生反应，生成相应的卤化物。钾不与氮气作用。与氨作用，生成氨基甲，并放出氢气，钾与汞形成钾汞齐（化学式：K + Hg = K[Hg]），是还原剂，与水反应不剧烈。钾和汞作用时会发生强烈的放热反应。钾的氧化态为+1，只形成+1价的化合物。

在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。

化合物

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，化学式为K2O2，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，化学式为KO2，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，化学式为KOH，白色粉末或片状固体。具强碱性及腐蚀性，中等毒性。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。

含量分布

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2.47%，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0.38g/kg。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，钾在海水中的含量最高。

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；血清中含钾3.5～5.5mmol/L。钾是细胞内最主要的阳离子之一。

主要用途

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。

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3 mmol，分解时，则释出钾。ATP形成时亦需要钾。
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。
维持神经肌肉的兴奋性。
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、喷施和无土营养栽培时施入，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。

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。
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。
有利于植物正常的呼吸作用，改善能量代谢。
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。
增强植物的抗性。