Kalium
|
|
|
Kalium
|
Algemeen
|
Naam
|
Kalium
|
Symbool
|
K
|
Atoomnummer
|
19
|
Groep
|
Alkalimetaal
|
Periode
|
Periode 4
|
Blok
|
S-blok
|
Reeks
|
Alkalimetaal
|
Kleur
|
Zilverwit
|
Chemische eigenschappen
|
Atoommassa
(
u
)
|
39,098
|
Elektronenconfiguratie
|
[
Ar
]4s
1
|
Oxidatietoestanden
|
+1
|
Elektronegativiteit
(
Pauling
)
|
0,82
|
Atoomstraal
(
pm
)
|
227
|
1e
ionisatiepotentiaal
(
kJ
·
mol
?1
)
|
418,81
|
2e
ionisatiepotentiaal
(
kJ
·
mol
?1
)
|
3051,85
|
3e
ionisatiepotentiaal
(
kJ
·
mol
?1
)
|
4419,64
|
Fysische eigenschappen
|
Dichtheid
(
kg
·
m
?3
)
|
862
|
Hardheid
(Mohs)
|
0,4
|
Smeltpunt
(
K
)
|
336,5
|
Kookpunt
(K)
|
1038,7
|
Aggregatietoestand
|
Vast
|
Smeltwarmte
(kJ·mol
?1
)
|
2,334
|
Verdampingswarmte
(kJ·mol
?1
)
|
79,87
|
Van der Waalse straal
(pm)
|
275
|
Kristalstructuur
|
Kub
|
Molair volume
(m
3
·mol
?1
)
|
45,46
|
Geluidssnelheid
(m·
s
?1
)
|
2000
|
Specifieke warmte
(J·kg
?1
·K
?1
)
|
750
|
Elektrische weerstand
(μ
Ω
·
cm
)
|
6,15
|
Warmtegeleiding
(
W
·m
?1
·K
?1
)
|
100
|
SI
-eenheden en
standaardtemperatuur en -druk
worden gebruikt,
tenzij anders aangegeven
|
|
Kalium
is een
scheikundig element
met symbool
K
en
atoomnummer
19. Het is een zilverwit
alkalimetaal
. In de
Angelsaksische
en
Romaanse
landen staat het element bekend als
potassium
.
In
1702
vermoedde
G.E. Stahl
een verschil tussen soda (
Na
2
CO
3
) en potas (
K
2
CO
3
). In
1736
toonde
H.L. Duhamel du Monceau
aan dat
kaliloog
en
natronloog
verschillende basen waren.
Kalium werd in
1807
ontdekt door
Humphry Davy
tijdens de
elektrolyse
van uit
potas
verkregen
kaliumhydroxide
(KOH). Hiermee is kalium het eerste metaal dat via elektrolyse werd geisoleerd.
In navolging van
Martin Klaproth
en later van
Ludwig Wilhelm Gilbert
en
Jons Jacob Berzelius
wordt in het Nederlands en veel Germaanse en Slavische talen de uit het Arabisch (????????? al-qalyah betekenend "as van planten") afkomstige naam gehanteerd, terwijl in veel andere talen de door Humphry Davy voorgestelde naam potassium wordt gebruikt.
Deze laatste naam leidde hij af van het Engelse woord potash, vanwege het feit dat kaliumcarbonaat oorspronkelijk werd verkregen door de as van verbrand hout in een pot te plaatsen, water toe te voegen en de oplossing te verhitten.
Door de hoge reactiviteit van kalium komt kalium in de natuur alleen maar voor in de vorm van
zouten
.
Kaliumnitraat
,
kaliumchloraat
,
kaliumperchloraat
en soms
kaliumpermanganaat
worden om de oxidatieve eigenschappen gebruikt als component van zwart
buskruit
en andere
sassen
. Ook is kaliumcarbonaat een belangrijke
katalysator
in
houtskool
, wat weer invloed heeft op de brandsnelheid. In de vorm van
kaliumcarbonaat
is kalium van belang voor de productie van
glas
;
kaliumchloraat
wordt als oxidator in lucifers gebruikt en
kaliumhydroxide
wordt veel als conserveermiddel voor levensmiddelen gebruikt.
Kaliumoxide
,
kaliumsulfaat
, kaliumnitraat en
kaliumchloride
worden veel gebruikt in
kunstmest
. Vrijwel alle kaliumzouten zijn goed oplosbaar in water. Een uitzondering is di-kaliumtartraat, het reactieproduct van kalium en
wijnsteenzuur
dat in wijn kan zitten en dan de aanwezige kristallijne droesem geeft.
