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칼륨

Potassium
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.의약품으로 칼륨을 사용하는 방법은 염화칼륨(의료용)을 참조하십시오.생물학에서 칼륨의 사용은 생물학에서 칼륨을 참조하십시오.
칼륨, K
Potassium-2.jpg
칼륨 펄(파라핀 오일, 각 5mm까지)
칼륨
발음/pctési/ (p--TASS-ee-µm)
외모은회색
표준 원자량Ar°(K)
  • 39.0983±0.0001
  • 39.098±0.001(요약)[1]
주기율표의 칼륨
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티탄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
나
↑
K
↓
Rb
아르곤 ← 칼륨 → 칼슘
원자 번호 (Z)19
그룹.그룹 1: 수소 및 알칼리 금속
기간4주기
블록 s블록
전자 구성[Ar] 4s1
셸당 전자 수2, 8, 8, 1
물리 속성
단계 STP에서단단한
녹는점336.7K(63.5°C, 146.3°F)
비등점1032 K (759 °C, 1398 °F)
밀도 (근처)0.89g/cm3
액상일 때(로)0.828 g/cm3
임계점2223 K, 16 MPa[2]
융해열2.33 kJ/mol
기화열76.9 kJ/mol
몰 열용량29.6 J/(mol·K)
원자 특성
산화 상태-1, +1(강염기성 산화물)
전기 음성도폴링 스케일: 0.82
이온화 에너지
  • 첫 번째: 418.8 kJ/mol
  • 두 번째: 3052 kJ/mol
  • 세 번째: 4420 kJ/mol
  • (더 보기)
원자 반지름경험적: 227 pm
공유 반지름203±12pm
반데르발스 반지름오후 275시
Color lines in a spectral range
칼륨 스펙트럼선
기타 속성
자연발생원시적인
결정 구조 체심입방체(BCC)
Body-centered cubic crystal structure for potassium
음속 얇은 막대기2000 m/s (20 °C에서)
열팽창83.3 µm/(mkK) (25 °C에서)
열전도율102.5 W/(mµK)
전기 저항률72 NΩm (20 °C에서)
자기 순서상사성[3]
몰 자화율+20.8×10cm−63/mol(298K)[4]
영률3.53 GPa
전단 계수1.3 GPa
벌크 계수3.1 GPa
모스 경도0.4
브리넬 경도0.363 MPa
CAS 번호7440-09-7
역사
검출 및 첫 번째 분리험프리 데이비(1807)
기호.'K' : 새로운 라틴어 칼륨 출신
칼륨의 주요 동위원소
이소토페 아부노댄스 반감기 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
39K. 93.258% 안정적인.
40K. 0.012% 1.248×109 y β− 40Ca
ε 40아르
β+ 40아르
41K. 6.730% 안정적인.
카테고리 : 칼륨
레퍼런스

칼륨은 화학 원소로 기호는 K이고 원자 번호는 19입니다.칼륨은 은백색의 금속으로 힘이 거의 [5]들지 않고 칼로 자를 수 있을 정도로 부드럽습니다.칼륨 금속은 대기 산소와 빠르게 반응하여 얇은 흰색 과산화칼륨을 형성합니다.그것은 처음에 식물의 재인 칼륨으로부터 분리되었고, 그 이름에서 유래했다.주기율표에서 칼륨은 알칼리 금속 중 하나로, 모두 외부 전자 껍질에 단일 원자가 전자를 가지고 있으며, 쉽게 제거되어 양전하를 가진 이온, 즉 음이온과 결합하여 소금을 형성합니다.자연에서 칼륨은 이온성 소금에서만 발생합니다.원소 칼륨은 물과 격렬하게 반응하여 반응에서 방출되는 수소를 점화하기에 충분한 열을 발생시키고 라일락색 불꽃과 함께 연소합니다.그것은 바닷물(중량 기준[6][7] 0.04% 칼륨)에 용해되어 있으며, 그라나이트와 다른 화성암의 [8]일반적인 성분인 오르토클라아제 같은 많은 광물에서 발생합니다.

칼륨은 화학적으로 주기율표의 그룹 1에 있는 이전 원소인 나트륨과 매우 유사합니다.그들은 비슷한 첫 번째 이온화 에너지를 가지고 있는데, 이것은 각 원자가 유일한 외부 전자를 포기하도록 한다.1702년 같은 음이온과 결합해 유사한 [9]소금을 만드는 별개의 원소라는 의혹이 제기돼 1807년 전기분해를 통해 증명됐다.자연적으로 발생하는 칼륨은 3개의 동위원소로 구성되어 있으며, 그 중 K는 방사성이다.K의 흔적은 모든 칼륨에서 발견되며, 인체에서 가장 흔한 방사성 동위원소이다.

칼륨 이온은 모든 살아있는 세포의 기능을 위해 필수적이다.칼륨 이온이 신경 세포막을 통해 전달되는 것은 정상적인 신경 전달을 위해 필요합니다; 칼륨 결핍과 과잉은 각각 비정상적인 심장 박동과 다양한 심전도 이상을 포함한 수많은 징후와 증상을 야기할 수 있습니다.신선한 과일과 채소는 칼륨의 좋은 식사 공급원입니다.우리 몸은 혈청 칼륨 수치를 높이는 식칼륨의 유입에 반응하며, 칼륨의 외부 세포에서 내부 세포로의 이동과 신장에 의한 칼륨 배설의 증가로 반응한다.

칼륨의 대부분의 산업적 응용은 칼륨 비누와 같은 칼륨 화합물의 물에 높은 용해도를 이용합니다.대량 작물 생산은 칼륨의 토양을 빠르게 고갈시키고, 이것은 칼륨을 포함한 농업용 비료로 교정할 수 있으며, 이는 전 세계 칼륨 화학 [10]생산의 95%를 차지한다.

