Калий — химический элемент ; у него есть символ K (от неолатинского kalium ) и атомный номер 19. Это серебристо-белый металл, достаточно мягкий, чтобы его можно было легко разрезать ножом. [8] Металлический калий быстро реагирует с кислородом воздуха , образуя чешуйчатую белую перекись калия всего за несколько секунд воздействия. Впервые он был выделен из поташа , золы растений, от которого и произошло его название. В периодической таблице калий — один из щелочных металлов , каждый из которых имеет единственный валентный электрон во внешней электронной оболочке, который легко удаляется с образованием иона с положительным зарядом (который соединяется с анионами с образованием солей ). В природе калий встречается только в виде ионных солей. Элементарный калий бурно реагирует с водой, выделяя достаточно тепла для воспламенения выделяющегося в реакции водорода и горения пламенем сиреневого цвета . Он растворен в морской воде (0,04% калия по весу) [9] [10] и встречается во многих минералах , таких как ортоклаз , распространенный компонент гранитов и других магматических пород . [11]
Калий химически очень похож на натрий , предыдущий элемент в группе 1 таблицы Менделеева. У них одинаковая первая энергия ионизации , которая позволяет каждому атому отдать свой единственный внешний электрон. Впервые было высказано предположение в 1702 году, что это отдельные элементы, которые в сочетании с одними и теми же анионами образуют сходные соли, [12] что было продемонстрировано в 1807 году, когда элементарный калий был впервые выделен электролизом . Встречающийся в природе калий состоит из трех изотопов , из которых40К радиоактивный. _ Следы от40
К содержится во всем калии, и это наиболее распространенный радиоизотоп в организме человека.
Ионы калия жизненно важны для функционирования всех живых клеток. Перенос ионов калия через мембраны нервных клеток необходим для нормальной нервной передачи; Дефицит и избыток калия могут привести к многочисленным признакам и симптомам, включая нарушение сердечного ритма и различные электрокардиографические отклонения. Свежие фрукты и овощи являются хорошими диетическими источниками калия. Организм реагирует на приток поступающего с пищей калия, который повышает уровень калия в сыворотке крови , перемещая калий снаружи внутрь клеток и увеличивая выведение калия почками.
В большинстве промышленных применений калия используется высокая растворимость его соединений в воде, например, в мыле с морской водой . Тяжелое растениеводство быстро истощает почву, и это можно исправить с помощью сельскохозяйственных удобрений, содержащих калий, на долю которых приходится 95% мирового химического производства калия. [13]
Английское название элемента калий происходит от слова potash [14] , которое относится к раннему методу извлечения различных солей калия: помещение в горшок золы сгоревшей древесины или листьев деревьев , добавление воды, нагревание и выпаривание раствора. . Когда Хамфри Дэви впервые выделил чистый элемент с помощью электролиза в 1807 году, он назвал его калием , что произошло от слова поташ .
Символ К происходит от слова «кали» , которое в свою очередь происходит от корня слова « алкали» , которое, в свою очередь, происходит от арабского языка : القَلْيَه al-qalyah «зола растения». В 1797 году немецкий химик Мартин Клапрот обнаружил «поташ» в минералах лейците и лепидолите и понял, что «поташ» не является продуктом роста растений, а на самом деле содержит новый элемент, который он предложил назвать калием . [15] В 1807 году Хамфри Дэви произвел этот элемент посредством электролиза: в 1809 году Людвиг Вильгельм Гилберт предложил название Калий для «калия» Дэви. [16] В 1814 году шведский химик Берцелиус предложил называть калий калием с химическим символом K. [17]
Английские и франкоязычные страны приняли название Калий , которое предпочитали Дэви и французские химики Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар , тогда как другие германские страны приняли название Калий Гилберта и Клапрота . [ 18] «Золотая книга» Международного союза теоретической и прикладной химии обозначила официальный химический символ как K. [19]
Калий — второй по плотности металл после лития . Это мягкое твердое вещество с низкой температурой плавления , его легко разрезать ножом. Калий имеет серебристый вид, но на воздухе он сразу же начинает тускнеть до серого цвета. [20] В ходе испытания пламенем калий и его соединения излучают сиреневый цвет с максимальной длиной волны излучения 766,5 нанометров. [21]
Нейтральные атомы калия имеют 19 электронов, что на один больше, чем в конфигурации благородного газа аргона . Из-за своей низкой энергии первой ионизации , равной 418,8 кДж/моль, атом калия с гораздо большей вероятностью потеряет последний электрон и приобретет положительный заряд, хотя отрицательно заряженные щелочные ионы K - не исключены. [22] Напротив, вторая энергия ионизации очень высока (3052 кДж/моль).
