维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

钾   19K
氢(非金属)
氦(惰性气体)
锂(碱金属)
铍(碱土金属)
硼(类金属)
碳(非金属)
氮(非金属)
氧(非金属)
氟(卤素)
氖(惰性气体)
钠(碱金属)
镁(碱土金属)
铝(贫金属)
硅(类金属)
磷(非金属)
硫(非金属)
氯(卤素)
氩(惰性气体)
钾(碱金属)
钙(碱土金属)
钪(过渡金属)
钛(过渡金属)
钒(过渡金属)
铬(过渡金属)
锰(过渡金属)
铁(过渡金属)
钴(过渡金属)
镍(过渡金属)
铜(过渡金属)
锌(过渡金属)
镓(贫金属)
锗(类金属)
砷(类金属)
硒(非金属)
溴(卤素)
氪(惰性气体)
铷(碱金属)
锶(碱土金属)
钇(过渡金属)
锆(过渡金属)
铌(过渡金属)
钼(过渡金属)
锝(过渡金属)
钌(过渡金属)
铑(过渡金属)
钯(过渡金属)
银(过渡金属)
镉(过渡金属)
铟(贫金属)
锡(贫金属)
锑(类金属)
碲(类金属)
碘(卤素)
氙(惰性气体)
铯(碱金属)
钡(碱土金属)
镧(镧系元素)
铈(镧系元素)
镨(镧系元素)
钕(镧系元素)
钷(镧系元素)
钐(镧系元素)
铕(镧系元素)
钆(镧系元素)
铽(镧系元素)
镝(镧系元素)
钬(镧系元素)
铒(镧系元素)
铥(镧系元素)
镱(镧系元素)
镏(镧系元素)
铪(过渡金属)
钽(过渡金属)
钨(过渡金属)
铼(过渡金属)
锇(过渡金属)
铱(过渡金属)
铂(过渡金属)
金(过渡金属)
汞(过渡金属)
铊(贫金属)
铅(贫金属)
铋(贫金属)
钋(贫金属)
砈(类金属)
氡(惰性气体)
钫(碱金属)
镭(碱土金属)
锕(锕系元素)
钍(锕系元素)
镤(锕系元素)
铀(锕系元素)
镎(锕系元素)
钚(锕系元素)
镅(锕系元素)
锔(锕系元素)
锫(锕系元素)
锎(锕系元素)
锿(锕系元素)
镄(锕系元素)
钔(锕系元素)
锘(锕系元素)
铹(锕系元素)
𬬻(过渡金属)
𬭊(过渡金属)
𬭳(过渡金属)
𬭛(过渡金属)
𬭶(过渡金属)
鿏(预测为过渡金属)
𫟼(预测为过渡金属)
𬬭(预测为过渡金属)
鿔(过渡金属)
鉨(预测为贫金属)
𫓧(贫金属)
镆(预测为贫金属)
𫟷(预测为贫金属)
鿬(预测为卤素)
鿫(预测为惰性气体)




外观
金属:银白色


钾的光谱线
概况
名称·符号·序数 钾(Potassium)·K·19
元素类别 碱金属
·周期· 1 ·4·s
标准原子质量 39.0983(1)
电子排布

[] 4s1
2,8,8,1

钾的电子层(2,8,8,1)
历史
发现 汉弗里·戴维(1807年)
分离 汉弗里·戴维(1807年)
物理性质
物态 固体
密度 (接近室温
0.862 g·cm−3
熔点时液体密度 0.828 g·cm−3
熔点 336.53 K,63.38 °C,146.08 °F
沸点 1032 K,759 °C,1398 °F
三相点 336.35 K(63 °C), kPa
熔化热 2.33 kJ·mol−1
汽化热 76.9 kJ·mol−1
比热容 29.6 J·mol−1·K−1

蒸气压

压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 473 530 601 697 832 1029
原子性质
氧化态 +1, −1
(强碱性)
电负性 0.82(鲍林标度)
电离能

第一:418.8 kJ·mol−1
第二:3052 kJ·mol−1
第三:4420 kJ·mol−1

更多
原子半径 227 pm
共价半径 203±12 pm
范德华半径 275 pm
杂项
晶体结构 体心立方
磁序 顺磁性
电阻率 (20 °C)72 n Ω·m
热导率 102.5 W·m−1·K−1
膨胀系数 (25 °C)83.3 µm·m−1·K−1
声速(细棒) (20 °C)2000 m·s−1
杨氏模量 3.53 GPa
剪切模量 1.3 GPa
体积模量 3.1 GPa
莫氏硬度 0.4
布氏硬度 0.363 MPa
CAS号7440-09-7
最稳定同位素

主条目:钾的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
39K 93.26% 稳定,带20个中子
40K 0.015% 1.248(3)×109 β 1.311 40Ca
ε 1.505 40Ar
β+ 1.505 40Ar
41K 6.73% 稳定,带22个中子

拉丁语Kalium化学符号K[2])是原子序数为19的化学元素

最早于植物的灰烬中所分离出,故其名称源自植物的灰烬。在元素周期表中,钾属于碱金族,所有碱金族在外部电子壳中都具有单价电子在离子盐中发生。其易被去除电子而形成具有正电荷的离子──阳离子(阳离子可与阴离子结合形成盐)。

钾元素在自然界中仅以离子化合物存在,是一种柔软的银白色碱性金属。在空气中迅速氧化并与水剧烈反应,产生足够的热量以点燃反应中释放的氢气,并放出蓝紫色的火焰。它被发现溶解于海水(自然界中的钾以化合物的形式溶解于海水中,按重量百分比计为0.04%[3][4]),是许多矿物质的一部分。

钾与的化学性质非常相似,而钠是元素周期表第1族中钾的前一个元素。它们具有相似的第一电离能,让原子丢弃其最外层唯一的电子。在1702年[5],钾与钠被怀疑可以与相同的阴离子结合形成类似的盐类,并且在1807年以电解证明。天然存在的钾由三种同位素组成,其中的40K放射性的。微量的40K存在于所有钾中,它是人体中最常见的放射性同位素。

钾离子对所有活细胞的功能非常重要。正常的神经传递需要钾离子通过神经细胞膜转移;过低或过量的钾也都会导致许多身体的征兆或症状,包括心律异常和各种心电图异常。新鲜水果和蔬菜是钾的良好来源。身体摄取钾时,血浆中的钾离子浓度会上升,造成钾离子从细胞外往细胞内移动,增加肾脏对钾离子的代谢。

钾的大多数工业应用了钾化合物(例如钾)在水中的的高溶解度。含钾的农业肥料占了全球钾化学产物的95%,用于补救因大量生产作物而耗尽钾的土壤。 [6]

性质[编辑]

钾的熔点硬度低,比更活泼,在空气中很快氧化。钾的密度小于水,大于煤油。钾和水会产生剧烈反应(产生高温使自己熔成一个银白色的球,释放大量,使金属球在水面高速移动,氢气燃烧,可以看到紫蓝色的火焰,生成氢氧化钾。方程式如下:

钾可以和卤族、氧族元素反应,还可以使其他金属的盐类还原(熔融状态下),对有机物有很强的还原作用。

钾容易与反应 在表面形成紫色的氧化钾

钾为爆炸性易燃的物质,一般以汽油煤油封存。

发现[编辑]

1807年由英国化学家戴维首次用电解法从熔融氢氧化钾中制得金属钾,并定名。

名称由来[编辑]

拉丁语kalium,这个单字不存在于古典拉丁语中,这是由永斯·贝采利乌斯创造的新拉丁文名词。这个名词起源于阿拉伯语:القَلْيَه‎(al-qalyah),本义为植物灰烬。qaly是刺沙蓬一类的植物,古人焚烧这种植物,从灰烬中可以的得到不纯的钾盐和钠盐混合物,进而和石灰水反应可以得到强碱溶液。这个阿拉伯名词传入欧洲后,被拼为alkali,意为永斯·贝采利乌斯以此命名钾为kalium。

钾英文名“potassium”则由“Potash”衍生而来。当时的人们焚烧木材,其灰烬用水浸泡,取上清液,在铜锅里煮沸除去水分,可得不纯的钾盐混合物,称为Potash(Pot-Ashes:pot锅,ash灰烬)。戴维使用的氢氧化钾就是从Potash转化而来的,因此将钾命名为potassium。

分布[编辑]

钾在自然界中只以化合物形式存在。在云母钾长石硅酸盐中都富含钾。钾在地壳中的含量约为2.09%,居第七位。在海水中以钾离子的形式存在,含量约为0.1%。钾在海水中含量比离子少的原因是由于被土壤植物吸收多。在动植物体内也含有钾。正常人体内约含钾175克,其中98%的钾贮存于细胞液内,是细胞内最主要的阳离子。

制备[编辑]

这种元素通过将其常见的氢氧化物进行电解而得到。将氢氧化钾卤化物进行熔融电解,再经真空蒸馏制得。 早期,由法国化学家给吕萨克泰纳尔发明的隔绝空气加强热于碳酸钾、碳粉、铁粉、明矾混合物的方法也被用于制备粗钾,并被用于当时的一种打火机中。

同位素[编辑]

已发现的钾的同位素共有16种,包括钾35至钾50,其中只有钾39钾41是稳定的,其他同位素都带有放射性

应用[编辑]

钾主要用作还原剂及用于合成中。钾的化合物在工业上用途很广。钾盐可以用于制造化肥肥皂。钾对动植物的生长和发育起很大作用,是植物生长的三大营养元素之一。

钾金属在工业上可作为较强的还原剂。钠钾合金在一些特殊冷却设备中作为热传导的媒介。

对人体的影响[编辑]

营养代谢[编辑]

