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19 |
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Dichte (g/cm3): |
0,4 |
0,856 |
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30,0983 |
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Atomradius (berechnet) in pm: |
220 (243) |
1 |
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0,82 |
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[Ar]4s1 |
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63,38°C (336,53 K) |
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759°C (1032 K) |
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natürl. Häufigkeit: |
Kalium ist ein metallisches Element aus der 1. Hauptgruppe des Periodensystems, das natürlicherweise aus den Isotopen 39K (93,2581%), 40K (0,0117%) und 41K (6,7302%) besteht. Daneben sind künstliche Isotope und Isomere 37K bis 45K mit Halbwertszeiten zwischen 0,95 Sekunden und 22,4 Stunden bekannt. Das Isotop 40K ist radioaktiv (β- und γ-Strahler, Halbwertszeit 1,3 Mrd. Jahre). Es hat sich im Laufe der letzten 2 Mrd. Jahre unter Aussendung von β-Strahlen großenteils in das Calcium-Isotop 40Ca umgewandelt, das heute rund 97% des Calciums ausmacht. Kalium ist stets 1-wertig. Es zeigt v.a. große Ähnlichkeit mit Natrium und Rubidium, den beiden senkrechten Nachbarn im Periodensystem Da das K+-Ion farblos ist, sind auch die Kalium-Verbindungen ungefärbt.
Metallisches reines Kalium wird z.B. in Form von grauschwarzen zylindrischen Stücken unter Mineralöl gehandelt und aufbewahrt, da es mit Wasser sofort lebhaft reagiert und an der Luft nacheinander in Kaliumoxid, Kaliumhydroxid und Kaliumcarbonat übergeht. Die frischen Schnittflächen des wachsweichen, bequem zerschneidbaren Kaliums glänzen silbrig-bläulich wie angeschnittenes Blei. Der Glanz verliert sich in wenigen Sekunden infolge von Oxidation. Wirft man ein etwa weizenkorngroßes Stückchen von metallischem Kalium vorsichtig in eine mit kaltem Wasser gefüllte Schüssel, so schmilzt es sofort wie das Natrium zu einem Kügelchen zusammen, das zusehends kleiner wird und mit einem rotvioletten Flämmchen immer rascher auf dem Wasser umherschießt. Metallisches Kalium verbrennt sogar auf Eis mit intensiver, violetter Flammenfärbung.
Kalium spielt im tierischen und pflanzlichen Organismus eine sehr wichtige Rolle. Es wird von den Pflanzenwurzeln in stärkerem Maße als andere Kationen aufgenommen. Ein Teil des Kaliums liegt als freies K+ im Zellsaft vor und beeinflusst osmotische Vorgänge in der Zelle (Wasserhaushalt der Pflanze). Zum anderen Teil ist Kalium auch an die Plasmakolloide in den Pflanzenzellen gebunden und bewirkt zus. mit anderen Kationen einen für die Stoffwechselvorgänge günstigen Quellungszustand. Kalium ist unentbehrlich für die Photosynthese und Atmung, es aktiviert eine Reihe von Enzymen. Kalium-Mangel führt u.a. zur Anreicherung von Zuckern in den Pflanzen, während es zur Verminderung der Cellulose-Bildung kommt. Im tierischen und menschlichen Organismus machst sich ein Kalium-Mangel besonders durch Appetitverlust, Muskelschwäche, Herzrhythmusstörungen und Digitalis-Überempfindlichkeit, Kalium-Überschuss dagegen durch Auftreten von Muskelkrämpfen bemerkbar. Aufgrund seiner vielfältigen Wirkungsstätten im Körper ist Kalium ein lebenswichtiges Element, das dem Körper ggf. therapeutisch in Form flüssiger Kalium-Präparate zugeführt werden muss.
Infolge seiner außerordentlichen Reaktionsfähigkeit kommt Kalium in der Erdkruste nur in Form von Verbindungen vor, sein Anteil an der obersten Schicht der Erdkruste beträgt etwa 2,41%. Es gehört also zu den 10 häufigsten Elementen der Erdkruste. Kalifeldspat, Orthoklas und Muscovit sind wichtige Bestandteile vieler Erstarrungsgesteine (Granite, Quarzporphyre usw.). Bei der Verwitterung der Erstarrungsgesteine wird das in den Feldspäten chemisch gebundene Kalium großenteils in lösliche Verbindungen übergeführt. Diese wandern aber nicht ins Meer, sondern sie werden von den Calcium-Zeolithen der Böden gebunden und gegen Calcium-Verbindungen ausgetauscht. Deshalb findet man z.B. in den Sedimentgesteinen etwa 2,3%, im Meerwasser dagegen nur 0,038% chemisch gebundenes Kalium. Relativ viel Kalium wird von den Pflanzen aufgenommen (Kartoffeln, Tabak, Rüben sind bes. kaliumreich). Ein weiteres wichtigstes Kaliummineral ist Sylvin.
Die Herstellung von Kalium erfolgt durch Reduktion von geschmolzenem KCl mit Natrium. Dabei wird Natrium-Dampf von 870°C in einer Füllkörperkolonne der KCl-Schmelze entgegen geleitet. Das sich bildende Metalldampf-Gemisch wird im oberen Teil der Kolonne fraktioniert und die entstandene NaCl-Schmelze unten abgezogen.
Das früher ausgeübte Verfahren der Schmelzflusselektrolyse von Kaliumhydroxid oder -chlorid werden heute nicht mehr durchgeführt.
Metallisches Kalium spielt in der Technik nur eine geringfügige Rolle, es ist fast überall durch das billigere und leichter zu handhabende Natrium verdrängt worden. Man braucht Kalium noch am häufigsten in der organischen Synthese, z.B. bei der Herstellung Kalium-organischer Verbindungen. Als erstaunlich vielseitiges Reagenz hat sich auf SiO2 aufgezogenes Kalium erwiesen. Von der leichten Abspaltbarkeit des Außenelektrons des Kaliums machte man bei den Alkali-Photozellen Gebrauch, die entweder eine Kalium- oder Cäsium-Schicht enthielten und anfangs in der Tonfilm- und Fernsehtechnik verwendet wurden. Wegen ihrer guten Wärmeleitfähigkeit dienen Kalium und Kalium-Natrium-Legierungen als Kühlmittel in Kernreaktoren. In der Medizin spielt das Radioisotop 42K als Tracer-Element eine Rolle. Die weitaus wichtigste Anwendung aller Kalium-Verbindungen bildet der Einsatz der Kalisalze als Düngemittel.
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