Kalium -Potassium

Kalium,  19 K
Kalium-2.jpg
Kaliumperler (i parafinolje, ~5 mm hver)
Kalium
Uttale / p ə ˈ t æ s i ə m / ​( pə- TASS -ee-əm )
Utseende sølvgrå
Standard atomvekt A r °(K)
Kalium i det periodiske systemet
Hydrogen Helium
Litium Beryllium Bor Karbon Nitrogen Oksygen Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silisium Fosfor Svovel Klor Argon
Kalium Kalsium Scandium Titanium Vanadium Krom Mangan Jern Kobolt Nikkel Kobber Sink Gallium Germanium Arsenikk Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Teknetium Ruthenium Rhodium Palladium Sølv Kadmium Indium Tinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cesium Barium Lantan Cerium Praseodym Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Gull Kvikksølv (element) Tallium Lede Vismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Curium Berkelium California Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Na

K

Rb
argonkaliumkalsium
Atomnummer ( Z ) 19
Gruppe gruppe 1: hydrogen og alkalimetaller
Periode periode 4
Blokkere   s-blokk
Elektronkonfigurasjon [ Ar ] 4s 1
Elektroner per skall 2, 8, 8, 1
Fysiske egenskaper
Fase ved  STP fast
Smeltepunkt 336,7  K ​(63,5 °C, ​146,3 °F)
Kokepunkt 1032 K ​(759 °C, ​1398 °F)
Tetthet (nær  rt ) 0,89 g/cm 3
når flytende (ved  mp ) 0,828 g/cm 3
Kritisk punkt 2223 K, 16 MPa
Fusjonsvarme 2,33  kJ/mol
Fordampningsvarme 76,9 kJ/mol
Molar varmekapasitet 29,6 J/(mol·K)
Atomegenskaper
Oksidasjonstilstander −1, +1 (et sterkt basisk oksid)
Elektronegativitet Pauling-skala: 0,82
Ioniseringsenergier
Atomradius empirisk: 227  pm
Kovalent radius 203±12 pm
Van der Waals radius 275 pm
Fargelinjer i et spektralområde
Spektrallinjer av kalium
Andre eiendommer
Naturlig forekomst primordial
Krystallstruktur kroppssentrert kubikk (bcc)
Kroppssentrert kubisk krystallstruktur for kalium
Lydhastighet tynn stang 2000 m/s (ved 20 °C)
Termisk ekspansjon 83,3 µm/(m⋅K) (ved 25 °C)
Termisk ledningsevne 102,5 W/(m⋅K)
Elektrisk resistivitet 72 nΩ⋅m (ved 20 °C)
Magnetisk bestilling paramagnetisk
Molar magnetisk følsomhet +20,8 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Youngs modul 3,53 GPa
Skjærmodul 1,3 GPa
Bulk modul 3,1 GPa
Mohs hardhet 0,4
Brinell hardhet 0,363 MPa
CAS-nummer 7440-09-7
Historie
Oppdagelse og første isolasjon Humphry Davy (1807)
Symbol "K": fra New Latin kalium
Hovedisotoper av kalium
Isotop Overflod Halveringstid ( t 1/2 ) Forfallsmodus Produkt
39 K 93,258 % stabil
40 K 0,012 % 1.248×10 9  år β 40 Ca
ε 40 Ar
β + 40 Ar
41 K 6,730 % stabil
 Kategori: Kalium
| referanser

Kalium er et kjemisk grunnstoff med symbolet K (fra nylatinsk kalium ) og atomnummer  19. Kalium er et sølvhvitt metall som er mykt nok til å kuttes med en kniv med liten kraft. Kaliummetall reagerer raskt med atmosfærisk oksygen for å danne flassete hvitt kaliumperoksid på bare sekunder etter eksponering. Den ble først isolert fra potaske , asken fra planter, som navnet stammer fra. I det periodiske systemet er kalium et av alkalimetallene , som alle har et enkelt valenselektron i det ytre elektronskallet, som lett fjernes for å lage et ion med positiv ladning - et kation som kombineres med anioner for å danne salter . Kalium i naturen forekommer bare i ioniske salter. Elementært kalium reagerer kraftig med vann, genererer tilstrekkelig varme til å antenne hydrogen som sendes ut i reaksjonen , og brenner med en syrinfarget flamme . Det finnes oppløst i sjøvann (som er 0,04 vektprosent kalium), og forekommer i mange mineraler som ortoklase , en vanlig bestanddel av granitter og andre magmatiske bergarter .

Kalium er kjemisk veldig lik natrium , det forrige grunnstoffet i gruppe 1 i det periodiske systemet. De har en lignende første ioniseringsenergi , som gjør at hvert atom kan gi fra seg sitt eneste ytre elektron. Det ble mistenkt i 1702 at de var forskjellige elementer som kombineres med de samme anionene for å lage lignende salter, og ble bevist i 1807 ved hjelp av elektrolyse . Naturlig forekommende kalium er sammensatt av tre isotoper , hvorav40
K
er radioaktivt . Spor av40
K
finnes i alt kalium, og det er den vanligste radioisotopen i menneskekroppen.

Kaliumioner er avgjørende for funksjonen til alle levende celler. Overføring av kaliumioner over nervecellemembraner er nødvendig for normal nerveoverføring; Kaliummangel og overskudd kan hver resultere i en rekke tegn og symptomer, inkludert unormal hjerterytme og forskjellige elektrokardiografiske abnormiteter. Frisk frukt og grønnsaker er gode kostholdskilder til kalium. Kroppen reagerer på tilstrømningen av kalium i kosten, som øker serumkaliumnivået , med en forskyvning av kalium fra utsiden til innsiden av cellene og en økning i kaliumutskillelsen i nyrene.

