Potassium ( K ), 19-칼륨

 

옛날에는 식물이 타고 남은 재를 농토에 뿌려 농작물의 수확을 높이고, 잿물을 내려 빨래 하는데 사용하였다. 식물 재에 들어있는 어떤 원소를 이용한 것일까? 답은 포타슘(potassium) 또는 칼륨(kalium)이라 불리는 원자번호 19번의 원소이다. 이 원소의 이름은 공식적으로 인정되는 이 두 가지 이름 외에도, 공업적으로는 ‘칼리’, ‘카리’ 또는 ‘가리’가 가끔 사용되는데, 비료로 사용되는 K2SO4를 황산칼리, 황산카리 또는 황산가리라 부르고, 맹독성 물질인 KCN을 청산카리 또는 청산가리라 부르는 것이 그 예이다. 이 글에서는 칼륨이 칼슘(calcium, Ca)과 혼돈될 우려가 있고, 또 대부분의 국제적인 문헌에서 potassium이 두루 사용되므로 포타슘이라 부르기로 한다. 포타슘은 같은 알칼리 금속인 소듐(나트륨)과 지각에서의 존재비와 화학적 성질이 아주 비슷하나 다른 면에서는 차이점도 많다. 포타슘 만이 비료로 사용되며, 바닷물에는 쇼듐이 포타슘에 비해 월등히 높은 농도로 있으며, 생물체에서는 포타슘은 세포 내액에 주로 들어있는 반면 소듐은 세포 외액에 주로 들어있다. 포타슘이 어떤 원소이며, 이들의 생물학적 역할은 어떤 것인지 살펴보기로 하자.     원자번호 19번, 포타슘(칼륨) 포타슘(칼륨)은 원자번호 19번의 원소로, 원소기호는 K이다. 주기율표의 1족(1A족)에 속하는 알칼리 금속 원소의 하나로, 소듐(나트륨, Na) 바로 다음에 위치한다. 원소 포타슘은 칼로 자를 수 있을 정도로 무르며 녹는점이 낮고, 화학 반응성이 아주 큰 은백색 고체 금속이다. 공기 중에서 쉽게 산화되고, 물과는 많은 열과 수소 기체를 내면서 격렬히 반응하고 폭발하기도 한다. 따라서 금속 포타슘은 아르곤과 같은 비활성 기체 하에서 무수 광물성 기름이나 석유에 담가 보관한다.

 

원자번호 19번, 포타슘. <출처: gettyimages>

포타슘의 원소 성질.

 

 

천연상태에서 포타슘은 화합물로만 존재한다. 지각 무게의 약 2.6%를 차지하는 7번째로 풍부한 원소로, 소듐 보다는 존재하는 양이 약간 적다. 포타슘은 여러 광물에 널리 포함되어 있으며, 주된 포타슘 광물은 포타슘암염(sylvite: KCl), 실비나이트(sylvinite: KCl/NaCl혼합염), 카널라이트(carnallite: KCl∙MgCl2∙6H2O), 랑베이나이트(lanbeinite: K2Mg2(SO4)3) 등이다. 그러나 19세기 후반 까지는 포타슘 화합물을 식물 재에서 얻어 사용하였다. 바닷물에는 K+이 0.39g/L 농도로 들어 있는데, 이는 Na+의 농도10.8g/L보다는 월등히 낮다.   금속 포타슘은 반응성이 매우 커서 이를 직접 이용하는 경우는 많지 않다. 대부분의 포타슘 화합물은 이온성 화합물이고, 비교적 물에 잘 녹는다. 대표적인 포타슘 화합물로는 KNO3, KClO3, KMnO4, KCN, KBr 등이 있다. 지방산의 포타슘 염(포타슘 비누)은 연비누(soft soap)로 사용되며, 탄산포타슘(K2CO3)은 경질 유리와 광학 유리를 만드는데 사용된다.   포타슘 이온(K+)은 모든 생명체에 꼭 필요하다. 동물에서는 K+가 신경 전달에 관여하며, 부족하면 여러 심장 기능 장애를 초래한다. K+는 식물 세포에도 높은 농도로 들어있으며, 식물 성장과 결실 과정에 관여하고, 농작물의 수확량을 높이고 품질을 향상시킨다. 농작물들이 농토에서 많은 양의 포타슘을 흡수하므로, 이를 비료로 보충해 주어야 한다. 전 세계 포타슘 화합물 생산량의 약 95%가 비료로 사용된다.