어원학

칼륨 원소의 영어 이름은 다양한 칼륨 염분을 추출하는 초기 방법인 [11]potash에서 유래했습니다. 즉, 탄 나무나 나무 잎의 재를 냄비에 넣고, 물을 넣고, 가열하고, 용액을 증발시킵니다.험프리 데이비가 1807년 전기 분해를 사용하여 순수한 원소를 처음 분리했을 때, 그는 그것을 칼륨이라고 이름 붙였는데, 그는 칼륨이라는 단어에서 유래했다.

The symbol K stems from kali, itself from the root word alkali, which in turn comes from Arabic: القَلْيَه al-qalyah 'plant ashes'.1797년, 독일의 화학자 마틴 클라프로트는 레우카이트와 레피돌라이트 광물질에서 "감자"를 발견했고, "감자"는 식물 성장의 산물이 아니라 실제로 [12]그가 제안한 새로운 원소를 포함하고 있다는 것을 깨달았다.1807년 험프리 데이비는 전기 분해를 통해 원소를 생산하였다. 1809년 루트비히 빌헬름 길버트는 데이비의 "칼륨"[13]을 칼륨이라고 불렀다.1814년, 스웨덴의 화학자 베르젤리우스는 칼륨의 이름을 [14]K라는 화학 기호와 함께 주장했어요.

영어와 프랑스어를 사용하는 국가들은 데이비와 게이-루삭/테나르라는 이름을 채택했고, 게르만 국가들은 길버트/클라프로스의 이름을 칼륨으로 [15]채택했다.국제순수응용화학연합의 '골드북'은 공식 화학기호를 [16]K로 지정했다.

특성.

물리적.

칼륨의 불꽃 테스트.

칼륨은 리튬 다음으로 밀도가 낮은 금속이다.녹는점이 낮은 부드러운 고체이며, 칼로 쉽게 자를 수 있습니다.갓 자른 칼륨은 겉모습은 은빛이지만 [17]공기에 노출되면 바로 회색으로 변색되기 시작합니다.불꽃 테스트에서 칼륨과 그 화합물은 766.5나노미터의 [18]피크 방출 파장을 가진 라일락색을 방출한다.

중성 칼륨 원자는 19개의 전자를 가지고 있는데, 이는 귀가스 아르곤의 구성보다 하나 더 많은 양입니다.칼륨 원자는 첫 번째 이온화 에너지가 418.8kJ/mol로 낮기 때문에 음전하 알칼리드 K 이온이−
불가능한 [19]것은 아니지만 마지막 전자를 잃고 양의 전하를 얻을 가능성이 훨씬 높다.반면 두 번째 이온화 에너지는 매우 높다(3052kJ/mol).

화학의

칼륨은 공기 중의 산소, 물, 이산화탄소 성분과 반응합니다.산소와 함께 과산화칼륨을 형성한다.물과 함께 칼륨은 수산화칼륨을 형성한다.칼륨과 물의 반응은 격렬하게 발열될 수 있으며, 특히 공생한 수소 가스가 발화할 수 있기 때문이다.따라서 칼륨 및 액체 나트륨-칼륨(NaK) 합금은 더 이상 [20]사용되지 않지만 강력한 건조제입니다.

컴파운드

고체 과산화칼륨(KO
2) 구조.

칼륨 산화물의 세 가지, 즉 산화칼륨(KO2), 과산화칼륨(KO22), 과산화칼륨(KO)[21]이2 잘 연구되고 있습니다.이원 칼륨-산소 2원 화합물은 물과 반응하여 수산화 칼륨을 형성합니다.

수산화칼륨(KOH)은 강한 염기이다.친수성을 나타내듯이, 1리터의 [22][23]물에 1.21kg의 KOH가 녹을 수 있습니다.무수 KOH는 거의 발생하지 않습니다.KOH는 이산화탄소와 쉽게 반응하여 탄산칼륨을 생성하며 원칙적으로 기체의 흔적을 제거하는 데 사용될 수 있다.수산화나트륨처럼 수산화칼륨은 지방과 반응하여 비누를 만든다.

일반적으로 칼륨 화합물은 이온성이며 K이온의 높은+
 수화 에너지로 수용성이 우수하다.수용액의 주요 종은 함수복합체[K(HO
2)]
n+
이며, 여기서 n = 6, [24]7이다.헵타플루오로탄탈산칼륨은 니오브의 [25]지속성 오염물질에서 탄탈을 정제하는 중간체이다.

유기칼륨 화합물은 칼륨의 비이온 화합물을 나타낸다.극성 공유 결합인 K-C 결합을 특징으로 합니다.예를 들어 벤질칼륨이 있다.칼륨은 흑연과 상호 작용하여 KC8을 포함한 다양한 화합물을 생성한다.

동위원소

주요 기사:칼륨 동위 원소

칼륨 동위원소에는 25개가 알려져 있으며, 그 중 3개는 자연적으로 발생한다: K (93.3%), K (0.0117%), K (6.7%)자연발생 K의 반감기는 1.250×10년이다9.전자포착이나 양전자방출에 의한 안정 Ar(11.2%) 또는 베타붕괴에 의한 안정 Ca(88.8%)[26]로 분해된다.K에서 Ar로의 붕괴는 암석의 연대를 측정하는 일반적인 방법의 기초이다.기존의 K-Ar 연대측정법은 암석에 형성 당시 아르곤이 포함되어 있지 않고 이후 발생하는 모든 방사성 아르곤(40
Ar)이 정량적으로 유지된다는 가정에 따라 달라진다.미네랄의 연대는 칼륨 농도와 축적된 방사성 Ar의 양으로 측정된다.연대를 측정하기에 가장 적합한 광물에는 비오타이트, 머스코바이트, 변성 혼블렌드, 화산 장석이 포함됩니다. 화산 흐름과 얕은 돌기에서 나온 전체 암석 샘플도 [26][27]변하지 않으면 연대를 측정할 수 있습니다.칼륨 동위원소는 연대 측정 외에도 풍화 연구 [28]및 영양 순환 연구에서 추적제로 사용되어 왔다. 칼륨은 생명에 필요한 영양소이기 때문이다.