Калий реагирует с кислородом, водой и компонентами углекислого газа в воздухе. С кислородом образует перекись калия . С водой калий образует гидроксид калия (КОН). Реакция калия с водой может быть сильно экзотермической , особенно потому, что образующийся при этом газообразный водород может воспламениться. По этой причине калий и жидкий натрий-калийный сплав ( NaK ) являются мощными осушителями , хотя они больше не используются как таковые. [23]
Хорошо изучены четыре оксида калия: оксид калия ( К 2 О ), пероксид калия ( К 2 О 2 ), супероксид калия ( КО 2 ) [24] и озонид калия ( КО 3 ). Бинарные соединения калия и кислорода реагируют с водой с образованием КОН.
КОН – сильное основание . Иллюстрируя его гидрофильный характер, в одном литре воды можно растворить до 1,21 кг КОН. [25] [26] Безводный КОН встречается редко. КОН легко реагирует с диоксидом углерода ( CO 2 ) с образованием карбоната калия ( K 2 CO 3 ), и в принципе его можно использовать для удаления следов газа из воздуха. Подобно близкородственному гидроксиду натрия , КОН реагирует с жирами с образованием мыла .
В общем, соединения калия являются ионными и благодаря высокой энергии гидратации иона К + обладают превосходной растворимостью в воде. Основными частицами в водных растворах являются аквакомплексы [K(H 2 O) n ] + где n = 6 и 7. [27]
Гептафторотанталат калия ( K 2 [TaF 7 ] ) является промежуточным продуктом при очистке тантала от стойкого в других отношениях примеси ниобия . [28]
Калийорганические соединения иллюстрируют неионогенные соединения калия. Они имеют высокополярные ковалентные связи K–C. Примеры включают бензилкалий KCH 2 C 6 H 5 . Калий интеркалируется в графит с образованием различных интеркаляционных соединений графита , включая KC 8 .
Известно 25 изотопов калия, три из которых встречаются в природе:39
К (93,3%),40
К (0,0117%) и41
К (6,7%) (по мольной доле). Встречающиеся в природе40К имеетпериод полураспада1,250 × 10 9 лет. Он распадается до стабильного40Ar путем захвата электронов или эмиссии позитронов (11,2%) или до стабильного40Са путем бета-распада (88,8%). [29] Распад40
К к40
Ar является основой общепринятого метода датировки горных пород. Традиционный метод датирования K-Ar основан на предположении, что породы не содержали аргона во время образования и что весь последующий радиогенный аргон (40
Ar ) количественно сохранялся. Минералы датируются путем измерения концентрации калия и количества радиогенных веществ.40
Ар , что накопилось. К минералам, наиболее подходящим для датирования, относятся биотит , мусковит , метаморфическая роговая обманка и вулканический полевой шпат ; целые образцы горных пород из вулканических потоков и неглубоких интрузивов также могут быть датированы, если они не изменились. [29] [30] Помимо датирования, изотопы калия использовались в качестве индикаторов в исследованиях выветривания и круговорота питательных веществ, поскольку калий является макроэлементом , необходимым для жизни [31] на Земле.
40
К содержится в природном калии (и, следовательно, в некоторых коммерческих заменителях соли) в достаточном количестве, чтобы большие пакеты с этими заменителями можно было использовать в качестве радиоактивного источника для демонстраций в классе.40
К — радиоизотоп с наибольшим содержанием в организме человека . У здоровых животных и людей40
K представляет собой крупнейший источник радиоактивности, превышающий даже14С. _ В организме человека массой 70 кг около 4400 ядер40
K распад в секунду. [32] Активность природного калия составляет 31 Бк /г. [33]
Поташ представляет собой в первую очередь смесь солей калия, поскольку в растениях содержится мало натрия или он вообще отсутствует, а остальная часть основного минерального состава растения состоит из солей кальция, которые относительно плохо растворяются в воде. Хотя поташ использовался с древних времен, его состав не был понятен. Георг Эрнст Шталь получил экспериментальные данные, которые позволили ему предположить фундаментальное различие солей натрия и калия в 1702 году [12] , а Анри Луи Дюамель дю Монсо смог доказать это различие в 1736 году. [34] Точный химический состав калия и калия Соединения натрия и статус калия и натрия как химического элемента тогда не были известны, и поэтому Антуан Лавуазье не включил щелочь в свой список химических элементов в 1789 году . Применением поташа было производство стекла, отбеливателя, мыла и пороха в виде нитрата калия. [37] Калийное мыло из животных жиров и растительных масел особенно ценилось, потому что оно, как правило, более водорастворимо и имеет более мягкую текстуру, и поэтому известно как мягкое мыло. [13] Открытие Юстусом Либихом в 1840 году того, что калий является необходимым элементом для растений и что в большинстве типов почв не хватает калия [38] , вызвало резкий рост спроса на калийные соли. Древесная зола елей первоначально использовалась в качестве источника калийных солей для удобрений, но с открытием в 1868 году месторождений полезных ископаемых, содержащих хлорид калия, недалеко от Штасфурта , Германия, производство калийсодержащих удобрений началось в промышленных масштабах. [39] [40] [41] Были обнаружены и другие месторождения калийных удобрений, и к 1960-м годам Канада стала доминирующим производителем. [42] [43]
Металлический калий был впервые выделен в 1807 году Хамфри Дэви, который получил его путем электролиза расплавленного едкого поташа (KOH) с помощью недавно открытой гальванической батареи . Калий был первым металлом, выделенным электролизом. [44] Позже в том же году Дэви сообщил об экстракции металлического натрия из минерального производного ( каустическая сода , NaOH или щелок), а не из растительной соли, с помощью аналогичного метода, продемонстрировав, что элементы и, следовательно, соли, разные. [35] [36] [45] [46] Хотя производство металлических калия и натрия должно было показать, что оба являются элементами, потребовалось некоторое время, прежде чем эта точка зрения была общепринятой. [36]
Из-за чувствительности калия к воде и воздуху для обработки элемента обычно используются безвоздушные методы . Он не реагирует с азотом и насыщенными углеводородами, такими как минеральное масло или керосин . [47] Он легко растворяется в жидком аммиаке , до 480 г на 1000 г аммиака при 0 °C. В зависимости от концентрации растворы аммиака имеют цвет от синего до желтого, а их электропроводность аналогична электропроводности жидких металлов. Калий медленно реагирует с аммиаком с образованием KNH .
2, но эта реакция ускоряется небольшими количествами солей переходных металлов. [48] Поскольку калий может восстанавливать соли до металлов, его часто используют в качестве восстановителя при получении мелкодисперсных металлов из их солей по методу Рике . [49] Показательным является получение магния:
Калий образуется в сверхновых путем нуклеосинтеза из более легких атомов. Калий в основном образуется в сверхновых типа II в результате взрывного процесса сжигания кислорода . [50] Это реакции ядерного синтеза , которые не следует путать с химическим сжиганием калия в кислороде.40
K также образуется в s-процессе нуклеосинтеза и процессе горения неона . [51]
Калий является 20-м по распространенности элементом в Солнечной системе и 17-м по весу элементом на Земле. Он составляет около 2,6% веса земной коры и является седьмым по распространенности элементом в земной коре. [52] Концентрация калия в морской воде составляет 0,39 г/л [9] (0,039 мас./об.%), что составляет примерно одну двадцать седьмую концентрации натрия. [53] [54]
