鉀（Kalium），堿金屬元素，位于元素周期表的第四周期IA族，化學符號為K，原子量是39.0983，原子序數為19，是一種銀白色軟質金屬固體。鉀元素在地球上廣泛存在，是人體中不可缺少的常量化學元素之一，它主要分布在人體的肌肉、皮膚和其它組織器官中對人體生命健康有重要意義。另外，鉀也是農業中重要的肥料之一，是植物營養所必需的元素之一。并且，鉀的化學性質活潑，不可能以單質的形式存在于自然界，只能以鹽或共生物的形式存在。并且鉀的化合物在自然界中分布較廣，分布在海洋、地殼、人體之中，具有重要的生物活性，也可以用作冶金、無機合成和有機合成中的還原劑。鉀的鹽類化合物用途非常廣泛，鉀鹽可以用于制造化肥及肥皂。
發現歷史
鉀堿從草木灰的浸出液中可以得到，古代人類將草木灰放入水中攪拌，將溶有鉀堿的水溶液注入一口大鍋中蒸發至干，剩下的殘渣形成粉末狀物質，該物質在英語中稱為Potash，其意思是由pot(意為“鍋”)和ash(意為“灰”)合起來形成的，可譯作為“鍋灰”，漢語一般譯作“鉀堿”。18世紀，化學家們發現植物堿（K?CO?、碳酸鉀，從地層的沉淀物中獲得）和礦物堿（Na?CO?、碳酸鈉，從燃燒木材的灰燼中獲得）是兩種不同的物質。人們在發現了這個差別之后，才分清了鉀和鈉之間的區別。
1807年，漢弗里·戴維電解熔融氫氧化鉀發現有金屬小球形成，分離出了鉀。他電解熔融氫氧化鉀時得到了帶金屬光澤的小球，其中一些形成后馬上燃燒爆炸。由于鉀出現在鉀堿中，所以戴維賦予它一個具有阿拉丁發音的名稱：Potassium（鉀），意思是含在植物灰中。而德國人也從同一種物質的阿拉伯名稱，派生出一個具有阿拉丁發音的名稱來稱呼這種新金屬，那就是Kalium，因此鉀的元素符號是K。即使在稱它為potassium那些國家中，也同樣使用K這個符號。
分布情況
鉀是太陽系和地球的重要組成元素之一，在地球海水和地殼中，在其豐度在所有元素中排在第8位。鉀在海水是常量元素，以鉀離子的形式存在，濃度為0.39 g/L，約為鈉的濃度的1/27。鉀在地殼中的含量為2.47%，占第七位。世界鉀鹽儲量的56.98%高度集中于加拿大、俄羅斯和白俄羅斯。全球鉀鹽資源十分豐富，以鉀石鹽和光鹵石種類居多各種礦物中基本上都含有鉀，比如重要的礦物有鉀長石K[AlSi?O?]，光鹵石氯化鉀·MgCl?·6H?O，鉀鹽鎂礬KCl·MgSO?·3H?O等。
鉀是重要的親生命元素，生命體中普遍富含鉀元素，在植物細胞中，鉀離子是其生長發育必需的礦質元素。同樣的，鉀離子也是人體重要的無機鹽離子，正常人體內約含鉀175 克，其中98%的鉀儲存于細胞液內，細胞中約含0.1摩爾/升鉀離子。成人每日鉀的最小需要量為200毫克。含鉀豐富的食物包括乳制品、蔬菜、瘦肉、內臟、香蕉、葡萄干等，含量較高的有馬鈴薯，番薯。另外，蘋果、梅果、西瓜、菠蘿、哈密瓜、香蕉和柑橘含有豐富的鉀。
理化性質
物理性質
鉀是硬度較小的銀白色固體，有良好的導電性導熱性和延展性，且密度小于水。鉀的基態電子構型為1s22s22p?3s23p?4s1，根據該構型，鉀原子只有一個價電子且原子半徑較大，所以金屬鍵較弱，熔沸點較低。由77.2%的鉀和22.8%的鈉組成的合金熔點僅為260.7 K。由于鉀和鈉的比熱容很高，它們所形成的合金可用作核反應堆的冷卻劑。
化學性質
常溫下，鉀的化學反應活潑，可以與電負性較高的非金屬元素反應，可以和氧氣還有水反應，具有可燃性與還原性。
鉀與鹵素的反應
鉀與氯反應，劇烈燃燒，發出白光，生成白色固體
鉀與氧氣的反應
鉀在空氣中燃燒，主要生成超氧化物KO?,KO?為橙黃色：
鉀與水反應
