Sejvand indeholder ca. 400 ppm kalium. Det har tendens til at bundfælde sig og ender derfor for det meste i sediment. Floder indeholder generelt ca. 2-3 ppm kalium. Denne forskel skyldes hovedsagelig en stor kaliumkoncentration i oceaniske basalter. Kalciumrig granit indeholder op til 2,5 % kalium. I vand er dette grundstof hovedsageligt til stede som K+ (aq)-ioner.
40K er en naturligt hyppig radioaktiv kaliumisotop. Havvand indeholder en naturlig koncentration på ca. 4,5 . 10-5 g/L.
På hvilken måde og i hvilken form reagerer kalium med vand?
Kalium reagerer hurtigt og intenst med vand og danner en farveløs basisk kaliumhydroxidopløsning og brintgas efter følgende reaktionsmekanisme:
2K (s) + 2H2O (l) -> 2KOH (aq) + H2 (g)
Dette er en exoterm reaktion, og kalium opvarmes i en sådan grad, at det brænder en lilla flamme. Desuden reagerer brint, der frigives under reaktionen, kraftigt med ilt og antændes. Kalium reagerer langsommere med vand end rubidium, som er placeret under kalium i det periodiske system. Det reagerer hurtigere med vand end natrium, som er placeret højere i det periodiske system.
Kalium og kaliumforbindelsers opløselighed
Kalium er ikke vandopløseligt, men det reagerer med vand, som det blev forklaret tidligere. Kaliumforbindelser kan være vandopløselige. Som eksempler kan nævnes kaliumdichromat med en vandopløselighed på 115 g/L, kaliumpermanganat med en vandopløselighed på 76 g/L, kaliumjodid med en vandopløselighed på 92 g/L og kaliumjodid, hvoraf endog op til 1480 g kan opløses i en liter vand.
Hvorfor er kalium til stede i vand?
Kalium forekommer i forskellige mineraler, hvorfra det kan opløses ved forvitringsprocesser. Som eksempler kan nævnes feldspat (orthoklase og mikroklin), som dog ikke har stor betydning for produktionen af kaliumforbindelser, og klormineralerne carnalit og sylvit, som er mest gunstige til produktionsformål. Nogle lermineraler indeholder kalium. Det ender i havvand gennem naturlige processer, hvor det hovedsageligt aflejres i sedimenter.
Elementært kalium udvindes af kaliumklorid, men tjener ikke mange formål på grund af dets omfattende reaktive evne. Det anvendes i legeringer og i organisk syntese.
En række kaliumforbindelser, hovedsagelig kaliumnitrat, er populære syntetiske gødningsstoffer. 95% af det kommercielt anvendte kalium tilsættes til syntetiske gødningsstoffer. Kaliumsalte og blandinger af magnesium- og calciumforbindelser anvendes også regelmæssigt. Ved regenerering frigives spildevand, der er farligt, når det udledes i overfladevand, og som er vanskeligt at rense.
Kalium anvendes i glasproduktion for at gøre det stærkere og fastere. Dette glas anvendes hovedsagelig i tv-skærme. Andre kaliumforbindelser anvendes til fremstilling af flydende sæbe, tilsættes til lægemidler eller infusioner eller anvendes til fotografering eller garvning. I de fleste tilfælde er kalium ikke den aktive bestanddel, men snarere den tilstødende anion. Dette gælder også for anvendelse af kaliumchlorat i tændstikker og fyrværkeri og for kaliumnitrat i pulver. Kaliumalum er baser for papirlim og anvendes som fyldstof i syntetisk gummi.
Kaliumforbindelser er de mest reaktive basiske kemiske forbindelser, hvilket f.eks. gælder for kaliumhydroxider og -nitrater. Kaliumhydroxid danner kaustisk kali og anvendes i vaskemidler, blødgøringsmidler, grøn sæbe, afsvovling af olie og kuldioxidabsorbenter.
Andre eksempler på anvendelse af kaliumforbindelser omfatter kaliumjodid til måling af affaldsprøvers oxidative kapacitet, kaliumdichromat til måling af organisk stofs oxidative kapacitet inden for jordbundsforskning og biologisk spildevandsbehandling samt kaliumdicyanoaureat, som er en ekstremt giftig vandopløselig guldforbindelse, der anvendes til teknisk forgyldning. Kaliumforbindelser kan komme i spildevandet via urinen. En usædvanlig anvendelse er at øge mængden af regn i tørre områder ved hjælp af kaliumchlorid. Det frigives lige under skyerne fra flyvemaskiner, stiger op og fordobler mængden af fugt i skyerne, hvilket får det til at begynde at regne mere.
Da kaliumfrigivelsen fra deponeringsanlæg for husholdningsaffald normalt er usædvanlig høj, kan denne forbindelse anvendes som indikator for andre giftige forbindelser i grundvandet.
Hvad er de miljømæssige virkninger af kalium i vand?
Kalium er et kostbehov for næsten alle organismer undtagen en række bakterier, fordi det spiller en vigtig rolle i nervefunktioner.