钾是人体必需的矿物质营养素,是体细胞内主要的阳离子,体重70公斤的成年男性体内,钾含量约3500mEq。饮食中的钾离子在小肠中很容易被吸收。人体钾离子主要流失途径有80-90%是由肾脏经尿液排除,其余10-20%是由粪便排出。肾脏对于钾离子具有调控作用,藉以维持钾离子浓度在正常范围内。基于弥补身体的流失量以维持正常储存及血浆浓度的平衡,成人每日的最小需要量为200 mg。含钾丰富的食物包括乳制品、水果蔬菜、瘦内脏香蕉葡萄干、金枪鱼、菠菜、鳄梨、酸奶、鲑鱼、石榴、扁豆、蘑菇、牛奶[7]等。饮食建议摄取量如下:

美国DRI建议之钾充足摄取量(Adequate Intake, AI)[8]
钾充足摄取量 (公克/天)
0.4
0.7
3.0
3.8
4.5
4.7
4.7
5.1

钾可以调节细胞内适宜的渗透压体液的酸碱平衡,参与细胞蛋白质的代谢。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。细胞对钾的调节与钠钾泵(Na+/K+ pump)和钾离子通道有关。

低血钾(Hypokalemia)[编辑]

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。

导致低血钾的原因包括:长期呕吐、腹泻、糖尿病酸中毒、神经性厌食症、长期营养不良、慢性酒精中毒、肾上腺肿瘤、烫伤、临床上常见的电解质异常、吸收不良或血钾过度流失、或使用某些药物而使血中之钾浓度不够。轻度低血钾(血清钾浓度3.0-3.5meq/L)经常是没有症状;中度低血钾(血清钾浓度2.5-3.0meq/L)有非特异性的症状像是虚弱、疲倦、便秘等;严重低血钾(血清钾浓度<2.5meq/L)可能发生肌肉坏死,甚至呼吸肌麻痹衰竭。补充钾离子是治疗低血钾的最根本办法。[9][10]

高血钾(Hyperkalemia)[编辑]

血中钾离子浓度高于5.5 mEq/L时称为高血钾,可能因摄取过多、排泄减少、或因钾离子由细胞内转移至细胞外液等原因造成。一般以肾脏衰竭病患容易发生高血钾。当人体发生高血钾时,会有血压降低、心律不整、心电图改变、严重时会有心室纤维颤动、心跳停止。神经肌肉的症状在早期为肌肉震颤、痉挛、感觉异常等情形,晚期则会有肌肉无力、弛缓性麻痹、呼吸停止。此外也会出现恶心、呕吐、肠蠕动增加、腹泻、腹绞痛等消化系统的症状及少尿、无尿等泌尿系统的症状。[9]

相关遗传性疾病[编辑]

  • 家族性低血钾周期性无力症(familial hypokalemic periodic paralysis),为自体显性遗传疾病,相当罕见。突变的基因CACNL1A3是一种钙离子通道。疾病的特征是突然发生的肌肉麻痹与血清钾浓度<2.5meq/L。血钾减少的原因可能是大量摄取碳水化合物或钠离子而诱发,会在24小时内自然消退,但有时会引起致命性心率不整[11]
  • 李德尔氏综合征(Liddle's syndrome)为隐性遗传疾病。此遗传异常会因为矿物皮质醛酮增高,影响到肾脏离子输送活性,刺激集尿管细胞对钠离子的再吸收,造成代谢性碱中毒和低血钾。

参考资料[编辑]

  1. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds 页面存档备份,存于互联网档案馆, in Lide, D. R. (编), CRC Handbook of Chemistry and Physics 86th, Boca Raton (FL): CRC Press, 2005, ISBN 0-8493-0486-5 
  2. ^ 夏征农陈至立 (编). 《辞海》第六版彩图本. 上海: 上海辞书出版社. 2009年: 第3227页. ISBN 9787532628599. 
  3. ^ Webb, D. A. The Sodium and Potassium Content of Sea Water (PDF). The Journal of Experimental Biology. April 1939, (2): 183. 
  4. ^ Anthoni, J. Detailed composition of seawater at 3.5% salinity. seafriends.org.nz. 2006 [2011-09-23]. 
  5. ^ Marggraf, Andreas Siegmund. Chymische Schriften. 1761: 167. 
  6. ^ Greenwood, p. 73
  7. ^ WebMD 网医生. 含钾高的食物一览表,富含钾的蔬菜,富含钾的食物和水果. WebMD. 2019-01-16. 
  8. ^ Institute of Medicine(2005)Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 186-268. National Academy Press, ISBN 978-0-309-53049-1
  9. ^ 9.0 9.1 长庚生物科技股份有限公司. www.cgb.com.tw. 
  10. ^ 存档副本. [2007-12-22]. (原始内容存档于2007-11-04). 
  11. ^ [1]
  12. ^ [2][永久失效链接]

外部链接[编辑]