De fleste industrielle anvendelser av kalium utnytter den høye løseligheten i vann av kaliumforbindelser, for eksempel kaliumsåper . Kraftig avlingsproduksjon tømmer jorda raskt for kalium, og dette kan avhjelpes med landbruksgjødsel som inneholder kalium, og står for 95 % av den globale kaliumkjemiske produksjonen.

Etymologi

Det engelske navnet på grunnstoffet kalium kommer fra ordet potash , som refererer til en tidlig metode for å trekke ut ulike kaliumsalter: å legge i en gryte asken fra brent tre eller blader av trær, tilsette vann, varme opp og fordampe løsningen . Da Humphry Davy først isolerte det rene grunnstoffet ved hjelp av elektrolyse i 1807, kalte han det kalium , som han avledet fra ordet kalium .

Symbolet K stammer fra kali , selv fra rotordet alkali , som igjen kommer fra arabisk : القَلْيَه al-qalyah 'planteaske'. I 1797 oppdaget den tyske kjemikeren Martin Klaproth "potaske" i mineralene leucite og lepidolite , og innså at "potaske" ikke var et produkt av plantevekst, men faktisk inneholdt et nytt grunnstoff, som han foreslo å kalle kali . I 1807 produserte Humphry Davy grunnstoffet via elektrolyse: i 1809 foreslo Ludwig Wilhelm Gilbert navnet Kalium for Davys "kalium". I 1814 tok den svenske kjemikeren Berzelius til orde for navnet kalium for kalium, med det kjemiske symbolet K .

De engelsktalende og fransktalende landene adopterte Davy og Gay-Lussac/Thénards navn Potassium , mens de germanske landene adopterte Gilbert/Klaproths navn Kalium . "Gullboken" til International Union of Pure and Applied Chemistry har utpekt det offisielle kjemiske symbolet som K .

Eiendommer

Fysisk

Flammetesten av kalium.

Kalium er det nest minst tette metallet etter litium . Det er et mykt fast stoff med lavt smeltepunkt , og kan enkelt kuttes med en kniv. Nykuttet kalium er sølvaktig i utseende, men det begynner å anløpe mot grått umiddelbart ved eksponering for luft. I en flammetest avgir kalium og dets forbindelser en lilla farge med en maksimal emisjonsbølgelengde på 766,5 nanometer.

Nøytrale kaliumatomer har 19 elektroner, ett mer enn konfigurasjonen til edelgassen argon . På grunn av sin lave første ioniseringsenergi på 418,8  kJ/mol, er det mye mer sannsynlig at kaliumatomet mister det siste elektronet og får en positiv ladning, selv om det er negativt ladet alkalisk K
ioner er ikke umulige. Derimot er den andre ioniseringsenergien veldig høy (3052  kJ/mol).

Kjemisk

Kalium reagerer med oksygen, vann og karbondioksidkomponenter i luft. Med oksygen danner det kaliumperoksid . Med vann danner kalium kaliumhydroksid . Reaksjonen av kalium med vann kan være voldsomt eksoterm , spesielt siden den samproduserte hydrogengassen kan antennes. På grunn av dette er kalium og den flytende natrium-kalium ( NaK ) legeringen kraftige tørkemidler , selv om de ikke lenger brukes som sådan.

Forbindelser

Struktur av fast kaliumsuperoksid ( KO
2
).

Tre oksider av kalium er godt studert: kaliumoksid (K 2 O), kaliumperoksid (K 2 O 2 ) og kaliumsuperoksid (KO 2 ). De binære kalium-oksygen binære forbindelsene reagerer med vann og danner kaliumhydroksid .

Kaliumhydroksid (KOH) er en sterk base. Som illustrerer dens hydrofile karakter, kan så mye som 1,21 kg KOH løses opp i en enkelt liter vann. Vannfri KOH påtreffes sjelden. KOH reagerer lett med karbondioksid for å produsere kaliumkarbonat og kan i prinsippet brukes til å fjerne spor av gassen fra luften. Som det nært beslektede natriumhydroksidet, reagerer kaliumhydroksid med fett for å produsere såper .  

Generelt er kaliumforbindelser ioniske og på grunn av den høye hydreringsenergien til K+
ion, har utmerket vannløselighet. Hovedarten i vannløsning er de akvaerte kompleksene [K(H
2
O)
n
]+
hvor n = 6 og 7. Kaliumheptafluortantalat er et mellomprodukt i rensingen av tantal fra den ellers vedvarende forurensning av niob.

Kaliumorganiske forbindelser illustrerer ikke-ioniske forbindelser av kalium. De har svært polare kovalente K---C-bindinger. Eksempler inkluderer benzylkalium . Kalium interkalerer til grafitt for å gi en rekke forbindelser, inkludert KC8 .

Isotoper

Det er 25 kjente isotoper av kalium, hvorav tre forekommer naturlig:39
K
(93,3%),40
K
(0,0117%), og41
K
(6,7%). Naturlig forekommende40
K
har en halveringstid på 1.250×10 9 år. Det forfaller til stabilt40
Ar
ved elektronfangst eller positronemisjon (11,2%) eller til stabil40
Ca
ved beta-forfall (88,8 %). Forfallet av40
K
til40
Ar
er grunnlaget for en vanlig metode for å datere bergarter. Den konvensjonelle K-Ar-dateringsmetoden avhenger av antakelsen om at bergartene ikke inneholdt argon på dannelsestidspunktet og at all den påfølgende radiogene argon (40
Ar
) ble kvantitativt beholdt. Mineraler dateres ved måling av konsentrasjonen av kalium og mengden radiogent40
Ar
som har samlet seg. Mineralene som er best egnet for datering inkluderer biotitt , muskovitt , metamorfe hornblende og vulkansk feltspat ; Hele steinprøver fra vulkanske strømmer og grunne instrusiver kan også dateres dersom de er uendret. Bortsett fra datering, har kaliumisotoper blitt brukt som sporstoffer i studier av forvitring og for syklusstudier av næringsstoffer fordi kalium er et makronæringsstoff som kreves for livet .

40
K
forekommer i naturlig kalium (og dermed i noen kommersielle salterstatninger) i tilstrekkelig mengde til at store poser med disse erstatningene kan brukes som en radioaktiv kilde for klasseromsdemonstrasjoner.40
K
er den radioisotopen med størst overflod i kroppen. Hos friske dyr og mennesker,40
K
representerer den største kilden til radioaktivitet, enda større enn14
C
. I en menneskekropp på 70 kg masse, ca 4400 kjerner av40
K
forfall per sekund. Aktiviteten til naturlig kalium er 31 Bq /g.

Kosmisk dannelse og distribusjon

Kalium i feltspat

Kalium dannes i supernovaer ved nukleosyntese fra lettere atomer. Kalium dannes hovedsakelig i supernovaer av type II via en eksplosiv oksygenforbrenningsprosess .40
K
dannes også i s-prosess nukleosyntese og neonforbrenningsprosessen .

Kalium er det 20. mest tallrike grunnstoffet i solsystemet og det 17. mest tallrike grunnstoffet etter vekt på jorden. Det utgjør omtrent 2,6 % av vekten av jordskorpen og er det syvende mest tallrike grunnstoffet i jordskorpen. Kaliumkonsentrasjonen i sjøvann er 0,39  g/L (0,039 wt/v%), omtrent en tjuesjuendedel av natriumkonsentrasjonen.

Potaske

Potaske er først og fremst en blanding av kaliumsalter fordi planter har lite eller ingen natriuminnhold, og resten av en plantes viktigste mineralinnhold består av kalsiumsalter med relativt lav løselighet i vann. Mens potaske har blitt brukt siden antikken, ble sammensetningen ikke forstått. Georg Ernst Stahl innhentet eksperimentelle bevis som førte til at han antydet den grunnleggende forskjellen mellom natrium- og kaliumsalter i 1702, og Henri Louis Duhamel du Monceau var i stand til å bevise denne forskjellen i 1736. Den nøyaktige kjemiske sammensetningen av kalium- og natriumforbindelser, og status som kjemisk element av kalium og natrium, var ikke kjent da, og derfor inkluderte ikke Antoine Lavoisier alkaliet i sin liste over kjemiske elementer i 1789. I lang tid var de eneste betydningsfulle bruksområdene for potaske produksjon av glass, blekemiddel, såpe og krutt som kaliumnitrat. Kaliumsåper fra animalsk fett og vegetabilske oljer ble spesielt verdsatt fordi de har en tendens til å være mer vannløselige og med mykere tekstur, og er derfor kjent som myke såper . Oppdagelsen av Justus Liebig i 1840 at kalium er et nødvendig element for planter og at de fleste jordtyper mangler kalium, forårsaket en kraftig økning i etterspørselen etter kaliumsalter. Treaske fra grantrær ble opprinnelig brukt som en kaliumsaltkilde for gjødsel, men med oppdagelsen i 1868 av mineralforekomster som inneholder kaliumklorid nær Staßfurt , Tyskland, begynte produksjonen av kaliumholdig gjødsel i industriell skala. Andre kaliumforekomster ble oppdaget, og på 1960-tallet ble Canada den dominerende produsenten.

Metall

Biter av kaliummetall

Kaliummetall ble først isolert i 1807 av Humphry Davy, som utledet det ved elektrolyse av smeltet KOH med den nylig oppdagede voltaiske haugen . Kalium var det første metallet som ble isolert ved elektrolyse. Senere samme år rapporterte Davy om utvinning av metallnatrium fra et mineralderivat ( kaustisk soda , NaOH eller lut) i stedet for et plantesalt, ved en lignende teknikk, som demonstrerte at grunnstoffene, og dermed saltene, er forskjellige. Selv om produksjonen av kalium- og natriummetall skulle ha vist at begge er grunnstoffer, tok det litt tid før dette synet ble universelt akseptert.

På grunn av følsomheten til kalium for vann og luft, brukes luftfrie teknikker normalt for å håndtere elementet. Det er ikke-reaktivt overfor nitrogen og mettede hydrokarboner som mineralolje eller parafin . Den løses lett opp i flytende ammoniakk , opptil 480 g per 1000 g ammoniakk ved 0  °C. Avhengig av konsentrasjonen er ammoniakkløsningene blå til gule, og deres elektriske ledningsevne er lik flytende metaller. Kalium reagerer sakte med ammoniakk for å danne KNH
2
, men denne reaksjonen akselereres av små mengder overgangsmetallsalter. Fordi det kan redusere saltene til metallet, brukes kalium ofte som reduksjonsmiddel i fremstillingen av finfordelte metaller fra deres salter ved Rieke-metoden . Illustrerende er fremstillingen av magnesium:

MgCl
2
+ 2 K → Mg + 2 KCl

Geologi

Elementært kalium forekommer ikke i naturen på grunn av dets høye reaktivitet. Det reagerer voldsomt med vann (se avsnittet Forholdsregler nedenfor) og reagerer også med oksygen. Ortoklase (kaliumfeltspat) er et vanlig steindannende mineral. Granitt inneholder for eksempel 5 % kalium, som er godt over gjennomsnittet i jordskorpen. Sylvite (KCl), karnallitt (KCl·MgCl
2
·6(H
2
O))
, kainitt (MgSO
4
·KCl·3H
2
O)
og langbeinitt (MgSO
4
·K
2

4
)
er mineralene som finnes i store evaporittforekomster over hele verden. Avsetningene viser ofte lag som starter med den minst løselige i bunnen og den mest løselige på toppen. Forekomster av niter ( kaliumnitrat ) dannes ved nedbrytning av organisk materiale i kontakt med atmosfæren, mest i huler; på grunn av den gode vannløseligheten til nitre krever dannelsen av større forekomster spesielle miljøforhold.

Biologisk rolle

Kalium er det åttende eller niende vanligste grunnstoffet etter masse (0,2 %) i menneskekroppen, slik at en  voksen på 60 kg inneholder totalt ca. 120  g kalium. Kroppen har omtrent like mye kalium som svovel og klor, og bare kalsium og fosfor er mer rikelig (med unntak av de allestedsnærværende CHON - elementene). Kaliumioner er tilstede i et bredt utvalg av proteiner og enzymer.

Biokjemisk funksjon

Kaliumnivåer påvirker flere fysiologiske prosesser, inkludert

  • hvilecellemembranpotensial og forplantning av aksjonspotensialer i nevronalt, muskel- og hjertevev. På grunn av de elektrostatiske og kjemiske egenskapene, K+
    ioner er større enn Na+
    ioner, og ionekanaler og pumper i cellemembraner kan skille mellom de to ionene, aktivt pumpe eller passivt passere en av de to ionene mens de blokkerer den andre.
  • hormonsekresjon og virkning
  • vaskulær tone
  • systemisk blodtrykkskontroll
  • gastrointestinal motilitet
  • syre-base homeostase
  • glukose og insulinmetabolisme
  • mineralokortikoid virkning
  • nyrekonsentrasjonsevne
  • væske- og elektrolyttbalanse

Homeostase

Kaliumhomeostase betyr vedlikehold av det totale kaliuminnholdet i kroppen, plasmakaliumnivå og forholdet mellom intracellulære og ekstracellulære kaliumkonsentrasjoner innenfor snevre grenser, i møte med pulserende inntak (måltider), obligatorisk nyreutskillelse og skift mellom intracellulært og ekstracellulært. rom.

Plasmanivåer

Plasmakalium holdes normalt på 3,5 til 5,5 millimol (mmol) [eller milliekvivalenter (mEq)] per liter av flere mekanismer. Nivåer utenfor dette området er assosiert med en økende dødsrate av flere årsaker, og noen hjerte-, nyre- og lungesykdommer utvikler seg raskere hvis serumkaliumnivåene ikke holdes innenfor normalområdet.

Et gjennomsnittlig måltid på 40–50  mmol gir kroppen mer kalium enn det som finnes i alt plasma (20–25  mmol). Denne økningen fører imidlertid til at plasmakaliumet kun stiger med maksimalt 10 % som et resultat av rask og effektiv clearance av både nyre- og ekstrarenale mekanismer.

Hypokalemi , en mangel på kalium i plasma, kan være dødelig hvis den er alvorlig. Vanlige årsaker er økt gastrointestinalt tap ( oppkast , diaré ) og økt nyretap ( diurese ). Mangelsymptomer inkluderer muskelsvakhet, paralytisk ileus , EKG-avvik, redusert refleksrespons; og i alvorlige tilfeller, respiratorisk lammelse, alkalose og hjertearytmi .

Kontrollmekanismer

Kaliuminnholdet i plasmaet er tett kontrollert av fire grunnleggende mekanismer, som har forskjellige navn og klassifikasjoner. De fire er 1) et reaktivt negativ-feedback-system, 2) et reaktivt feed-forward-system, 3) et prediktivt eller circadian system, og 4) et internt eller cellemembrantransportsystem. Samlet kalles de tre første noen ganger det "eksterne kaliumhomeostasesystemet"; og de to første, det "reaktive kaliumhomeostasesystemet".

  • Det reaktive negative tilbakemeldingssystemet refererer til systemet som induserer nyreutskillelse av kalium som respons på en økning i plasmakalium (kaliuminntak, flytting ut av celler eller intravenøs infusjon.)
  • Det reaktive feed-forward-systemet refererer til et ufullstendig forstått system som induserer nyrekaliumsekresjon som respons på kaliuminntak før enhver økning i plasmakalium. Dette er sannsynligvis initiert av tarmcelle-kaliumreseptorer som oppdager inntatt kalium og utløser vagale afferente signaler til hypofysen.
  • Det prediktive systemet eller døgnsystemet øker nyreutskillelsen av kalium under måltidstimer (f.eks. dagtid for mennesker, nattetid for gnagere) uavhengig av tilstedeværelse, mengde eller fravær av kaliuminntak. Det formidles av en døgnoscillator i den suprachiasmatiske kjernen i hjernen (sentral klokke), som får nyrene (perifer klokke) til å skille ut kalium på denne rytmiske døgnrytmen.
    Virkningen av natrium-kalium-pumpen er et eksempel på primær aktiv transport . De to bærerproteinene innebygd i cellemembranen til venstre bruker ATP for å flytte natrium ut av cellen mot konsentrasjonsgradienten; De to proteinene til høyre bruker sekundær aktiv transport for å flytte kalium inn i cellen. Denne prosessen resulterer i rekonstituering av ATP.
  • Ionetransportsystemet beveger kalium over cellemembranen ved hjelp av to mekanismer. Den ene er aktiv og pumper natrium ut av, og kalium inn i, cellen. Den andre er passiv og lar kalium lekke ut av cellen. Kalium- og natriumkationer påvirker væskefordelingen mellom intracellulære og ekstracellulære rom av osmotiske krefter. Bevegelsen av kalium og natrium gjennom cellemembranen formidles av Na+/K+-ATPase - pumpen. Denne ionepumpen bruker ATP til å pumpe tre natriumioner ut av cellen og to kaliumioner inn i cellen, og skaper en elektrokjemisk gradient og elektromotorisk kraft over cellemembranen. De svært selektive kaliumionekanalene (som er tetramerer ) er avgjørende for hyperpolarisering inne i nevroner etter at et aksjonspotensial er utløst, for å nevne ett eksempel. Den sist oppdagede kaliumionekanalen er KirBac3.1, som utgjør totalt fem kaliumionekanaler (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP og MthK) med en bestemt struktur. Alle fem er fra prokaryote arter.

Renal filtrering, reabsorpsjon og utskillelse

Nyrehåndtering av kalium er nært knyttet til natriumhåndtering. Kalium er hovedkationen (positivt ion) inne i dyreceller [150  mmol/L, (4,8  g)], mens natrium er hovedkationen i ekstracellulær væske [150  mmol/L, (3,345  g)].  I nyrene filtreres ca. 180 liter plasma gjennom glomeruli og inn i nyretubuli per dag. Denne filtreringen involverer ca. 600  g natrium og 33  g kalium. Siden bare 1–10  g natrium og 1–4  g kalium sannsynligvis vil bli erstattet med diett, må nyrefiltrering effektivt reabsorbere resten fra plasmaet.

Natrium reabsorberes for å opprettholde ekstracellulært volum, osmotisk trykk og serumnatriumkonsentrasjon innenfor snevre grenser. Kalium reabsorberes for å opprettholde serumkaliumkonsentrasjonen innenfor snevre grenser. Natriumpumper i nyretubuli fungerer for å reabsorbere natrium. Kalium må konserveres, men fordi mengden kalium i blodplasmaet er svært liten og kaliumpølsen i cellene er omtrent 30 ganger så stor, er ikke situasjonen så kritisk for kalium. Siden kalium beveges passivt i motstrøm til natrium som svar på en tilsynelatende (men ikke faktisk) Donnan-likevekt , kan urinen aldri synke under konsentrasjonen av kalium i serum bortsett fra noen ganger ved aktivt å skille ut vann ved slutten av behandlingen. Kalium skilles ut to ganger og reabsorberes tre ganger før urinen når oppsamlingsrørene. På det tidspunktet har urin vanligvis omtrent samme kaliumkonsentrasjon som plasma. Ved slutten av behandlingen utskilles kalium en gang til hvis serumnivåene er for høye.

Uten kaliuminntak skilles det ut med ca. 200  mg per dag, til kalium i serumet i løpet av ca. en uke synker til et mildt mangelfullt nivå på 3,0–3,5  mmol/L. Hvis kalium fortsatt holdes tilbake, fortsetter konsentrasjonen å falle inntil en alvorlig mangel forårsaker til slutt død.

Kalium beveger seg passivt gjennom porene i cellemembranen. Når ioner beveger seg gjennom Iontransportører (pumper) er det en port i pumpene på begge sider av cellemembranen og kun én port kan være åpen på en gang. Som et resultat tvinges omtrent 100 ioner gjennom per sekund. Ionekanaler har bare én port, og der kan bare én type ion strømme gjennom, med 10 millioner til 100 millioner ioner per sekund. Kalsium er nødvendig for å åpne porene, selv om kalsium kan virke omvendt ved å blokkere minst én av porene. Karbonylgrupper inne i poren på aminosyrene etterligner vannhydreringen som finner sted i vannoppløsning av arten av de elektrostatiske ladningene på fire karbonylgrupper inne i poren.

Ernæring

Kostholdsanbefalinger

US National Academy of Medicine (NAM), på vegne av både USA og Canada, setter estimerte gjennomsnittlige krav (EARs) og Recommended Dietary Allowances (RDAs), eller Adequate Intakes (AIs) for når det ikke er tilstrekkelig informasjon til å angi EARs og RDAer. Samlet blir EAR, RDA, AI og UL referert til som Dietary Reference Intakes .

For både menn og kvinner under 9 år er AI-ene for kalium: 400  mg kalium for 0-6 måneder gamle spedbarn, 860  mg kalium for 7-12 måneder gamle spedbarn, 2000  mg kalium for 1-3 år gamle barn, og 2300  mg kalium for 4-8 år gamle barn.

For menn 9 år og eldre er AI-ene for kalium: 2500  mg kalium for 9-13 år gamle menn, 3000  mg kalium for 14-18 år gamle menn og 3400  mg for menn som er 19 år og eldre.

For kvinner 9 år og eldre er AI-ene for kalium: 2300  mg kalium for 9-18 år gamle kvinner, og 2600  mg kalium for kvinner som er 19 år og eldre.

For gravide og ammende kvinner er AI-ene for kalium: 2600  mg kalium for 14-18 år gamle gravide kvinner, 2900  mg for gravide kvinner som er 19 år og eldre; videre, 2500  mg kalium for 14-18 år gamle ammende kvinner, og 2800  mg for ammende kvinner som er 19 år og eldre. Når det gjelder sikkerhet, setter NAM også tolerable øvre inntaksnivåer (UL) for vitaminer og mineraler, men for kalium var beviset utilstrekkelig, så ingen UL ble etablert.

Fra 2004 bruker de fleste voksne amerikanere mindre enn 3000  mg.

På samme måte, i EU , spesielt i Tyskland og Italia , er utilstrekkelig kaliuminntak noe vanlig. British National Health Service anbefaler et lignende inntak, og sier at voksne trenger 3500 mg  per dag og at overskytende mengder kan forårsake helseproblemer som magesmerter og diaré.

Tidligere ble tilstrekkelig inntak for voksne satt til 4700 mg per dag. I 2019 reviderte National Academies of Sciences, Engineering and Medicine AI for kalium til 2600 mg/dag for kvinner 19 år og eldre og 3400 mg/dag for menn 19 år og eldre.

Matkilder

Kalium finnes i all frukt, grønnsaker, kjøtt og fisk. Matvarer med høye kaliumkonsentrasjoner inkluderer yam , persille , tørkede aprikoser , melk , sjokolade , alle nøtter (spesielt mandler og pistasjnøtter ), poteter , bambusskudd , bananer , avokado , kokosvann , soyabønner og kli .

USDA viser tomatpuré , appelsinjuice , betegrønnsaker , hvite bønner , poteter , plantains , bananer , aprikoser og mange andre kostholdskilder til kalium, rangert i synkende rekkefølge i henhold til kaliuminnhold. En dags kalium er i 5 plantains eller 11 bananer.

Mangelfullt inntak

Dietter med lite kalium kan føre til hypertensjon og hypokalemi .

Supplement

Tilskudd av kalium er mest brukt i forbindelse med diuretika som blokkerer reabsorpsjon av natrium og vann oppstrøms fra den distale tubuli ( tiazider og loop-diuretika ), fordi dette fremmer økt distal tubulær kaliumsekresjon, med resulterende økt kaliumutskillelse. En rekke reseptbelagte og reseptfrie kosttilskudd er tilgjengelige. Kaliumklorid kan være oppløst i vann, men den salte/bitre smaken gjør flytende kosttilskudd usmakelig. Typiske doser varierer fra 10  mmol (400  mg) til 20  mmol (800  mg). Kalium er også tilgjengelig i tabletter eller kapsler, som er formulert for å tillate kalium å lekke sakte ut av en matrise, siden svært høye konsentrasjoner av kaliumion som oppstår ved siden av en solid tablett kan skade mage- eller tarmslimhinnen. Av denne grunn er reseptfrie kaliumpiller begrenset ved lov i USA til maksimalt 99  mg kalium.

Siden nyrene er stedet for kaliumutskillelse, er personer med nedsatt nyrefunksjon i fare for hyperkalemi hvis kalium og kosttilskudd ikke begrenses. Jo mer alvorlig svekkelsen er, desto alvorligere er begrensningen som er nødvendig for å unngå hyperkalemi.

En metaanalyse konkluderte med at en økning på 1640  mg i det daglige inntaket av kalium var assosiert med en 21 % lavere risiko for hjerneslag. Kaliumklorid og kaliumbikarbonat kan være nyttige for å kontrollere mild hypertensjon . I 2017 var kalium den 37. mest foreskrevne medisinen i USA, med mer enn 19 millioner resepter.

Påvisning av smaksløker

Kalium kan oppdages ved smak fordi det utløser tre av de fem typene smaksopplevelser, avhengig av konsentrasjonen. Fortynnede løsninger av kaliumioner smaker søtt, og tillater moderate konsentrasjoner i melk og juice, mens høyere konsentrasjoner blir stadig mer bitre/alkaliske, og til slutt også salte på smak. Den kombinerte bitterheten og saltheten til høykaliumløsninger gjør tilskudd av høye doser kalium med flytende drikker til en smaksutfordring.

Kommersiell produksjon

Gruvedrift

Sylvite fra New Mexico
Monte Kali , en avfallshaug for kaligruvedrift og nytteavfall i Hessen, Tyskland , som hovedsakelig består av natriumklorid .

Kaliumsalter som karnallitt , langbeinitt , polyhalitt og sylvitt danner omfattende evaporittavsetninger i eldgamle innsjøbunner og havbunner , noe som gjør utvinning av kaliumsalter i disse miljøene kommersielt levedyktig. Den viktigste kilden til kalium – potaske – utvinnes i Canada , Russland , Hviterussland , Kasakhstan , Tyskland , Israel , USA , Jordan og andre steder rundt om i verden. De første minelagte forekomstene var lokalisert i nærheten av Staßfurt, Tyskland, men forekomstene spenner fra Storbritannia over Tyskland til Polen. De ligger i Zechstein og ble avsatt i midten til sent perm . De største forekomstene som noen gang er funnet ligger 1000 meter (3300 fot) under overflaten av den kanadiske provinsen Saskatchewan . Forekomstene er lokalisert i Elk Point Group produsert i Midt-Devon . Saskatchewan, der flere store gruver har operert siden 1960-tallet, var pionerer i teknikken med å fryse våt sand (Blairmore-formasjonen) for å drive gruvesjakter gjennom dem. Det viktigste kaliumgruveselskapet i Saskatchewan frem til fusjonen var Potash Corporation of Saskatchewan , nå Nutrien . Vannet i Dødehavet brukes av Israel og Jordan som en kilde til kaliumklorid, mens konsentrasjonen i normale hav er for lav for kommersiell produksjon til dagens priser.

Kjemisk utvinning

Flere metoder brukes for å skille kaliumsalter fra natrium- og magnesiumforbindelser. Den mest brukte metoden er fraksjonert utfelling ved bruk av løselighetsforskjellene til saltene. Elektrostatisk separasjon av malt saltblanding brukes også i noen gruver. Det resulterende natrium- og magnesiumavfallet lagres enten under jorden eller stables opp i slagghauger . Det meste av det utvunne kaliummineralet ender opp som kaliumklorid etter bearbeiding. Mineralindustrien refererer til kaliumklorid enten som potaske, muriat av kalium eller ganske enkelt MOP.

Rent kaliummetall kan isoleres ved elektrolyse av hydroksydet i en prosess som har endret seg lite siden det først ble brukt av Humphry Davy i 1807. Selv om elektrolyseprosessen ble utviklet og brukt i industriell skala på 1920-tallet, var den termiske metoden ved å reagere natrium med kaliumklorid i en kjemisk likevektsreaksjon ble den dominerende metoden på 1950-tallet.

Produksjonen av natriumkaliumlegeringer oppnås ved å endre reaksjonstiden og mengden natrium som brukes i reaksjonen. Griesheimer-prosessen som benytter reaksjonen av kaliumfluorid med kalsiumkarbid ble også brukt til å produsere kalium.

Na + KCl → NaCl + K (termisk metode)                    
2 KF + CaC
2
→ 2 K + CaF
2
+ 2 C (Griesheimer-prosess)   

Kaliummetall av reagenskvalitet koster rundt $10,00/ pund ($22/ kg ) i 2010 når det kjøpes per tonn . Metall med lavere renhet er betydelig billigere. Markedet er volatilt fordi langtidslagring av metallet er vanskelig. Den må lagres i en tørr inertgassatmosfære eller vannfri mineralolje for å forhindre dannelse av et overflatelag av kaliumsuperoksid , et trykkfølsomt eksplosiv som detonerer ved riper. Den resulterende eksplosjonen starter ofte en brann som er vanskelig å slukke.

Kationidentifikasjon

Kalium er nå kvantifisert ved ioniseringsteknikker, men på en gang ble det kvantifisert ved gravimetrisk analyse .

Reagenser som brukes til å utfelle kaliumsalter inkluderer natriumtetrafenylborat , heksaklorplatinsyre og natriumkoboltnitritt til henholdsvis kaliumtetrafenylborat , kaliumheksaklorplatinat og kaliumkoboltnitritt . Reaksjonen med natriumkoboltnitritt er illustrerende:

3K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] → K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + 3Na +

Kaliumkoboltnitrittet oppnås som et gult fast stoff.

Kommersiell bruk

Gjødsel

Kaliumsulfat/magnesiumsulfatgjødsel

Kaliumioner er en viktig komponent i plantenæring og finnes i de fleste jordtyper . De brukes som gjødsel i landbruk , hagebruk og hydroponisk kultur i form av klorid (KCl), sulfat ( K )
2

4
), eller nitrat ( KNO
3
), som representerer 'K' i 'NPK' . Jordbruksgjødsel bruker 95 % av den globale kaliumkjemiske produksjonen, og omtrent 90 % av dette kaliumet leveres som KCl. Kaliuminnholdet i de fleste planter varierer fra 0,5 % til 2 % av høstet vekt av avlinger, konvensjonelt uttrykt som mengde K
2
O
. Moderne jordbruk med høy avkastning er avhengig av gjødsel for å erstatte kalium som går tapt ved innhøsting. De fleste landbruksgjødsel inneholder kaliumklorid, mens kaliumsulfat brukes til kloridsensitive avlinger eller avlinger som trenger høyere svovelinnhold. Sulfatet produseres hovedsakelig ved nedbrytning av de komplekse mineralene kainitt ( MgSO
4
·KCl·3H
2
O
) og langbeinitt ( MgSO
4
·K
2

4
). Bare noen få gjødsel inneholder kaliumnitrat. I 2005 ble rundt 93 % av verdens kaliumproduksjon konsumert av gjødselindustrien. Dessuten kan kalium spille en nøkkelrolle i næringssirkulering ved å kontrollere søppelsammensetningen.

Medisinsk bruk

Kaliumsitrat

Kaliumsitrat brukes til å behandle en nyresteinstilstand som kalles renal tubulær acidose .

Kaliumklorid

Kalium, i form av kaliumklorid, brukes som medisin for å behandle og forhindre lavt kalium i blodet . Lavt kalium i blodet kan oppstå på grunn av oppkast , diaré eller visse medisiner. Det gis ved langsom injeksjon i en blodåre eller gjennom munnen.

Mattilsetningsstoffer

Kaliumnatriumtartrat ( KNaC
4
H
4
O
6
, Rochelle salt ) er en hovedbestanddel i enkelte varianter av bakepulver ; den brukes også til forsølging av speil. Kaliumbromat ( KBrO
3
) er et sterkt oksidasjonsmiddel (E924), som brukes til å forbedre deigstyrken og hevehøyden. Kaliumbisulfitt ( KHSO
3
) brukes som matkonserveringsmiddel, for eksempel i vin- og ølproduksjon (men ikke i kjøtt). Den brukes også til å bleke tekstiler og halm, og til garving av skinn .

Industriell

Viktige kaliumkjemikalier er kaliumhydroksid, kaliumkarbonat, kaliumsulfat og kaliumklorid. Megatonn av disse forbindelsene produseres årlig.

Kaliumhydroksid KOH er en sterk base, som brukes i industrien for å nøytralisere sterke og svake syrer , for å kontrollere pH og til å produsere kaliumsalter . Det brukes også til å forsåpe fett og oljer , i industrielle rengjøringsmidler og i hydrolysereaksjoner , for eksempel av estere .

Kaliumnitrat ( KNO
3
) eller salpeter er hentet fra naturlige kilder som guano og evaporitter eller produsert via Haber-prosessen ; det er oksidanten i krutt ( svartkrutt ) og en viktig landbruksgjødsel. Kaliumcyanid (KCN) brukes industrielt for å løse opp kobber og edle metaller, spesielt sølv og gull , ved å danne komplekser . Dens bruksområder inkluderer gullgruvedrift , galvanisering og elektroforming av disse metallene ; det brukes også i organisk syntese for å lage nitriler . Kaliumkarbonat ( K
2
CO
3
eller potaske) brukes til fremstilling av glass, såpe, farge-TV-rør, lysrør, tekstilfarger og pigmenter. Kaliumpermanganat ( KMnO
4
) er et oksiderende, blekende og rensende stoff og brukes til produksjon av sakkarin . Kaliumklorat ( KClO
3
) legges til fyrstikker og eksplosiver. Kaliumbromid (KBr) ble tidligere brukt som beroligende middel og i fotografering.

Mens kaliumkromat ( K
2
CrO
4
) brukes til fremstilling av en rekke forskjellige kommersielle produkter som blekk , fargestoffer , trebeis (ved å reagere med garvesyren i tre), eksplosiver , fyrverkeri , fluepapir og sikkerhetsfyrstikker , samt i garving av lær, alle disse bruksområdene skyldes kjemien til kromationet snarere enn kaliumionens.

Nisjebruk

Det er tusenvis av bruksområder for forskjellige kaliumforbindelser. Et eksempel er kaliumsuperoksid , KO
2
, et oransje fast stoff som fungerer som en bærbar kilde til oksygen og en karbondioksidabsorber. Det er mye brukt i åndedrettssystemer i gruver, ubåter og romfartøyer da det tar mindre volum enn det gassformige oksygenet.

4 KO 
2
+ 2  CO 2 → 2 K 
2
CO
3
+ 3 O 
2

Et annet eksempel er kaliumkoboltnitritt , K
3
[Co(NO
2
)
6
]
, som brukes som kunstnerens pigment under navnet Aureolin eller Cobalt Yellow.

De stabile isotopene av kalium kan laserkjøles og brukes til å undersøke grunnleggende og teknologiske problemer innen kvantefysikk . De to bosoniske isotopene har praktiske Feshbach-resonanser for å muliggjøre studier som krever justerbare interaksjoner, mens 40 K er en av bare to stabile fermioner blant alkalimetallene.

Laboratoriebruk

En legering av natrium og kalium, NaK er en væske som brukes som et varmeoverføringsmedium og et tørkemiddel for å produsere tørre og luftfrie løsemidler . Den kan også brukes i reaktiv destillasjon . Den ternære legeringen av 12% Na, 47% K og 41% Cs har det laveste smeltepunktet på -78  °C for noen metallforbindelse.

Metallisk kalium brukes i flere typer magnetometre .

Forholdsregler

Kalium
Farer
GHS- merking :
GHS02: BrannfarligGHS05: Etsende
Fare
H260 , H314
P223 , P231+P232 , P280 , P305+P351+P338 , P370+P378 , P422
NFPA 704 (branndiamant)
3
3
2

Kaliummetall kan reagere voldsomt med vann og produsere kaliumhydroksid (KOH) og hydrogengass .

2 K (s) + 2 H 2 O (l) → 2 KOH (aq) + H
2
↑ (g)
En reaksjon av kaliummetall med vann. Hydrogen produseres, og med kaliumdamp brenner det med en rosa eller lilla flamme. Sterkt alkalisk kaliumhydroksid dannes i løsning.

Denne reaksjonen er eksoterm og frigjør tilstrekkelig varme til å antenne det resulterende hydrogenet i nærvær av oksygen. Finpulverisert kalium antennes i luft ved romtemperatur. Bulkmetallet antennes i luften hvis det varmes opp. Fordi dens tetthet er 0,89  g/cm 3 , flyter brennende kalium i vann som utsetter det for atmosfærisk oksygen. Mange vanlige brannslukningsmidler, inkludert vann, er enten ineffektive eller gjør en kaliumbrann verre. Nitrogen , argon , natriumklorid (bordsalt), natriumkarbonat (soda) og silisiumdioksid (sand) er effektive hvis de er tørre. Noen klasse D pulverslukkere designet for metallbranner er også effektive. Disse midlene fratar ilden oksygen og avkjøler kaliummetallet.

Under lagring danner kalium peroksider og superoksider. Disse peroksidene kan reagere voldsomt med organiske forbindelser som oljer. Både peroksider og superoksider kan reagere eksplosivt med metallisk kalium.

Fordi kalium reagerer med vanndamp i luften, lagres det vanligvis under vannfri mineralolje eller parafin. I motsetning til litium og natrium, bør kalium imidlertid ikke lagres under olje i mer enn seks måneder, med mindre i en inert (oksygenfri) atmosfære, eller under vakuum. Etter langvarig lagring i luft kan det dannes farlige støtfølsomme peroksider på metallet og under lokket på beholderen, og kan detonere ved åpning.

Inntak av store mengder kaliumforbindelser kan føre til hyperkalemi , som sterkt påvirker det kardiovaskulære systemet. Kaliumklorid brukes i USA til dødelige injeksjoner .

Se også

Referanser

Bibliografi

Eksterne linker

  • "Kalium" . Legemiddelinformasjonsportal . US National Library of Medicine.