40
K는 천연 칼륨(및 일부 상업용 소금 대체물)에서 충분히 발생하므로 이러한 대체물의 큰 봉지를 교실 시연의 방사능 선원으로 사용할 수 있다.40
K는 체내에서 가장 풍부한 방사성 동위원소입니다.건강한 동물과 사람에서 K는 방사능의 가장 큰 원천을 나타내며, 심지어 C보다 크다.70kg 질량의 인체에서는 초당 [29]약 4,400개의 K핵이 붕괴한다.천연 칼륨의 활성은 31Bq/g이다.[30]

우주의 형성과 분포

장석 속의 칼륨

칼륨은 가벼운 원자의 핵합성에 의해 초신성에서 형성된다.칼륨은 주로 2형 초신성에서 폭발적 산소 [31]연소 과정을 통해 생성된다.(이것은 융합 반응입니다.칼륨과 산소 사이의 화학적 연소와 혼동하지 마십시오.)40
K는 s-공정 핵합성 [32]및 네온 연소 공정에서도 형성된다.

칼륨은 태양계에서 20번째로 풍부한 원소이고 무게로 따지면 지구에서 17번째로 풍부한 원소이다.그것은 지각 무게의 약 2.6%를 차지하며 [33]지각에서 일곱 번째로 풍부한 원소이다.바닷물의 칼륨 농도는 0.39g/L[6](0.039wt/v%)로 나트륨 [34][35]농도의 약 27분의 1이다.

포타슈

주요 기사 : Potash

식물에는 나트륨 함량이 거의 없거나 전혀 없기 때문에 포타쉬는 주로 칼륨 염류의 혼합물이고, 나머지 주요 미네랄 함량은 물에 비교적 낮은 용해도의 칼슘 소금으로 구성되어 있습니다.고대부터 포타슈를 사용했지만 그 구성은 알려지지 않았다.게오르크 에른스트 스탈은 1702년에 [9]나트륨과 칼륨 소금의 근본적인 차이를 제안하도록 이끄는 실험 증거를 얻었고, 앙리 루이 뒤하멜 뒤 몽소는 1736년에 [36]이 차이를 증명할 수 있었다.칼륨과 나트륨 화합물의 정확한 화학적 구성, 칼륨과 나트륨의 화학적 원소로서의 지위는 당시에는 알려지지 않았기 때문에, 앙투안 라부아지에는 [37][38]1789년에 알칼리를 그의 화학 원소 목록에 포함하지 않았다.오랫동안 칼륨의 중요한 [39]용도는 질산칼륨으로 유리, 표백제, 비누 및 화약을 생산하는 것이었습니다.동물성 지방과 식물성 기름에서 나오는 칼륨 비누는 수용성이 더 높고 부드러운 질감의 경향이 있어 부드러운 비누로 [10]알려져 있기 때문에 특히 귀하게 여겨졌습니다.1840년 Justus Liebig가 칼륨이 식물에 필수적인 요소이며 대부분의 토양에는 칼륨이 부족하다는[40] 것을 발견하면서 칼륨 소금에 대한 수요가 급격히 증가했습니다.전나무의 목재재는 처음에는 비료의 칼륨 염원으로 사용되었지만, 1868년 독일 슈타푸르트 근처에서 염화칼륨을 포함한 광상이 발견되면서 [41][42][43]칼륨 함유 비료의 생산이 산업 규모로 시작되었다.다른 칼륨 퇴적물이 발견되었고 1960년대에 캐나다는 주요 [44][45]생산국이 되었다.

메탈

험프리 데이비 경
칼륨 금속 조각

칼륨 금속은 1807년 험프리 데이비에 의해 처음 분리되었으며, 험프리 데이비는 새로 발견된 볼타이트 파일(voltaic pile)과 용융된 KOH를 전기 분해하여 칼륨 금속을 추출했습니다.칼륨은 전기분해로 [46]분리된 첫 번째 금속이었다.같은 해 말에 데이비는 식물성 소금이 아닌 광물 유도체(austic soda, NaOH 또는 잿물)에서 금속 나트륨을 추출한 것을 보고하여 원소, 즉 소금이 [37][38][47][48]다르다는 것을 입증했다.칼륨과 나트륨 금속의 생산은 둘 다 원소라는 것을 보여주어야 했지만, 이 견해가 보편적으로 [38]받아들여지기까지는 시간이 걸렸다.

물과 공기에 대한 칼륨의 민감성 때문에 일반적으로 원소를 취급하는 데 무공기 기술이 사용됩니다.미네랄 오일이나 [49]등유와 같은 질소 및 포화 탄화수소에 대해서는 반응하지 않습니다.0 °C에서 암모니아 1000 g당 최대 480 g의 액체 암모니아에 쉽게 용해된다.암모니아 용액은 농도에 따라 청색에서 황색이며, 전기 전도율은 액체 금속과 유사하다.칼륨은 암모니아와 천천히 반응하여 KNH를 형성하지만
2, 이 반응은 미량의 전이 금속염에 [50]의해 가속화됩니다.칼륨은 염분을 금속으로 환원시킬 수 있기 때문에 Rike법에 [51]의해 소금에서 미세하게 분할된 금속을 제조할 때 환원제로 사용되는 경우가 많다.마그네슘의 준비는 다음과 같습니다.

MgCl
2 + 2 K → Mg + 2 KCl

지질학

원소 칼륨은 높은 반응성 때문에 자연에서 발생하지 않는다.물과 격렬하게 반응하며(아래 [49]섹션 주의사항 참조), 산소와도 반응합니다.오르토클라아제(칼륨 장석)는 암석을 형성하는 흔한 광물입니다.예를 들어, 화강암은 5%의 칼륨을 함유하고 있는데, 이는 지구 지각의 평균을 훨씬 웃돈다.실라이트(KCl), 카르날라이트(KCl, MgCl
2, 6(HO
2), 카이나이트(MgSO
4, KCl, 3)HO)와 langbeinite(MgSO
4·KSO
2
4)는
2 전 세계 대규모 증발암 퇴적물에서 발견되는 광물입니다.퇴적물은 종종 바닥에서 가장 덜 용해되고 위에서 [35]가장 용해성이 높은 층을 보인다.니터(질산칼륨)의 퇴적물은 대기와 접촉하는 유기물(주로 동굴)의 분해에 의해 형성된다. 니터의 수용성이 좋기 때문에 더 큰 퇴적물의 형성은 특별한 [52]환경 조건이 필요하다.

생물학적 역할

주요 기사: 생물학의 칼륨

칼륨은 인체에서 질량 기준으로 8번째 또는 9번째로 흔한 원소(0.2%)로, 성인 60kg에는 총 120g의 [53]칼륨이 함유되어 있습니다.몸에는 유황과 염소만큼 칼륨이 함유되어 있으며 칼슘과 인만이 더 풍부합니다(유비쿼터스 CHUN [54]원소를 제외).칼륨 이온은 다양한 단백질과 [55]효소에 존재한다.

생화학 기능

칼륨 수치는 다음과 같은 여러[56][57][58] 생리적 과정에 영향을 미칩니다.

  • 안정 세포 자극 전위 및 신경, 근육 및 심장 조직의 활동 전위 전파.K이온은+
    정전기 및 화학적 성질에 의해 Na이온보다+
    크며 세포막 내의 이온채널과 펌프는 두 이온을 분화할 수 있으며, 두 이온 중 하나를 능동적으로 펌핑하거나 수동적으로 통과시켜 [59]다른 이온을 차단한다.
  • 호르몬 분비와 작용
  • 혈관 색조
  • 전신 혈압 조절
  • 위장 운동성
  • 산염기 항상성
  • 포도당과 인슐린 대사
  • 미네랄콜티코이드 작용
  • 신장 집중력
  • 유체 전해질 평형

항상성

칼륨 항상성은 총 체내 칼륨 함량, 혈장 칼륨 수준, 세포 내 칼륨 농도의 비율을 맥동성 섭취(meals), 의무적인 신장 배설 및 세포 내 구획과 세포 외 구획 간의 이동에 직면하여 좁은 한계 내에서 유지하는 것을 의미한다.

플라즈마 레벨

혈장 칼륨은 일반적으로 여러 [60]메커니즘에 의해 리터당 3.5~5.5밀리몰(mmol)[또는 밀리당(mEq)]로 유지된다.이 범위를 벗어나는 수치는 여러 [61]원인에 의한 사망률 증가와 관련이 있으며, 혈청 칼륨 수치가 정상 범위 내에서 유지되지 않으면 일부 심장,[62] 신장 및 폐 질환이 더 빠르게 진행됩니다.

평균 40~50mmol의 식사는 모든 혈장(20~25mmol)에 존재하는 것보다 더 많은 칼륨을 체내에 제공한다.그러나 신장 [63]및 신장 외 메커니즘에 의한 신속하고 효율적인 클리어 결과 혈장 칼륨이 최대 10%만 상승합니다.

혈장 내 칼륨 부족인 저칼륨혈증은 심하면 치명적일 수 있다.일반적인 원인은 위장 손실의 증가와 신장 손실의 증가입니다.[64]결손증상으로는 근육 약화, 장마비, 심전도 이상, 반사반응 저하, 심하면 호흡마비, 알칼리증, 심장부정맥 [65]등이 있다.

제어 메커니즘

혈장 내 칼륨 함량은 다양한 이름과 분류를 가진 네 가지 기본 메커니즘에 의해 엄격하게 제어됩니다.네 가지는 1) 반응성 음피드백 시스템, 2) 반응성 피드포워드 시스템, 3) 예측 또는 일주기 시스템, 4) 내부 또는 세포막 수송 시스템이다.총칭하여, 처음 3개는 "외부 칼륨 항상성 시스템"[66]으로 불리기도 하고, 처음 2개는 "반응 칼륨 항상성 시스템"으로 불리기도 합니다.

  • 반응성 음성 피드백 시스템은 혈장 칼륨의 증가에 따라 칼륨의 신장 분비를 유도하는 시스템을 말한다(칼륨 섭취, 세포 이탈 또는 정맥 주입).
  • 반응성 피드포워드 시스템은 혈장 칼륨이 증가하기 전에 칼륨 섭취에 반응하여 신장 칼륨 분비를 유도하는 불완전하게 이해된 시스템을 말한다.이것은 아마도 섭취된 칼륨을 감지하고 뇌하수체에 미주 구심 신호를 유발하는 내장 세포 칼륨 수용체에 의해 시작되었을 것이다.
  • 예측 또는 일주기 시스템은 칼륨 섭취의 유무와 무관하게 식사 시간 동안 칼륨의 신장 분비를 증가시킨다(예: 인간의 경우 낮, 설치류의 경우 밤).그것은 뇌의 초경질핵(중앙시계)에 있는 일주기 발진기에 의해 매개되며, 이는 신장(주변시계)이 이 리드미컬한 일주기 방식으로 칼륨을 분비하게 합니다.
    나트륨-칼륨 펌프의 작용은 1차 활성 수송의 한 예입니다.왼쪽 세포막에 내장된 두 개의 운반 단백질은 ATP를 사용하여 나트륨을 세포 밖으로 이동시킵니다.오른쪽에 있는 두 단백질은 칼륨을 세포 안으로 이동시키기 위해 2차 활성 수송을 사용하고 있습니다.이 과정은 ATP의 재구성을 가져온다.
  • 이온 수송 시스템은 두 가지 메커니즘을 사용하여 칼륨을 세포막을 가로질러 이동합니다.하나는 활성 상태이고 세포에서 나트륨과 칼륨을 내보냅니다.다른 하나는 수동적이어서 칼륨이 세포 밖으로 새어나오게 한다.칼륨과 나트륨 양이온은 삼투압에 의해 세포 내 구획과 세포 외 구획 사이의 유체 분포에 영향을 미칩니다.세포막을 통과하는 칼륨과 나트륨의 이동은 Na+/K+-ATPase [67]펌프에 의해 매개된다.이 이온 펌프는 ATP를 사용하여 세포에서 3개의 나트륨 이온과 2개의 칼륨 이온을 세포로 펌핑하여 세포막을 가로질러 전기화학적 구배와 기전력을 생성합니다.예를 들어, 높은 선택성의 칼륨 이온 채널(사량체)은 활동 전위가 트리거된 후 뉴런 내부의 과분극에 매우 중요하다.가장 최근에 발견된 칼륨 이온 채널은 KirBac3.1로, 총 5개의 칼륨 이온 채널(KcsA, KirBac1.1, KvAP, MthK)이 결정 구조로 되어 있다.5종 [68]모두 원핵생물에서 왔다.