金屬鉀與水迅速反應，生成氫氧化鉀（KOH）的無色堿性溶液和氫氣。因為氫氧化鉀的溶解，所得的溶液是堿性的。反應是放熱的，在反應過程中，金屬鉀會變得很熱，以至于會導致火災，并以特征的淡紫色火焰燃燒。金屬鉀在水中迅速熔化成一小球,四處游動,發出嘶嘶的響聲：
化合物
鉀的化學性質活潑，在自然界中以化合物的形式存在。鉀的化合物主要是氧化物、氫氧化物、鹽。
其中鉀的氧化物主要是氧化物K?O(淡黃色）、超氧化物KO?（紅色）、臭氧化物KO?（橘紅色，不穩定）。
鉀的氫氧化物：氫氧化鉀，性質和氫氧化鈉很相似，強堿具有強烈腐蝕性，能腐蝕衣服、玻璃、陶瓷以及極為穩定的金屬鉑，并能嚴重燒傷皮膚，尤其是眼睛的角膜。
鉀的鹽類化合物：常見的有鹵化物、硫酸鹽、碳酸根。氯化鉀是制取其他鉀化合物的基本原料，也用來制取金屬鉀。電解KCl水溶液可以得到KOH。根據在熱水中NaCl的溶解度較小，利用KCl和NaNO?溶液使二者之間進行離子交換反應可得到KNO?，KNO?是重要的氧化劑，可用來制造發射藥。大量的KCl和K?SO?用作肥料。
同位素
已知的鉀同位素有28種，其中3種是天然存在的: 3?K(93.3%) ?oK(0.0117%)和?1K(6.7%)。(括號內表示豐度）
自然產生的?oK的半衰期為1.250×10?年，其分支衰變產物是?oCa(89.25%)和?oAr(11.55%)。?oK-?oCa-?oAr系統（包括鉀-法、氬-氬法等方法）在放射性定年上具有廣泛的應用。另外，鉀同位素在風化作用研究和養分循環研究中被用作示蹤劑，因為鉀是生命所必需的宏量營養素?oK存在于天然鉀中(因此也存在于一些商業鹽替代品中)，數量足夠大，以至于這些替代品可以用作課堂演示的放射源。?oK是人體內含量最大的放射性同位素。在健康的動物和人類中，?oK是最大的放射性來源，甚至高于1?C。
生理作用
人體
鉀在身體內有在細胞的新陳代謝中起重要作用；幫助維持滲透壓和酸堿平衡的作用；對維護心臟的正常功能有重要作用，對所有活細胞的功能都至關重要。人體缺鉀或鉀過量都對健康有影響，比如飲食中缺乏鉀元素的攝入是導致高血壓的重要因素之一。
細胞新陳代謝
機體內糖、蛋白質和能量代謝都必須有鉀參加才能進行。鉀在細胞內與氮的正常比值是2.7~3：1；磷酸腺系統（atpADP）能量釋放過程也需有一定量的鉀存在；鉀在細胞內保持一定的濃度可保證細胞內酶的正常功能；細胞外鉀的濃度與鈉泵活動關系非常密切，細胞外鉀濃度增高時可將Na?,K ?-atp酶激活，并在它磷酸化(E?-P)過程中結合細胞外鉀，將鉀帶入細胞內。
維持細胞內外液滲透壓和酸堿平衡
鉀是細胞內液中主要陽離子，全身約95%~97%的鉀存在于細胞內液，細胞內外鉀的比例是25~35:1。所以鉀在保持細胞電活動、恒定細胞內外滲透壓起著重要的作用。人體酸堿平衡依賴血液中緩沖物質和肺腎的調節作用，腎臟對鉀的排留也是這些調節作用的一部分。排鉀量的多少取決于血鉀濃度高低和血液中pH值的高低。當體內代謝使血液pH升高時，鉀則從腎臟多量排出，血鉀也向細胞內轉移，從細胞內置換鈉、氫入血，使pH值下降；當血液pH值下降時，鉀發生與上述相反的變化，從細胞內入血，腎臟排鉀也減少使血液pH值得以回升。
維持心肌功能的協調
高濃度鉀對這些特性抑制，低濃度鉀則使心肌細胞興奮性增高，兩種情況都會引起心率失常。心肌收縮過程中，肌動蛋白、肌球蛋白和atp結合前，鉀從細胞內適量移出，使細胞內鈣量增加，在心肌收縮后鉀又從細胞外移入細胞內。所以正常的鉀量也是心肌正常收縮功能的必要條件。
鉀代謝異常引起的疾病
鉀代謝障礙主要有低鉀血癥、高鉀血癥、鉀在體內分布失調的發作性麻痹等癥狀。當人體血鉀濃度在3.5 mmol/L以下時則低血鉀，因低血鉀或缺鉀引起的病為低鉀血病。而體內總鉀量增多稱鉀過多，血清鉀離子濃度超過5.5 mmol/L時血鉀高，因血鉀增高引起的是高鉀血病。當鉀離子在體內分布異常的鉀離子代謝異常引起的病是低血鉀型發作性麻痹，其主要臨床特點是神經肌肉興奮性、傳導性發生障礙。
