Hulp bij leren Periodiek systeem

Kalium

chemisch-element

19

K/Kalium

Kalium is een reactief, zilverachtig alkalimetaal. Op lithium na is het ’t lichtste metaal dat we kennen. Het is een essentieel element voor de groei van planten en één van de drie hoofdcomponenten in kunstmest (naast stikstof en fosfor). Ook in het menselijke dieet is het onmisbaar. Kalium is van belang voor het functioneren van zenuwen en de vochtbalans in cellen. Vanwege zijn reactiviteit is kalium in de natuur alleen te vinden in verbindingen met andere elementen. Het oxideert in lucht en kan explosief reageren met water vanwege de vorming van waterstof.

Symbool

Protonen/elektronen

Groep

Isotopen

³⁹K, ⁴⁰K, ⁴¹K

Periode

Elektronenconfiguratie

[Ar] 4s¹

Blok

Elektronencofiguratie Bohr

2,8,8,1

Bij kamertemperatuur

vast

Elektronegativiteit

0,9 (Pauling)

Dichtheid

890 kg m^-3

Atoomstraal

231 10^-12m

Smeltpunt

63 ^oC (336 K)

Relatieve atoommassa

39.102

Kookpunt

759 ^oC (1032 K)

Soortelijke warmte

754 J kg^-1K^-1

Warmtegeleidingscoëfficiënt

130 W m^-1K^-1

Selecteer

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Kunstmest

Kalium is een essentieel mineraal voor planten. Je vindt het daarom in diverse soorten kunstmest, bijvoorbeeld als:

Kaliummonowaterstoffosfaat (K₂HPO₄)
Kaliumdiwaterstoffosfaat (KH₂PO₄)
Kaliumnitraat (KNO₃)
Kaliumsulfaat (K₂SO₄)
Kaliumchloride (KCl)
Kaliumcarbonaat (K₂CO₃)
Kaliumwaterstofcarbonaat (KHCO₃)
Kaliumsilicaat (K₂SiO₃)

De kaliumzouten worden soms gemengd met andere meststoffen. Met stikstof bijvoorbeeld in kalkammonsalpeter, dat is de combinatie ammoniumnitraat/kaliumchloride. De samenstelling van deze kunstmest is ongeveer 16 % N en 23 % K (op kunstmestverpakkingen wordt het kaliumgehalte altijd uitgedrukt in % K₂O). Deze stof is voor vrijwel alle landbouwgronden geschikt, in het bijzonder voor de teelt van rogge en haver.

Glas

Het toevoegen van kaliumverbindingen (zoals oxide, carbonaat, nitraat, sulfaat of silicaat) resulteert in moeilijk smeltbaar glas. Kaliglas en kalikalkglas zijn vanzelfsprekend kalium houdende glassoorten, maar je vindt het ook in Boheems kristalglas (samengesteld uit kalium-, natrium-, calcium– en loodsilicaten) en in Thüringer glas (K₂O.CaO.8SiO₂). De samenstelling van deze en andere glassoorten varieerde nogal in de loop der eeuwen. De verhouding calcium-natrium-kalium is daarom één van de indicatoren voor de herkomst van antieke glazen.

Lens

Zeer zuiver kaliumchloride (KCl) is bijzonder transparant voor infraroodstralen. In apparatuur voor infraroodspectroscopie zijn daarom vaak vensters te vinden gemaakt uit zogenaamde één kristallen van kaliumchloride. Ook kaliumbromide (KBr) en -jodide (KI) zijn geschikte materialen voor infraroodlenzen en -prisma’s .

Zuurstofmasker

Kaliumsuperoxide (KO₂) heeft de opmerkelijke eigenschap dat het CO₂ kan binden en tegelijkertijd zuurstof kan vrijmaken. Dat is bijzonder nuttig voor toepassing in gasmaskers voor bijvoorbeeld mijnbouwers en brandweerlieden. Ook in duikboten en ruimtevaartuigen wordt om die reden gebruik gemaakt van KO₂. Het reageert als volgt met uitgeademd koolzuur:

$4 {KO}_{2} + 2 {CO}_{2} \to 2 K_{2} {CO}_{3} + 3 O_{2}$

of in aanwezigheid van water(damp):

$4 {KO}_{2} + 4 {CO}_{2} + 2 H_{2} O \to 4 {KHCO}_{3} + 3 O_{2}$

Dieetzout

Kaliumsulfaat (K₂SO₄) en kaliumchloride (KCl) is te vinden in zogenaamd dieetzout, bedoeld voor mensen die weinig of geen natriumionen mogen innemen. Het kan de smaak van keukenzout (natriunmchloride) vervangen.

