钾

钾是一种化学元素，化学符号为钾（源于Kalium），原子序数为19，原子量为39.0983u。

钾最早于植物的灰烬中所分离出，故其名称源自植物的灰烬（pot ash）。在元素周期表中，钾属于碱金族，所有碱金属在外部电子壳中都具有单价电子在离子盐中发生。其易被去除电子而形成具有正电荷的离子──阳离子（阳离子可与阴离子结合形成盐）。

钾元素在自然界里仅以离子化合物存在，是一种柔软的银白色碱性金属。在空气中会迅速氧化，遇水会剧烈反应，产生足够的热量以点燃反应中释放的氢气，并放出蓝紫色的火焰。它被发现溶解于海水（自然界中的钾以化合物的形式溶解于海水中，按重量百分比计为0.04％），是许多矿物质的一部分。

钾与钠的化学性质非常相似，而钠是元素周期表第1族中钾的前一个元素。它们具有相似的第一电离能，让原子丢弃其最外层唯一的电子。在1702年，钾与钠被怀疑可以与相同的阴离子结合形成类似的盐类，并且在1807年以电解证明。天然存在的钾由三种同位素组成，其中的40K是放射性的。微量的40K存在于所有钾中，它是人体中最常见的放射性同位素。

钾离子对所有活细胞的功能非常重要。正常的神经传递需要钾离子通过神经细胞膜转移；过低或过量的钾也都会导致许多身体的征兆或症状，包括心律异常和各种心电图异常。新鲜水果和蔬菜是钾的良好来源。身体摄取钾时，血浆中的钾离子浓度会上升，造成钾离子从细胞外往细胞内移动，增加肾脏对钾离子的代谢。

钾的大多数工业应用了钾化合物（例如钾皂）在水中的高溶解度。含钾的农业肥料占了全球钾化学产物的95%，用于补救因大量生产作物而耗尽钾的土壤。

## 性质

钾的熔点、硬度低，比钠更活泼，在空气中很快氧化。钾的密度小于水，大于煤油。钾和水会产生剧烈反应（产生高温使自己熔成一个银白色的球，释放大量氢，使金属球在水面高速移动，氢气燃烧，可以看到紫蓝色的火焰，生成氢氧化钾。方程式如下：

$$\rm 2K + 2H_2O \rightarrow 2KOH + H_2\uparrow$$

钾可以和卤族、氧族元素反应，还可以使其他金属的盐类还原（熔融状态下），对有机物有很强的还原作用。

钾容易与氧反应 在表面形成紫色的氧化钾

$$\rm 4K + O_2 \rightarrow 2K_2O$$

钾为爆炸性和易燃的物质，一般以汽油或煤油封存。

## 发现

1807年由英国化学家戴维首次用电解法从熔融氢氧化钾中制得金属钾，并定名。

## 名称由来

“钾”的名称音译自瑞典化学家永斯·贝采利乌斯创造的新拉丁文名词“kalium”，该名词起源于القَلْيَه（al-qalyah），本义为植物灰烬。qaly是刺沙蓬一类的植物，古人焚烧这种植物，从灰烬中可以的得到不纯的钾盐和钠盐混合物，进而和石灰水反应可以得到强碱溶液。这个阿拉伯名词传入欧洲后，被拼为alkali，意为碱。永斯·贝采利乌斯以此命名钾为kalium。

钾英文名“potassium”则由“Potash”衍生而来。当时的人们焚烧木材，其灰烬用水浸泡，取上清液，在铜锅里煮沸除去水分，可得不纯的钾盐混合物，称为草木灰（Potash，Pot-Ashes：pot锅，ash灰烬，译作“草木灰”）。戴维使用的氢氧化钾就是从草木灰转化而来的，因此将钾命名为potassium。