植物
鉀離子主要存在于植物汁液之中，其主要功能與植物的新陳代謝有關。鉀能夠促進光合作用；能明顯地提高植物對氮的吸收和利用；有助于作物的抗逆性，增強細胞對環境條件的調節作用；促進植株莖稈健壯，改善果實品質，增強植株抗寒能力。
制備方法
可直接從礦物中提取。
工業上采用金屬置換法，在850 °C以上用鈉還原氯化鉀得到金屬鉀:
由于鉀的沸點比鈉的沸點低，鉀比鈉更容易汽化。隨著鉀蒸汽的不斷逸出，平衡不斷向右移動，可以得到含少量鈉的金屬鉀，再經過蒸餾可得到純度為99%~99.99%鉀。
另外，還可以用熱還原法，用碳將碳酸鉀中的鉀還原成金屬鉀：
還可以用電解法，一般用電解氫氧化鉀的方法制取
應用領域
肥料
鉀離子是植物營養的重要組成成分，因此含鉀的鹽類化合物是農業、園藝、水培栽培肥料的重要部分。氯化鉀是世界上最主要的鉀肥品種，約占全球鉀肥銷售總量的95%以上，其中50%直接施用，其余主要用來制造混合肥料。氯化鉀可作基肥和追肥施用，少數對氯敏感的作物一般不宜施用，氯化鉀一般也不用作根處追肥。硫酸鉀可直接施用，也可用作復混肥料的配料，可以用作基肥、追肥、種肥和根外追肥等均可，作根外追肥的濃度為2%~3%，適用于各種土壤，但是酸性土壤長期施用硫酸鉀容易導致土地酸化。硝酸鉀是一種不含氯的氮鉀二元化成復合肥料，宜作追肥、浸種肥和根外追肥，不宜作基肥。
醫療
氯化鉀在醫學上主要作為補鉀制劑，用作治療和預防低血鉀的藥物，氯化鉀注射液和氯化鉀片可以通過靜脈緩慢注射或口服給藥。
食品添加劑
許多鉀的化合物可用作食品添加劑。食品添加劑酒石酸鉀鈉是泡打粉的主要成分。山梨酸鉀被用作食品防腐劑，在面制品、醬菜、罐頭、乳制品中允許使用的濃度為 0.02%～0.1%。苯甲酸鈉被用作食品防腐劑，例如在碳酸飲料和酒制造中。
工業
工業主要的鉀物質有氫氧化鉀、碳酸鉀、硫酸鉀和氯化鉀。氫氧化鉀(氫氧化鉀)是一種強堿，在工業上用于中和強酸和弱酸，控制pH值和制造鉀鹽。硝酸鉀(KNO?)或硝石是發射藥中的氧化劑。氰化鉀(KCN)在工業上被用于溶解銅和貴金屬，特別是銀和金，通過形成配位化合物。它的應用包括金礦開采、電鍍和這些金屬的電鑄;它也被用于有機合成，以制造。碳酸鉀(K?CO?)用于制造玻璃、肥皂、彩電管、熒光燈、紡織染料和顏料。高錳酸鉀(KMnO?)是一種氧化、漂白和凈化物質，用于生產糖精。溴化鉀(KBr)以前被用作鎮靜劑和攝影。碘化鉀用于感光乳劑和彩色照片媒染劑的配制，用于制備甲狀腺腫防治劑。
安全事宜
存儲與運輸
金屬鉀屬于一級危險物品，儲存及運輸時需依照國家標準采用專門的包裝與儲運方式。鉀化學性質活潑，極易氧化為自燃物品，在儲存過程中，鉀會形成過氧化物和超氧化物。這些過氧化物可能與有機化合物如油發生劇烈反應。過氧化物和超氧化物都可能與金屬鉀發生爆炸反應。而且鉀又會和水發生反應，所以通常儲存在無水礦物油或煤油中。在儲存和運輸時，應注意保持庫房通風低溫干燥，并與氧化劑分開存放。鉀在油中儲存的時間不應超過6個月，除非是在惰性(無氧)氣氛中，或在真空中。在空氣中長期儲存后，過氧化物會在金屬上和容器蓋下形成，并在打開時爆炸。
消防安全
由金屬鉀引起的火災，要用碳酸鈉干粉進行滅火。
健康安全
攝入大量鉀化合物可導致高鉀血癥，強烈影響心血管系統。當體內血鉀過少，鉀在細胞內外分布異常，會導致低鉀血癥。
參考資料 >
Potassium | K | CID 5462222 - PubChem.PubChem.Kalium.2023-05-29