Meer toepassingen

Als element

tracer in de geneeskunde (⁴²K)

Als verbinding

Aftershave	K₂SO₄
Bakpoeder	kaliumwaterstoftartraat K(OOCCHOHCHOHCOOH)
Bloedstelpend middel	KAl(SO₄)₂.12H₂O
Conserveringsmiddel voor hout	KHF₂
Cosmetica (emulsies)	KH₂PO₄
Elektrolyt in accu, batterij	KOH
Etsen van glas	KHF₂
Explosieven	KClO₃
Galvaniseerbaden	KCN
Geneeskunde( bij kaliumgebrek)	KOOCCH_3, kaliumcitraat, KC₆H₇O₇
Goudwinning	KCN
Houtbeits	KMnO₄
Houtbescherming	KF
Insecticide	K₂SiF₆ , KNCS
Kaasbereiding	KNO₃
Katalysator bij polymerisatie	KF
Keramiek	K₂CO_3, KNO₃
Kleuren van tabak	KNO₃
Kleurstof in inkt	K₂CrO₄
Leerlooien (zeemleer)	KAl(SO₄)₂.12H₂O
Tandpasta	KCl of KAc (kalium remt de prikkelgeleiding via de zenuwen)
Wijnbereiding	K₂S₂O₅
Zeep	kaliumstearaat, -palmitaat, enz.
Zuurteregelaar in voedingsmiddelen, E261	KOOCCH₃

Naam & ontdekking

Naam

De naam kalium is afgeleid van al kaly, de Arabische benaming voor de as van planten, die van oudsher een bron is voor kaliumcarbonaat. De Engelse naam potassium heeft in feite dezelfde inhoudelijke oorsprong maar is – opmerkelijk genoeg – afgeleid van het Nederlandse woord potas: de as die na verbranding overblijft in de vuurpot.

Ontdekking

Tot in de achttiende eeuw maakten chemici geen onderscheid tussen natrium en kalium. Ze zagen geen verschil tussen de ‘plantaardige’ alkali (kaliumcarbonaat K₂CO₃ afkomstig uit verbrandingsas) en ‘minerale’ alkali (natriumcarbonaat Na₂CO₃uit afzettingen). In 1702 vermoedde de Duitse chemicus Georg Ernst Stahl een verschil tussen soda (Na₂CO₃) en potas (K₂CO₃). In 1736 toonde de Fransman Henri Louis Duhamel du Monceau aan dat er een verschil was tussen de basen kaliloog (KOH) en natronloog (NaOH). Het duurde tot 1807 voordat de Engelsman Humphry Davy (foto) er in slaagde (metallisch) kalium af te scheiden door elektrolyse van gesmolten kaliumhydroxide (KOH). Later dat jaar slaagde hij er op dezelfde manier in om natrium te bereiden uit natriumhydroxide (NaOH).

Voorkomen

Met een gewichtsaandeel van 2,09% neemt kalium de achtste plaats in op de lijst van meest voorkomende element in de aardkorst. Vanwege de hoge reactiviteit komt het niet voor in de elementaire vorm.

De voornaamste mineralen zijn:

Carnalliet	KMgCl₃.6H₂O
Kaïniet	MgSO₄.KCl.3H₂O
Langbeiniet	K₂Mg₂(SO₄)₃
Lepidoliet	K(Li,Al)₃(Si,Al)₄O₁₀(F,OH)₂
Orthoklaas	KAlSi₃O₈
Sylvien (foto)	KCl
Sylviniet	KCl.NaCl

Ook in de oceanen is kalium het achtste element, met een aandeel van 0,399%. In het menselijk lichaam komt kalium op de zevende plaats met 0,2% van het totale lichaamsgewicht.

Winning

Kalium is meestal in de vorm van kaliumchloride (KCl) te vinden in zeewater en in het water van zoutmeren. De winning van kaliumzouten uit zoutmeren gebeurt onder meer bij het Great Salt Lake (Utah, V.S.) en de Dode Zee (Palestijn). Andere wingebieden liggen in de Verenigde Staten van Amerika, Rusland (voornamelijk in Siberië), Armenië, Oekraïne (De Krim), Wit-Rusland en Canada

Bereiding

Vroeger

Het allereerste elementaire kalium ontstond via elektrolyse van gesmolten kaliumhydroxide (KOH), toegepast door de Engelsman Humphry Davy in 1807. Een jaar later ontwikkelden de Franse chemici Joseph-Louis Gay-Lussac en Louis Jaques Thénard een methode via de reductie van gesmolten kaliumcarbonaat (K₂CO₃) met ijzervijlsel in een ijzeren pot.

Tegenwoordig

De bereiding van kalium gebeurt op verschillende manieren:

elektrolyse van gesmolten kaliumhydroxide (KOH) met een kaliumlegering als anode.
reductie van kaliumcarbonaat met koolstof, bij 1.100 ^oC:
$K_{2} {CO}_{3} + 2 C \to 2 K + 3 CO$
reductie van gesmolten kaliumchloride (KCl) met natriumdamp in een stikstofatmosfeer bij 850 ^oC.
omzetting van kaliumfluoride met calciumcarbide:
${CaC}_{2} + 2 KF \to {CaF}_{2} + 2 C + 2 K$