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(potassium)一种化学元素 。化学符号(K) ,原子序数 19,相对原子质量为39.0983,属周期系ⅠA族,为碱金属的成员。元素的英文名称来源于potash一词,含义是木灰碱。钾的化合物早就被人类利用,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。但钾的化合物特别稳定,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。一直到1807年,英国H.戴维才用电解氢氧化钾熔体的方法制得金属钾 。钾在地壳中的含量为2.59%,占第七位。在海水中,除了氯、钠、镁、硫、钙之外 ,钾的含量占第六位 。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]。原子体积:(立方厘米/摩尔)

45.46

钾是银白色金属,很软,可用小刀切割。熔点63.25℃,沸点760℃,密度856 kg/m3。钾的化学性质比钠还要活泼,暴露在空气中,表面覆盖一层氧化钾和碳酸钾,使它失去金属光泽,因此金属钾应保存在煤油中以防止氧化。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;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,生成臭氧化钾。钾与水、冰或雪的反应在-100摄氏度时仍反应非常猛烈,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。钾与氢气发生反应,生成氢化钾。钾与氟、氯、溴、碘都能发生反应,生成相应的卤化物。钾与氮气共热可生成不稳定的叠氮化钾,但反应条件要控制得极为严格,否则叠氮化钾又会分解为钾和氮气。与氨共热,生成氨基钾 ,并放出氢气。钾与汞形成钾汞齐,是还原剂。钾的氧化态为+1,只形成+1价的化合物。金属钾很活泼,贮存和使用都要注意安全,由钾引起的火灾,不能用水或泡沫灭火剂扑灭,而要用碳酸钠干粉。钾离子能使火焰呈紫色,可用焰色反应和火焰光度计检测.

戴维在发现钾的实验中,用的是电解法,但在实际生产中却不能用此法,因为戴维用的是铂电极,它不与熔融的金属钾作用,但实际生产中只能用石墨电极,熔融的金属钾能渗透到石墨中,侵蚀电极。所以现在金属钾的生产方法都采用金属钠与氯化钾的反应:

Na+KCl=K↑+NaCl(高温)。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。主要用作化肥 ,玻璃工业 、烟火生产和肥皂工业的原料。超氧化钾吸收二氧化碳产生氧气,用于宇航、矿工面罩等。  

目录

二、元素介绍及其单质性质

化学元素 :金属  

总体特性

名称:钾

符号:K

序号:19

相对原子质量:39.0983

系列:碱金属

族:ⅠA 族

周期:4

元素分区:s

密度:856 kg/m3

硬度:0.4

元素在太阳中的含量:4(ppm)

地壳中含量:21000(ppm)

氧化态:Main K+1

晶胞参数:

a = 532.8 pm

b = 532.8 pm

c = 532.8 pm

α = 90°

β = 90°

γ = 90°

电离能 :

第一电离能 418.8 kJ/mol

第二电离能 3052 kJ/mol

第三电离能 4420 kJ/mol

第四电离能 5877 kJ/mol

第五电离能 7975 kJ/mol

第六电离能 9590 kJ/mol

第七电离能 11343 kJ/mol

第八电离能 14944 kJ/mol

第九电离能 16963.7 kJ/mol

第十电离能 48610 kJ/mol

颜色和外表:银白色

地壳含量:2.4 %  

原子属性

原子量:39.0983

原子量单位

原子半径(计算值) :220(243) pm

共价半径:196 pm

范德华半径:275 pm

声音在其中的传播速率:2000(m/S)

价电子排布:[氩]4s1

电子在每能级的排布:2,8,8,1

晶体结构:晶胞为体心立方晶胞,每个晶胞含有2个金属原子。

莫氏硬度:0.4

氧化价(氧化物): 1(强碱性)  

物理属性

物质状态:固态

熔点:336.53 K(63.38 °C)

沸点:1032 K(759 °C)

摩尔体积:45.94×10-6m3/mol

汽化热:79.87 kJ/mol

熔化热:2.334 kJ/mol

蒸气压:106×10-6 帕

声速:2000 m/s(293.15K)  

其他性质

电负性:0.82(鲍林标度)

比热:757 J/(kg.K)

电导率:13.9 ×106/(米欧姆)

热导率:102.4 W/(m.K)

同位素

同位素 MeV 衰变产物

丰度 39K 93.26 % 稳定

半衰期 40K 0.012 % 1.277×10^9年 β衰变

衰变模式 电子捕获 1.311

衰变能量 1.505 40Ca

41K 6.73 % 稳定

核磁公振特性

39K 41K

自旋 3/2 3/2

灵敏度 0.000508 8.4×10-4

在没有特别注明的情况下使用的是国际标准基准单位单位和标准气温和气压  

发现

发现人:戴维 发现年代:1807年

发现过程:

1807年,戴维进行了实验,电解碳酸钾。他获得了一些富有金属光泽、类似水银的珠粒出现。他描述了这种新物质:将这个新金属投入水中,水被剧烈分解,放出氢气,氢气和它一起燃烧,产生紫色火焰,苛性碱溶液形成。

戴维以potash(碳酸钾)命名它为pstassium(钾)。钾的拉丁名kalium是从kali(阿拉伯文中海草灰中的碱)来的,因而化学符号为K。

由于单质钾的比重很小(15℃时,钾的密度是0.865),所以当时没有人相信它是金属,因为它的比重比水还小,在1811年,由盖吕萨克和泰纳尔证实了钾是一种元素。  

名称由来

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。 我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”旁加上表示首位的“甲”字而造出“钾”这个字。  

分布

钾在自然界中只以化合物形式存在。在云母、钾长石等硅酸盐中都富含钾。钾在地壳中的含量约为2.09%,居第八位。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。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。  

元素来源

在自然界以化合物的形态存在,在所有元素中占第七位。在海水中钾是第六位最丰富的元素。

制备:

这种元素通过将其常见的氢氧化物进行电解而得到。将氢氧化钾与卤化物进行熔融电解,再经真空蒸馏制得。  

同位素

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40和钾41是稳定的,其他同位素都带有放射性。  

对人体的影响

钾可以调节细胞内适宜的渗透压和体液的酸碱平衡,参于细胞内糖和蛋白质代谢。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。

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。

钾的成人每日取量为2000毫克。婴幼儿对钾的最低日需要量为90毫克。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。  

元素描述

钾与水反应

是一种软的低熔点的金属,呈银白色。密度0.86克/厘米3。熔点63.65℃,沸点774℃,化合

钾燃烧

价+1,电离能为4.341电子伏特。化学性质比钠更活泼,遇水能起剧烈作用,生成氢气和氢氧化钾,同时起火燃烧。燃烧时呈紫色焰。同酸的水溶液反应更加猛烈,几乎能达到爆炸的程度。在空气中表面很快氧化,加热后与氧能强烈反应,生成超氧化物过氧化物K2O2。如果氧过量,它易形成超氧化物KO2。钾与卤素也有强烈反应,并与许多有机物发生反应。  

元素用途

用来制造钾钠合金;在有机合成中用作还原剂;也用于制光电管等。钾的化合物在工业上用途很广:钾盐可以用于制造化肥及肥皂。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。  

元素辅助资料

钾是在自然界中分布最广的十个元素之一,但由于它不易从化合物中还原成单质状态,所以迟迟未被发现。  

三、需要人群

1、大量饮用咖啡、酒和爱吃甜食的人较容易疲劳,这是缺钾造成的。

2、严重腹泻的人即使在尿潴留状态时,失去钾的可能性仍很大。假如使用利尿剂的话,将会失去更多的钾。

3、不吃主食(碳水化合物)减肥,失去的不仅是体重,体内的钾含量也会下降。这会造成体力减弱,反应迟钝。

4、神经和肉体的紧张会导致钾的不足。  

四、人体缺钾是怎么引起的

人体血清中钾浓度只有3.5~5.5mmol/L,但它却是生命活动所必需的。钾在人体内的主要作用是维持酸碱平衡,参与能量代谢以及维持神经肌肉的正常功能。当体内缺钾时,会造成全身无力、疲乏、心跳减弱、头昏眼花,严重缺钾还会导致呼吸肌麻痹死亡。此外,低钾会使胃肠蠕动减慢,导致肠麻痹,加重厌食,出现恶心呕吐腹胀症状。临床医学资料还证明,中暑者均有血钾降低现象。

防治低钾的关键是补钾。临床上可选用口服10%的氯化钾溶液,但最安全且有效的方法是多吃富钾食品,特别是多吃水果和蔬菜。含钾丰富的水果有香蕉、草莓、柑橘、葡萄、柚子、西瓜等,菠菜、山药、毛豆、苋菜、大葱等蔬菜中含钾也比较丰富,黄豆、绿豆蚕豆、海带、紫菜、黄鱼、鸡肉、牛奶、玉米面等也含有一定量的钾。各种果汁,特别是橙汁,也含有丰富的钾,而且能补充水分和能量。据测定含有1.1%~2.3%的钾,所以茶水是夏季最好的消暑饮品。

钾是维持生命不可或缺的必需物质。它和钠共同作用,调节体内水份的平衡并使心跳规律化。钾对细胞内的化学反应很重要,对协助维持稳定的血压及神经活动的传导起着非常重要的作用。

缺钾会减少肌肉的兴奋性,使肌肉的收缩和放松无法顺利进行,容易倦怠。另外,会妨碍肠的蠕动,引起便秘;还会导致浮肿,半身不遂心脏病发作。当人体钾摄取不足时,钠会带着许多水份进入细胞中,使细胞破裂导致水肿血液中缺钾会使血糖偏高,导致高血糖症。另外,缺钾对心脏造成的伤害最严重,缺乏钾,可能是人类因心脏疾病致死的最主要原因。