Элементарный калий не встречается в природе из-за его высокой реакционной способности. Он бурно реагирует с водой [47] , а также реагирует с кислородом. Ортоклаз (калиевый полевой шпат) — распространенный породообразующий минерал. Например , в граните содержится 5% калия, что значительно выше среднего показателя в земной коре. Сильвит (KCl), карналлит ( KCl·MgCl 2 ·6H 2 O ), каинит ( MgSO 4 ·KCl·3H 2 O ) и лангбейнит ( MgSO 4 ·K 2 SO 4 ) являются минералами, обнаруженными в крупных месторождениях эвапоритов по всему миру. Отложения часто имеют слои, начиная с наименее растворимых внизу и наиболее растворимых сверху. [54] Отложения селитры ( нитрата калия ) образуются в результате разложения органического материала при контакте с атмосферой, главным образом в пещерах; из-за хорошей растворимости селитры в воде образование более крупных отложений требует особых условий окружающей среды. [55]
Калийные соли, такие как карналлит , лангбейнит , полигалит и сильвит , образуют обширные залежи эвапорита на дне древних озер и морского дна , [53] что делает добычу калийных солей в этих средах коммерчески жизнеспособной. Основной источник калия – поташ – добывается в Канаде , России , Белоруссии , Казахстане , Германии , Израиле , США, Иордании и других местах по всему миру. [56] [57] [58] Первые добытые месторождения были расположены недалеко от Штасфурта, Германия, но месторождения простираются от Великобритании через Германию в Польшу. Они расположены в Цехштайне и отложились в средней и поздней перми . Самые крупные месторождения, когда-либо обнаруженные, находятся на глубине 1000 метров (3300 футов) под поверхностью канадской провинции Саскачеван . Месторождения расположены в группе Элк-Пойнт , добываемой в среднем девоне . В Саскачеване, где с 1960-х годов работает несколько крупных шахт, впервые был применен метод замораживания влажных песков (формация Блэрмор) для проходки через них шахтных стволов. Основной компанией по добыче калия в Саскачеване до ее слияния была Potash Corporation of Saskatchewan , ныне Nutrien . [59] Вода Мертвого моря используется Израилем и Иорданией в качестве источника поташа, в то время как концентрация в обычных океанах слишком низка для коммерческого производства по текущим ценам. [57] [58]
Для отделения солей калия от соединений натрия и магния применяют несколько методов. Наиболее часто используемый метод — фракционное осаждение с использованием разницы растворимости солей. На некоторых шахтах также применяется электростатическое разделение измельченной солевой смеси. Образующиеся отходы натрия и магния либо складируются под землей, либо складываются в отвалы шлака . Большая часть добытого минерала калия после переработки превращается в хлорид калия. В горнодобывающей промышленности хлорид калия называют поташем, соляной кислотой поташа или просто СС. [54]
Чистый металлический калий можно выделить электролизом его гидроксида в процессе, который мало изменился с тех пор, как его впервые использовал Хамфри Дэви в 1807 году. Хотя процесс электролиза был разработан и использовался в промышленных масштабах в 1920-х годах, термический метод путем взаимодействия натрия с хлоридом калия в реакции химического равновесия стал доминирующим методом в 1950-х годах.
Производство натрий-калиевых сплавов осуществляется путем изменения времени реакции и количества натрия, используемого в реакции. Для получения калия также использовался процесс Грисхаймера, в котором использовалась реакция фторида калия с карбидом кальция . [54] [60]
Металлический калий реагентного качества стоит около 10 долларов США за фунт (22 доллара США за кг ) в 2010 году при покупке тоннами . Металл более низкой чистоты значительно дешевле. Рынок волатилен, поскольку долгосрочное хранение металла затруднено. Его необходимо хранить в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла , чтобы предотвратить образование поверхностного слоя супероксида калия , чувствительного к давлению взрывчатого вещества , которое детонирует при царапине. В результате взрыва часто возникает пожар, который трудно потушить. [61] [62]
В настоящее время количество калия определяют с помощью методов ионизации, но когда-то его количественно определяли с помощью гравиметрического анализа .
Реагенты, используемые для осаждения солей калия, включают тетрафенилборат натрия , гексахлорплатиновую кислоту и кобальтинитрит натрия с образованием соответственно тетрафенилбората калия , гексахлорплатината калия и кобальтинитрита калия . [47] Показательна реакция с кобальтинитритом натрия :
Кобальтинитрит калия получают в виде желтого твердого вещества.
