カリウム

カリウム 化学特性,用途語,生産方法

歴史

植物体内にイオンとして存在しているので、これを焼いた灰の中には多量に含まれる。木灰ashを水で浸出した液（アルカリ液）が洗濯に有効であることは『旧約聖書』の時代から知られていた。この液を鉄製のるつぼpotで煮沸濃縮して得られる固形物はpotashとよばれ、ガラスやせっけんの製造に用いられた。これは不純な炭酸カリウムである。このpotashということばは、のちには他のカリウム塩やカ性カリ、すなわち水酸化カリウムにも用いられるようになった。カリウムの化合物はナトリウムの化合物と類似していて区別が明瞭(めいりょう)でなかったが、1761年ドイツのマルクグラーフは炎色反応によって両者を区別することに成功した。すなわち、カリウムは淡紫色を呈するのに対し、ナトリウムは黄色を呈する。

カリウムの金属単体を単離することに初めて成功したのはイギリスのデービーである（1807）。彼は、高温で融解した水酸化カリウムを電解したところ、負極で明るい光と炎が生ずるのを観察した。電極において生成し、空気中で燃焼して炎と光を発するこの金属を新元素と認め、potash（この場合は水酸化カリウム）から得たことにちなみポタシウムpotassiumと命名した。カリウムというのはドイツ語名で、アラビア語のkaljan（植物の灰）またはヘブライ語のkal（軽い）に由来するといわれる。［鳥居泰男］

存在

カリウムは他のアルカリ金属元素と同様にきわめて反応性に富んでいるので、自然界においてはつねに1価の陽イオンとして化合物の形で存在しており、単体としては産出しない。地殻中に比較的豊富に存在しており、アルカリ金属としてはナトリウムに次ぐ。不溶性アルミノケイ酸塩、たとえばカリ長石KAlSi3O8、カリ雲母(うんも)KH2Al3Si3O2のような形で岩石成分として分布している。岩石が風化すると、カリウムイオンはナトリウムイオンなどとともに遊離してくるが、ナトリウムイオンに比べ土壌中のコロイド物質に吸着されやすいので、雨水によっても比較的流出せずに残り、植物に吸収される。したがってカリウムは地殻中にはナトリウムとほぼ同量含まれているのに、海水中の存在量は30分の1ぐらいである。まれに地中から水溶性の塩化物、硫酸塩などの塩類として比較的純粋な形でみいだされる。これらは、かつて地球の大部分を覆っていた古代の海が蒸発濃縮された結果沈積したもので、多くは地下深い所に岩塩層と並んで鉱床をなしている。その最大のものはカナダのサスカチェワンのシルビン（カリ岩塩）の鉱床で、地下1キロメートルにあり、塩化カリウムの推定埋蔵量100億トンといわれ、3億年以上前に生成したものと考えられている。また、ドイツのシュタッスフルトの岩塩鉱床からカーナル石KCl・MgCl2・6H2Oが採掘されていることも有名である。

カリウムはまた動植物の細胞内液にイオンとして存在し、グリコーゲンとよばれる多糖類やタンパク質の合成に関係しており、神経の情報伝達にも重要な役割をもっている。

性質

カリウムは、軟らかい金属です。比重は0.86であり、水よりも軽く、リチウムの次に比重の軽い金属です。融点は63.7°Cで、沸点は774°Cであり、炎色反応は淡紫色を呈します。

電気陰性度が小さいルビジウムやセシウムより反応性が低く、電気陰性度が大きいリチウムやナトリウムより反応性が高いです。空気によりすぐに酸化されて灰色に変色し、水やハロゲン元素とも激しく反応します。

そのため、金属カリウムは鉱油やケロシンなどの炭化水素中やアルゴンで、満たされたガラスアンプル中で保管する必要があります。

アルコールとの反応ではアルコキシドが生成し、高温では水素と反応して水素化カリウムを得ることが可能です。水や液体アンモニアには、非常によく溶けます。

解説

K．原子番号19の元素．電子配置1s22s22p63s23p64s1の周期表1族元素．原子量39.10．2種類の安定同位体(39K，41K)がある．放射性同位体は7種類の存在が知られている．1807年H. Davy(デイビー)により水酸化カリウムの融解電解で遊離された．古くから植物の灰ashを鍋potで煮て得られる炭酸カリウムはpotashとして知られており，Davyはこれをもとにpotassiumと命名した．中世には，炭酸カリウムと天然ソーダ・炭酸ナトリウムが区別されておらず，欧州ではnatron，アラブ圏ではalkaliとまとめてよばれていたが，M.H. Klaprothが両者の違いを認めて，1797年に前者をkali，後者をnatronとよぶことを提案した．今日でもドイツ語圏では元素名はKaliumで，日本語の元素名はドイツ語名を採用している．天然には遊離状態で存在せず，おもにケイ酸塩として地殻中に広く分布する．地殻中の存在度9100 ppm．植物の灰に多く含まれる．ドイツやフランスの鉱床から塩化物，硫酸塩などの複塩として多量に産出する．また，海水中には塩化カリウムとして0.38 g dm－3 含まれている．カリウムの水酸化物，ハロゲン化物の融解電解で得られ，真空蒸留により精製する．銀白色の軟らかい金属．体心立方格子構造．格子定数a ＝ 0.533 nm(20 ℃)．融点63.65 ℃，沸点774 ℃．密度0.86 g cm－3(20 ℃)．融解熱2.4 kJ mol－1，蒸発熱77.4 kJ mol－1．イオン化電位4.318 eV．炎色反応は淡紫色．電気的陽性の強い元素で，酸化数1の化合物をつくりやすい．表面は空気中でただちに酸化されて光沢を失う．発火することもある．鉱油中に保存する．空気中で熱すると燃えて超酸化カリウムKO2を生じる．ハロゲン族，酸素族，硫黄族の元素と作用し，また水素気流中で熱すると水素化カリウムとなる．水とはげしく反応して水素を発生し，生じた水素は反応熱のため発火する．ほかの金属の塩を還元してその金属を遊離する．有機物に対し強い還元作用を示す．液体アンモニア，エチレンジアミン，アニリンなどに溶け，水銀とはアマルガムをつくり，多くの金属に合金をつくって溶ける．カリウム化合物の原料，有機合成の還元剤，縮合剤に用いられる．ナトリウム-カリウム合金は原子炉の冷却剤として用いられる．[CAS 7440-09-7]
森北出版「化学辞典（第2版）

用途

還元剤、無機および有機化合物の合成、原子炉冷却材、触媒、分析用試薬、有機過酸化物の製造

用途

金属カリウムは多くの点でナトリウムと類似しているが、製造上の困難のためにナトリウムよりはるかに高価である。したがってナトリウムに比べ工業材料としての利用範囲（還元剤、縮合剤、火薬原料）はあまり広くはない。しかし、一方ではカリウム特有の利用価値が認められ、その面での需要が広がっている。その一つはナトリウムとの合金であって、ナトリウムに近い比熱や熱伝導性をもちながら、室温を含む広い温度範囲で液状をとるものがつくられている。これは原子炉の冷却剤や高温温度計などに使用されている。また、超酸化物として酸素マスクに多量使用されている。

構造

カリウムの元素記号はKで、原子量は39.10です。銀白色の金属であり、常温常圧では体心立方構造を取っています。

電子配置は[Ar] 4s¹で、1個の電子を放出するとアルゴンと同じ安定な希ガス型の電子配置になります。そして、第1イオン化エネルギーは418.8kJ/molと低いため、電子を1個失って、陽イオン (K⁺) になりやすいです。電子を2個失うと希ガス型の電子配置が崩れるので、第2イオン化エネルギーは非常に高く、3052kJ/molです。その一方で、アルカリドイオンのK⁻も知られています。

カリウムには、24種の同位体が知られています。最も多いのは³⁹Kです。⁴⁰Kや⁴¹Kも天然に生成します。³⁹Kと⁴¹Kは安定同位体ですが、⁴⁰Kは半減期が1.250×10⁹年と長い放射性同位体です。

製法

金属カリウムは、一般のアルカリ金属と同様に、塩化物や水酸化物の融解電解によって製造することもできる。しかし、安全性や経済性の点から、融解塩化カリウムを850℃でナトリウム蒸気で還元する方法が現在工業的には行われている。

KCl＋Na―→NaCl＋K↑

この場合、カリウム蒸気を凝縮させて得た生成物は約1％のナトリウムを主要不純物として含んでいる。分別蒸留によって99.99％の純度にまで精製される。

ソース

1. 自然界に存在するカリウム

単体のカリウムは、自然では産出されません。ただし、多種多様な化合物の形で、地殻の約2.6 %をカリウムが占めており、地殻で7番目に存在量が多い元素です。

工業原料のためのカリウム資源は、ほとんど塩化カリウムとして採取されます。

2. カリウムの生産

純粋な金属カリウムは、水酸化カリウムの電気分解によって得られます。カリウムを多く含むカーナライト、ラングバイナイト、ポリハライト、カリ岩塩のような鉱石を使用して、カリウム塩類の抽出も可能です。カリウム塩類は、マグネシウムやナトリウムの化合物から分離されます。

海も主要なカリウム源の1つですが、ナトリウムと比較して、カリウムの含有量は非常に低いです。カリウムが土壌に吸着されて、植物が吸収することが理由として挙げられます。

効能

カリウム補充薬

説明

Potassium has atomic number 19 and the chemical symbol K, which is derived from its Latin name kalium . Potassium was first isolated from potash, which is potassium carbonate (K₂CO₃). Potassium occurs in nature only in the form of its ion (K⁺) either dissolved in the ocean or coordinated in minerals because elemental potassium reacts violently with water . Potassium ions are essential for the human body and are also present in plants. The major use of K⁺ can be found in fertilisers, which contains a variety of potassium salts such as potassium chloride (KCl), potassium sulfate (K₂SO₄) and potassium nitrate (KNO₃).

化学的特性

Potassium is a soft silvery metal, tarnishing upon exposure to air.

物理的性質

Elemental potassium is a soft, butter-like silvery metal whose cut surface oxidizes in dryair to form a dark gray potassium superoxide (KO₂) coating. KO₂ is an unusual compound,in that it reacts with both water and carbon dioxide to produce oxygen gas. It appears morelike a hard wax than a metal. Its density (specific gravity) is 0.862 g/cm³, its melting point is63.25°C, and its boiling point is 760°C. It has an oxidation state of +1 and reacts explosivelywith room temperature air or water to form potassium hydroxide as follows: 2K + 2 H₂O→? 2KOH + H₂. This is an endothermic reaction, which means the heat generated is greatenough to ignite the liberated hydrogen gas. Potassium metal must be stored in a non-oxygen,non-aqueous environment such as kerosene or naphtha.

同位体

A total of 18 isotopes of potassium have been discovered so far. Just two ofthem are stable: K-39 makes up 93.2581% of potassium found in the Earth’s crust, andK-41 makes up 6.7301% of the remainder of potassium found on Earth. All the other16 potassium isotopes are unstable and radioactive with relatively short half-lives, and asthey decay, they produce beta particles. The exception is K-40, which has a half-life of1.25×10⁹ years.

名前の由来

Its symbol “K” is derived from the Latin word for alkali, kalium, but it is commonly called “potash” in English.

天然物の起源

Potassium is the eighth most abundant element in the Earth’s crust, which contains about2.6% potassium, but not in natural elemental form. Potassium is slightly less abundant thansodium. It is found in almost all solids on Earth, in soil, and in seawater, which contains 380ppm of potassium in solution. Some of the potassium ores are sylvite, carnallite, and polyhalite. Ore deposits are found in New Mexico, California, Salt Lake in Utah, Germany, Russia,and Israel. Potassium metal is produced commercially by two processes. One is thermochemical distillation, which uses hot vapors of gaseous NaCl (sodium chloride) and KCl (potassiumchloride); the potassium is cooled and drained off as molten potassium, and the sodium chloride is discharged as a slag. The other procedure is an electrolytic process similar to that used toproduce lithium and sodium, with the exception that molten potassium chloride (which meltsat about 770°C) is used to produce potassium metal at the cathode.

特性

Because its outer valence electrons are at a greater distance from its nuclei, potassium ismore reactive than sodium or lithium. Even so, potassium and sodium are very similar in theirchemical reactions. Due to potassium’s high reactivity, it combines with many elements, particularly nonmetals. Like the other alkali metals in group 1, potassium is highly alkaline (caustic) with a relatively high pH value. When given the flame test, it produces a violet color.

使用

In synthesis of inorganic potassium Compounds; in organic syntheses involving condensation, dehalogenation, reduction, and polymerization reactions. As heat transfer medium together with sodium: Chem. Eng. News 33, 648 (1955). Radioactive decay of 40K to 40Ar used as tool for geological dating.