 

 

포타슘의 발견과 명명

사람들은 오래 전부터 식물 재(ash)를 울구어 낸 잿물을 빨래에 사용하고, 잿물을 항아리(pot)에서 증발시켜 얻은 포타쉬(potash=pot+ash: 식물 재 무게의 약 10%로 얻어지는 흰색 물질로, 화학적으로는 주로 K2CO3)를 천의 표백, 유리와 비누 제조 등에 사용하였다. 아랍어로 식물 재를 al-qalīy라 불렀는데, 이것이 알칼리(alkali)의 어원이 되었다.   옛 사람들은 염분이 많은 땅이나 바다에서 자라는 식물의 재 또는 광물에서 얻은 소다회(soda ash: Na2CO3)를 포다쉬와 거의 같은 용도로 사용하였는데, 이들 둘이 성질이 거의 같아 구별이 되지 않았다. 1700년대 초반에 이르러서 포타쉬와 소다회가 근본적으로 다른 물질일 것이라는 생각을 여러 과학자들이 하게 되었으나, 이에 대한 확실한 증거를 얻지 못하였다. 1807년에 당시 29세였던 영국의 데이비(Humphry Davy: 1778~1829)가 포타쉬에서 수산화 포타슘(caustic potash: KOH)을 얻고, 용융 KOH를 전기분해시켜 금속 포타슘을 얻었다. 그는 새로 발견한 금속의 이름을 potash에서 따와 포타슘(potassium)이라 명명하였다. 이 원소의 다른 이름 칼륨(kalium)은 알칼리(alkali)에서 아랍어의 접두사 ‘al’를 뺀 것에서 따온 근대 라틴어인데, 원소기호 K는 이에서 채택되었다. 데이비는 금속 포타슘을 분리 발견한 며칠 후에, 같은 방법으로 가성소다(caustic soda, NaOH)에서 금속 소듐(Na)도 얻었다. 이로써 포타쉬와 소다회가 다른 물질이라는 것이 확인되었다.

1807년, 영국의 데이비는 포타쉬에서 수산화 포타슘을 얻고, 이를 전기분해시켜 금속 포타슘을 얻었다.

 

‘농예화학의 아버지’라 불리는 독일 화학자 리비히(Justus Liebig: 1803~1873)는 1840년에 포타슘이 식물의 성장에 필요한 원소이나, 대부분의 토양에서는 이 원소가 부족하다는 것을 발견하였다. 이에 따라 식물 재에서 얻는 포타쉬의 수요가 급격하게 늘게 되었는데, 이들 중 상당양은 캐나다의 잿간(ashery: 식물 재에서 포타쉬를 생산하는 공장)에서 생산되어 수출된 것이었다. 1868년에 염화포타슘(KCl)을 함유하는 광석이 발견된 것을 계기로, 19세기 말 경에는 포타슘 비료와 화합물들을 포타슘 광석에서 공업적으로 대량 생산하게 되었다. 이로 인해 잿간들이 문을 닫게 되었는데, 1871년에 캐나다에만 519개의 잿간이 있었다고 한다.

 

 

포타슘의 물리적 성질

포타슘의 전자 배치. <출처: (CC)Pumbaa at Wikipedia.org>

포타슘 원자는 19개의 전자를 갖고 있으며, 바닥 상태 전자배치는 비활성 기체인 아르곤(Ar)의 전자배치에 1개의 전자가 4s 오비탈에 추가된 1s22s22p63s23p64s1([Ar]4s1)이다. 따라서 K는, 다른 알칼리 금속 원소들과 마찬가지로, 하나의 전자를 쉽게 잃고 비활성 기체와 같은 전자배치를 하는 +1가 양이온(K+)이 된다.  금속 포타슘은 녹는점(63.38 oC)이 낮으며, 칼로 쉽게 자를 수 있을 정도로 무르다. 자른 면은 은백색 광택을 띠나, 공기 중에서는 곧 바로 산소와 반응하여 회색이 된다. 밀도는 0.862 g/cm3로, 금속 중에서는 Li(밀도, 0.534 g/cm3) 다음으로 작다. 알칼리 금속 원소들은 최외각 전자가 불꽃에서 쉽게 들뜨게 되고, 들뜬 전자가 다시 낮은 에너지 상태로 내려오면서 특성적인 불꽃 색을 내는데, 포타슘의 불꽃 색은 연보라색이고, 최대 세기의 파장은 766.5 nm이다.   포타슘의 천연 동위원소는 3 가지로, 39K(93.26%), 40K(0.012%), 41K(6.73%)이다. 이중 40K은 반감기가 12.48억년인 방사성 동위원소로, 11.2%는 전자 포획이나 양전자(positron, β+) 방출로 안정한 40Ar이 되며, 88.8%는 β- 붕괴로 40Ca가 된다. 40K-40Ar 붕괴는 암석의 연대 측정에 사용된다. 인체에는 체중의 약 0.2%에 해당하는 무게의 포타슘이 들어 있는데, 40K의 방사성 붕괴는 인체 내 방사선의 가장 큰 요인으로 체중 60kg 성인의 체내에 있는 천연 포타슘에서 나오는 방사선 양은 약 3700 Bq이 된다.