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。

儿童每日应摄取钾1600毫克,成人每天2000毫克,含钾的食物包括乳制品、鱼、水果、豆科植物、肉、家禽、未加工的谷物、绿叶蔬菜等,比如杏、香蕉、啤酒酵母、糙米、无花果、蒜、葡萄干、番薯等。镁有助于保持细胞内的钾,而摄入过量的钠、酒精、糖类;服用利尿剂、轻剂、皮质激素类药物和心理压力过大会妨碍钾的吸收。  

五、钾过多与血钾过高

高钾血症指血K+浓度高于5.5mmol/L时而言,除因细胞内外转移而致者外,高钾血症常反映总体K+过多。  

原因

(一)人体过多 摄入过多含钾食物一般并不会导致高K+,但在伴有肾功能不全者则可能发生。大量输入库存血,静注KCl,等可致严重高钾血症。

(二)排泄困难 主要因肾脏功能障碍而使K+不能充分排出而致。又包括肾小球滤过率严重减退及肾小球滤过率相对充足但仍有排钾障碍两大类:

(三)细胞内外转移 酸中毒可抑制Na+-K+泵,同时刺激胰岛素分泌过多,使K+外移;高渗血症因细胞内脱水,K+浓度相对增高而容易外溢;β肾上腺素能受体阻滞剂导致高K+机制已如前述。琥珀酰胆碱可促使细胞膜对K+通透性增加。此外洋地黄盐酸精氨酸等都可促进K+外移,都可能导致血K+升高。  

临床表现

(一)肌肉无力 细胞外〔K+〕上升,使静息电位下降,出现肌肉无力,甚至瘫痪形成。通常也以下肢出现较多,以后沿躯干向上肢延伸,呼吸肌在极个别情况下才可累及。

(二)心律紊乱 较早出现,一般先呈T波高尖,QT间期缩短,随后T波改变逐渐更加明显,QRS波渐增宽,并幅度下降,P波形态渐渐消失。所有这些改变综合后使患者心电图呈正弦波形。由于许多高K+血症常同时合并存在低钙血症代谢性酸中毒,以及低钠血症等,上述情况也对心电图改变有影响,因此有时必须仔细加以分析,始能确诊。  

治疗

血K+水平>6mmol/L,或者血K+尚不太高,但心电图已有典型高K+表现,或者有典型高K+所致的神经,肌肉症状时,必须进行紧急处理。促使血K+水平下降措施主要有:

(一)葡萄糖酸钙 可直接对抗血钾过高对细胞膜极化状况的影响,而使阈电位恢复正常。应静脉注射。

(二)碳酸氢钠 除对抗高钙对细胞膜作用外,还可促使钾进入细胞内。本法优点为除纠正高K+外还可纠正酸中毒。但在合并有心力衰竭者宜慎用,小部分病例由于注射后导致的碱血症快速产生,可诱发抽搐手足搐搦症,此时可同时注射葡萄糖酸钙,或氯化钙以对抗之。

(三)葡萄糖胰岛素 胰岛素可促使细胞对K+的摄取,从而使血钾下降,同时注射葡萄糖则可防止低血糖出现。

(四)呋塞米 可促使K+从肾脏排出,一般可静注40~80mg,但肾功能障碍时效果欠佳。

(五)离子交换树脂 可用降钾树脂,口服25g每日~3次。如不能口服,可以灌肠

(六)透析 为最快和最有效方法。可采用血液透析腹膜透析,但后者疗效相对较差,且效果较慢。  

六、钾对植物的影响

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。番茄对钾肥的需求主要是在果实迅速膨大期以后。钾肥一般是在基肥时施入,果实膨大期可施用复合肥或叶面喷施0.5%磷酸二氢钾溶液。植株中大部分钙存在于叶内,并且老叶中钙的含量比嫩叶高,大量的钙以果胶酸钙的形式固定在细胞壁的中胶层中,成为细胞质膜细胞壁的重要成分。钙可以促进根的形成和生长,促使茎秆粗硬,增加养分吸收,有利提高番茄果实中糖和维生素C的含量。由于钙在植物体内不容易移动和重新分配,缺钙时首先是生长点死亡,上部叶片变黄,叶尖叶缘萎蔫,叶柄扭曲,茎顶端呈坏死斑点,脐部黑腐。缺钙时可用0.4%氯化钙溶液叶面喷施。钙多存在于幼嫩器官,是叶绿素分子的重要组成元素。

钾检查

正常值范围

新生儿3.7~5.9mmol/L婴儿4.1~5.3mmol/L儿童3.4~4.7mmol/L成人4.1~5.6mmol/L

临床意义

增加:少尿、无尿时,摄入过多含钾食物、饮料或药物而伴有少尿、无尿时,组织缺氧,阿狄森氏病,溶血,组织创伤、坏死,大面积烧伤,大量内出血等。降低:严重呕吐、腹泻,肾小管性酸中毒,急性肾衰多尿期,醛固酮增多症,皮质醇增多症,糖尿病酮症酸中毒,低钾性软病(棉酚中毒),慢性消耗性疾病,家族性周期性麻痹(低血钾型),应用利尿剂、脱水剂或胰岛素等。

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