Andere toepassingen van kalium zijn:
- Injectie van een hoge concentratie
kaliumchloride
wordt toegepast bij het uitvoeren van
executies
, omdat de werking van het hart hierdoor ernstig wordt verstoord.
- In dierlijke cellen zijn kalium
ionen
van belang voor transport.
- Kalium wordt ook gebruikt in samengestelde meststoffen, NPK (
stikstof
,
fosfor
en kalium) Bijvoorbeeld 9-9-16 (dit is de verhouding van deze stoffen). Kalium zorgt onder andere voor de groei en de kleur van de plant. Ook geeft het de planten meer weerstand tegen ziektes.
- In
legeringen
met
natrium
vormt kalium
NaK
, dat gebruikt wordt om warmte te transporteren in bijvoorbeeld kerncentrales.
- Om bepaalde monochromatisch en coherente golflengtes (laser) te creeren, zoals 473 nm, 532 nm, 589 nm etc., is kalium vereist. De KTP Kristal (Kalium Titanyl Phosphate) wordt gepolariseerd, voor een ND:YAG, ND:YVO4 of ND:YLF crystal geplaatst. De meest voorkomende type is ND:YVO4 (Neodymium Doped Yttrium Orthovanadate), deze kristal zet monochromatisch licht van een 808 nm laser diode om naar 1064 nm, waarbij de KTP crystal de golflengte halveert naar 532 nm, dit heet “frequency doubling”. Beide kristallen zijn birefractive (met
dubbele breking
).
In het
xyleem
dient het voor de verhoging van de
osmosedruk
, waar het noodzakelijk is voor de
worteldruk
. Kalium in de
bladcellen
verhoogt de
turgor
, waardoor er
celstrekking
en vergroting van het
bladoppervlak
plaatsvindt. Ook zorgt het voor het opengaan van de
huidmondjes
via verhoging van de turgor in de sluitcellen, waardoor de opname van CO
2
voor de
fotosynthese
bevorderd wordt. Is kalium ruim voorhanden dan bevordert het de eerste stap van de vorming van C3-
koolhydraten
, die nodig zijn voor de vorming van
zetmeel
,
cellulose
,
lignine
en
proteinen
.
Knol-
en
wortelgewassen
hebben meer kalium nodig dan
bladgewasen
.
De symptomen van een kaliumtekort treden vooral op in de oudere bladeren, omdat de kalium uit deze bladeren via het
floeem
naar de jonge bladeren wordt getransporteerd.
Typische symptomen van een kaliumtekort zijn stip-, tussennerven- en bladrand
chlorose
en bladrand
necrose
. Ook geeft het een gedrongen groei en verwelking. Bij sterke zoninstraling kan er
foto-oxidatie
in de bladeren optreden.
[1]
Een teveel aan kalium veroorzaakt wortelverbranding en een calcium- en magnesiumtekort in de plant.
Kalium is in het lichaam een van de
elektrolyten
(naast
natriumionen
,
chlorideionen
en bicarbonaationen).
Het speelt een belangrijke rol in het lichaam zoals bij pulsoverdracht in zenuwen, aanmaak van eiwitten en aanmaak van
glycogeen
. Anders dan bij
natrium
bevindt maar 2% van het totale lichaamskalium zich buiten de cellen en is als zodanig ook meetbaar in het bloed (4 mmol/L). Binnen de cellen is de concentratie vele malen hoger (140 mmol/L). Deze gradient moet via pompen in de celmembraan actief intact gehouden (natrium-kalium pomp). Deze pompen kunnen beinvloed worden door onder andere
insuline
, waardoor het kalium naar de cel verdwijnt. Suikerpatienten die insuline spuiten moeten hiermee rekening houden, om te voorkomen dat hun kaliumspiegels te laag worden. Opname van kalium verloopt via het maag-darmsysteem. Bij chronische
diarree
en braken is de opname dan ook verstoord. Kalium wordt bij overmaat via de nieren uitgescheiden. Bij nieraandoeningen is dit proces dan ook vaak verstoord, waardoor verhoogde bloedkaliumwaarden gevonden worden. De balans tussen opname en uitscheiding wordt in de nieren en de darm gecontroleerd via het hormoon
aldosteron
. Verlaging van de kaliumconcentratie in het bloed (
hypokaliemie
) (wat resulteert in een te grote hyperpolarisatie van de membraanpotentiaal van de cellen) kan leiden tot spierverlamming, terwijl te hoge waarden (
hyperkaliemie
) (die resulteren in een te grote depolarisatie van de membraanpotentiaal van de cellen) kunnen leiden tot overprikkelbaarheid van de spieren waaronder de hartspier. Dit laatste kan hartritmestoornissen tot gevolg hebben of zelfs een hartstilstand. Verstoringen van de kaliumhuishouding zijn daarom een serieus klinisch probleem, waar altijd door een arts naar gekeken dient te worden.
