칼륨(Potassium, K)의 성질과 이용

• 원자번호：19
• 족：1족(4주기) 알칼리 금속
• 원자량：39.09
• 밀도：0.86 g·cm-3
• 각 전자궤도의 전자 수：2, 8, 8, 1
• mp：63.7℃ / bp：756℃

원소 기호 K로 나타내는 칼륨(kalium)은 라틴어이고, potassium(포태시엄)은 영어이다. potash는 pot(항아리)와 ash(재)의 합성어로서 잿물을 의미한다. 이는 칼륨이 식물을 태운 재에 다량 포함되어 있기 때문에 만들어진 이름임을 말해준다.

주기율표에서 1족에 속한 나트륨과 칼륨은 화학적 성질이 비슷하여 과학자들은 늦게야 서로 다른 원소임을 알게 되었다. 영국의 화학자 데이비(Humphry Davy 1778-1829)는 칼륨을 함유한 광물을 전기분해하여 1807년에 처음으로 순수한 칼륨을 분리했다. 칼륨 역시 나트륨처럼 바닷물 속에 많이 녹아 있으며, 해수의 0.04%(무게 비율)가 칼륨이다.

은백색의 칼륨은 칼로 자를 수 있을 정도로 무른 알칼리금속이다. 이 원소는 화학방응성이 강해 자연계에 순수한 상태로는 존재하지 않지만, 지각 구성 물질의 2.6%를 차지한다. 정장석(orthoclase)이라는 암석을 비롯하여 몇 가지 암석이 칼륨을 포함하고 있다.

칼륨은 물과 빠르게 반응하여 수소를 발생하면서 동시에 많은 열을 방출한다. 이 열은 수소를 점화시켜 불꽃이 일도록 한다. 그러므로 칼륨을 저장할 때는 물과 접촉하지 않도록 석유와 같은 액체 속에 둔다.

칼륨의 이용도

• 칼륨을 공기 중에서 태우면 과산화칼륨(KO2)이 되는데, 이 화합물은 물이나 이산화탄소와 반응하여 산소를 방출한다. 이러한 성질 때문에 호흡 보조 장치로 이용되는데, 호흡하면서 자신이 배출한 이산화탄소와 과산화칼륨이 반응하여 호흡해도 좋은 산소를 내놓게 되는 것이다.
• 수산화칼륨(KOH)은 물에 잘 녹으며 매우 강한 알칼리성을 갖는다. 이런 성질은 축전지의 전해질로 이용되기도 하고, 액체 비누 제조에 쓰이기도 한다.
• 질산칼륨(KNO3)은 소금처럼 짠맛이 있으며, 비료로 이용된다. 또 이 화합물을 가열하면 막대한 양의 질소를 내면서 폭발하므로 폭약이 되기도 한다.
• 칼륨의 동위원소는 23가지가 알려져 있다. 그 중 방사성 칼륨(K-40)은 희유가스 아르곤으로 변하면서 붕괴하는데, 그 반감기는 12억 5천만년이다. 아르곤이 포함된 양을 측정하여 암석의 연령을 측정한다. 지구에서 가장 오랜 암석의 나이 38억년은 이 방법으로 측정된 것이다.

• 칼륨은 동식물의 몸에 꼭 필요한 무기물이다. 동물의 몸은 나트륨을 많이 필요로 하는 반면에 식물은 칼륨을 대량 함유한다. 그래서 세계에서 생산되는 칼륨의 95%는 농작물의 비료로 소비되고 있다. 식물을 태운 재 속의 칼륨은 탄산칼륨(K2CO3) 상태로 존재한다. 인간을 포함한 동물의 몸에서 칼륨이온(K+)은 신경전달에 중요한 역할을 한다. 인체 내에는 약 140그램의 칼륨이 포함되어 있으며, 그 중 0.012%는 방사성 칼륨(K-40)이다.