신장 여과, 재흡수 및 배설

칼륨의 신장 처리는 나트륨 처리와 밀접하게 관련되어 있다.칼륨은 동물 세포 내의 주요 양이온(150mmol/L, (4.8g))이며, 나트륨은 세포외 액체의 주요 양이온(150mmol/L, (3.345g))이다.신장에서는 하루에 [69]약 180리터의 혈장이 사구체를 통해 신장 세관에 여과된다.이 필터링에는 약 600g의 나트륨과 33g의 칼륨이 포함됩니다.나트륨 1~10g과 칼륨 1~4g만이 식이요법으로 대체될 가능성이 높기 때문에 신장 필터링은 혈장으로부터 나머지를 효율적으로 재흡수해야 한다.

나트륨을 재흡수하여 세포외 부피, 삼투압, 혈청나트륨 농도를 좁은 범위 내에서 유지한다.혈청 칼륨 농도를 좁은 범위 내에서 유지하기 위해 칼륨을 [70]재흡수한다.신장세관에 있는 나트륨 펌프는 나트륨을 재흡수하기 위해 작동한다.칼륨은 보존되어야 하지만 혈장 내 칼륨의 양은 매우 적고 세포 내 칼륨의 풀은 약 30배 크기 때문에 칼륨에 대한 상황은 그리 심각하지 않다.칼륨은 겉으로 보이는 도난 [73]평형에 반응하여 나트륨에 대한 역류에서 수동적으로[71][72] 이동하기 때문에, 때때로 처리가 끝날 때 물을 능동적으로 배출하는 경우를 제외하고는 소변이 혈청 내 칼륨 농도 아래로 가라앉지 않는다.칼륨은 두 번 배출되고 세 번 재흡수된 후 소변이 [74]수집관에 도달한다.그 시점에서 소변의 칼륨 농도는 혈장과 거의 같다.처리 후 혈청 수치가 너무 [citation needed]높으면 칼륨이 한 번 더 분비된다.

칼륨 섭취가 없을 경우 혈청 내 칼륨이 약 1주일 후 3.0~3.5mmol/[75]L로 약간 부족할 때까지 하루에 약 200mg으로 배설된다.만약 칼륨이 여전히 억제된다면, 심각한 결핍이 결국 [76]죽음을 초래할 때까지 농도는 계속 떨어진다.

칼륨은 세포막의 모공을 통해 수동적으로 움직인다.이온이 이온 운반체(펌프)를 통과할 때 세포막 양쪽에 있는 펌프에 게이트가 있으며 한 번에 게이트 하나만 열 수 있습니다.그 결과 초당 약 100개의 이온이 통과한다.이온 채널은 게이트가 하나뿐이고,[77] 초당 1000만에서 1억개의 이온이 흐를 수 있는 이온은 단 한 종류뿐입니다.칼슘은 [78]모공을 열기 위해 필요하지만, 적어도 한 개의 [79]모공을 막음으로써 칼슘이 역작용할 수 있습니다.아미노산 위의 모공 내 카르보닐기는 모공 [81]내 4개의 카르보닐기에 대한 정전하의 성질에 따라[80] 수용액에서 일어나는 수분 공급을 모방한다.

영양

권장 식단

미국 국립의학원(NAM)은 미국과 캐나다를 대표하여 EARs(추정 평균 요구량)와 Recommended Diet Allowants(RDA; 권장 식단 허용량) 또는 EARs와 RDA를 설정하기에 충분한 정보가 없는 경우 적절한 섭취량(AIs)을 설정합니다.EAR, RDA, AI 및 UL을 통칭하여 식이 기준 섭취라고 한다.

9세 미만의 남성과 여성 모두 칼륨에 대한 AI는 0-6개월 유아의 경우 400mg의 칼륨, 7-12개월 유아의 경우 860mg의 칼륨, 1-3세 유아의 경우 2,000mg의 칼륨, 4-8세 유아의 경우 2,300mg의 칼륨이다.

9세 이상 남성의 경우, 칼륨에 대한 AI는 9-13세 남성의 경우 2,500mg, 14-18세 남성의 경우 3,000mg, 19세 이상의 경우 3,400mg이다.

9세 이상 여성의 경우, 칼륨에 대한 AI는 9-18세 여성의 경우 2,300mg의 칼륨, 19세 이상의 여성의 경우 2,600mg의 칼륨이다.

임신 및 수유 여성의 경우 칼륨 AI는 14~18세 임산부의 경우 2,600mg, 19세 이상 임산부의 경우 2,900mg, 14~18세 수유 여성의 경우 2,500mg, 19세 이상 수유 여성의 경우 2,800mg이다.안전성에 대해서도 NAM은 비타민과 미네랄의 허용 상한섭취량(ULs)을 정하고 있지만 칼륨의 경우 증거가 불충분해 UL은 [82][83]확립되지 않았다.

2004년 현재 대부분의 미국 성인은 3,000mg [84]미만을 소비한다.

마찬가지로 유럽연합, 특히 독일과 이탈리아에서는 부족한 칼륨 섭취가 다소 [85]일반적이다.영국 국립 보건국은 성인들은 하루에 3,500mg이 필요하고 과다한 양이 복통과 설사 [86]같은 건강 문제를 일으킬 수 있다며 비슷한 섭취를 권고하고 있다.

이전에 성인의 적정 섭취량은 하루에 4,700mg으로 설정되었다.2019년 미국 국립과학원(National Academy of Sciences, Engineering and Medicine)은 칼륨에 대한 AI를 19세 이상 여성의 경우 2,600mg/일, 19세 [87]이상 남성의 경우 3,400mg/일로 수정했다.