Ионы калия являются важным компонентом питания растений и содержатся в большинстве типов почв . [13] Они используются в качестве удобрений в сельском хозяйстве , садоводстве и гидропонной культуре в форме хлорида (KCl), сульфата ( K 2 SO 4 ) или нитрата ( KNO 3 ), что представляет собой букву «К» в «NPK». . Сельскохозяйственные удобрения потребляют 95% мирового химического производства калия, и около 90% этого калия поставляется в виде KCl. [13] Содержание калия в большинстве растений колеблется от 0,5% до 2% от массы собранного урожая, условно выражаемой в количестве K 2 O . Современное высокоурожайное сельское хозяйство зависит от удобрений, которые заменяют калий, потерянный при сборе урожая. Большинство сельскохозяйственных удобрений содержат хлорид калия, а сульфат калия используется для культур, чувствительных к хлориду, или культур, требующих более высокого содержания серы. Сульфат образуется главным образом при разложении сложных минералов каинита ( MgSO 4 ·KCl·3H 2 O ) и лангбейнита ( MgSO 4 ·K 2 SO 4 ). Лишь очень немногие удобрения содержат нитрат калия. [63] В 2005 году около 93% мирового производства калия потреблялось промышленностью удобрений. [58] Кроме того, калий может играть ключевую роль в круговороте питательных веществ, контролируя состав подстилки. [64]
Цитрат калия используется для лечения мочекаменной болезни, называемой почечным тубулярным ацидозом . [65]
Калий в форме хлорида калия используется в качестве лекарства для лечения и предотвращения низкого уровня калия в крови . [66] Низкий уровень калия в крови может возникнуть из-за рвоты , диареи или приема некоторых лекарств. [67] Его вводят путем медленной инъекции в вену или через рот. [68]
Калий-натрий тартрат ( KNaC 4 H 4 O 6 , сепельная соль ) — основной компонент некоторых разновидностей разрыхлителей ; его также используют при серебрении зеркал. Бромат калия ( KBrO 3 ) — сильный окислитель (Е924), используемый для улучшения прочности теста и высоты подъема. Бисульфит калия ( KHSO 3 ) используется в качестве пищевого консерванта, например, в виноделии и пивоварении (но не в мясе). Его также используют для отбеливания тканей и соломы, а также при дублении кожи . [69] [70]
Основными химическими веществами калия являются гидроксид калия, карбонат калия, сульфат калия и хлорид калия. Мегатонны этих соединений производятся ежегодно. [71]
КОН — сильное основание, которое используется в промышленности для нейтрализации сильных и слабых кислот , для регулирования pH и производства калийных солей . Он также используется для омыления жиров и масел , в промышленных чистящих средствах и в реакциях гидролиза, например, сложных эфиров . [72] [73]
Нитрат калия ( KNO 3 ) или селитра получают из природных источников, таких как гуано и эвапориты , или производятся с помощью процесса Габера ; это окислитель пороха ( черный порох ) и важное сельскохозяйственное удобрение. Цианид калия (KCN) применяется в промышленности для растворения меди и драгоценных металлов, в частности серебра и золота , путем образования комплексов . Его области применения включают добычу золота , гальванику и гальваническую формовку этих металлов ; он также используется в органическом синтезе для получения нитрилов . Карбонат калия ( K 2 CO 3 или поташ) используется при производстве стекла, мыла, цветных телевизоров, люминесцентных ламп, текстильных красителей и пигментов. [74] Перманганат калия ( KMnO 4 ) является окислительным, отбеливающим и очищающим веществом и используется для производства сахарина . Хлорат калия ( KClO 3 ) добавляют в спички и взрывчатые вещества. Бромид калия (KBr) раньше использовался как успокаивающее средство и в фотографии. [13]
В то время как хромат калия ( K 2 CrO 4 ) используется в производстве множества различных коммерческих продуктов, таких как чернила , красители , морилки (путем реакции с дубильной кислотой в древесине), взрывчатые вещества , фейерверки , бумага для мух и спички. , [75] , а также при дублении кожи все эти применения обусловлены химией иона хромата, а не иона калия. [76]
Существуют тысячи применений различных соединений калия. Одним из примеров является супероксид калия , KO 2 , оранжевое твердое вещество, которое действует как переносной источник кислорода и поглотитель углекислого газа. Он широко используется в системах дыхания в шахтах, на подводных лодках и космических кораблях, поскольку занимает меньший объем, чем газообразный кислород. [77] [78]
Другим примером является кобальтинитрит калия , K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] , который используется в качестве художественного пигмента под названием ауреолин или кобальтовый желтый. [79]
Стабильные изотопы калия можно охладить лазером и использовать для исследования фундаментальных и технологических проблем квантовой физики . Два бозонных изотопа обладают удобными резонансами Фешбаха , что позволяет проводить исследования, требующие настраиваемых взаимодействий, в то время как40
К — один из двух стабильных фермионов среди щелочных металлов. [80]
Сплав натрия и калия NaK представляет собой жидкость, используемую в качестве теплоносителя и осушителя для производства сухих и безвоздушных растворителей . Его также можно использовать в реактивной дистилляции . [81] Тройной сплав, состоящий из 12% Na, 47% K и 41% Cs, имеет самую низкую температуру плавления -78 ° C среди всех металлических соединений. [20]
Металлический калий используется в нескольких типах магнитометров . [82]
Калий является восьмым или девятым по массе элементом (0,2%) в организме человека, так что взрослый человек весом 60 кг содержит в общей сложности около 120 г калия. [83] В организме калия примерно столько же, сколько серы и хлора, и больше только кальция и фосфора (за исключением вездесущих элементов CHON ). [84] Ионы калия присутствуют в самых разных белках и ферментах. [85]
Уровни калия влияют на множество физиологических процессов, в том числе [86] [87] [88]
Гомеостаз калия означает поддержание общего содержания калия в организме, уровня калия в плазме и соотношения внутриклеточных и внеклеточных концентраций калия в узких пределах на фоне пульсирующего поступления (приема пищи), обязательной почечной экскреции и сдвигов между внутриклеточными и внеклеточными. отсеки.
