Kalium

In 1702 vermoedde G.E. Stahl een verschil tussen soda (Na₂CO₃) en potas (K₂CO₃). In 1736 toonde H.L. Duhamel du Monceau aan dat kaliloog en natronloog verschillende basen waren. Kalium is in 1807 ontdekt door Humphry Davy tijdens de elektrolyse van uit potas verkregen kaliumhydroxide. Hiermee is kalium het eerste metaal dat op deze manier is geïsoleerd. De naam kalium komt van het Arabische القَلْيَه (al-qali, potas), de naam die werd gebruikt voor zowel kalium als voor natrium.

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 zwartbuskruit 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. 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 kaliumionen 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 creëren, 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 CO₂ 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 proteïnen.

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 floëem naar de jonge bladeren wordt getransporteerd. Typische symptomen van een kaliumtekort zijn stip-, tussennerven- en bladrandchlorose en bladrandnecrose. 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.

Neem het voorbehoud bij medische informatie in acht. Raadpleeg bij gezondheidsklachten een arts.

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 gradiënt moet via pompen in de celmembraan actief intact gehouden (natrium-kalium pomp). Deze pompen kunnen beïnvloed worden door onder andere insuline, waardoor het kalium naar de cel verdwijnt. Suikerpatiënten die insuline spuiten moeten hiermee rekening houden, om te voorkomen dat hun kaliumspiegels te laag worden. Opname van kalium verloopt via het maag-darm systeem. 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 (hypokaliëmie) (wat resulteert in een te grote hyperpolarisatie van de membraanpotentiaal van de cellen) kan leiden tot spierverlamming, terwijl te hoge waarden (hyperkaliëmie) (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:

${\displaystyle \mathrm {2\ K\ +2\ H_{2}O\longrightarrow \ 2\ K^{+}\ +\ 2\ OH^{-}\ +\ H_{2}} \ +\ E}$

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 het zuivere (metallische) kalium onder petroleum worden bewaard.

Kalium heeft de grootste elektronegativiteit van alle metalen, 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 geïsoleerd uit het hydroxide door elektrolyse op een manier die vrijwel identiek is aan de manier die Humphry Davy ooit gebruikte.

Er zijn 17 verschillende isotopen van kalium bekend. Hiervan komen er in de natuur twee stabiele (³⁹K en ⁴¹K) en één instabiele (⁴⁰K) voor. De andere isotopen kunnen alleen op kunstmatige wijze worden verkregen. Het voorkomen van ⁴⁰K 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 (⁴⁰K) is, is kalium licht radioactief, ca. 31 becquerel per gram. ⁴⁰K is de voornaamste bron van radioactiviteit in het menselijk lichaam.

Kalium reageert explosief met water en moet worden bewaard onder petroleum of minerale oliën. 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 voor kalium voor volwassenen is in 2009 verlaagd van 3100 naar 2000 milligram per dag[2]. Kalium komt vooral voor in groente, fruit, aardappelen en vlees, maar ook brood, melk en noten. Onder normale omstandigheden levert een gezonde, gevarieerde voeding voldoende kalium. Kalium bevordert de bloeddoorstroming in het lichaam. Een tekort aan kalium wordt een hypokaliëmie genoemd.

• Lenntech.nl - Kalium
• (en) EnvironmentalChemistry.com - Kalium
• (en) WebElements.com - Kalium
• Medische kaliumtest