What is 钾?
钾 (symbol K) is element 19 on the periodic table, a 碱金属 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.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示钾在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 227 pm — that is 0.227 nm, so about 2203 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
钾 is liquid over a 695 K window, from 337 K to 1032 K.
故事
会与水剧烈反应的软金属。人体必需营养素。
1807年,一位29岁的英国化学家Humphry Davy沉迷于一种名为电解的革命性新技术。在伦敦皇家研究所工作期间,Davy已经因戏剧性的公开化学演示而声名鹊起,但他即将作出科学史上最危险的发现之一。
Alessandro Volta发明的电池于1800年问世,为化学打开了全新的可能性。Davy意识到,这种强大的新工具或许能够分解那些以往所有分析尝试都无法分解的物质。
目标是:草木灰(碳酸钾),一种从木灰中获得的神秘碱性物质,几个世纪以来一直困扰着化学家。它是化合物还是元素?先前使用加热和化学反应的尝试都彻底失败了。
实验设置:Davy在铂匙中熔化草木灰,并插入连接强力伏打电池的铂丝。当电流通过熔融碱时,负极处发生了非同寻常的事情。
发现时刻:Davy写道:“我永远不会忘记那种狂喜的快乐,”当“新金属的小球从碱的表面下升起”时。微小的金属球出现了,但一接触空气便立即燃烧,发出耀眼的紫色光!
危险:这些金属球的反应性极强,接触空气中的水分便会爆炸。Davy分离出了第一种碱金属——钾——但在多次操作过程中,他几乎因此丧命。
非凡性质:Davy发现,这种新金属比水轻(会漂浮!)、比蜡软(可以用刀切割),并且反应性极强,必须储存在油中以防爆炸。
名称:Davy根据英语单词“potash”将其命名为“potassium”。有趣的是,大多数其他语言使用“kalium”(源自阿拉伯语“qali”,意为碱),这就是其符号为“K”的原因。
直接影响:仅仅几天后,Davy使用同样的技术分离出了钠,证明化学家认为的简单物质实际上是由这些反应性极强的金属形成的化合物。
安全挑战:数月间,Davy和他的助手在学习操作钾的过程中遭受灼伤和爆炸。他们发现,钾必须在液体石蜡下切割,并且绝不能接触水(会剧烈爆炸)。
遗产:Davy的发现通过证明电力能够分解先前被认为是元素的物质,彻底改变了化学。这为分离许多其他元素铺平了道路,并确立了电化学作为一门基础科学的地位。
Napoleon的奖项:尽管英国和法国当时处于战争状态,Napoleon仍于1808年授予Davy金质奖章,以表彰他发现钾和钠,并宣称科学成就超越国界。
现代意义:Davy的危险实验为现代电化学奠定了基础,包括可充电电池、电镀和铝生产——这些如今都是价值数十亿美元的产业。
应用
钾对植物生长至关重要,是现代农业的基础之一。作为三种主要大量营养元素之一(N-P-K),钾调节植物的水分平衡、酶活化和光合作用。
肥料制造过程:氯化钾(KCl)通过溶液采矿从地下矿床中提取。热水溶解盐矿,形成盐水;盐水被泵送到地表,并在大型结晶池中蒸发。所得粉红色晶体的KCl纯度为95-99%。
使用形式:硫酸钾(K₂SO₄)用于烟草和马铃薯等对氯化物敏感的作物;硝酸钾(KNO₃)用于同时需要钾和氮的高价值作物;磷酸钾用于精准农业。
肥皂和洗涤剂生产:氢氧化钾(KOH),也称苛性钾,通过氯化钾盐水电解制得。该过程在阴极生成KOH,在阳极生成氯气。与钠基替代品相比,KOH制成的肥皂更柔软、溶解性更好。
玻璃产业:碳酸钾(K₂CO₃)在玻璃制造中充当助熔剂,降低二氧化硅的熔点,形成更坚硬、更明亮的玻璃。因此,高质量水晶玻璃器皿通常含钾而非钠。
黑火药制造:硝酸钾(硝石)在黑火药中充当氧化剂,为燃烧提供氧气。现代无烟火药仍使用钾化合物来控制燃烧速率并减少枪口焰。
烟花化学:不同的钾化合物会产生特定颜色——氯酸钾产生明亮的白色,过氯酸钾产生强烈的红色,氟铝酸钾产生紫色。钾离子本身燃烧时会发出特征性的紫色火焰。
