钾

化学元素

钾（potassium），元素周期表中ⅠA族的碱金属。元素符号K，相对原子质量39.0983。银白色金属光泽的蜡状软金属。相对密度为0.86g/cm3，熔点63.25℃，沸点760℃。化学性质比钠还活泼。与非金属单质直接化合，在空气中迅速氧化燃烧成橘红色的超氧化钾（KO2），与氨反应生成氨基钾（KNH2），与水或冰剧烈反应放热并释放出氢气（H2）。钾火焰呈紫色。须储存于煤油中。与钠形成的钠钾合金熔点只有-12.5℃，像液钠一样作增殖反应堆里的热交换剂。

研究历史

18世纪，化学家们发现植物碱（K2CO3、碳酸钾，从地层的沉淀物中获得）和矿物碱（Na2CO3、碳酸钠，从燃烧木材的灰烬中获得）是两种不同的物质。人们在发现了这个差别之后，才分清了钾和钠之间的区别。

然而，在钾被确认为一种元素之前，碳酸钾就已经用于与动物脂肪混合、制造肥皂了。把木材灰烬用水浸泡，然后煮沸浓缩，就可以得到碳酸钾。

1807年，汉弗里·戴维电解熔融氢氧化钾发现有金属小球形成，分离出了钾。

理化性质

物理性质

金属钾为固体，银白色，无嗅无味，质柔软，比钠稍硬、比水轻。相对密度0.86g/cm3、熔点63.25℃，沸点760℃，熔融热0.598KJ/kg，气化热2075KJ/kg，导热率44.77w/(m·k)。钾原子半径2.272Å，电离势4.339eV，电子逸出功2.24eV，还原电势-2.924V。

化学性质

金属钾质软，可以用一把小刀很轻易地切割钾。金属钾的新鲜切面有光泽，但是随后不久就会与空气中的氧气以及水蒸气反应而失去光泽。钾在空气中燃烧，所得的产物主要是橘黄色的超氧化钾（KO2）。

更重的碱金属铷和铯也生成超氧化物。在早期的文献中曾经提出过的所谓四氧化物，如K2O4，只不过是写成二聚物分子式的超氧化物，其所以这样写也许是为了使M2O、M2O2、M2O3、M2O4系列完整些,其中每种分子都包括两个碱金属原子．然而磁化率的测量和晶体结构的测定已经表明，超氧化钾是由K+离子和O2-离子组成，它是一种顺磁性物质。所有的超氧化物中都包含O2-离子，因此碱金属超氧化物的正确化学式是MO2而不是M2O4。

金属钾与水迅速反应，生成氢氧化钾（KOH）的无色碱性溶液和氢气。因为氢氧化钾的溶解，所得的溶液是碱性的。反应是放热的，在反应过程中，金属钾会变得很热，以至于会导致火灾，并以特征的淡紫色火焰燃烧。钾与水的反应要慢于铷（在元素周期表中紧靠在钾的下面）的相应反应；但是要快于钠（在元素周期表中紧靠在钾的上面）的相应反应。

金属钾同所有的卤素单质都剧烈反应，生成卤化钾。钾同氟气（F2）、氯气（Cl2）、溴单质（Br2）和碘单质（I2）反应，分别生成氟化钾(Ⅰ)（KF）、氯化钾(Ⅰ)（KCl）、溴化钾(Ⅰ)（KBr）和碘化钾(Ⅰ)（KI）。

金属钾能迅速溶解在稀硫酸中，生成氢气和含有钾（Ⅰ）离子的水溶液。

金属钾与碱的反应，其实就是钾与碱溶液中水的反应。随着反应的进行，氢氧化钾的浓度会持续增加。

制备方法

给电负性很低的钾离子（K+）增加一个电子是十分困难的，所以，所有分离钾的方法都需要经过电解。

通过电解熔融氯化钾（KCl）而得到的金属钾，一经生成就会溶解在熔融盐中。所以钾不能像预想的那样，通过与钠类似的方法生产。

阴极：

阳极：

因此，金属钾的制备方法改为用金属钠和熔融氯化钾在850℃发生的反应。

这是一个可逆反应。在这个环境中，钾具有很高的挥发性，能够从反应体系中分离出来，使得反应可以继续进行下去。这样生产出来的钾，其中杂质钠的含量很少。

此外还可以由叠氮化合物制取金属钾。叠氮化钾的分解温度为355℃。用锆粉还原铬酸盐或重铬酸盐也可以制取金属钾。钾提纯方法：用真空蒸馏进行提纯。使用硬质玻璃（pyrex玻璃）制的装置。其仪器装置及操作步骤与金属钠的提纯方法相同。也可以采用冷捕集法、热捕集法、过滤法等方法相互配合可得到更高纯度的金属钾。