식품원

칼륨은 모든 과일, 야채, 고기 그리고 생선에 존재한다.칼륨 농도가 높은 음식은 참마, 파슬리, 말린 살구, 우유, 초콜릿, 모든 견과류, 감자, 죽순, 바나나, 아보카도, 코코넛 워터, 콩, 그리고 [88]겨를 포함합니다.

USDA는 토마토 페이스트, 오렌지 주스, 비트 그린, 흰콩, 감자, 플랜테인, 바나나, 살구, 그리고 많은 다른 칼륨 공급원을 칼륨 함량에 따라 내림차순으로 나열했습니다.하루의 칼륨은 5개의 플랜테인이나 11개의 [89]바나나에 들어있다.

섭취 부족

칼륨이 적은 식단은 고혈압과[90] 저칼륨혈증을 유발할 수 있다.

보충

칼륨 보충제는 원위세관(티아지드 및 루프 이뇨제)에서 나트륨과 물의 재흡수를 차단하는 이뇨제와 함께 가장 널리 사용되는데, 이는 결과적으로 칼륨 배설이 증가하면서 원위 관상 칼륨 분비를 촉진하기 때문입니다.다양한 처방전과 처방전 없이 살 수 있는 보충제가 있습니다.염화칼륨은 물에 녹을 수 있지만, 짠맛/쓴맛 때문에 액체 보충제를 먹을 [91]수 없습니다.일반적인 용량 범위는 10mmol(400mg)에서 20mmol(800mg)이다.칼륨은 또한 알약이나 캡슐에 들어 있는데, 이는 고형 알약 근처에서 발생하는 매우 높은 농도의 칼륨 이온이 위나 장 점막을 손상시킬 수 있기 때문에 칼륨이 매트릭스로부터 천천히 침출되도록 하기 위해 제조된다.이러한 이유로 미국에서는 처방전이 필요 없는 칼륨 알약이 최대 99mg의 [citation needed]칼륨으로 법으로 제한됩니다.

신장은 칼륨 배설 장소이기 때문에 식이 칼륨과 보충제를 제한하지 않으면 신장 기능이 손상된 사람은 고칼륨혈증에 걸릴 위험이 있다.손상이 심할수록 고칼륨혈증을 피하기 위해 필요한 제약이 심해진다.

메타 분석 결과 칼륨의 일일 섭취량이 1640mg 증가하면 [92]뇌졸중 위험이 21% 낮아지는 것으로 나타났습니다.염화칼륨과 중탄산칼륨은 가벼운 [93]고혈압을 조절하는데 유용할 수 있다.2017년 칼륨은 미국에서 37번째로 많이 처방된 의약품으로 1900만 건 이상의 [94][95]처방전이 있었다.

미뢰에 의한 검출

칼륨은 농도에 따라 5가지 미각 중 3가지를 유발하기 때문에 맛으로 검출될 수 있다.칼륨 이온 희석 용액은 단맛이 나 우유와 주스에 적당한 농도를 얻을 수 있고, 고농도는 점점 더 쓴맛/알칼린이 되며, 마지막으로 맛에 맞게 짜다.고칼륨 용액의 쓴맛과 짠맛의 조합은 액체 음료에 의한 고선량 칼륨 보충을 기호성 [91][96]과제로 만듭니다.

상업 생산

채굴

뉴멕시코 주 출신의 실비테
독일 헤세의 칼륨 채굴 및 수혜 폐기물 더미인 몬테 칼리. 대부분이 염화나트륨으로 구성되어 있습니다.

카르날라이트, 랑베이나이트, 폴리할라이트, 실바이트와 같은 칼륨 염은 고대 호수 [34]바닥과 해저에 광범위한 증발암 퇴적물을 형성하여 이러한 환경에서 칼륨 염 추출을 상업적으로 가능하게 합니다.칼륨의 주요 공급원인 칼륨은 캐나다, 러시아, 벨로루시, 카자흐스탄, 독일, 이스라엘, 미국, 요르단, 그리고 세계 [97][98][99]다른 곳에서 채굴된다.처음 채굴된 광상은 독일 슈타푸르트 근처에 있었지만, 그 광상은 영국으로부터 독일을 거쳐 폴란드에 걸쳐 있다.그것들은 체크슈타인에 위치해 페름기 중후기에 퇴적되었다.지금까지 발견된 가장 큰 퇴적물은 캐나다 서스캐처원 주의 지표면 아래 1,000미터에 있다.퇴적물은 중기 데본기에 생산된 엘크 포인트 그룹에 있습니다.1960년대부터 여러 개의 대형 광산이 가동되어 온 서스캐처원에서는 광산 갱도를 뚫기 위해 젖은 모래를 얼리는 기술(블레어모어 층)을 개척했습니다.합병 전까지 서스캐처원의 주요 포타쉬 광산 회사는 서스캐처원의 포타쉬 회사였고, 현재는 [100]뉴트리엔이다.사해의 물은 이스라엘과 요르단이 칼륨의 공급원으로 사용하는 반면, 정상 해양의 농도는 현재 가격으로는 [98][99]상업용 생산에 비해 너무 낮다.

화학 추출

나트륨과 마그네슘 화합물로부터 칼륨 소금을 분리하기 위해 여러 가지 방법이 사용됩니다.가장 많이 사용되는 방법은 소금의 용해도 차이를 이용한 부분 침전이다.일부 광산에서는 분쇄염 혼합물의 정전 분리도 사용됩니다.결과적으로 발생하는 나트륨 및 마그네슘 폐기물은 지하에 저장되거나 슬래그 더미에 쌓입니다.채굴된 칼륨 광물의 대부분은 가공 후 염화칼륨이 된다.광물업계는 염화칼륨을 칼륨, 칼륨의 뮤레이트, 또는 [35]단순히 MOP라고 부른다.