Уровень калия в плазме обычно поддерживается на уровне 3,5–5,5 миллимолей (ммоль) [или миллиэквивалентов (мэкв)] на литр с помощью нескольких механизмов. [91] Уровни за пределами этого диапазона связаны с увеличением смертности от множественных причин, [92] и некоторые заболевания сердца, почек, [93] и легких прогрессируют быстрее, если уровень калия в сыворотке не поддерживается в пределах нормального диапазона.
При приеме пищи в среднем 40–50 ммоль в организме содержится больше калия, чем содержится во всей плазме (20–25 ммоль). Этот всплеск приводит к повышению уровня калия в плазме до 10% до его клиренса почечными и экстраренальными механизмами. [94]
Гипокалиемия , дефицит калия в плазме, в тяжелой форме может привести к летальному исходу. Распространенными причинами являются повышенные желудочно-кишечные потери ( рвота , диарея ) и повышенные почечные потери ( диурез ). [95] Симптомы дефицита включают мышечную слабость, паралитическую кишечную непроходимость , нарушения ЭКГ, снижение рефлекторной реакции; а в тяжелых случаях — паралич дыхания, алкалоз и сердечная аритмия . [96]
Содержание калия в плазме жестко контролируется четырьмя основными механизмами, имеющими различные названия и классификации. Это:
В совокупности первые три иногда называют «системой внешнего гомеостаза калия»; [97] и первые два — «система гомеостаза реактивного калия».
Почечная обработка калия тесно связана с обработкой натрия. Калий является основным катионом (положительным ионом) внутри клеток животных (150 ммоль/л, 4,8 г/л), а натрий является основным катионом внеклеточной жидкости (150 ммоль/л, 3,345 г/л). В почках через клубочки и в почечные канальцы за сутки фильтруется около 180 литров плазмы . [100] Эта фильтрация включает около 600 мг натрия и 33 мг калия. Поскольку с помощью диеты можно заменить только 1–10 мг натрия и 1–4 мг калия, почечная фильтрация должна эффективно реабсорбировать оставшуюся часть из плазмы.
Натрий реабсорбируется для поддержания внеклеточного объема, осмотического давления и концентрации натрия в сыворотке в узких пределах. Калий реабсорбируется, поддерживая концентрацию калия в сыворотке крови в узких пределах. [101] Натриевые насосы в почечных канальцах обеспечивают реабсорбцию натрия. Калий необходимо сохранять, но поскольку количество калия в плазме крови очень мало, а запас калия в клетках примерно в 30 раз больше, то с калием ситуация не столь критична. Поскольку калий перемещается пассивно [102] [103] в противотоке к натрию в ответ на кажущееся (но не фактическое) равновесие Доннана , [104] моча никогда не может опуститься ниже концентрации калия в сыворотке, за исключением случаев, когда активно выделяется вода. в конце обработки. Калий дважды выводится из организма и трижды реабсорбируется, прежде чем моча достигнет собирательных трубочек. [105] В этот момент моча обычно имеет примерно такую же концентрацию калия, как и плазма. В конце обработки калий выделяется еще раз, если его уровень в сыворотке слишком высок. [ нужна цитата ]
При отсутствии потребления калия он выводится в дозе около 200 мг в день до тех пор, пока примерно через неделю уровень калия в сыворотке не снизится до умеренно дефицитного уровня 3,0–3,5 ммоль/л. [106] Если калий все еще удерживается, его концентрация продолжает падать до тех пор, пока серьезный дефицит не приведет к смерти. [107]
Калий пассивно перемещается через поры клеточной мембраны. Когда ионы движутся через транспортеры ионов (насосы), в насосах с обеих сторон клеточной мембраны есть ворота, и одновременно может быть открыт только один ворота. В результате в секунду проходит около 100 ионов. Ионные каналы имеют только одни ворота, и через них может проходить только один вид ионов со скоростью от 10 до 100 миллионов ионов в секунду. [108] Кальций необходим для открытия пор, [109] хотя кальций может действовать и наоборот, блокируя по крайней мере одну из пор. [110] Карбонильные группы аминокислот внутри поры имитируют гидратацию воды, которая происходит в водном растворе [111] по природе электростатических зарядов на четырех карбонильных группах внутри поры. [112]
Национальная медицинская академия США (NAM) от имени США и Канады устанавливает эталонные нормы потребления с пищей , включая расчетные средние потребности (EAR) и рекомендуемые диетические нормы (RDA) или адекватные дозы (AI) на случай, если их нет. достаточно информации для установки EAR и RDA.