定義

potassium: Symbol K. A soft silverymetallic element belonging to group1 (formerly IA) of the periodic table(see alkali metals); a.n. 19; r.a.m.39.098; r.d. 0.86; m.p. 63.7°C; b.p.774°C. The element occurs in seawaterand in a number of minerals,such as sylvite (KCl), carnallite(KCl·MgCl2·6H2O), and kainite(MgSO4·KCl·3H2O). It is obtained byelectrolysis. The metal has few usesbut potassium salts are used for awide range of applications. Potassiumis an essential element for livingorganisms. The potassium ion,K+, is the most abundant cation inplant tissues, being absorbed throughthe roots and being used in suchprocesses as protein synthesis. In animalsthe passage of potassium andsodium ions across the nerve-cellmembrane is responsible for thechanges of electrical potential thataccompany the transmission of impulses.Chemically, it is highly reactive,resembling sodium in itsbehaviour and compounds. It alsoforms an orange-coloured superoxide,KO₂, which contains the O2^- ion.Potassium was discovered by SirHumphry Davy in 1807.

製造方法

Potassium metal is not produced commercially by a fused salt electrolysis of the chloride —as is sodium—for several reasons: the metal is too soluble in the molten chloride to separate and float on top of the bath; potassium metal vapors may also issue from the molten bath, thus creating hazardous conditions; and potassium superoxide may form in the cell and react explosively with potassium metal. Consequently, the established method of preparing potassium metal commercially? involves the reduction of molten potassium chloride by metallic sodium at elevated temperatures (850°C). Molten potassium chloride is fed into the midpoint of a steel vessel provided with a fractionating tower packed with stainless steel rings. Sodium is vaporized at the bottom and rises countercurrent to the molten potassium chloride with which it reacts according to the equilibrium expression.
Although the left-hand side of the equation is favored thermodynamically, the escape of the potassium vapors causes the reaction to proceed very efficiently to the right. The potassium vapors are condensed and the product normally contains sodium metal as the only major impurity up to about 1 % by weight. This product is sometimes purified by fractionating it in a 38 ft high 316 stainless steel tower equipped with a reflux return reservoir. The condensate is potassium metal of 99.99 % purity.

調製方法

Potassium superoxide (KO2) can create oxygen from water vapor (H2O) and carbon dioxide (CO2) and is used in respiratory equipment and is produced by burning potassium metal in dry air.

一般的な説明

Potassium is potassium mixed with some other metal, usually sodium. Potassium is a liquid under normal conditions. Potassium reacts vigorously with water to form potassium hydroxide, a corrosive material and hydrogen, a flammable gas. The heat from this reaction may be sufficient to ignite the hydrogen. Potassium alloy may ignite spontaneously in contact with air. Once ignited, potassium burns quite violently. Potassium is used as a heat exchange fluid.

空気と水の反応

Reacts vigorously with oxygen. Reacts vigorously with water even at less than 100°C [Merck, 11th ed., 1989]. Water (caustic solution, H2) The oxidation of potassium in air is so rapid that the heat generated by the reaction melts and ignites the metal. This is particularly the case when pressure is applied at ordinary temperatures [Sidgwick 1. 1950]. Potassium burns in moist air at room temperature [Mellor 2:468. 1946-47]. The higher oxides of potassium, formed in air, react explosively with pure potassium, sodium, sodium-potassium alloys, and organic matter [Mellor 2, Supp. 3:1559. 1963].

健康ハザード

Potassium reacts with the moisture on skin and other tissues to form highly corrosive potassium hydroxide. Contact of metallic potassium with the skin, eyes, or mucous membranes causes severe burns; thermal burns may also occur due to ignition of the metal and liberated hydrogen.

燃焼性と爆発性

Potassium metal may ignite spontaneously on contact with air at room temperature. Potassium reacts explosively with water to form potassium hydroxide; the heat liberated generally ignites the hydrogen formed and can initiate the combustion of potassium metal itself. Potassium fires must be extinguished with a class D dry chemical extinguisher or by the use of sand, ground limestone, dry clay or graphite, or "Met-L-X?" type solids. Water or CO2, extinguishers must never be used on potassium fires.

使用用途

カリウムはあらゆる物質と塩を形成し、そのカリウム塩は広く利用されています。例えば、硫酸塩 () と塩酸塩 () はカリ肥料として用いられ、硝酸塩 () は石鹸になります。

また、炭酸塩 (炭酸カリウム) は、 (ブラウン管、など) 、かんすいに使用可能です。その他、写真の製版 () 、花火、マッチ棒 (、塩素酸カリウム) に用いられています。

職業ばく露

Used as a reagent and in sodiumpotassium alloys which are used as high-temperature heat transfer media.

概要

カリウムとは、原子番号19番の元素で、1属のアルカリ金属です。

1807年にイギリスの化学者ハンフリー・デイビーによって、初めて単離されました。カリウムは植物の成長に必要な必須元素であり、窒素やリンとともに肥料の三大要素の1つです。

また、人体に必要なミネラルの1種であり、細胞内液の浸透圧の調整などの働きをしています。極めて反応性に富んでいるため、自然界では化合物の形で存在しており、単体の形では存在しません。

環境運命予測

Potassium metal in the environment will react with air, oxidizing the exposed surfaces, and reacts violently with water, yielding potassium hydroxide and hydrogen gas, which reacts with oxygen in air, producing flame.

貯蔵

Safety glasses, impermeable gloves, and a fire-retardant laboratory coat should be worn at all times when working with potassium, and the metal should be handled under the surface of an inert liquid such as mineral oil, xylene, or toluene. Potassium should be used only in areas free of ignition sources and should be stored under mineral oil in tightly sealed metal containers under an inert gas such as argon. Potassium metal that has formed a yellow oxide coating should be disposed of immediately; do not attempt to cut such samples with a knife since the oxide coating may be explosive.

輸送方法

UN2257Potassium, Hazard Class: 4.3; Labels: 4.3-Dangerous when wet material. UN1420 Potassium, metal alloys and metal alloys, liquid, Hazard Class: 4.3; Labels: 4.3-Dangerous when wet material. UN3089 Metal powder, flammable, n.o.s. Hazard Class: 4.2; Labels: 4.2-Spontaneously combustible material.

不和合性

Air contact causes spontaneous ignition. Violent reaction with water, forming heat, spattering, corrosive potassium hydroxide and explosive hydrogen. The heat from the reaction can ignite the hydrogen that is generated. A powerful reducing agent. Violent reaction with oxidizers, organic materials; carbon dioxide; heavy metal compounds; carbon tetrachloride; halogenated hydrocarbons; easily oxidized materials; and many other substances. Store under nitrogen, mineral oil, or kerosene. Oxidizes and forms unstable peroxides under storage conditions. Potassium metal containing an oxide coating is an extremely dangerous explosion hazard and should be removed by an expert and destroyed.

廃棄物の処理

Excess potassium and waste material containing this substance should be placed in an appropriate container under an inert atmosphere, clearly labeled, and handled according to your institution's waste disposal guidelines. Experienced personnel can destroy small scraps of potassium by carefully adding t-butanol or nbutanol to a beaker containing the metal scraps covered in an inert solvent such as xylene or toluene.

カリウム 上流と下流の製品情報

原材料

準備製品

7440-09-7(カリウム)キーワード:

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• 7440-09-7
• potassium,metalalloys
• CHLORO POTASSIUM
• CONDUCTANCE STANDARD 300 000 UMHO
• CONDUCTANCE STANDARD SOLUTION B
• CONDUCTANCE STANDARD SOLUTION C
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• CONDUCTIVITY CALIBRATION STANDARD 100
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 100,000 MICROSIEMENS/CM
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 12,900 UMHOS
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 1413 MICROSIEMENS/CM
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 1500 MICROSIEMENS/CM
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 2765 MICROSIEMENS/CM
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• CONDUCTIVITY STANDARD, 58,640 UMHOS
• CONDUCTIVITY STANDARD, 6,668 UMHOS
• CONDUCTIVITY STANDARD, 718 UMHOS
• Potassium, solid, 99.95% (metals basis)
• Potassium, AAS standard solution, Specpure(R), K 1000μg/ml
• カリウム
• カリウム塩
• カリウム,棒状
• 金属「カリウム」
• カリウム(アルゴンガス封入、アンプル入り)
• カリウム (99.95%) (prescored ampoule)
• カリウム, solid, 99.95% (metals basis)