Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Schalen – eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo kalium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Mit ~ gekennzeichnete Werte sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 227 pm — that is 0.227 nm, so about 2203 million of them side by side would span a millimetre.
Temperaturbereich
Kalium is liquid over a 695 K window, from 337 K to 1032 K.
Die Geschichte
Weiches Metall, das heftig mit Wasser reagiert. Lebenswichtiger Nährstoff.
Im Jahr 1807 war der 29-jährige britische Chemiker Humphry Davy von einer revolutionären neuen Technik namens Elektrolyse besessen. Davy arbeitete an der Royal Institution in London und war bereits durch seine spektakulären öffentlichen Chemiedemonstrationen bekannt. Nun stand er kurz davor, eine der gefährlichsten Entdeckungen der Wissenschaftsgeschichte zu machen.
Alessandro Voltas Erfindung der elektrischen Batterie im Jahr 1800 hatte völlig neue Möglichkeiten für die Chemie eröffnet. Davy erkannte, dass dieses leistungsfähige neue Werkzeug Stoffe zerlegen könnte, die sich allen früheren Analyseversuchen widersetzt hatten.
Das Ziel: Pottasche (Kaliumcarbonat), ein rätselhaftes Alkali aus Holzasche, das Chemiker seit Jahrhunderten vor ein Rätsel stellte. War es eine Verbindung oder ein Element? Frühere Versuche mit Hitze und chemischen Reaktionen waren vollständig gescheitert.
Der Aufbau: Davy schmolz Pottasche in einem Platinschälchen und führte Platindrähte ein, die mit einer leistungsfähigen Voltaschen Batterie verbunden waren. Als elektrischer Strom durch das geschmolzene Alkali floss, geschah an der negativen Elektrode etwas Außergewöhnliches.
Der Moment der Entdeckung: „Ich werde die ekstatische Freude, die ich empfand, niemals vergessen“, schrieb Davy, „als die Kügelchen des neuen Metalls unter der Oberfläche des Alkalis aufstiegen.“ Winzige Metallkugeln erschienen, gingen jedoch bei Kontakt mit Luft sofort mit strahlend violettem Licht in Flammen auf.
Die Gefahr: Diese Metallkügelchen waren so reaktiv, dass sie explodierten, wenn sie die Feuchtigkeit in der Luft berührten. Davy hatte das erste Alkalimetall isoliert – Kalium –, doch der Umgang damit hätte ihn bei mehreren Gelegenheiten beinahe das Leben gekostet.
Unglaubliche Eigenschaften: Davy entdeckte, dass dieses neue Metall leichter als Wasser war (es schwamm!), weicher als Wachs (er konnte es mit einem Messer schneiden) und so reaktiv, dass es zur Vermeidung einer Explosion unter Öl gelagert werden musste.
Der Name: Davy nannte es „potassium“, abgeleitet vom englischen Wort „potash“. Interessanterweise verwenden die meisten anderen Sprachen „Kalium“ (vom arabischen „qali“, was Alkali bedeutet), weshalb das Symbol „K“ lautet.
Sofortige Auswirkungen: Nur wenige Tage später verwendete Davy dieselbe Technik, um Natrium zu isolieren. Damit bewies er, dass Stoffe, die Chemiker für einfache Substanzen gehalten hatten, tatsächlich Verbindungen dieser äußerst reaktiven Metalle waren.
Schwierigkeiten mit der Sicherheit: Monate lang erlitten Davy und seine Assistenten Verbrennungen und Explosionen, während sie den Umgang mit Kalium erlernten. Sie entdeckten, dass es unter flüssigem Paraffin geschnitten werden musste und niemals Wasser berühren durfte (es explodiert heftig).
Vermächtnis: Davys Entdeckung revolutionierte die Chemie, indem sie bewies, dass elektrische Kräfte Stoffe zerlegen können, die zuvor für elementar gehalten wurden. Dies ebnete den Weg zur Isolierung vieler weiterer Elemente und begründete die Elektrochemie als grundlegende Wissenschaft.
Napoleons Preis: Obwohl sich Großbritannien und Frankreich im Krieg befanden, verlieh Napoleon Davy 1808 für seine Entdeckung von Kalium und Natrium eine Goldmedaille und erklärte, wissenschaftliche Leistungen gingen über nationale Grenzen hinaus.
Moderne Bedeutung: Davys gefährliche Experimente legten den Grundstein für die moderne Elektrochemie, darunter wiederaufladbare Batterien, Galvanotechnik und die Aluminiumproduktion – heute allesamt Industrien mit einem Umsatz von mehreren Milliarden Dollar.
Anwendungen
Kalium ist für das Pflanzenwachstum unerlässlich und bildet das Rückgrat der modernen Landwirtschaft. Als einer der drei primären Makronährstoffe (N-P-K) reguliert Kalium den Wasserhaushalt, die Enzymaktivierung und die Photosynthese in Pflanzen.
Herstellung von Düngemitteln: Kaliumchlorid (KCl) wird durch Lösungsbergbau aus unterirdischen Lagerstätten gewonnen. Erhitztes Wasser löst die Salzablagerungen auf; dabei entsteht eine Sole, die an die Oberfläche gepumpt und in großen Kristallisationsbecken verdampft wird. Die entstehenden rosafarbenen Kristalle bestehen zu 95-99 % aus reinem KCl.
Verwendete Formen: Kaliumsulfat (K₂SO₄) für chloridempfindliche Nutzpflanzen wie Tabak und Kartoffeln, Kaliumnitrat (KNO₃) für hochwertige Nutzpflanzen, die sowohl Kalium als auch Stickstoff benötigen, sowie Kaliumphosphat für die Präzisionslandwirtschaft.
Herstellung von Seifen und Reinigungsmitteln: Kaliumhydroxid (KOH), auch Ätzkali genannt, wird durch die Elektrolyse von Kaliumchloridsole hergestellt. Dabei entsteht KOH an der Kathode und Chlorgas an der Anode. KOH erzeugt im Vergleich zu natriumbasierten Alternativen weichere und besser lösliche Seifen.
Glasindustrie: Kaliumcarbonat (K₂CO₃) wirkt bei der Glasherstellung als Flussmittel, senkt den Schmelzpunkt von Siliciumdioxid und erzeugt härteres, brillanteres Glas. Deshalb enthält hochwertiges Kristallglas häufig Kalium anstelle von Natrium.
Herstellung von Schießpulver: Kaliumnitrat (Salpeter) dient im Schwarzpulver als Oxidationsmittel und liefert Sauerstoff für die Verbrennung. Moderne raucharme Pulver verwenden weiterhin Kaliumverbindungen, um die Abbrandgeschwindigkeit zu steuern und den Mündungsblitz zu verringern.
Chemie von Feuerwerkskörpern: Verschiedene Kaliumverbindungen erzeugen bestimmte Farben – Kaliumchlorat für leuchtendes Weiß, Kaliumperchlorat für intensive Rottöne und Kaliumaluminiumfluorid für violette Farbtöne. Das Kaliumion selbst verbrennt mit einer charakteristischen violetten Flamme.
Wärmeübertragungssysteme: Flüssige Kalium-Natrium-Legierungen (NaK) werden aufgrund ihrer hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften und ihres niedrigen Dampfdrucks bei hohen Temperaturen als Kühlmittel in Kernreaktoren und in der Raumfahrt eingesetzt.
Fotografie: Kaliumbromid und Kaliumferricyanid sind bei der traditionellen Schwarz-Weiß-Fotobearbeitung unverzichtbar. Sie steuern den Kontrast und ermöglichen eine präzise Bildentwicklung.
Woher es stammt
20900 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 94% of elements
Kalium ist das 7. häufigste Element in der Erdkruste (2.09 Gewichtsprozent) und damit trotz der größeren Sichtbarkeit von Natrium in den Ozeanen häufiger als dieses. Diese Häufigkeit spiegelt die Rolle des Kaliums in den grundlegenden gesteinsbildenden Mineralen wider, aus denen unser Planet entstand.
Wichtige Mineralquellen:
Saskatchewan, Kanada: Beherbergt die weltweit größten Kalilagerstätten, die vor 400 Millionen Jahren entstanden, als das Williston-Becken ein flaches Meer war. Das Bergwerk Esterhazy reicht 1 Kilometer tief unter die Erde.
Totes Meer, Israel/Jordanien: Die Sole enthält 1.4% Kalium, das durch solare Verdunstungsbecken gewonnen wird. Dabei entsteht durch unterschiedliche Mineralkonzentrationen ein Farbspektrum.
Uralgebirge, Russland: Alte Evaporitlager liefern 20% der Weltproduktion; einige Bergwerke sind seit der Sowjetzeit in Betrieb.
Carlsbad, New Mexico: Das Permbecken enthält ausgedehnte Kalilager, die entstanden, als urzeitliche Meere vor 250 Millionen Jahren verdunsteten.
Konzentration im Meerwasser: Die heutigen Ozeane enthalten etwa 380 Teile pro Million Kalium. Dieser Wert wird durch das Gleichgewicht zwischen dem Eintrag aus Flüssen und der Aufnahme durch Meeresorganismen und Tonminerale aufrechterhalten.
Great Salt Lake: Enthält konzentrierte Kaliumsolen, die neben Natrium und Magnesium kommerziell gewonnen werden.
Nukleosynthese: Kalium-39 entsteht durch Sauerstoffbrennen in massereichen Sternen, wenn Silicium-28 Alphateilchen einfängt. Der Prozess erfordert Temperaturen von über 1.5 Milliarden Kelvin.
Supernova-Produktion: Kalium-40, das radioaktive Isotop, entsteht während der explosiven Nukleosynthese in Supernovae und trägt durch radioaktiven Zerfall zur inneren Wärme der Erde bei.
Meteoriten: Chondritische Meteoriten enthalten Kalium in Feldspatmineralen und liefern Hinweise auf die Zusammensetzung des frühen Sonnensystems und die Entstehung von Gesteinsplaneten.
Bodenbildung: Die Verwitterung von Feldspat und Glimmer setzt Kaliumionen frei, die Pflanzen zur Verfügung stehen. Tonminerale können dieses Kalium mit der Zeit binden und langsam wieder freisetzen.
Aufnahme durch Pflanzen: Wurzelsysteme transportieren Kalium aktiv entgegen Konzentrationsgradienten und reichern es im Vergleich zu Bodenlösungen um das 1000-Fache an. Dieser Prozess erfordert erhebliche Stoffwechselenergie.
Handhabung
Risikostufe: HOCH – Kaliummetall ist äußerst gefährlich und erfordert spezielle Handhabungsverfahren.
Kaliummetall: Muss unter Mineralöl oder Kerosin in verschlossenen Behältern mit inerter Atmosphäre gelagert werden. Niemals in der Nähe von Wasserquellen oder Oxidationsmitteln lagern.
Kaliumverbindungen: An trockenen, kühlen Orten fern von Säuren und Oxidationsmitteln lagern. Behälter dicht verschlossen halten, um die Aufnahme von Feuchtigkeit zu verhindern.
Anforderungen an die Trennung: Kaliumverbindungen von Ammoniumsalzen fernhalten, da diese beim Erhitzen explosive Gemische bilden können.
OSHA PEL (zulässiger Expositionsgrenzwert): Kein spezifischer Grenzwert für Kaliummetall (zu reaktiv für routinemäßige Exposition)
Kalium in der Ernährung: Erwachsene benötigen täglich 3,500-4,700mg. Die meisten Menschen nehmen zu wenig Kalium auf (durchschnittlich etwa 2,600mg)
Toxizitätsschwelle: Eine Hyperkaliämie (zu viel Kalium) tritt bei einem Blutwert von über 5.5 mEq/L auf und kann Herzrhythmusstörungen verursachen
Hautkontakt mit dem Metall: Sofort 15+ Minuten lang mit großen Mengen Wasser spülen. Kontaminierte Kleidung ausziehen. Bei Verbrennungen sofort ärztliche Hilfe suchen.
Augenkontakt: Augen 15+ Minuten lang mit Wasser spülen und dabei die Augenlider offen halten. Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Sofort ärztliche Hilfe holen.
Einatmen von Staub/Dämpfen: Betroffene Person sofort an die frische Luft bringen. Bei Atembeschwerden Sauerstoff verabreichen und ärztliche Hilfe suchen.
Verschlucken: KEIN Erbrechen herbeiführen. Mund mit Wasser ausspülen. Kleine Mengen Wasser zu trinken geben. Sofort ärztliche Hilfe suchen.
Kaliumbrände: NIEMALS Wasser verwenden. Einen Feuerlöscher der Klasse D verwenden (trockener Sand, Natriumchlorid oder spezielle Metallbrandlöschmittel)
Maßnahmen bei Verschütten: Bereich evakuieren. Raum belüften. Verschüttetes Kalium mit trockenem Sand oder Öl bedecken. Jeglichen Kontakt mit Feuchtigkeit verhindern.
Explosionsgefahr: Wenn Kalium mit Wasser in Kontakt kommt, bildet sich explosives Wasserstoffgas. Alle Zündquellen sofort beseitigen.
Schnelle Antworten
Kalium (symbol K) is element 19 on the periodic table, a alkalimetall in period 4, group 1. A metal so reactive it must be kept away from air, and so essential that no cell in your body works without it. At room temperature it is a solid.
[Ar] 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 8, 1 electrons respectively.Kalium melts at 336.5 K (63.4 °C) and boils at 1032 K (758.9 °C).
The standard atomic weight of Kalium is 39.098 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Kalium has a density of 0.89 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of kalium floats.
Kalium has a Pauling electronegativity of 0.82. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
Kalium was discovered in 1807 by Humphry Davy. It is named after english potash; symbol from Latin kalium.
Kalium makes up about 2.09% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.