化学元素钾被列为碱金属。它是由汉弗莱·戴维爵士于1806年发现的。
1806年,英国化学家汉弗莱·戴维爵士发现,化学键在本质上是电性的,他可以利用电将物质分裂成基本的组成部分——化学元素。
1807年,他在伦敦皇家研究所首次分离出钾。他将干燥的氢氧化钾(碳酸钾)电解,并将其置于实验室潮湿的空气中使之略微湿润。电解是由他制造的三块大电池的联合输出来驱动的。
当他从电池中给氢氧化钾施加电压时,他发现聚集在负电荷电极上的小球“具有很高的金属光泽”。
协助实验的埃德蒙·戴维描述了汉弗莱·戴维爵士对金属钾生产的反应,他的发现时刻:
“……当微小的钾球冲破碳酸钾外壳,进入大气层燃烧时,他无法控制自己的喜悦——他实际上欣喜若狂地在房间里跳舞;他需要一点时间使自己镇定下来,以便继续实验。”
钾是第一个通过电解分离出来的金属。
戴维对这种新金属的低密度感到惊讶,他观察到它漂浮在石油上——这是其他金属不会做的事情。他把一块钾放在水中,观察到水“会剧烈地分解它,瞬间爆炸,发出耀眼的火焰。”他还(勇敢地)把钾加到盐酸里,看到它燃烧起来,发出明亮的红色火焰。
钾这个名字来源于英语单词“碳酸钾”,最初的意思是一种用水从燃烧的木头或树叶的灰烬中提取的碱。
钾的符号K来自德国和斯堪的纳维亚的钾元素名称“kalium”。
在分离钾几天后,戴维第一次用同样的方法分离了钠。
钾和它在周期表上的近邻钠在室温下是固体。然而,他们的合金却不是。按重量计算,含40%到90%钾的NaK合金在室温下是液态的。市售的78% K, 22% Na合金在-12.6℃(9.3 oF)的低温下仍保持液态。
所有的活细胞都需要钾来维持体液平衡,因此我们和地球上所有其他形式的生命都需要钾矿物质来生存。所有肉类、植物和奶制品中都含有钾。水果和蔬菜是钾的最佳来源。
有几种神经毒素是通过破坏我们细胞对钾的生物利用来起作用的。这会导致剧烈的疼痛,甚至死亡。这些神经毒素包括谷草毒素,charybdotoxin和margatoxin(蝎子螫伤),apamin(蜜蜂螫伤)和树木毒素(曼巴蛇咬伤)。
宇宙中大部分的钾原子都是在巨星在超新星爆炸的最后时刻产生的。钾是在恒星爆炸时燃烧氧气的外壳中产生的。当然,这不是正常的燃烧;这就是核聚变。钾和其他一些元素,包括硫和硅,是在超新星爆炸氧燃烧过程中产生的。
所有植物都需要钾才能生存;超过90%的人类使用的钾化合物用于生产植物肥料。
饮食中钾含量低的人可能会患低钾血症。严重的低钾血症可能危及生命。症状包括心律不齐、疲劳、肌肉痉挛和便秘。仅仅因为饮食中摄入的钾太少而导致人体钾缺乏的情况并不多见。通常,低钾血症是由腹泻和/或呕吐、使用抗生素和肾病等其他问题引起的。
大多数人都熟悉碳定年法,即利用放射性碳-14同位素的衰变来发现曾经有生命的生物(如动物和植物)的年龄。放射性同位素钾-40给我们提供了测定岩石年代的方法。钾-40衰变为氩-40和钙-40,其半衰期为12.5亿年。钾-40和氩-40在岩石中所占的比例用来测定岩石凝固的时间。
危害:
对于肾功能正常的健康人来说,从食物中摄取钾似乎不会增加患病风险,因为过量的钾很容易随尿液排出。对于尿钾排泄量受损的人,由于对心脏的不良影响,每日钾摄入量应低于4.7 g (120 mmol)。如果消化系统被绕过,将钾盐注入静脉,心脏就会停止跳动。
由于钾元素具有高反应性,所以处理它时必须非常小心。
特点:
钾是银白色的,低熔点的金属,柔软到很容易用刀切开。它在空气中迅速失去光泽,形成一层暗淡的氧化物涂层。
钾燃烧时呈淡紫色火焰。它非常活泼,与水反应剧烈,例如,产生氢气和氢氧化钾。
钾是一种非常轻的金属(密度仅次于锂的金属),如果它不那么活泼的话,它可以漂浮在水面上。
钾对植物生长至关重要。例如,植物利用它来制造蛋白质,因此对钾化合物的最大需求是在肥料中。
氢氧化钾是一种强碱,是一种重要的工业化学品。它用于制造软皂和作为碱性电池的电解质。
氯化钾是食盐的健康替代品。
将玻璃浸入硝酸钾液中可制成钢化玻璃。
硝酸钾是火药的主要爆炸成分。
地壳的丰度:按重量占2.1%,摩尔占1.6%
丰度太阳系:按重量为4ppm,摩尔为100ppb
成本,纯:100美元每100克
成本,批量:65美元每100克
来源:钾在自然界中不作为自由元素出现;它的反应性太强,形成难以分离的化合物。商业上可通过电解氢氧化钾或氯化钾来获得钾。
同位素:钾有20种同位素,其半衰期已知,质量数为35至54。天然存在的钾是三种同位素的混合物,它们的比例如下:39K(93.6%)、40K(0.01%)和41K(6.7%)。