Kalium spiller en central rolle i plantevækst, og det begrænser den ofte. Kalium fra dødt plante- og dyremateriale er ofte bundet til lermineraler i jordbunden, inden det opløses i vand. Derfor bliver det let optaget af planter igen. Pløjning kan forstyrre denne naturlige proces. Derfor tilsættes der ofte kaliumgødning til landbrugsjorden. Planter indeholder i gennemsnit ca. 2 % kalium (tørvægt), men værdierne kan variere fra 0,1-6,8 %. Myggelarver indeholder mellem 0,5 og 0,6 % kalium, og biller indeholder mellem 0,6 og 0,9 % kalium (tørvægt). Kaliumsalte kan dræbe planteceller på grund af den høje osmotiske aktivitet.
Kalium er svagt farligt i vand, men det spredes ret hurtigt på grund af dets relativt høje mobilitet og lave omdannelsespotentiale. Kaliumtoksicitet er normalt forårsaget af andre komponenter i en forbindelse, f.eks. cyanid i kaliumcyanid.
Den LD50-værdi for rotter er 5 mg/kg. For kaliumbromat er denne værdi 321 mg/kg, og for kaliumfluorid er denne værdi 245 mg/kg. Eksempler på LD50-værdier for vandorganismer er 132 mg/L for fisk og 1,16 mg/L for dafnier.
En af de tre naturligt forekommende kaliumisotoper er 40K, som er radioaktiv. Det mistænkes, at denne forbindelse forårsager genmodifikationer hos planter og dyr. Det har dog ikke en radiotoksicitetsklasse på grund af sin naturlige oprindelse. Der findes i alt tolv ustabile kaliumisotoper.
Hvad er de sundhedsmæssige virkninger af kalium i vand?
Kalium er et kostbehov for os, og vi optager ca. 1-6 g pr. dag ved et behov på 2-3,5 g pr. dag. Den samlede kaliummængde i menneskekroppen ligger et sted mellem 110 og 140 g og afhænger hovedsageligt af muskelmassen. Musklerne indeholder mest kalium efter de røde blodlegemer og hjernevævet.
Mens dets modstander natrium er til stede i intracellulære væsker, er kalium hovedsageligt til stede i cellerne. Det bevarer det osmotiske tryk. Forholdet mellem kalium i cellerne og kalium i plasma er 27:1 og reguleres ved hjælp af natrium-kalium-pumper.
Kaliums vitale funktioner omfatter dets rolle i nervestimulering, muskelsammentrækninger, regulering af blodtrykket og opløsning af proteiner. Det beskytter hjertet og arterierne og kan endda forebygge kardiovaskulære sygdomme. Forholdet mellem natrium og kalium var tidligere 1:16 og er nu ca. 3:1, hvilket hovedsageligt forhindrer høj natriumoptagelse.
Kaliummangel er relativt sjælden, men kan føre til depression, muskelsvaghed, hjerterytmeforstyrrelser og forvirring. Kaliumtab kan være en følge af kronisk diarré eller nyresygdom, fordi den fysiske kaliumbalance reguleres af nyrerne. Når nyrerne fungerer utilstrækkeligt, må kaliumindtaget begrænses for at undgå større tab.
Hudkontakt med kaliummetaller medfører ætsende kaliumkorrosion. Denne er mere farlig end syrekorrosion, fordi den fortsætter ubegrænset. Kaliumætsende kaliumdråber er meget skadelige for øjnene.
Indtagelse af en række kaliumforbindelser kan være særlig skadelig. I høje doser forstyrrer kaliumklorid nerveimpulserne, hvilket afbryder med stort set alle kropsfunktioner og påvirker især hjertets funktion. Kaliumalun kan forårsage maveproblemer og kvalme ved koncentrationer på helt ned til 2 g og kan være ætsende og endog dødelig i højere koncentrationer. Kaliumcarbonat er dødeligt for voksne ved doser på over 15 g. Det samme gælder for kaliumtartrat ved 1 g og for kaliumcyanid ved kun 50 mg. Kaliumdichromat er dødelig ved en dosis på mellem 6 og 8 g, og 30 g kaliumnitrat forårsager alvorlig forgiftning, som kan føre til døden. På grund af den stærkt ætsende mekanisme kan kaliumhydroxidkoncentrationer på mellem 10 og 12 ml i et 15% kaustikum være dødelige. Kaliumpermanganat anvendes i blegemidler og desinfektion og er dødelig ved en koncentration på mellem 5 og 8 g.
Hvilke vandrensningsteknologier kan anvendes til at fjerne kalium fra vand?
Kalium kan fjernes fra vand ved hjælp af omvendt osmose.
Kalium anvendes i vandrensning. Kaliumpermanganat kan f.eks. anvendes til oxidation af vandbårne forbindelser, f.eks. til fjernelse af jern eller mangan, og til desinfektion. Dette anbefales dog ikke generelt. Anvendelse af kaliumpermanganat gør det muligt at bestemme den oxidative kapacitet af organisk materiale i vand. Denne er normalt større end BOD. Kaliumdichromat anvendes til bestemmelse af COD.
Litteratur og de andre grundstoffer og deres interaktion med vand