## 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%，居第七位。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。

## 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。

早期，由法国化学家给吕萨克和泰纳尔发明的隔绝空气加强热于碳酸钾、碳粉、铁粉、明矾混合物的方法也被用于制备粗钾，并被用于当时的一种打火机中。

## 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和钾41是稳定的，其他同位素都带有放射性。

## 应用

钾主要用作还原剂及用于合成中。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。

钾金属在工业上可作为较强的还原剂。钠钾合金在一些特殊冷却设备中作为热传导的媒介。

## 对人体的影响

### 营养代谢

钾是人体必需的矿物质营养素，是体细胞内主要的阳离子，体重70公斤的成年男性体内，钾含量约3500mEq。饮食中的钾离子在小肠中很容易被吸收。人体钾离子主要流失途径有80-90%是由肾脏经尿液排除，其余10-20%是由粪便排出。肾脏对于钾离子具有调控作用，藉以维持钾离子浓度在正常范围内。基于弥补身体的流失量以维持正常储存及血浆浓度的平衡，成人每日的最小需要量为200 mg。含钾丰富的食物 包括乳制品、水果、蔬菜、瘦肉、内脏、香蕉、葡萄干、金枪鱼、菠菜、鳄梨、酸奶、鲑鱼、石榴、扁豆、蘑菇、牛奶等。饮食建议摄取量如下：

钾充足摄取量 (公克/天)

0.4 0.7 3.0 3.8 4.5 4.7 4.7 5.1

钾可以调节细胞内适宜的渗透压和体液的酸碱平衡，参与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。细胞对钾的调节与钠钾泵（Na+/K+ pump）和钾离子通道有关。

#### 低血钾（Hypokalemia）

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。

导致低血钾的原因包括：长期呕吐、腹泻、糖尿病酸中毒、神经性厌食症、长期营养不良、慢性酒精中毒、肾上腺肿瘤、烫伤、临床上常见的电解质异常、吸收不良或血钾过度流失、或使用某些药物而使血中之钾浓度不够。轻度低血钾（血清钾浓度3.0-3.5meq/L）经常是没有症状；中度低血钾（血清钾浓度2.5-3.0meq/L）有非特异性的症状像是虚弱、疲倦、便秘等；严重低血钾（血清钾浓度<2.5meq/L）可能发生肌肉坏死，甚至呼吸肌麻痹衰竭。补充钾离子是治疗低血钾的最根本办法。

#### 高血钾（Hyperkalemia）

血中钾离子浓度高于5.5 mEq/L时称为高血钾，可能因摄取过多、排泄减少、或因钾离子由细胞内转移至细胞外液等原因造成。一般以肾脏衰竭病患容易发生高血钾。当人体发生高血钾时，会有血压降低、心律不整、心电图改变、严重时会有心室纤维颤动、心跳停止。神经肌肉的症状在早期为肌肉震颤、痉挛、感觉异常等情形，晚期则会有肌肉无力、弛缓性麻痹、呼吸停止。此外也会出现恶心、呕吐、肠蠕动增加、腹泻、腹绞痛等消化系统的症状及少尿、无尿等泌尿系统的症状。

#### 相关遗传性疾病

- 家族性低血钾周期性无力症（familial hypokalemic periodic paralysis），为自体显性遗传疾病，相当罕见。突变的基因CACNL1A3是一种钙离子通道。疾病的特征是突然发生的肌肉麻痹与血清钾浓度<2.5meq/L。血钾减少的原因可能是大量摄取碳水化合物或钠离子而诱发，会在24小时内自然消退，但有时会引起致命性心率不整。
- 李德尔氏综合征（Liddle's syndrome）为隐性遗传疾病。此遗传异常会因为矿物皮质醛酮增高，影响到肾脏离子输送活性，刺激集尿管细胞对钠离子的再吸收，造成代谢性碱中毒和低血钾。
- 巴特氏症候群（Bartter's syndrome）为亨利氏环（loop of Henle）和近曲小管的钠运输蛋白（chloride-associated sodium transporters）失去活性或功能。
- 吉特曼氏综合症（Gitelman's syndrome）是肾脏远曲小管（distal convoluted tubule）钠运输蛋白失去活性或功能。