순수한 칼륨 금속은 1807년 험프리 데이비에 의해 처음 사용된 이후 거의 변하지 않은 수산화물의 전기 분해로 분리될 수 있습니다.1920년대에 전기분해 공정이 개발되어 산업 규모로 사용되었지만, 1950년대에는 나트륨과 염화칼륨을 화학 평형 반응으로 반응시키는 열법이 지배적인 방법이 되었다.

나트륨 칼륨 합금의 생산은 반응 시간과 반응에 사용되는 나트륨의 양을 바꿈으로써 이루어집니다.불화칼륨과 탄화칼슘의 반응을 이용한 그리하이머 공정도 [35][101]칼륨 생산에 사용되었다.

Na + KCl → NaCl + K(열법)
2 KF + CaC
2 → 2 K + CaF
2 + 2 C (그리하이머 프로세스)

시약 등급의 칼륨 금속은 2010년에 톤으로 구입했을 때 $10.00/파운드 ($22/kg)입니다.저순도 금속은 상당히 저렴합니다.그 금속을 장기간 보관하는 것은 어렵기 때문에 시장은 불안정하다.스크래치 시 폭발하는 압력감응성 폭발물인 과산화칼륨의 표면층이 형성되지 않도록 건조한 불활성 가스 분위기 또는 무수 미네랄 오일에 보관해야 한다.폭발로 인해 진화가 [102][103]어려운 화재가 발생하는 경우가 많습니다.

양이온 식별

칼륨은 현재 이온화 기술로 정량화되지만, 한때 중량 분석으로 정량화되기도 했다.

칼륨염 침전에 사용하는 시약으로는 테트라페닐붕산나트륨, 헥사클로로플라틴산나트륨, 헥사클로로플라틴산칼륨, [49]코발트니트라이트산나트륨이 있다.코발트인산나트륨과의 반응은 다음과 같습니다.

3K+ + Na3[Co2(NO3)]6 → K[Co(NO2)]6 + 3Na+

코발트니트라이트 칼륨은 황색 고체로 얻을 수 있다.

상업적 용도

비료

황산칼륨/황산마그네슘 비료

칼륨 이온은 식물 영양의 필수 성분이며 대부분의 [10]토양에서 발견됩니다.NPK에서 'K'를 나타내는 염화물(KCl), 황산염(KSO
2
4), 질산염(KNO
3) 형태로 농업, 원예 및 수경 재배에 비료로 사용됩니다.농업용 비료는 전 세계 칼륨 화학 생산량의 95%를 소비하며, 이 칼륨의 약 90%가 KCl로 [10]공급된다.대부분의 식물의 칼륨 함량은 수확된 농작물 무게의 0.5~2%이며, 일반적으로 KO의
2 양으로 표현된다.현대의 고수익 농업은 수확 시 손실되는 칼륨을 대체하기 위해 비료에 의존한다.대부분의 농업용 비료에는 염화칼륨이 함유되어 있는 반면, 황산칼륨은 염화에 민감한 작물이나 유황 함량이 높은 작물에 사용됩니다.황산염은 주로 복합광물 카이나이트(MgSO
4·KCl·3)의 분해에 의해 생성된다.HO
2) 및 langbeinite(MgSO
4·KSO
2
4).극소수의 비료만이 [104]질산칼륨을 함유하고 있다.2005년 세계 칼륨 생산량의 약 93%가 비료 [99]산업에 의해 소비되었다.또한 칼륨은 리트 [105]조성을 조절함으로써 영양 순환에 중요한 역할을 할 수 있다.

의료용

구연산칼륨

구연산칼륨은 요세관 [106]산증이라고 불리는 신장 결석증 치료에 사용된다.

염화칼륨

참고 항목: 염화칼륨(의료용)

염화칼륨 형태의 칼륨은 저혈중 [107]칼륨을 치료하고 예방하는 약물로 사용된다.저혈중 칼륨은 구토, 설사 또는 특정 [108]약물에 의해 발생할 수 있습니다.정맥에 천천히 주사하거나 [109]구강으로 주사한다.

식품첨가물

타르트산칼륨 나트륨(KnaCHO
4
4
6, Rochelle salt)은 베이킹 파우더의 주요 성분이며, 거울의 은도금에도 사용됩니다.브롬산칼륨(KBrO
3)은 반죽 강도와 상승 높이를 향상시키는 데 사용되는 강력한 산화제(E924)입니다.아황산칼륨(KSO
3)은 예를 들어 와인과 맥주 제조(육류에는 사용되지 않음)에 식품 방부제로 사용됩니다.또한 직물이나 짚을 표백하거나 가죽을 [110][111]태우는 데에도 사용됩니다.

산업의

주요 칼륨 화학물질은 수산화칼륨, 탄산칼륨, 황산칼륨, 염화칼륨입니다.이 화합물들의 메가톤은 [112]매년 생산된다.

수산화칼륨 KOH는 강산 및 약산을 중화시키고 pH를 제어하고 칼륨염을 제조하는 데 사용되는 강력한 염기이다.그것은 또한 지방과 기름의 비누화, 산업용 세정제, 그리고 [113][114]에스테르와 같은 가수분해 반응에도 사용된다.

질산칼륨(KNO
3) 또는 질산칼륨은 구아노, 증발기 등의 천연원으로부터 얻거나 Haber 공정을 통해 제조됩니다.이것은 화약(검은색 분말)의 산화제이며 중요한 농업용 비료입니다.시안화칼륨(KCN)은 복합체를 형성하여 구리와 귀금속, 특히 은과 금을 용해하는 데 산업적으로 사용됩니다.이 금속의 응용 분야에는 금 채굴, 전기 도금, 전기 성형 등이 있으며, 질화물을 만드는 유기 합성에도 사용됩니다.탄산칼륨(KCO
2
3 또는 칼륨)은 유리, 비누, 컬러 TV 튜브, 형광등, 섬유 염료 및 [115]안료 제조에 사용됩니다.과망간산칼륨(KMnO
4)은 산화, 표백 및 정제 물질로 사카린의 생산에 사용됩니다.염소산칼륨(KClO)
3은 성냥과 폭발물에 첨가된다.브롬화칼륨(KBr)은 이전에는 진정제 [10]및 사진 촬영에 사용되었습니다.

반면 크롬산 칼리(K2CrO4)잉크, 염료, 나무 얼룩(목재의 타닌산과 반응해), 폭발물, 불꽃 놀이 등 다양한 상업용 제품들의 주최의 제조, 타자치기 종이, 그리고 안전 matches,[116]as과 가죽 태닝에서 사용된다, 이 모든 용도의 크로메이트 이온보다는의 화학에 기인한다.tha에칼륨 [117]이온의 t.

틈새 용도

다양한 칼륨 화합물의 용도는 수천 가지가 있다.예를 들어 휴대용 산소 공급원 및 이산화탄소 흡수제 역할을 하는 주황색 고체인 과산화칼륨, KO가
2 있습니다.그것은 기체 [118][119]산소보다 부피가 작기 때문에 광산, 잠수함, 우주선의 호흡 시스템에 널리 사용된다.

4
2 KO + 2 CO2 → 2 KCO
2
3 + 3 O
2

또 다른 예로는 코발트니트라이트 칼륨, K
3[Co(NO
2)]
6가 있는데, 이 칼륨은 아우렐린 또는 코발트 [120]옐로우라는 이름으로 예술가의 안료로 사용된다.

안정적인 칼륨 동위원소는 레이저 냉각되어 양자 물리학의 근본적이고 기술적인 문제를 조사하는데 사용될 수 있다.두 개의 보손 동위원소는 조절 가능한 상호작용을 필요로 하는 연구를 가능하게 하기 위해 편리한 페쉬바흐 공명을 가지고 있는 반면, K는 알칼리 [121]금속 중에서 오직 두 개의 안정된 페르미온 중 하나이다.

실험실의 용도

나트륨과 칼륨의 합금인 NaK는 전열매체로 사용되는 액체이며 건조 및 무공기 용제를 제조하기 위한 건조제이다.반응 [122]증류에도 사용할 수 있습니다.12% Na, 47% K 및 41% Cs의 3원 합금은 모든 금속 [17]화합물 중 -78°C로 가장 낮은 녹는점을 가집니다.

금속 칼륨은 여러 종류의 [123]자력계에 사용된다.

주의사항

칼륨
위험 요소
GHS 라벨링:
GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
위험.
H260, H314
P223, , , , , ,
NFPA 704(파이어 다이아몬드)
3
3
2

칼륨 금속은 수산화칼륨(KOH)과 수소가스를 생성하는 물과 격렬하게 반응할 수 있습니다.

2 K + 2HO2 (l) → 2 KOH (aq) + H
2 ↑ (g)
칼륨 금속과 물의 반응.수소가 생성되고 칼륨 증기와 함께 분홍색 또는 라일락 불꽃으로 연소됩니다.용액에 강알칼리성 수산화칼륨을 형성한다.

이 반응은 발열성이며 산소가 있는 상태에서 생성된 수소를 점화하기에 충분한 열을 방출합니다.고운 칼륨이 실온에서 공기 중에 발화한다.벌크 금속은 가열되면 공기 중에 점화됩니다.칼륨의 밀도가 0.89g3/cm이기 때문에 칼륨을 태우면 물에 떠서 대기 산소에 노출된다.물을 포함한 많은 일반적인 소화제는 효과가 없거나 칼륨 화재를 더 악화시킨다.질소, 아르곤, 염화나트륨(식탁염), 탄산나트륨(소다회), 이산화규소(모래)는 건조하면 효과적이다.금속 화재용으로 설계된 일부 D급 건조 분말 소화기도 효과적이다.이 약품들은 불에서 산소를 빼앗고 칼륨 [125]금속을 식힌다.

저장 중에 칼륨은 과산화물과 초산화물을 형성한다.이러한 과산화물은 기름과 같은 유기 화합물과 격렬하게 반응할 수 있다.과산화물과 초산화물 모두 금속 [126]칼륨과 폭발적으로 반응할 수 있다.

칼륨은 공기 중의 수증기와 반응하기 때문에 보통 무수 미네랄 오일이나 등유 아래에 저장된다.그러나 리튬 및 나트륨과 달리 칼륨은 비활성(산소가 없는) 분위기 또는 진공 상태가 아니면 6개월 이상 오일 아래에 보관해서는 안 됩니다.공기 중에 장기간 보관하면 금속과 용기 뚜껑 아래에 충격에 민감한 과산화물이 형성되어 [127]개봉 시 폭발할 수 있습니다.

많은 양의 칼륨 화합물을 섭취하면 고칼륨혈증을 일으켜 심혈관계에 [128][129]강한 영향을 미칠 수 있습니다.염화칼륨은 미국에서 독극물 주입을 [128]위해 사용된다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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    calciner)    의 대체품.    Je는 donc ici, de substuer aux mots usités jusquici d'alcali des plantes, alcali végétal, potasse, &c. c. celui de kali, de revenir ari ari ari ari minéral, aude &c를 제안합니다."
    (이 알칼리[즉, 칼륨]는 (따라서) 더 이상 식물의 성장 산물로 볼 수 없는) 원래 단순한 일련의 광물 영역에서 적절한 위치를 차지하고 있으며, 그 본성에 더 적합한 이름을 붙일 필요가 있다.
    새로운 프랑스 명명법이 전체 종의 이름으로 부여한 "포타슈" (potash)라는 이름은 어원적 유래가 어느 정도 잘못되었다고 느끼는 독일 화학자들 사이에서 받아들여지지 않을 것이다.실제로, 이전에는 석탄재로부터 농축된 세정용 분말의 로스팅에 사용되었던 것, 즉 철제 냄비(로더 작센의 방언으로 냄비)에서 로스팅 오븐이 대체되었다.
    따라서 나는 지금까지의 "식물 알칼리", "식물 알칼리", "식물 알칼리", "포타쉬" 등의 일반적인 단어 대신 "미네랄 알칼리", "소다" 등의 옛 이름으로 돌아갈 것을 제안한다.
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참고 문헌

외부 링크

  • "Potassium". Drug Information Portal. U.S. National Library of Medicine.