鉀

鉀是一種化學元素，化學符號為鉀（源於Kalium），原子序數為19，原子量為39.0983u。

鉀最早於植物的灰燼中所分離出，故其名稱源自植物的灰燼（pot ash）。在元素週期表中，鉀屬於鹼金族，所有鹼金屬在外部電子殼中都具有單價電子在離子鹽中發生。其易被去除電子而形成具有正電荷的離子──陽離子（陽離子可與陰離子結合形成鹽）。

鉀元素在自然界裡僅以離子化合物存在，是一種柔軟的銀白色鹼性金屬。在空氣中會迅速氧化，遇水會劇烈反應，產生足夠的熱量以點燃反應中釋放的氫氣，並放出藍紫色的火焰。它被發現溶解於海水（自然界中的鉀以化合物的形式溶解於海水中，按重量百分比計為0.04％），是許多礦物質的一部分。

鉀與鈉的化學性質非常相似，而鈉是元素週期表第1族中鉀的前一個元素。它們具有相似的第一電離能，讓原子丟棄其最外層唯一的電子。在1702年，鉀與鈉被懷疑可以與相同的陰離子結合形成類似的鹽類，並且在1807年以電解證明。天然存在的鉀由三種同位素組成，其中的40K是放射性的。微量的40K存在於所有鉀中，它是人體中最常見的放射性同位素。

鉀離子對所有活細胞的功能非常重要。正常的神經傳遞需要鉀離子通過神經細胞膜轉移；過低或過量的鉀也都會導致許多身體的徵兆或症狀，包括心律異常和各種心電圖異常。新鮮水果和蔬菜是鉀的良好來源。身體攝取鉀時，血漿中的鉀離子濃度會上升，造成鉀離子從細胞外往細胞內移動，增加腎臟對鉀離子的代謝。

鉀的大多數工業應用了鉀化合物（例如鉀皂）在水中的高溶解度。含鉀的農業肥料佔了全球鉀化學產物的95%，用於補救因大量生產作物而耗盡鉀的土壤。

## 性質

鉀的熔點、硬度低，比鈉更活潑，在空氣中很快氧化。鉀的密度小於水，大於煤油。鉀和水會產生劇烈反應（產生高溫使自己熔成一個銀白色的球，釋放大量氫，使金屬球在水面高速移動，氫氣燃燒，可以看到紫藍色的火焰，生成氫氧化鉀。方程式如下：

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

鉀可以和鹵族、氧族元素反應，還可以使其他金屬的鹽類還原（熔融狀態下），對有機物有很強的還原作用。

鉀容易與氧反應 在表面形成紫色的氧化鉀

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

鉀為爆炸性和易燃的物質，一般以汽油或煤油封存。

## 發現

1807年由英國化學家戴維首次用電解法從熔融氫氧化鉀中製得金屬鉀，並定名。

## 名稱由來

「鉀」的名稱音譯自瑞典化學家永斯·貝采利烏斯創造的新拉丁文名詞「kalium」，該名詞起源於القَلْيَه（al-qalyah），本義為植物灰燼。qaly是刺沙蓬一類的植物，古人焚燒這種植物，從灰燼中可以的得到不純的鉀鹽和鈉鹽混合物，進而和石灰水反應可以得到強鹼溶液。這個阿拉伯名詞傳入歐洲後，被拼為alkali，意為鹼。永斯·貝采利烏斯以此命名鉀為kalium。

鉀英文名「potassium」則由「Potash」衍生而來。當時的人們焚燒木材，其灰燼用水浸泡，取上清液，在銅鍋裡煮沸除去水分，可得不純的鉀鹽混合物，稱為草木灰（Potash，Pot-Ashes：pot鍋，ash灰燼，譯作「草木灰」）。戴維使用的氫氧化鉀就是從草木灰轉化而來的，因此將鉀命名為potassium。

## 分布

鉀在自然界中只以化合物形式存在。在雲母、鉀長石等矽酸鹽中都富含鉀。鉀在地殼中的含量約為2.09%，居第七位。在海水中以鉀離子的形式存在，含量約為0.1%。鉀在海水中含量比鈉離子少的原因是由於被土壤和植物吸收多。在動植物體內也含有鉀。正常人體內約含鉀175克，其中98%的鉀貯存於細胞液內，是細胞內最主要的陽離子。

## 製備

這種元素通過將其常見的氫氧化物進行電解而得到。將氫氧化鉀與鹵化物進行熔融電解，再經真空蒸餾製得。

早期，由法國化學家給呂薩克和泰納爾發明的隔絕空氣加強熱於碳酸鉀、碳粉、鐵粉、明礬混合物的方法也被用於製備粗鉀，並被用於當時的一種打火機中。

## 同位素

已發現的鉀的同位素共有16種，包括鉀35至鉀50，其中只有鉀39和鉀41是穩定的，其他同位素都帶有放射性。

## 應用

鉀主要用作還原劑及用於合成中。鉀的化合物在工業上用途很廣。鉀鹽可以用於製造化肥及肥皂。鉀對動植物的生長和發育起很大作用，是植物生長的三大營養元素之一。

鉀金屬在工業上可作為較強的還原劑。鈉鉀合金在一些特殊冷卻設備中作為熱傳導的媒介。

## 對人體的影響

### 營養代謝

鉀是人體必需的礦物質營養素，是體細胞內主要的陽離子，體重70公斤的成年男性體內，鉀含量約3500mEq。飲食中的鉀離子在小腸中很容易被吸收。人體鉀離子主要流失途徑有80-90%是由腎臟經尿液排除，其餘10-20%是由糞便排出。腎臟對於鉀離子具有調控作用，藉以維持鉀離子濃度在正常範圍內。基於彌補身體的流失量以維持正常儲存及血漿濃度的平衡，成人每日的最小需要量為200 mg。含鉀豐富的食物 包括乳製品、水果、蔬菜、瘦肉、內臟、香蕉、葡萄乾、金槍魚、菠菜、鱷梨、酸奶、鮭魚、石榴、扁豆、蘑菇、牛奶等。飲食建議攝取量如下：

鉀充足攝取量 (公克/天)

0.4 0.7 3.0 3.8 4.5 4.7 4.7 5.1

鉀可以調節細胞內適宜的滲透壓和體液的酸鹼平衡，參與細胞內糖和蛋白質的代謝。有助於維持神經健康、心跳規律正常，可以預防中風，並協助肌肉正常收縮。在攝入高鈉而導致高血壓時，鉀具有降血壓作用。細胞對鉀的調節與鈉鉀泵（Na+/K+ pump）和鉀離子通道有關。

#### 低血鉀（Hypokalemia）

人體鉀缺乏可引起心跳不規律和加速、心電圖異常、肌肉衰弱和煩躁，最後導致心跳停止。一般而言，身體健康的人，會自動將多餘的鉀排出體外。但腎病患者則要特別留意，避免攝取過量的鉀。

導致低血鉀的原因包括：長期嘔吐、腹瀉、糖尿病酸中毒、神經性厭食症、長期營養不良、慢性酒精中毒、腎上腺腫瘤、燙傷、臨床上常見的電解質異常、吸收不良或血鉀過度流失、或使用某些藥物而使血中之鉀濃度不夠。輕度低血鉀（血清鉀濃度3.0-3.5meq/L）經常是沒有症狀；中度低血鉀（血清鉀濃度2.5-3.0meq/L）有非特異性的症狀像是虛弱、疲倦、便秘等；嚴重低血鉀（血清鉀濃度<2.5meq/L）可能發生肌肉壞死，甚至呼吸肌麻痺衰竭。補充鉀離子是治療低血鉀的最根本辦法。

#### 高血鉀（Hyperkalemia）

血中鉀離子濃度高於5.5 mEq/L時稱為高血鉀，可能因攝取過多、排泄減少、或因鉀離子由細胞內轉移至細胞外液等原因造成。一般以腎臟衰竭病患容易發生高血鉀。當人體發生高血鉀時，會有血壓降低、心律不整、心電圖改變、嚴重時會有心室纖維顫動、心跳停止。神經肌肉的症狀在早期為肌肉震顫、痙攣、感覺異常等情形，晚期則會有肌肉無力、弛緩性麻痺、呼吸停止。此外也會出現噁心、嘔吐、腸蠕動增加、腹瀉、腹絞痛等消化系統的症狀及少尿、無尿等泌尿系統的症狀。

#### 相關遺傳性疾病

- 家族性低血鉀週期性無力症（familial hypokalemic periodic paralysis），為自體顯性遺傳疾病，相當罕見。突變的基因CACNL1A3是一種鈣離子通道。疾病的特徵是突然發生的肌肉麻痺與血清鉀濃度<2.5meq/L。血鉀減少的原因可能是大量攝取碳水化合物或鈉離子而誘發，會在24小時內自然消退，但有時會引起致命性心率不整。
- 李德爾氏綜合徵（Liddle's syndrome）為隱性遺傳疾病。此遺傳異常會因為礦物皮質醛酮增高，影響到腎臟離子輸送活性，刺激集尿管細胞對鈉離子的再吸收，造成代謝性鹼中毒和低血鉀。
- 巴特氏症候群（Bartter's syndrome）為亨利氏環（loop of Henle）和近曲小管的鈉運輸蛋白（chloride-associated sodium transporters）失去活性或功能。
- 吉特曼氏綜合症（Gitelman's syndrome）是腎臟遠曲小管（distal convoluted tubule）鈉運輸蛋白失去活性或功能。