Sjövatten innehåller cirka 400 ppm kalium. Det tenderar att sedimentera och hamnar därför oftast i sediment. Floder innehåller i allmänhet ca 2-3 ppm kalium. Denna skillnad beror främst på en stor kaliumkoncentration i oceaniska basalter. Kalciumrik granit innehåller upp till 2,5 % kalium. I vatten förekommer detta grundämne huvudsakligen som K+ (aq)-joner.
40K är en naturligt rikligt förekommande radioaktiv kaliumisotop. Havsvatten innehåller en naturlig koncentration på cirka 4,5 . 10-5 g/L.
På vilket sätt och i vilken form reagerar kalium med vatten?
Kalium reagerar snabbt och intensivt med vatten och bildar en färglös basisk kaliumhydroxidlösning och vätgas, enligt följande reaktionsmekanism:
2K (s) + 2H2O (l) -> 2KOH (aq) + H2 (g)
Detta är en exotermisk reaktion och kalium upphettas så pass mycket att det brinner en purpurfärgad flamma. Dessutom reagerar väte som frigörs under reaktionen starkt med syre och antänds. Kalium reagerar långsammare med vatten än rubidium, som är placerat under kalium i det periodiska systemet. Det reagerar med vatten snabbare än natrium, som är placerat högre upp i det periodiska systemet.
Kalium och kaliumföreningars löslighet
Kalium är icke vattenlösligt, men det reagerar med vatten som tidigare förklarats. Kaliumföreningar kan vara vattenlösliga. Som exempel kan nämnas kaliumdikromat med en vattenlöslighet på 115 g/L, kaliumpermanganat med en vattenlöslighet på 76 g/L, kaliumjodid med en vattenlöslighet på 92 g/L och kaliumjodid, av vilket till och med upp till 1480 g kan lösas upp i en liter vatten.
Varför finns kalium i vatten?
Kalium förekommer i olika mineraler, från vilka det kan lösas upp genom vittringsprocesser. Exempel är fältspat (ortoklas och mikroklin), som dock inte har någon större betydelse för produktionen av kaliumföreningar, och klormineralerna carnalit och sylvit, som är mest gynnsamma för produktionsändamål. Vissa lermineraler innehåller kalium. Det hamnar i havsvatten genom naturliga processer, där det huvudsakligen sedimenterar.
Elementärt kalium utvinns ur kaliumklorid, men tjänar inte många syften på grund av dess omfattande reaktiva förmåga. Det används i legeringar och i organisk syntes.
Ett antal kaliumföreningar, främst kaliumnitrat, är populära konstgödselmedel. 95 % av det kommersiellt använda kaliumet tillsätts i konstgödselmedel. Kaliumsalter och blandningar av magnesium- och kalciumföreningar används också regelbundet. Vid regenerering frigörs avloppsvatten som är farligt när det släpps ut på ytvatten och som är svårt att rena.
Kalium används vid glastillverkning för att göra det starkare och fastare. Detta glas används främst i tv-skärmar. Andra kaliumföreningar används vid tillverkning av flytande tvål, tillsätts i läkemedel eller infusioner eller används vid fotografering eller garvning. I de flesta fall är kalium inte den aktiva beståndsdelen, utan snarare den intilliggande anjonen. Detta gäller även kaliumklorat i tändstickor och fyrverkerier och kaliumnitrat i pulver. Kaliumalum är baser för papperslim och tillämpas som fyllmedel i syntetiskt gummi.
Kaliumföreningar är de mest reaktiva basiska kemiska föreningarna, vilket till exempel gäller för kaliumhydroxider och kaliumnitrater. Kaliumhydroxid bildar kaustisk kaliumklorid och används i tvättmedel, mjukgörare, grön tvål, avsvavling av olja och koldioxidabsorbenter.
Andra exempel på tillämpningar av kaliumföreningar är kaliumjodid för mätning av oxidationskapaciteten hos avfallsprover, kaliumdikromat för mätning av oxidationskapaciteten hos organiskt material inom markvetenskap och biologisk rening av avloppsvatten, och kaliumdicyanoaureat, en extremt giftig vattenlöslig guldförening som används för teknisk förgyllning. Kaliumföreningar kan hamna i avloppsvatten via urinen. En ovanlig tillämpning är att öka regnmängden i torra områden med hjälp av kaliumklorid. Det släpps ut strax under molnen från flygplan, stiger upp och fördubblar mängden fukt i molnen, vilket gör att det börjar regna hårdare.
Då kaliumutsläpp från deponier för hushållsavfall vanligen är exceptionellt högt, kan denna förening användas som en indikator för andra giftiga föreningar i grundvattnet.
Vilka miljöeffekter har kalium i vatten?
Kalium är ett kostbehov för nästan alla organismer utom ett antal bakterier, eftersom det spelar en viktig roll för nervfunktionerna.
Kalium spelar en central roll för växters tillväxt och begränsar den ofta. Kalium från dött växt- och djurmaterial är ofta bundet till lermineraler i jordar, innan det löses upp i vatten. Följaktligen tas det lätt upp av växterna igen. Plöjning kan störa denna naturliga process. Därför tillsätts ofta kaliumgödsel till jordbruksjordar. Växter innehåller i genomsnitt ca 2 % kalium (torrvikt), men värdena kan variera mellan 0,1 och 6,8 %. Mygglarver innehåller mellan 0,5 och 0,6 % kalium, och skalbaggar innehåller mellan 0,6 och 0,9 % kalium (torrvikt). Kaliumsalter kan döda växtceller på grund av den höga osmotiska aktiviteten.
Kalium är svagt farligt i vatten, men sprids ganska snabbt på grund av sin relativt höga rörlighet och låga omvandlingspotential. Kaliumtoxicitet orsakas vanligtvis av andra komponenter i en förening, till exempel cyanid i kaliumcyanid.
Det LD50-värdet för råttor är 5 mg/kg. För kaliumbromat är detta 321 mg/kg och för kaliumfluorid 245 mg/kg. Exempel på LD50-värden för vattenorganismer är 132 mg/L för fisk och 1,16 mg/L för daphnia.
En av tre naturligt förekommande kaliumisotoper är 40K, som är radioaktiv. Man misstänker att denna förening orsakar genförändringar hos växter och djur. Den har dock ingen klass för radiotoxicitet på grund av sitt naturliga ursprung. Det finns totalt tolv instabila kaliumisotoper.
Vilka hälsoeffekter har kalium i vatten?
Kalium är ett kostbehov för oss och vi tar upp cirka 1-6 g per dag vid ett behov av 2-3,5 g per dag. Den totala mängden kalium i människokroppen ligger någonstans mellan 110 och 140 g och beror främst på muskelmassan. Musklerna innehåller mest kalium efter röda blodkroppar och hjärnvävnad.
Där dess motståndare natrium finns i intracellulära vätskor finns kalium främst i cellerna. Det bevarar det osmotiska trycket. Förhållandet mellan kalium i celler och kalium i plasma är 27:1 och regleras med hjälp av natrium-kalium-pumpar.
Kaliums vitala funktioner inkluderar dess roll i nervstimulans, muskelsammandragningar, blodtrycksreglering och proteinupplösning. Det skyddar hjärtat och artärerna och kan till och med förebygga kardiovaskulära sjukdomar. Förhållandet mellan natrium och kalium var tidigare 1:16 och är nu cirka 3:1, vilket främst förhindrar ett högt natriumupptag.
Kaliumbrist är relativt sällsynt, men kan leda till depression, muskelsvaghet, hjärtrytmrubbningar och förvirring. Kaliumförlust kan vara en följd av kronisk diarré eller njursjukdom, eftersom den fysiska kaliumbalansen regleras av njurarna. När njurarna fungerar otillräckligt måste kaliumintaget begränsas för att förhindra större förluster.
Hudkontakt med kaliummetaller resulterar i kaustisk kaliumkorrosion. Denna är farligare än syrakorrosion, eftersom den fortsätter obegränsat. Kaustik kaliumdroppar är mycket skadliga för ögonen.
Intag av ett antal kaliumföreningar kan vara särskilt skadligt. I höga doser stör kaliumklorid nervimpulserna, vilket avbryter praktiskt taget alla kroppsfunktioner och främst påverkar hjärtfunktionen. Kaliumalun kan orsaka magbesvär och illamående vid koncentrationer så låga som 2 g, och kan vara frätande och till och med dödligt i högre koncentrationer. Kaliumkarbonat är dödligt för vuxna vid doser över 15 g. Detsamma gäller för kaliumtartrat vid 1 g och för kaliumcyanid vid endast 50 mg. Kaliumdikromat är dödligt vid 6-8 g, och 30 g kaliumnitrat orsakar allvarlig förgiftning som kan leda till döden. På grund av dess starkt frätande mekanism kan kaliumhydroxidkoncentrationer på mellan 10 och 12 ml i en 15-procentig kaustik vara dödliga. Kaliumpermanganat används i blekmedel och desinfektion och är dödligt vid en koncentration på mellan 5 och 8 g.
Vilka vattenreningstekniker kan användas för att avlägsna kalium från vatten?
Kalium kan avlägsnas från vatten med hjälp av omvänd osmos.
Kalium används vid vattenrening. Kaliumpermanganat kan t.ex. användas för oxidation av vattenburna föreningar, t.ex. för avlägsnande av järn eller mangan, och för desinfektion. Detta rekommenderas dock inte i allmänhet. Användning av kaliumpermanganat gör det möjligt att bestämma oxidationskapaciteten hos organiskt material i vatten. Denna är i allmänhet större än BOD. Kaliumdikromat tillämpas för bestämning av COD.
Litteratur och övriga grundämnen och deras växelverkan med vatten
.