Kalium is, samen met
lithium
en
natrium
, een licht metaal en erg reactief. Kalium komt in de natuur niet in zuivere metaalvorm voor, maar uitsluitend in verbinding met andere elementen. Kalium reageert met de
zuurstof
in de
lucht
en reageert heftig met
water
:
Deze reactie is zo heftig dat het ontstane
waterstofgas
ontbrandt door de grote hoeveelheid energie, onder de vorm van
warmte
(aangeduid als
E
), die vrijkomt tijdens de reactie. Daarom moet zuiver (metallisch) kalium onder
petroleum
worden bewaard.
Kalium heeft een zeer lage
elektronegativiteit
, hetgeen inhoudt dat kalium zeer gemakkelijk zijn enige
valentie-elektron
afstaat in reacties. Dit is de oorzaak van de hoge
reactiviteit
van het metaal (bijvoorbeeld met water).
De aardkorst bestaat voor 2,4% uit kalium in minerale vorm. Sommige van deze mineralen, zoals
carnalliet
, poluhaliet en
sylviet
, worden gevonden op de zeebodem.
De belangrijkste bron van kalium is
kaliumcarbonaat
, dat onder meer wordt gedolven in de
Verenigde Staten
en
Duitsland
.
In Centraal-
Canada
ligt op een diepte van ongeveer duizend meter een enorme voorraad kalium die in de toekomst een belangrijke bron zal worden. Ten slotte bevat zeewater kalium in lage concentraties.
Kalium wordt tegenwoordig geisoleerd uit het hydroxide door
elektrolyse
op een manier die vrijwel identiek is aan de manier die Humphry Davy ooit gebruikte.
Stabielste isotopen
|
Iso
|
RA
(%)
|
Halveringstijd
|
VV
|
VE
(M
eV
)
|
VP
|
38
K
|
syn
|
7,636
min
|
β
+
|
5,913
|
38
Ar
|
39
K
|
93,2581
|
stabiel met 20 neutronen
|
40
K
|
0,0117
|
1,277×10
9
j
|
β
?
β
+
|
1,311
1,505
|
40
Ca
40
Ar
|
41
K
|
6,7302
|
stabiel met 22 neutronen
|
42
K
|
syn
|
12,360
u
|
β
?
|
3,525
|
42
Ca
|
43
K
|
syn
|
22,3
u
|
β
?
|
1,815
|
43
Ca
|
Er zijn 17 verschillende isotopen van kalium bekend. Hiervan komen er in de natuur twee stabiele (
39
K en
41
K) en een instabiele (
40
K) voor. De andere isotopen kunnen alleen op kunstmatige wijze worden verkregen. Het voorkomen van
40
K wordt soms gebruikt om de ouderdom van stenen te bepalen en voor het bestuderen van het weer. Doordat 1 op ca. 8500 kaliumatomen de instabiele isotoop (
40
K) is, is kalium licht radioactief, ca. 31
becquerel
per gram.
40
K is de voornaamste bron van radioactiviteit in het menselijk lichaam.
Oxidatiegetal
|
Toelichting
|
0
|
Vrij metaal, komt niet in de natuur voor
|
+1
|
standaardion van het element
|
Kalium reageert explosief met water en moet worden bewaard onder
petroleum
of minerale olien. De meeste kaliumzouten zijn niet
giftig
of schadelijk. Afhankelijk van het
anion
kan een kaliumzout wel giftig of schadelijk zijn. Contact met de huid moet worden vermeden omdat kalium met vocht
kaliumhydroxide
vormt, bij het werken met kalium is het aan te raden handschoenen en gelaatsbescherming te dragen.
De
aanbevolen dagelijkse hoeveelheid
van kalium is voor volwassenen 3500 mg.
[2]
Kalium is gemakkelijk via de voeding te verkrijgen en komt vooral voor in groente, fruit, aardappelen en vis, maar ook brood, melk en noten. Onder normale omstandigheden levert een gezonde, gevarieerde voeding voldoende kalium. Kalium kan de bloeddrukverhogende werking van natrium tegengaan. Een tekort aan kalium wordt een
hypokaliemie
genoemd.
Bronnen, noten en/of referenties
|