Kalium

Kalium on alkuaine sekä ihmiselle välttämätön kivennäisaine, jonka kemiallinen merkki on K (), järjestysluku 19 ja CAS-numero 7440-09-7. Kalium on pehmeä hopeanvalkoinen alkalimetalli. Kalium tarkoittaa keskiajan latinassa potaskaa, mutta lähtökohtana on arabian sana "qali" joka tarkoittaa varsinaisesti tuhkaa, mutta kemiallisena terminä emästä, 'alkalia'. (Etuliite al- on arabiassa määräinen artikkeli.)

Muutamissa kielissä, muun muassa englannissa kaliumista käytetään nimitystä potassium. Nimi johtuu sanasta potaska (), joka sekin viittaa tuhkaan. Alkuaineen kemiallisena merkkinä käytetään kuitenkin kaikkialla K:ta.

Maatalous- ja lannoitealalla kaliumista ja sen yhdisteistä käytetään yleisesti myös lyhempää nimeä kali. Myös kemiassa nimitystä käytetään joskus, esim. kalialuna.

Ominaisuudet 

Kalium on toiseksi kevyin metalli litiumin jälkeen. Se on jopa vettä kevyempää ja niin pehmeää, että sitä voi leikata veitsellä. Se hapettuu nopeasti, joten sitä säilytetään mineraaliöljyssä.

Kaliumia valmistetaan elektrolysoimalla kaliumkloridia tai kaliumhydroksidia. Kalium reagoi muiden alkalimetallien tavoin kiivaasti veden kanssa muodostaen kaliumhydroksidia ja vetyä: K + H2O → KOH + H2. Tällöin syntyy niin paljon lämpöä, että vapautuva vety voi ilmaan päästyään syttyä palamaan tai jopa räjähtää. Samoin kuin natrium, kalium reagoi kiivaasti myös fluorin ja kloorin kanssa, sekä kuumennettaessa rikin, vedyn ja muiden epämetallien kanssa. Kalium muodostaa yhdisteitä, seoksia ja kiinteitä liuoksia.

Radioaktiivisuus 

Kaliumilla on kolme luonnossakin esiintyviä isotooppia, K-39, K-40 ja K-41. Niistä kalium-40 on radioaktiivinen ja yksi luonnon yleisimmistä radioaktiivisista aineista. Sitä on kaikissa luonnon kaliumpitoisissa aineissa noin 0,0118 % niissä olevan kaliumin määrästä, ja näin ollen sitä on kaikissa elävissä olennoissakin. Muun muassa elintarvikkeena käytettävän ns. mineraalisuolan sisältämän kaliumkloridin radioaktiivisuus on n. 16 000 Becquerellia/kg. Kalium-40:n puoliintumisaika on 1,25 miljardia vuotta, ja se voi hajota kahdella tavalla. Noin 11,2 % siitä hajoaa elektronikaappauksella tai positroniemissiolla (beeta-plus-hajoamisella) argoniksi Ar-40, loput 88,8 % taas beetasäteilyä lähettäen kalsiumiksi Ca-40. Nämä molemmat hajoamistuotteet ovat stabiileja. Näiden isotooppien pitoisuusmittauksia voidaan hyödyntää kivien ja kallioiden iänmäärityksessä.

Historia 
Kalium osoittautui alkuaineeksi vasta vuonna 1807, jolloin Sir Humphry Davy onnistui elektrolyyttisesti eristämään kaliumin.

Esiintyminen 
Kaliumia esiintyy luonnossa merivedessä ja mineraaleissa, kuten maasälvässä, kiilteessä, gneississä ja graniitissa. Tärkeimmät kaliumsuolat ovat sylviitti, sylviniitti, karnaliitti ja kainiitti. Ennen mineraalien löytämistä tuhka oli ainoa kaliumyhdisteiden lähde.

Käyttö 
Kalium on erityisen tärkeä kivennäisaine, jota elollinen luonto sekä kasvit ja eläimet tarvitsevat. Niinpä kasviaineita poltettaessa syntyvä tuhka sisältää kaliumkarbonaattia, mutta jonkin verran myös natriumkarbonaattia. Nämä yhdisteet määräävät tuhkan emäksisen luonteen, minkä takia tuhkaa on käytetty puhdistusaineena ja saippuaan raaka-aineena jo kauan.

Kasvilannoitteissa käytetään kaliumia. Kasvit ottavat kaliumin maasta juurillaan K+ioneina. Kalium säätelee solun osmoottista potentiaalia ja on useiden entsyymien aktivaattori. Kaliumin puute näkyy lehden kärjen ja reunojen solukon kuolemisena.

Kuumennettaessa tai valotettaessa alkalimetalleilla on taipumus irrottaa elektroneja ja tähän perustuu kaliumin käyttö valoherkissä kennoissa.

Kaliumnitraattia eli salpietaria käytetään mustan ruudin valmistukseen. Nykyisin mustaa ruutia käytetään lähinnä ilotulitteissa. Ampuma-aseissa sen ovat korvanneet erilaiset savuttomat ruudit.

Potaskaa eli kaliumkarbonaattia on käytetty lannoitteena ja saippuan ja lasin valmistuksessa. Nykyisin kaliummalmi menee lähes kokonaan lannoitteisiin.

Kaliumin tarve ja saanti ihmisillä 

Ihmisen on nautittava kaliumia kuten lähes kaikkien muidenkin eliöiden. Kalium pitää yllä sähköistä jännitettä hermosolujen solukalvoilla, ja sitä tarvitaan lihasten rakentumiseen ja munuaisissa. Kaliumin runsas nauttiminen vahvistaa lisäksi luustoa. Meta-analyysi vuodelta 2011 yhdisti 1 640 mg:n lisäyksen kaliumin päiväsaannissa 21 % pienempään riskiin sairastua aivoverenkiertohäiriöön. Joillakin kaliumin on todettu vähentävän spastisuutta ja lihasten jäykkyyttä.

Esimerkiksi sydämen rytmihäiriöille altistavan hypokalemian eli veren liian matalan kaliumpitoisuuden välttämiseksi veriplasman kaliumpitoisuuden pitäisi olla vähintään 3,3 mmol/litrassa. Hypokalemia johtuu puutteista ravitsemuksessa yleensä vain silloin, kun potilas on vakavasti aliravittu. Hypokalemia altistaa myös lihasheikkoudelle. Kaliumin puute voi aiheuttaa lisäksi sydämen laajentumista ja väsymistä, jolloin sydämen supistuskyky heikkenee.  

Liika kalium on haitallista, mutta sitä ei voi saada liikaa ravinnosta. Kalium on suurina määrinä myrkyllistä, esimerkiksi kaliumkloridi on suunnilleen yhtä myrkyllistä kuin natriumkloridi eli pöytäsuola. Suoraan suoneen injektoituna kaliumsuolat aiheuttavat sydänlihaksen pysähtymisen (kloridin LD50 on 100 mg/kg) (ks. Myrkkyruiske). Veren liiallista kaliumpitoisuutta kutsutaan hyperkalemiaksi. 

Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan kaliumia tulisi saada 350 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli naisilla noin 3 100 mg/vrk ja miehillä 3 500 mg/vrk. Ravintoainevalmisteista tai täydennetyistä elintarvikkeista saatavaksi suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 3 700 mg/vrk. 

Suomalaisnaiset saavat kaliumia keskimäärin 3 400 mg/vrk ja miehet 4 200 mg/vrk eli suosituksiin verrattuna keskimääräinen suomalainen saa sitä riittävästi. Toisaalta yhdysvaltalainen Institute of Medicine suosittelee päiväsaanniksi 4 700 mg/vrk. Britannian julkinen terveydenhuolto suosittaa päiväsaanniksi 3 500 mg. 

Kaliumia esiintyy runsaasti esimerkiksi perunassa, monissa pavuissa, seidissä,  ruisleivässä, lohessa, lihassa ja kahvissa. Liian vähäinen natriumin saanti lisää kaliumin erittymistä virtsaan.

Kaliumin yhdisteitä 
Kaliumarsenaatti (KH2AsO4) CAS-numero 7784-41-0
Kaliumarseniitti CAS-numero 10124-50-2
Kaliumasetaatti (C2H3KO2 / CH3COOK) CAS-numero 127-08-2
Kaliumbromaatti (KBrO3) CAS-numero 7758-01-2
Kaliumdikromaatti (K2Cr2O7) CAS-numero 7778-50-9
Kaliumferrisyanidi (C6FeK3N6 / K3[Fe(CN)6]) CAS-numero 13746-66-2
Kaliumheksafluorisilikaatti (K2SiF6) CAS-numero 16871-90-2
Kaliumhydroksidi (KOH) CAS-numero 1310-58-3
Kaliumkarbonaatti (vedetön) (K2CO3) CAS-numero 584-08-7
Kaliumkloraatti (ClKO3 / KClO3) CAS-numero 3811-04-9
Kaliumkloridi (KCl) CAS-numero 7447-40-7
Kaliummetabisulfiitti (K2S2O5) CAS-numero 16731-55-8
Kaliumnitraatti (KNO3) CAS-numero 7757-79-1
Kaliumnitriitti (KNO2) CAS-numero 7758-09-0
Kaliumoksidi (K2O) CAS-numero 12136-45-7
Kaliumperkloraatti (KClO4) CAS-numero 7778-74-7
Kaliumpermanganaatti (KMnO4) CAS-numero 7722-64-7
Kaliumpersulfaatti (K2S2O8) CAS-numero 7727-21-1
Kaliumsulfaatti (K2SO4) CAS-numero 7778-80-5
Kaliumsulfidi (K2S) CAS-numero 1312-73-8
Kaliumsyanidi (KCN) CAS-numero 151-50-8
Kaliumtiosyanaatti (KSCN) CAS-numero 333-20-0
Tetrakaliumpyrofosfaatti (K4O7P2) CAS-numero 7320-34-5

Lähteet

Aiheesta muualla 

Helsingin Sanomat: Kalium, 27.3.2007 
Helsingin yliopiston avoin yliopisto: Ravitsemustieteen perusteita: Kalium
Fineli: Kaliumin lähteet ruoka-aineissa
Terveyskirjasto, Kalium (P-K)
Periodictable: Technical data for Potassium 
)
Human Metabolome Database (HMDB): Potassium 
Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Potassium ion 
Americanelements: Potassium 
Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Potassium-40 sivut 38-39  (pdf)
Webmineral: Mineral Species containing Potassium (K) 
Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Potassium 

Alkuaineet
Seulonnan keskeiset artikkelit