Kalium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
³⁸K	{syn.}	7,636 min	ε	5,913	³⁸Ar
³⁹K	93,26 %	K ist stabil mit 20 Neutronen
⁴⁰K	0,012 %	1,277 · 10⁹a	β^- ε	1,311 1,505	⁴⁰Ca ⁴⁰Ar
⁴¹K	6,73 %	K ist stabil mit 22 Neutronen
⁴²K	{syn.}	12,360 h	β^-	3,525	⁴²Ca
⁴³K	{syn.}	22,3 h	β^-	1,815	⁴³Ca

NMR-Eigenschaften

	³⁹K	⁴¹K
Kernspin	3/2	3/2
gamma / rad/T	1,248 · 10⁷	6,852 · 10⁶
Empfindlichkeit	0,000508	8,4 · 10^-5
Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	9,33 M Hz	5,12 M Hz

Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Kalium, (von Kali aus arab. al qalja = Soda) ist ein chemisches Element der 1. Hauptgruppe des Periodensystems mit der Ordnungszahl 19.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte

2 Vorkommen

3 Gewinnung und Darstellung

4 Eigenschaften

5 Isotope

6 Verwendung

7 Biologische Bedeutung

8 Sicherheitshinweise

Geschichte

Am 19. November 1807 berichtete Davy, es sei ihm gelungen, durch Elektrolyse von schwach angefeuchteten Ätzalkalien zwei verschiedene Metalle zu gewinnen; das eine Metall nannte er Sodium (dies ist noch heute die französische und englische Bezeichnung für Natrium), weil es in Soda enthalten ist, das andere Potassium (= englische und französische Bezeichnung für Kalium), weil man es aus Pottasche gewinnen kann. Im deutschen Sprachgebiet wird das Sodium Davys seit 1811 nach einem Vorschlag von Berzelius als Natrium bezeichnet, während man für das Potassium Davys den von Klaproth 1796 eingeführten Ausdruck Kalium (von arab.: al-qali = Asche, aus Pflanzenasche gewinnbar) übernahm.

Vorkommen

Kalium kommt in der Natur nur als Kation in Kaliumverbindungen vor. Im Meerwasser liegt die durchschnittliche Konzentration bei etwa 0,38 gK⁺/l.

Natürlich vorkommende kaliumhaltige Minerale sind:

Sylvin - KCl
Sylvinit - KCl * NaCl
Carnalit - KCl * MgCl₂ * 6 H₂O
Kainit - KCl * MgSO₄ * 3 H₂O
Schönit - K₂SO₄ * MgSO₄ * 6 H₂O
Polyhalit - K₂SO₄ * MgSO₄ * MgSO₄ * 2 CaSO₄
Orthoklas (Kalifeldspat) - K[AlSi₃O₈]

Gewinnung und Darstellung

Umsetzung von Kaliumchlorid mit metallischem Natrium bei Temperaturen über 850 °C in der Gasphase zu Kalium und Natriumchlorid:
KCl + Na -> K + NaCl
Der sich am Kopf des Reaktionsraumes bildende Metalldampf aus Kalium und Natrium wird durch fraktionierte Destillation weiter aufgearbeitet. Abgetrenntes Natrium wird in den Reaktionsraum zurückgeführt.
Umsetzung von Kaliumfluorid mit Calciumcarbid:
2 KF + CaC₂ -> CaF₂ + 2 K + 2 C
Die Gewinnung durch Schmelzflusselektrolyse (s. Natrium) von Kaliumchlorid wird aufgrund der hohen Löslichkeit des metallischen Kaliums in Kaliumchlorid nicht mehr durchgeführt.

Die Weltproduktion liegt bei einigen hundert Jahrestonnen.

Eigenschaften

thumb|left|200px|Kalium Analog den anderen Alkalimetallen reagiert Kalium mit anderen Elementen und Verbindungen sehr heftig und kommt in der natürlichen Umwelt nur in gebundener Form vor. Chemisch ist es reaktionsfähiger als Natrium. Kalium reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von Kaliumhydroxid und Freisetzung von Wasserstoff. Bei Luftzutritt entzündet sich der Wasserstoff. Es kann zu Verpuffungen und Explosionen kommen. Die silberweiß glänzende Schnittfläche überzieht sich innerhalb von Sekunden mit einer bläulich schimmernden Oxidschicht. Metallisches Kalium wird deshalb unter Schutzgas oder Paraffinöl aufbewahrt.

In trockenem Sauerstoff verbrennt es unter violetter Flamme zu Kaliumhyperoxid KO₂. An feuchter Luft reagiert es mit Wasser und Kohlenstoffdioxid weiter zu Kaliumcarbonat. In flüssigem Ammoniak ist Kalium, wie alle Alkalimetalle, unter Bildung einer blauvioletten Lösung gut löslich. Mit den Halogenen Brom und Iod setzt sich Kalium unter Detonation zu den entsprechenden Halogeniden um.

Isotope

Kalium-40 ist eine wichtige Quelle natürlicher Radioaktivität.

Verwendung

Kalium wird hauptsächlich in Kernreaktoren als Na-K-Legierung als Kühlflüssigkeit eingesetzt. Ansonsten hat metallisches Kalium nur geringe technische Bedeutung, da es durch das billigere Natrium ersetzt werden kann.

Dotierung von Wolframdrähten zur Herstellung von Glühlampenwendeln
NaK Wärmelegierung (Siehe Natrium)

Biologische Bedeutung

Wasserlösliche Kaliumsalze werden überwiegend als Düngemittel verwendet, da Pflanzen die im Boden vorkommenden Kaliumsilicate schlecht aufschließen können.

Wichtige kaliumhaltige Düngemittel:

Kornkali mit MgO
Patentkali
Kaliumsulfat
60er Kali
Nitrophoska
Hakaphos

Kalium ist als Mineralstoff essentiell, also lebenswichtig, vor allem in seiner Funktion als Natrium-Antagonist.

Weiterhin wird Kalium gerne für unauffällige, schwer nachweisbare Morde verwendet, da zum einen sehr geringe Mengen zum Tode führen und zum anderen Kalium sich interzellulär im Körper befindet, es nach dem Tod sowieso aus den Zellmembranen austritt und noch dazu in wesentlich höherer Konzentration als die benötigte Menge.

Es ist ein essientielles Spurenelement und es wird durch Trinkwasser aufgenommen.

Sicherheitshinweise

Nachweis

Neben dem spektroskopischen Nachweis kann man in Wasser gelöste Kalium-Ionen mit ionenspezifischen Elektroden nachweisen. Die meisten Kaliumelektroden nutzen die spezifische Komplexierung von Kalium durch Valinomycin C₅₄H₉₀N₆O₁₈, welches in einer Konzentration von etwa 0,7 % in eine Kunststoffmembran eingebettet ist.

Verbindungen

In seinen Verbindungen kommt Kalium nur als 1-wertiges Kation vor: