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カリウムとは、原子番号19番の元素で、1属のアルカリ金属です。
1807年にイギリスの化学者ハンフリー・デイビーによって、初めて単離されました。カリウムは植物の成長に必要な必須元素であり、窒素やリンとともに肥料の三大要素の1つです。
また、人体に必要なミネラルの1種であり、細胞内液の浸透圧の調整などの働きをしています。極めて反応性に富んでいるため、自然界では化合物の形で存在しており、単体の形では存在しません。
カリウムはあらゆる物質と塩を形成し、そのカリウム塩は広く利用されています。例えば、硫酸塩 (硫酸カリウム) と塩酸塩 (塩化カリウム) はカリ肥料として用いられ、硝酸塩 (硝酸カリウム) は石鹸になります。
また、炭酸塩 (炭酸カリウム) は、ガラス (ブラウン管、光学ガラスなど) 、かんすいに使用可能です。その他、写真の製版 (臭化カリウム) 、花火、マッチ棒 (クロム酸カリウム、塩素酸カリウム) に用いられています。
カリウムは、軟らかい金属です。比重は0.86であり、水よりも軽く、リチウムの次に比重の軽い金属です。融点は63.7°Cで、沸点は774°Cであり、炎色反応は淡紫色を呈します。
電気陰性度が小さいルビジウムやセシウムより反応性が低く、電気陰性度が大きいリチウムやナトリウムより反応性が高いです。空気によりすぐに酸化されて灰色に変色し、水やハロゲン元素とも激しく反応します。
そのため、金属カリウムは鉱油やケロシンなどの炭化水素中やアルゴンで、満たされたガラスアンプル中で保管する必要があります。
アルコールとの反応ではアルコキシドが生成し、高温では水素と反応して水素化カリウムを得ることが可能です。水や液体アンモニアには、非常によく溶けます。
カリウムの元素記号はKで、原子量は39.10です。銀白色の金属であり、常温常圧では体心立方構造を取っています。
電子配置は[Ar] 4s1で、1個の電子を放出するとアルゴンと同じ安定な希ガス型の電子配置になります。そして、第1イオン化エネルギーは418.8kJ/molと低いため、電子を1個失って、陽イオン (K+) になりやすいです。電子を2個失うと希ガス型の電子配置が崩れるので、第2イオン化エネルギーは非常に高く、3052kJ/molです。その一方で、アルカリドイオンのK−も知られています。
カリウムには、24種の同位体が知られています。最も多いのは39Kです。40Kや41Kも天然に生成します。39Kと41Kは安定同位体ですが、40Kは半減期が1.250×109年と長い放射性同位体です。
単体のカリウムは、自然では産出されません。ただし、多種多様な化合物の形で、地殻の約2.6 %をカリウムが占めており、地殻で7番目に存在量が多い元素です。
工業原料のためのカリウム資源は、ほとんど塩化カリウムとして採取されます。
純粋な金属カリウムは、水酸化カリウムの電気分解によって得られます。カリウムを多く含むカーナライト、ラングバイナイト、ポリハライト、カリ岩塩のような鉱石を使用して、カリウム塩類の抽出も可能です。カリウム塩類は、マグネシウムやナトリウムの化合物から分離されます。
海も主要なカリウム源の1つですが、ナトリウムと比較して、カリウムの含有量は非常に低いです。カリウムが土壌に吸着されて、植物が吸収することが理由として挙げられます。
金属カリウムと水は激しく反応し、発生した水素を引火させるほどの熱量を持っています。酸素存在下では、爆発する可能性もあり危険です。
空気中でカリウムの微細粒子は発火し、塊状金属も加熱すると発火します。金属カリウムを取り扱う場合には、完全に目や皮膚を保護して、防爆壁を間に置くことが望ましいです。
*一部商社などの取扱い企業なども含みます。
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