Как для мальчиков, так и для женщин в возрасте до 9 лет норма содержания калия составляет: 400 мг калия для детей в возрасте от 0 до 6 месяцев, 860 мг калия для детей в возрасте от 7 до 12 месяцев, 2000 мг калия для детей в возрасте от 7 до 12 месяцев. детям от 1 до 3 лет и 2300 мг калия детям от 4 до 8 лет.
Для мужчин в возрасте 9 лет и старше норма содержания калия составляет: 2500 мг калия для мужчин в возрасте от 9 до 13 лет, 3000 мг калия для мужчин в возрасте от 14 до 18 лет и 3400 мг для мужчин, которые 19 лет и старше.
Для женщин в возрасте 9 лет и старше норма содержания калия составляет: 2300 мг калия для женщин в возрасте от 9 до 18 лет и 2600 мг калия для женщин в возрасте 19 лет и старше.
Для беременных и кормящих женщин норма содержания калия составляет: 2600 мг калия для беременных женщин в возрасте от 14 до 18 лет, 2900 мг для беременных женщин в возрасте 19 лет и старше; кроме того, 2500 мг калия для кормящих женщин в возрасте от 14 до 18 лет и 2800 мг для кормящих женщин в возрасте 19 лет и старше. Что касается безопасности, NAM также устанавливает допустимые верхние уровни потребления (ULS) для витаминов и минералов, но в отношении калия доказательств было недостаточно, поэтому UL не был установлен. [113] [114]
По состоянию на 2004 год большинство взрослых американцев потребляли менее 3000 мг. [115]
Аналогичным образом, в Европейском Союзе, особенно в Германии и Италии, недостаточное потребление калия является довольно распространенным явлением. [116] Британская национальная служба здравоохранения рекомендует аналогичную дозу, заявляя, что взрослым необходимо 3500 мг в день и что избыточное количество может вызвать проблемы со здоровьем, такие как боль в животе и диарея . [117]
В 2019 году Национальные академии наук, техники и медицины пересмотрели достаточное потребление калия до 2600 мг/день для женщин 19 лет и старше, не беременных и не кормящих грудью, и 3400 мг/день для мужчин 19 лет. и старше. [118] [119]
Калий присутствует во всех фруктах, овощах, мясе и рыбе. К продуктам с высоким содержанием калия относятся батат , петрушка , курага , молоко , шоколад , все орехи (особенно миндаль и фисташки ), картофель , побеги бамбука , бананы , авокадо , кокосовая вода , соевые бобы и отруби . [120]
Министерство сельского хозяйства США также перечисляет томатную пасту , апельсиновый сок , зелень свеклы , белую фасоль , бананы и многие другие диетические источники калия, расположенные в порядке убывания содержания калия. Дневная норма калия содержится в 5 бананах или 11 бананах. [121]
Диеты с низким содержанием калия могут привести к гипертонии [122] и гипокалиемии .