传热系统:液态钾钠合金(NaK)因具有优良的传热性质以及高温下较低的蒸气压,被用作核反应堆和航天应用中的冷却剂。
摄影:溴化钾和铁氰化钾是传统黑白照片处理的重要物质,可控制反差并实现精确显影。
来源
20900 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 94% of elements
钾是地壳中含量第7丰富的元素(按质量计为2.09%)。尽管钠在海洋中的存在更显眼,钾却比钠更常见。这种丰度反映了钾在构成地球的基本造岩矿物中的作用。
主要矿物来源:
加拿大萨斯喀彻温省:拥有世界上最大的钾盐储量,形成于4亿年前,当时威利斯顿盆地是一片浅海。埃斯特哈齐矿延伸至地下1千米。
以色列/约旦死海:卤水含有1.4%的钾,通过太阳能蒸发池提取;不同的矿物浓度形成彩虹般的色彩。
俄罗斯乌拉尔山脉:古老的蒸发岩层贡献了世界产量的20%,部分矿山自苏联时代起就一直运营。
新墨西哥州卡尔斯巴德:二叠纪盆地含有大量钾盐层,这些矿层形成于2.5亿年前古海洋蒸发之时。
海水浓度:现代海洋中含有约380ppm的钾,其含量由河流输入与海洋生物及黏土矿物吸收之间的平衡维持。
大盐湖:含有浓缩的钾卤水,可与钠和镁一起进行商业提取。
核合成:当硅-28俘获α粒子时,大质量恒星中的氧燃烧会形成钾-39。该过程需要超过1.5 billion K的温度。
超新星产生:放射性同位素钾-40在超新星的爆炸性核合成过程中形成,并通过放射性衰变为地球内部提供热量。
陨石:球粒陨石在长石矿物中含有钾,为研究早期太阳系成分和岩质行星形成提供线索。
土壤形成:长石和云母风化释放钾离子,使其能够被植物利用。黏土矿物可以捕获钾,并随时间缓慢释放。
植物吸收:根系主动逆浓度梯度运输钾,使其浓度达到土壤溶液中的1000倍。这个过程需要大量代谢能。
处理
风险等级:高——钾金属极其危险,需要专门的操作程序。
钾金属:必须浸没在矿物油或煤油中,并储存在密封的惰性气氛容器内。绝不可存放在水源或氧化剂附近。
钾化合物:存放在干燥、阴凉处,远离酸和氧化剂。保持容器密封,防止吸收水分。
分隔要求:钾化合物应远离铵盐,因为铵盐受热时可能形成爆炸性混合物。
OSHA PEL(允许暴露限值):钾金属没有具体限值(其反应性过强,不适合常规暴露)
膳食钾:成年人每天需要3,500-4,700mg。大多数人摄入的钾不足(平均约2,600mg)
毒性阈值:血液中钾含量超过5.5mEq/L时会发生高钾血症,并可能导致心律异常
皮肤接触金属:立即用大量水冲洗15+分钟。脱去受污染的衣物。发生灼伤时立即就医。
眼睛接触:撑开眼睑,用水冲洗眼睛15+分钟。如可能,取下隐形眼镜。立即就医。
吸入粉尘/烟雾:立即将受害者转移到新鲜空气处。如出现呼吸困难,提供氧气并就医。
误食:切勿催吐。用水漱口。让其少量饮水。立即就医。
钾火灾:绝不可用水!使用D类灭火器(干砂、氯化钠或专用金属灭火剂)
泄漏处理:疏散现场。进行通风。用干砂或油覆盖泄漏的钾。不得使其接触任何水分。
爆炸风险:钾接触水时会形成爆炸性氢气。立即消除所有点火源。
快速回答
钾 (symbol K) is element 19 on the periodic table, a 碱金属 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.钾 melts at 336.5 K (63.4 °C) and boils at 1032 K (758.9 °C).
The standard atomic weight of 钾 is 39.098 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
钾 has a density of 0.89 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 钾 floats.
钾 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.
钾 was discovered in 1807 by Humphry Davy. It is named after english potash; symbol from Latin kalium.
钾 makes up about 2.09% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.