(英語:Potassium)是一種化學元素化學符號K(源於拉丁語Kalium),原子序數為19,原子量39.0983 u[3]

Quick Facts 外觀, 概況 ...
鉀 19K
氫(非金屬) 氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬) 鈹(鹼土金屬) 硼(類金屬) 碳(非金屬) 氮(非金屬) 氧(非金屬) 氟(鹵素) 氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬) 鎂(鹼土金屬) 鋁(貧金屬) 矽(類金屬) 磷(非金屬) 硫(非金屬) 氯(鹵素) 氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬) 鈣(鹼土金屬) 鈧(過渡金屬) 鈦(過渡金屬) 釩(過渡金屬) 鉻(過渡金屬) 錳(過渡金屬) 鐵(過渡金屬) 鈷(過渡金屬) 鎳(過渡金屬) 銅(過渡金屬) 鋅(過渡金屬) 鎵(貧金屬) 鍺(類金屬) 砷(類金屬) 硒(非金屬) 溴(鹵素) 氪(惰性氣體)
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外觀
金屬:銀白色
概況
名稱·符號·序數鉀(Potassium)·K·19
元素類別鹼金屬
·週期·1·4·s
標準原子質量39.0983(1)[1]
電子排布[Ar] 4s1
2,8,8,1
鉀的電子層(2,8,8,1)
鉀的電子層(2,8,8,1)
歷史
發現漢弗里·戴維(1807年)
分離漢弗里·戴維(1807年)
物理性質
物態固體
密度(接近室溫
0.862 g·cm−3
熔點時液體密度0.828 g·cm−3
熔點336.53 K,63.38 °C,146.08 °F
沸點1032 K,759 °C,1398 °F
三相點336.35 K(63 °C), kPa
熔化熱2.33 kJ·mol−1
汽化熱76.9 kJ·mol−1
比熱容29.6 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 473 530 601 697 832 1029
原子性質
氧化態+1, −1
(強鹼性)
電負性0.82(鮑林標度)
電離能第一:418.8 kJ·mol−1
第二:3052 kJ·mol−1
第三:4420 kJ·mol−1
更多
原子半徑227 pm
共價半徑203±12 pm
范德華半徑275 pm
鉀的原子譜線
雜項
晶體結構體心立方
磁序順磁性
電阻率(20 °C)72 n Ω·m
熱導率102.5 W·m−1·K−1
膨脹系數(25 °C)83.3 µm·m−1·K−1
聲速(細棒)(20 °C)2000 m·s−1
楊氏模量3.53 GPa
剪切模量1.3 GPa
體積模量3.1 GPa
莫氏硬度0.4
布氏硬度0.363 MPa
CAS號7440-09-7
同位素
主條目:鉀的同位素
同位素 豐度 半衰期t1/2 衰變
方式 能量MeV 產物
39K 93.2581% 穩定,帶20粒中子
40K 0.0117% 1.248×109  β 1.311 40Ca
ε 1.505 40Ar
β+ 0.483 40Ar
41K 6.7302% 穩定,帶22粒中子
Close

鉀最早於植物的灰燼中所分離出,故其名稱源自植物的灰燼(英語:pot ash)。在元素週期表中,鉀屬於鹼金族,所有鹼金屬在外部電子殼中都具有單價電子在離子鹽中發生。其易被去除電子而形成具有正電荷的離子──陽離子(陽離子可與陰離子結合形成鹽)。

鉀元素在自然界裏僅以離子化合物存在,是一種柔軟的銀白色鹼性金屬。在空氣中會迅速氧化,遇水會劇烈反應,產生足夠的熱量以點燃反應中釋放的氫氣,並放出藍紫色的火焰。它被發現溶解於海水(自然界中的鉀以化合物的形式溶解於海水中,按重量百分比計為0.04%[4][5]),是許多礦物質的一部分。

鉀與的化學性質非常相似,而鈉是元素週期表第1族中鉀的前一個元素。它們具有相似的第一電離能,讓原子丟棄其最外層唯一的電子。在1702年[6],鉀與鈉被懷疑可以與相同的陰離子結合形成類似的鹽類,並且在1807年以電解證明。天然存在的鉀由三種同位素組成,其中的40
K
放射性的。微量的40
K
存在於所有鉀中,它是人體中最常見的放射性同位素。

鉀離子對所有活細胞的功能非常重要。正常的神經傳遞需要鉀離子通過神經細胞膜轉移;過低或過量的鉀也都會導致許多身體的徵兆或症狀,包括心律異常和各種心電圖異常。新鮮水果和蔬菜是鉀的良好來源。身體攝取鉀時,血漿中的鉀離子濃度會上升,造成鉀離子從細胞外往細胞內移動,增加腎臟對鉀離子的代謝。

鉀的大多數工業應用了鉀化合物(例如鉀)在水中的的高溶解度。含鉀的農業肥料佔了全球鉀化學產物的95%,用於補救因大量生產作物而耗盡鉀的土壤。 [7]

性質

鉀的熔點硬度低,比更活潑,在空氣中很快氧化。鉀的密度小於水,大於煤油。鉀和水會產生劇烈反應(產生高溫使自己熔成一個銀白色的球,釋放大量,使金屬球在水面高速移動,氫氣燃燒,可以看到紫藍色的火焰,生成氫氧化鉀。方程式如下:

鉀可以和鹵族、氧族元素反應,還可以使其他金屬的鹽類還原(熔融狀態下),對有機物有很強的還原作用。

鉀容易與反應 在表面形成紫色的氧化鉀

鉀為爆炸性易燃的物質,一般以汽油煤油封存。

發現

1807年由英國化學家戴維首次用電解法從熔融氫氧化鉀中製得金屬鉀,並定名。

名稱由來

拉丁語kalium,這個單字不存在於古典拉丁語中,這是由永斯·貝采利烏斯創造的新拉丁文名詞。這個名詞起源於阿拉伯語:القَلْيَه‎(al-qalyah),本義為植物灰燼。qaly是刺沙蓬一類的植物,古人焚燒這種植物,從灰燼中可以的得到不純的鉀鹽和鈉鹽混合物,進而和石灰水反應可以得到強鹼溶液。這個阿拉伯名詞傳入歐洲後,被拼為alkali,意為永斯·貝采利烏斯以此命名鉀為kalium。

鉀英文名「potassium」則由「Potash」衍生而來。當時的人們焚燒木材,其灰燼用水浸泡,取上清液,在銅鍋里煮沸除去水分,可得不純的鉀鹽混合物,稱為草木灰(英語:Potash,Pot-Ashes:pot鍋,ash灰燼,譯作「草木灰」)。戴維使用的氫氧化鉀就是從草木灰轉化而來的,因此將鉀命名為potassium。

分佈

鉀在自然界中只以化合物形式存在。在雲母鉀長石矽酸鹽中都富含鉀。鉀在地殼中的含量約為2.09%,居第七位。在海水中以鉀離子的形式存在,含量約為0.1%。鉀在海水中含量比離子少的原因是由於被土壤植物吸收多。在動植物體內也含有鉀。正常人體內約含鉀175克,其中98%的鉀貯存於細胞液內,是細胞內最主要的陽離子。

製備

這種元素通過將其常見的氫氧化物進行電解而得到。將氫氧化鉀鹵化物進行熔融電解,再經真空蒸餾製得。 早期,由法國化學家給呂薩克泰納爾發明的隔絕空氣加強熱於碳酸鉀、碳粉、鐵粉、明礬混合物的方法也被用於製備粗鉀,並被用於當時的一種打火機中。

同位素

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

應用

鉀主要用作還原劑及用於合成中。鉀的化合物在工業上用途很廣。鉀鹽可以用於製造化肥肥皂。鉀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。

鉀金屬在工業上可作為較強的還原劑。鈉鉀合金在一些特殊冷卻設備中作為熱傳導的媒介。

對人體的影響

營養代謝

鉀是人體必需的礦物質營養素,是體細胞內主要的陽離子,體重70公斤的成年男性體內,鉀含量約3500mEq。飲食中的鉀離子在小腸中很容易被吸收。人體鉀離子主要流失途徑有80-90%是由腎臟經尿液排除,其餘10-20%是由糞便排出。腎臟對於鉀離子具有調控作用,藉以維持鉀離子濃度在正常範圍內。基於彌補身體的流失量以維持正常儲存及血漿濃度的平衡,成人每日的最小需要量為200 mg。含鉀豐富的食物頁面存檔備份,存於互聯網檔案館)包括乳製品、水果蔬菜、瘦內臟香蕉葡萄乾、金槍魚、菠菜、鱷梨、酸奶、鮭魚、石榴、扁豆、蘑菇、牛奶[8]等。飲食建議攝取量如下:

美國DRI建議之鉀充足攝取量(Adequate Intake, AI)[9]
鉀充足攝取量 (公克/天)
0.4
0.7
3.0
3.8
4.5
4.7
4.7
5.1

鉀可以調節細胞內適宜的滲透壓體液的酸鹼平衡,參與細胞蛋白質的代謝。有助於維持神經健康、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。細胞對鉀的調節與鈉鉀泵(Na+/K+ pump)和鉀離子通道有關。

低血鉀(Hypokalemia)

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。

導致低血鉀的原因包括:長期嘔吐、腹瀉、糖尿病酸中毒、神經性厭食症、長期營養不良、慢性酒精中毒、腎上腺腫瘤、燙傷、臨床上常見的電解質異常、吸收不良或血鉀過度流失、或使用某些藥物而使血中之鉀濃度不夠。輕度低血鉀(血清鉀濃度3.0-3.5meq/L)經常是沒有症狀;中度低血鉀(血清鉀濃度2.5-3.0meq/L)有非特異性的症狀像是虛弱、疲倦、便秘等;嚴重低血鉀(血清鉀濃度<2.5meq/L)可能發生肌肉壞死,甚至呼吸肌麻痺衰竭。補充鉀離子是治療低血鉀的最根本辦法。[10][11]

高血鉀(Hyperkalemia)

血中鉀離子濃度高於5.5 mEq/L時稱為高血鉀,可能因攝取過多、排泄減少、或因鉀離子由細胞內轉移至細胞外液等原因造成。一般以腎臟衰竭病患容易發生高血鉀。當人體發生高血鉀時,會有血壓降低、心律不整、心電圖改變、嚴重時會有心室纖維顫動、心跳停止。神經肌肉的症狀在早期為肌肉震顫、痙攣、感覺異常等情形,晚期則會有肌肉無力、弛緩性麻痺、呼吸停止。此外也會出現噁心、嘔吐、腸蠕動增加、腹瀉、腹絞痛等消化系統的症狀及少尿、無尿等泌尿系統的症狀。[10]

相關遺傳性疾病

  • 家族性低血鉀週期性無力症(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。疾病的特徵是突然發生的肌肉麻痺與血清鉀濃度<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[12]
  • 李德爾氏綜合徵(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,影響到腎臟離子輸送活性,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。
  • 巴特氏症候群(Bartter's syndrome)為亨利氏環(loop of Henle)和近曲小管鈉運輸蛋白(chloride-associated sodium transporters)失去活性或功能[13]
  • 吉特曼氏綜合症(Gitelman's syndrome)是腎臟遠曲小管(distal convoluted tubule)鈉運輸蛋白失去活性或功能。

參考資料

外部連結

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