应用领域

工业用途

金属钾的用途不算太广，主要是用来作为脱水剂，因为钾能强烈地吸收水分。另外，在制造电子管时，也用它来吸收真空管内剩余的氧气与水汽。钾在有机合成中用作还原剂。用钾来制钠钾合金，含77.2％钾和22.8％钠的合金熔点为-16.4℃，常温下为液态，有较高的热容，因此用它做核反应堆的冷却剂。

医疗用途

研究证实，钾对预防高血压等慢性病具有重要作用，并有助于防止钙流失，使骨骼更硬朗。按中国营养学会发布的2013版中国居民膳食营养素参考摄入量，健康人钾的适宜摄入量为每天2000毫克，要预防慢性病，钾的建议摄入量是3600毫克/天。

分布情况

钾在地壳中的含量为2.47%，占第七位。可用来提取钾盐的矿物有钾盐矿（KCl）、光卤石（KCl·MgCl2·6H2O）、杂卤石（2CaSO4·K2SO4·2H2O）。分布极广的天然硅酸盐矿物中也含有钾，如钾长石K[AlSi3O8]。在云母、钾长石等硅酸盐中都富含钾。

计算化学数据

数据：

1、疏水参数计算参考值（XlogP）：无

2、氢键供体数量：0

3、氢键受体数量：0

4、可旋转化学键数量：0

5、互变异构体数量：无

6、拓扑分子极性表面积（TPSA）：0

7、重原子数量：1

8、表面电荷：1

9、复杂度：0

10、同位素原子数量：0

11、确定原子立构中心数量：0

12、不确定原子立构中心数量：0

13、确定化学键立构中心数量：0

14、不确定化学键立构中心数量：0

15、共价键单元数量：1

安全措施

环境危害

金属钾化学反应活性很高，在潮湿空气中能自燃。遇水或潮气猛烈反应放出氢气，大量放热，引起燃烧或爆炸。暴露在空气或氧气中能自行燃烧并爆炸使熔融物飞溅。

健康危害

金属钾对眼、鼻、咽喉和肺有刺激作用，接触后易引起喷嚏、咳嗽和喉炎。高浓度吸入可致肺水肿。可灼伤皮肤。

危害防治

金属钾的主要危险是火险，当它与水接触时会着火。如不慎摄入过量钾盐时，可通过呕吐的方式排出体外，避免中暑。

小量泄漏后，避免扬尘，收集于干燥、洁净、有盖的容器或收入金属容器并保存在煤油或液体石蜡中。大量泄漏后，用塑料布、帆布覆盖，减少飞散。在专家指导下清除。

储存运输

储存方法

金属钾属一级危险物品，应根据国家标准采用特种方法包装与储运。常规做法，是将金属钾放入事先装有保护油品的广口铁桶内，油品需浸没过金属钾，保护油品为石蜡油。包装和保护措施，也可采用充满惰性气体的容器密封。用紧固密封盖密封。每桶净重35kg。包装外应明显标有“一级遇水燃烧物品“易燃易爆危险品”文字和图标标识，以及商品规定必须的文字说明。贮存期1年。贮存在阴凉、通风、干燥处，应专库贮存。注意防潮、防水、防晒、防水，远离热源和火种。搬动时要小心轻放，严禁倒置和强烈震动。

运输方法

运输时，加盖防雨苫布，避免日晒雨淋，不得与其他物品混装同运。失火时，须用干砂、石棉苫布或碳酸钙干粉灭火，不允许使用泡沫或二氧化碳，严禁用水扑救。

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