金属钾
            金属钾
  
  
  钾是一种化学元素 。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。钾在地壳中的含量为2.59%,占第七位。在海水中,除了、硫、之外 ,钾的含量占第六位 。
  
      
  

简介

  钾是一种化学元素 。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
钾
     钾
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.戴维才用电解碳酸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,除了氧、氢、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45.36(立方厘米/摩尔) 钾是银白色金属,很软,可用小刀切割。熔点63.25℃,沸点760℃,密度0.97g/cm3。
  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,生成氢氧化钾氢气,反应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、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,因为钾太容易溶解在熔化的KCl中,以致不能浮在电解槽的上部加以分离收集;同时,还因为钾在操作温度下迅速气化,增加了不安全因素。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。  

基本信息

  中文名称:钾
钾元素性质数据
   钾元素性质数据
  英文别名:Potassium
  化学式:K
  相对原子质量:39.0983
  国标编号 43003
  CAS号 7440-09-7

物理性质

  性状:银白色体心立方结构的金属。质软而轻。低熔点。化学性质活泼,在空气中易氧化。遇水能引起剧烈的反应,使水分解而放出氢气和热量,同时引起燃烧,呈蓝色火焰。也可与乙醇和酸类起剧烈反应。与饱和的脂肪烃或芳香烃无反应。溶于液氨、乙二胺和苯胺,溶于多种金属形成合金。
  原子量:39.0983
钾的用途
    钾的用途
  原子半径(计算值):220(243)pm
  共价半径:196pm
  范德华半径:275pm
  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
  晶体结构体:新立方格
  熔点:336.53K(63.38°C)
  沸点:1032K(759°C)
  摩尔体积:45.94×10-6m3/mol
  汽化热:79.87kJ/mol
  熔化热:2.334kJ/mol
  蒸气压:106×10-6帕
  声速:2000m/s(293.15K)
  电负性:0.82(鲍林标度)
  比热:757J/(kg·K)
  电导率:13.9×106/(米欧姆)
  热导率:102.4W/(m·K)
  第一电离能:418.8kJ/mol
  第二电离能:3052kJ/mol
  第三电离能:4420kJ/mol
  第四电离能:5877kJ/mol
  第五电离能:7975kJ/mol
  第六电离能:9590kJ/mol
  第七电离能:11343kJ/mol
  第八电离能:14944kJ/mol
  第九电离能:16963.7kJ/mol
  第十电离能:48610kJ/mol 

元素介绍  

·发现过程

  发现人:戴维   发现年代:1807年
   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,其中在自然界中存在的只有钾39、钾40和钾41,其他同位素都是由人工制造。钾40是岩石和土壤中天然放射性本底的重要来源之一。  

用途

  用于制过氧化钾、合金的热交换剂,也用作试剂,检定氮、硫、磷、钾和钠等。无机及有机合成。热传递介质。

环境影响 

·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。
  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。
  中国营养学会提出的每日膳食中钾的“安全和适宜的摄入量”,初生婴儿至6个月每人为350~925毫克,1岁以内为425~1275毫克,1岁以上儿童(儿童食品)每人每天550~1650毫克,4岁以上775~2325毫克,7岁以上为1000~3000毫克,11岁以上青少年(少年食品)为1525~4575毫克,成年男女为1875~5625毫克,这个参考指标与美国国家科学研究委员会的食品与营养委员会估计的安全和适宜的膳食钾日摄取量相当。
  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。
  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。
  缺乏
  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、腹胀等症状。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,半身不遂及心脏病发作。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。
  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,可诱发抽搐或手足搐搦症,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2~3次。如不能口服,可以灌肠。
  (六)透析 为最快和最有效方法。可采用血液透析或腹膜透析,但后者疗效相对较差,且效果较慢。  

·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。
  钾不足时,植株茎秆柔弱,易倒伏,抗寒性和抗旱性均差;叶片变黄,逐渐坏死。由于钾能移动到嫩叶,缺钾开始在较老的叶,后来发展到植株基部,也有叶缘枯焦,叶子弯卷或皱缩。  

·健康危害

  侵入途径:吸入、食入。
  健康危害:本口对眼、鼻、咽喉和肺有刺激作用,接触后引起喷嚏、咳嗽和喉炎。高浓度吸入可致肺水肿。对眼和皮肤有强烈刺激和腐蚀性,可致灼伤。  

·毒理学资料及环境行为

  急性毒性:LD50700mg/kg(小鼠腑腔内)
  危险特性:化学反应活性很高,在潮湿空气中能自燃。遇水或潮气猛烈反应放出氢气,大量放热,引起燃烧或爆炸。暴露在空气或氧气中能自行燃烧并爆炸使熔融物飞溅。遇水、二氧化碳都能猛烈反应。与卤素、磷、许多氧化物、氧化剂和酸类剧烈反应。燃烧时发出紫色火焰。
  燃烧(分解)产物:氧化钾。  

环境标准

  欧洲共同体(1975) 饮用水水质标准指导标准10mg/L
  最大允许浓度  12mg/L
  前苏联(1975) 污水排放标准  100~200mg/L
  中国(GB8172-87) 城镇垃圾农用控制标准  1.0mg/kg  

应急处理处置方法  

·泄漏应急处理

  隔离泄漏污染区,限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给式呼吸器,穿消防防护服。不要直接接触泄漏物。小量泄漏:避免扬尘,收集于干燥、洁净、有盖的容器中。收入金属容器并保存在煤油或液体石蜡中。大量泄漏:用塑料布、帆布覆盖,减少飞散。在专家指导下清除。  

·防护措施

  呼吸系统防护:一般不需要特殊防护,但建议特殊情况下,佩戴自吸过滤式防毒面具(半面罩)。
  眼睛防护:戴安全防护面罩。
  身体防护:穿化学防护服。
  手防护:戴橡胶手套。
  其它:工作现场严禁吸烟。注意个人清洁卫生。 

·急救措施

  皮肤接触:立即脱去被污染的衣着,用大量流动清水冲洗,至少15分钟。就医。
  眼睛接触:立即提起眼睑,用大量流动清水或生理盐水彻底冲洗至少15分钟。就医。
  吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。如呼吸停止,立即进行人工呼吸。就医。
  食入:误服者用水漱口,给饮牛奶或蛋清。就医。
  灭火方法:不可用水、卤代烃(如1211灭火剂)、碳酸氢钠、碳酸氢钾作为灭火剂。即使用石墨干粉对钾亦不适用。而应使用干燥氯化钠粉末、碳酸钠干粉、碳酸钙干粉、干砂等灭火。  

安全储存  

  储存
  
  浸没在煤油或液体石蜡中密封保存。
  安全措施
  贮于阴凉、干燥处、远离火种,热源。与氧化剂、酸类、卤素分储。 误食,用水漱口,饮牛奶或蛋清