Добавки калия наиболее широко используются в сочетании с диуретиками , которые блокируют реабсорбцию натрия и воды выше дистальных канальцев ( тиазиды и петлевые диуретики ), поскольку это способствует увеличению секреции калия в дистальных канальцах, что приводит к увеличению экскреции калия. [ нужна медицинская ссылка ] Доступны различные добавки, отпускаемые по рецепту и без рецепта. [ нужна цитата ] Хлорид калия можно растворить в воде, но соленый/горький вкус делает жидкие добавки неприятными. [123] Типичные дозы варьируются от 10 ммоль (400 мг) до 20 ммоль (800 мг). [ нужна медицинская ссылка ] Калий также доступен в таблетках или капсулах, формула которых позволяет калию медленно вымываться из матрицы, поскольку очень высокие концентрации ионов калия, возникающие рядом с твердой таблеткой, могут повредить слизистую оболочку желудка или кишечника. [68] [ нужна медицинская ссылка ] По этой причине в США закон США ограничивает продаваемые без рецепта таблетки калия максимум 99 мг калия. [ нужна цитата ]
Метаанализ пришел к выводу, что увеличение ежедневного потребления калия на 1640 мг связано со снижением риска инсульта на 21% . [124] Хлорид калия и бикарбонат калия могут быть полезны для контроля легкой гипертензии . [125] В 2020 году калий занял 33-е место среди наиболее часто назначаемых лекарств в США: на него было выписано более 17 миллионов рецептов. [126] [127]
Калий можно обнаружить по вкусу, поскольку он вызывает три из пяти типов вкусовых ощущений в зависимости от концентрации. Разбавленные растворы ионов калия имеют сладкий вкус, что допускает умеренные концентрации в молоке и соках, тогда как более высокие концентрации становятся все более горькими/щелочными и, наконец, также солеными на вкус. Сочетание горечи и солености растворов с высоким содержанием калия делает добавление высоких доз калия жидкими напитками проблемой вкуса. [123] [128]
Металлический калий может бурно реагировать с водой с образованием КОН и газообразного водорода.
Эта реакция является экзотермической и выделяет достаточно тепла, чтобы воспламенить образующийся водород в присутствии кислорода. Мелкоизмельченный калий воспламеняется на воздухе при комнатной температуре. Массивный металл при нагревании воспламеняется на воздухе. Поскольку его плотность составляет 0,89 г/см 3 , горящий калий плавает в воде, подвергая его воздействию кислорода воздуха. Многие распространенные средства пожаротушения, в том числе вода, либо неэффективны, либо усугубляют калийный пожар. Азот , аргон , хлорид натрия (поваренная соль), карбонат натрия (кальцинированная сода) и диоксид кремния (песок) эффективны, если они сухие. Некоторые порошковые огнетушители класса D , предназначенные для тушения возгорания металлов, также эффективны. Эти агенты лишают огонь кислорода и охлаждают металлический калий. [130]
При хранении калий образует пероксиды и супероксиды. Эти пероксиды могут бурно реагировать с органическими соединениями, такими как масла. Как пероксиды, так и супероксиды могут взрывоопасно реагировать с металлическим калием. [131]
Поскольку калий вступает в реакцию с парами воды в воздухе, его обычно хранят в безводном минеральном масле или керосине. В отличие от лития и натрия, калий не следует хранить под маслом более шести месяцев, за исключением инертной (бескислородной) атмосферы или под вакуумом. При длительном хранении на воздухе на металле и под крышкой контейнера могут образовываться опасные, чувствительные к ударам пероксиды, которые могут взорваться при открытии. [132]
Прием внутрь большого количества соединений калия может привести к гиперкалиемии , сильно влияющей на сердечно-сосудистую систему. [133] [134] Хлорид калия используется в США для казней с помощью смертельных инъекций . [133]
Калий Физические свойства
п.
157: В unserer deutschen Nomenclatur würde ich die Namen
Kalium
und
Natronium
vorschlagen, wenn man nichtlieber bei den von Herrn Erman gebrauchten und von mehreren angenommenen Benennungen
Kali-Metalloid
and
Natron-Metalloid
, bis zur völligen Aufklärung der chemischen Natur dieser r äthzelhaften Körper bleiben будет .
Oder vielleicht findet man es noch zweckmässiger fürs Erste zwei Klassen zu machen,
Metalle
und
Metalloide
, and in die Letztere
Kalium
und
Natronium
zu setzen.
— Гилберт.
(В нашей немецкой номенклатуре я бы предложил названия
Калий
и
Натроний
, если бы не продолжить названия
Кали-металлоид
и
Натрон-металлоид
, которые использует г-н Эрман [т.е. немецкий профессор физики
Пауль Эрман
(1764–1851 ).
)] и приняты несколькими [людьми], пока не будет окончательно выяснена химическая природа этих загадочных веществ. Или, может быть, найдётся пока ещё более целесообразным создать два класса —
металлы
и
металлоиды
— и поместить
в них
Калий
и
Натроний
последний — Гилберт.)
{{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: |website=
игнорируется ( помощь ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )