カリウム

カリウム（ラテン語 Kalium、英語 Potassium）は原子番号19の元素。元素記号はK。アルカリ金属の一つで、典型元素である。医薬学や栄養学などの分野では英語のポタシウム（ポタッシウム）が使われることもある。加里（カリ）ということもある。生物にとっての必須元素の一つ。植物の生育にも欠かせないため、肥料3要素の一つにも数えられる。

特徴[編集]

銀白色の金属で、常温・常圧で安定な結晶構造は体心立方構造 (BCC) である。比重は0.86で水より軽い。融点は63.7℃、沸点は774℃。軟らかい金属で、反応性はナトリウムより高い。水、ハロゲン元素と激しく反応する。アルコールとも反応する。高温では水素とも反応する。

同位体[編集]

質量数40のカリウム（カリウム40）は放射性同位体である。半減期はおよそ12.5億年であるため、地球創生時にとりこまれたものが未だに自然界に残存している（元を糺せば超新星爆発で核反応がおこって生成・放出されたものとされる）。大気中に存在するアルゴンの多くの部分は、このカリウム40の崩壊により生成したものだと考えられている。また、大気中のアルゴン40の一部は宇宙線（太陽からの放射線）と反応することによりカリウム40となる。このためカリウム40は炭素14とともに常時生成されている。人体に含まれる量が多いため、人間の内部被曝源として、炭素14と並んで大きな部分を占める。

産出[編集]

工業原料としてのカリウム資源はほぼすべて塩化カリウムの形で採取される。年間生産量は2650万トン（2002年）である。主な産地はカナダ (31%)、ロシア連邦、ベラルーシ。推定埋蔵量は100億トン。カリウムは植物の成長に必須であるため、塩化カリウムの95%はそのまま、もしくは硫酸カリウムの形で肥料（カリ肥料）として用いられる。残りの5%が水酸化カリウムを経由して、炭酸カリウムとなる。

生理作用[編集]

カリウムは人体に不可欠の電解質であり、カリウムイオンとして約200gほど存在する。主に細胞内に分布している。細胞外液での濃度は3.5–4.5mmol/l程度と非常に小さく保たれている。筋肉や神経細胞はカリウムイオンチャネルが開いているとき、細胞内から細胞外へと濃度勾配の方向にカリウムイオン電流が流れ、膜電位（細胞外に対する細胞内電位）を負の向きに変化させる。すなわち、活動電位が生じて細胞膜が脱分極している場合は再分極させることになる。

経口摂取される場合は吸収は緩やかであり、全身の細胞で速やかに取り込まれることと、過剰分は腎臓でのK⁺調節機能により排泄されるので、体外濃度は常に低レベルに維持される。一日の所要量は1–2g/日とされる。2005年4月の厚生労働省「日本人の食事摂取基準」生活習慣病予防の観点からみた望ましい摂取量では3500mg/日と勧告されている。

また、右心房にある洞房結節から発生する活動電位によって心拍の調節が行われているが、そのためには適切なカリウムイオン濃度が必要である。静脈注射、あるいは何らかの異常によりカリウムイオンの血中濃度が過剰になる高カリウム血症となった場合、洞房結節のペースメーキングに変調を生じさせ、致死的な不整脈を引き起こしたり、心停止に至ることもある。また、心臓等の外科手術で心停止が必要な場合には塩化カリウムが用いられる。

用途[編集]

金属カリウムは光電子素子として用いられるほか、自給式ガスマスクの酸素発生・二酸化炭素吸収剤として過酸化物が使われている。また熱交換媒体として原子炉の冷却剤などに、カリウムナトリウム合金が使われる。低融点合金としてはカリウムナトリウム合金が、原子炉の冷却剤に最も多く使用される。この合金は希ガスなどから、二酸化炭素や水、あるいは酸素を取り除くための触媒としても使われる。金属カリウムを主成分とした合金では、−78℃という最も低い融点を持つ金属が知られている。

ほかの多くの元素と同じように、金属カリウム単体としてよりも、カリウム化合物としての用途のほうが重要である。しかし、同じアルカリ金属であるナトリウムがカリウムとほぼ同じような用途を持つために、コスト面で劣るカリウムの用途は非常に限られたものとなっている。カリウムの使用量はナトリウムの1/1000程度でしかない。カリウムの用途としては、臭化カリウムとして写真の製版や、医薬品の鎮静剤などとして使われたり、クロム酸カリウムは花火や染色材料、ヨウ化カリウムは殺菌消毒薬などに使われ、保存料として硝酸カリウムが利用される。また、生物にとって比較的大量に摂取する必要のある元素であるため、食品添加物や、飼料、肥料といった用途に広く用いられる。

放射性同位体のカリウム40は、電子捕獲によりアルゴン40に変化するが、この事は放射年代測定（カリウム-アルゴン法）に利用されている。

歴史[編集]

1807年、ハンフリー・デービーが水酸化カリウム（苛性カリ）を電気分解することによって発見した。この元素は電気分解によって分離された最初の金属であった。デービーはこの元素が草木灰 (potash) に多く含まれることから、「ポタシウム (potassium)」と名付けた。potashは、草木を壺 (pot) で焼いて灰 (ash) とすることから作られた合成語である。

ドイツ語のカリウムという名称は、ラテン語あるいはアラビア語で植物の灰を意味するqali、kalijanに由来する。カリウムの後に発見された元素（金属を中心に）には語尾にiumを付ける習慣が一般化した。非金属にiumがつけられるのはヘリウムだけである。

カリウムの化合物[編集]

カリウムの化合物のカテゴリも参照。

硝酸・硫酸・炭酸塩[編集]

硝酸カリウム KNO₃ 天然に産出するものは硝石と呼ばれる。
硫酸カリウム K₂SO₄
炭酸カリウム K₂CO₃
過炭酸カリウム K₂CO₄

ハロゲン化物[編集]

酸化物・水酸化物[編集]

過酸化カリウム K₂O₂
酸化カリウム K₂O
水酸化カリウム（苛性カリ） KOH

その他[編集]

水素化カリウム KH
硫化カリウム K₂S
硫化水素カリウム（水硫化カリウム） KSH
過マンガン酸カリウム KMnO₄
クロム酸カリウム K₂CrO₄
塩素酸カリウム KClO₃ - 酸化剤。マッチや火薬などに使用される。
シアン化カリウム（青酸カリ） KCN - めっきに利用される。猛毒。
二クロム酸カリウム K₂Cr₂O₇
フェロシアン化カリウム（ヘキサシアノ鉄(II)酸カリウム） K₄[Fe(CN)₆]
フェリシアン化カリウム（ヘキサシアノ鉄(III)酸カリウム、赤血塩） K₃[Fe(CN)₆]

外部リンク[編集]

	1	元素の周期表																18
1	H	2											13	14	15	16	17	He
2	Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
3	Na	Mg	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	Al	Si	P	S	Cl	Ar
4	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
5	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
6	Cs	Ba	*	Hf	Ta	W	Re	Os	Ir	Pt	Au	Hg	Tl	Pb	Bi	Po	At	Rn
7	Fr	Ra	**	Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	...


		*	La	Ce	Pr	Nd	Pm	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu
		**	Ac	Th	Pa	U	Np	Pu	Am	Cm	Bk	Cf	Es	Fm	Md	No	Lr