 

 

포타슘의 화학적 성질 알칼리 금속 원소들은 최외각 전자로 ns1를 갖고 있다. 따라서 첫 번째 이온화 에너지는 매우 작고, 두 번째 이온화 에너지는 아주 크다. 이 때문에 쉽게 산화되어 +1의 양이온이 되며, +1 보다 큰 산화 수를 갖는 경우는 아직 없다.

 

포타슘의 불꽃 반응. <출처: (CC)G43 at wikipedia.org>

물과 반응하는 포타슘. 물에는 페놀프탈레인을 넣어 염기성이면 붉게 되도록 했다. <출처: (CC)Ozone aurora at Wikipedia.org>

 

 

포타슘은 반응성이 매우 큰 금속으로, 공기 중에서 산소나 물(수증기)과 격렬히 반응한다. 산소와 반응하면 과산화 포타슘(K2O2)이 되고, 물과 반응하면 수산화 포타슘(KOH)이 되면서 수소 기체(H2)를 발생시킨다. 발생되는 H2는 공기중의 산소와 반응하여 물이 되고 이는 또다시 나머지 포타슘과 반응한다. 그러나 대부분의 탄화수소와는 반응하지 않는다. 이 때문에 포타슘을 아르곤과 같은 비활성 기체 하에서 탄화수소인이나 석유에 담가 보관한다. 할로겐(X2)과는 격렬하게 반응하여 KX를 생성하며, H2와 반응하여 KH를 만들고, 알코올, 기체 암모니아, 알카인(alkyne)과 같은 양성자 주개와도 반응하여 H+를 떼어낸다. 포타슘은 강력한 환원제로, 다른 금속 원소의 산화물이나 할로겐화물과 반응하여 금속을 환원시킨다. 예로 유기합성에서 매우 유용한 그리냐르(Grignard) 시약의 제조에 쓰이는 리케(Rieke) 마그네슘(반응성이 아주 큰 마그네슘 분말)은 보통 다음 반응으로 만든다.   MgCl2 + 2K → Mg + 2KCl 다른 알칼리 금속들과 마찬가지로, 포타슘은 액체 암모니아(NH3)에 잘 녹는데 0 oC에서 액체 NH3 1000 g에 480 g이나 녹는다. 용액은 녹아있는 알칼리 금속의 농도에 따라 푸른색에서 노란색까지의 여러 색을 내며 액체 금속과 비슷한 전기전도도를 갖는다. 순수한 용액에서는 느리게 화학 반응을 하여 KNH2가 되는데, 전이금속 이온이 들어있으면 이것이 반응 촉매로 작용하여 반응 속도가 빨라진다.     포타슘의 생산 포타슘 광석은 포타슘암염(sylvite: KCl), 실비나이트(sylvinite: KCl과 NaCl의 혼합염), 카널라이트(carnallite: KCl∙MgCl2∙6H2O), 랑베이나이트(lanbeinite: K2Mg2(SO4)3) 등으로, 이들은 과거에 호수나 바다 바닥이었던 곳에 매장되어 있다. 소듐과는 달리, 바닷물에는 포타슘이 낮은 농도로 들어있기 때문에 바닷물에서 포타슘을 회수하는 것은 경제성이 없다.

 

포타슘 광석에서 포타슘 염을 회수하기 위해서는 광석에 포함된 소듐이나 마그네슘 염들을 분리시키는 것이 필요한데, 용해도 차이를 이용한 선별적 침전이나 정전기적 분리 방법이 이용된다. 이런 과정으로 염화포타슘(KCl)을 얻고, 이것을 전기분해시켜 KOH를 얻으며, KOH에서 여러 다른 포타슘 화합물들을 만든다.   금속 포타슘을 얻는 방법은 몇 가지가 있는데, 용융 KOH를 전기분해시켜 얻는 방법은 1807년에 데이비가 포타슘을 처음 분리∙발견할 때 사용한 방법과 거의 같다. 이밖에 KCl을 금속 소듐을 써서 환원시킨 후 K(끓는점 759 oC)와 Na(끓는점 883 oC)의 끓는점 차이를 이용한 분별 증류를 통해 K를 얻는 방법, KF를 탄화칼슘(CaC2)과 반응시켜 K를 얻는 방법 등이 있는데 지금은 전자의 방법을 주로 사용한다.

포타슘암염. <출처: (CC)Lmbuga at Wikipedia.org>

 

KCl + Na → NaCl + K 2 KF + CaC2 → CaF2 + 2C + 2K   1997년 전세계 포타슘 생산량은 K2O로 환산하여 2600 만 톤이며, 이의 약 36%인 930만 톤은 캐나다에서, 14%인 360만 톤은 독일에서, 12%인 310만 톤은 러시아에서, 11%인 290만 톤은 벨라루스에서 생산되었다. 전세계 포타슘 광물 매장량은 K2O로 환산하여 약 90억 톤으로 추정된다.   금속 포타슘의 용도 금속 포타슘의 수요는 금속 소듐의 수요보다 월등히 작다. 몇 가지 용도 중의 하나는 Na-K 합금(78% K - 22% Na 합금의 녹는점은 -12.6 oC)을 만들어 이를 원자로 냉각기에서 열 교환 액체로 사용하는 것이고, 다른 하나는 용융 K를 산소와 반응시켜 KO2를 만들고 이를 산화제, CO2와 수분의 제거제, 그리고 보조 산소 공급 장치에 사용하는 것이다. 또 다른 용도는 금속 포타슘을 암모니아(NH3)나 알코올(ROH) 등과 반응시켜 KNH2나 ROK 등을 얻고 이들을 유기화학 반응에 이용하는 것이다.

 

 

주요 포타슘 화합물과 이들의 이용

황산 포타슘 비료. 포타슘 화합물의 가장 큰 용도는 포타슘 비료이다. <출처: (CC)Rasbak at wikipedia.org>

포타슘 화합물의 가장 큰 용도는 포타슘(카리, 가리) 비료이다. 비료로 사용되는 포타슘 화합물의 90% 이상은 염화포타슘(KCl)이며, 황산포타슘(K2SO4)과 질산포타슘(KNO3)도 일부 사용된다. KNO3는 생산비가 많이 들어 비료로 사용되는 양이 많지 않다.    KCl은 전기분해를 통해 수산화 포타슘(가성칼리, KOH)과 금속 포타슘을 얻는데도 사용되며, 주사액, 식품 가공, 소금(NaCl)의 대체물, 전해질 등으로 사용된다. KOH는 대표적인 알칼리 물질로 천의 염색과 안료 제조에 사용되고, 산과 반응시켜 다른 여러 포타슘 화합물들을 만드는데 사용되는데, KOH의 약 25%는 K2CO3, 15%는 액체 비료, 10%는 비누, 9%는 액체 세제(K4P2O7), 5%는 합성 고무, 3%는 곡물 보호제, 2%는 KMnO4의 제조에 사용되며, 26%는 그 밖의 다른 화합물 제조에 사용된다. K2CO3는 KOH와 CO2를 반응시켜 얻는데 주로 포타슘 유리 제조에 사용된다. 일반적인 유리는 실리카(SiO2)와 탄산소듐(Na2CO3)에서 만든 연질의 소다유리인데, Na2CO3의 일부 또는 전부를 K2CO3로 대체한 포타슘 유리는 물러지는 온도가 높고 단단하여 경질 강화 유리, 장식용 유리, 광학 렌즈, 형광등 등에 이용된다. 비누는 지방산의 알칼리 금속 염인데, 연비누(soft soap)라 불리는 포타슘 비누는 소듐 비누에 비해 부드럽고 녹는점이 낮아 액체 비누로 사용될 수 있다.

 

질산포타슘(초석, KNO3)은 예로부터 흑색화학의 한 성분으로 화약에서 산화제로 사용되었으며, 지금도 폭약, 신호탄, 비료 등으로 사용된다. 염소산 포타슘(KClO3)은 성냥과 폭약에 소량 사용되며, 과망간산 포타슘(KMnO4)은 산화제, 탈색제, 표백제, 정화제로, 그리고 인공감미료인 사카린의 제조에도 사용된다. 브롬화 포타슘(KBr)은 흑백사진의 현상억제제로 많이 사용되며, 유기합성에서 브로민의 공급원으로 사용된다. 사이안화 포타슘(청산칼리, KCN)은 맹독성 물질로, KOH와 HCN 또는 폼아미드(HCONH2)와 반응시켜 만든다. 연간 약 5만 톤이 생산되는데, 유기화학 반응에서 나이트릴 화합물과 유기산을 합성하는데 주로 사용되며, 금의 야금과 재생, 프러시안 블루의 제조에도 사용된다. 과산화수소(H2O2)로 산화시키면 독성이 없는 KOCN으로 전환될 수 있다.   K는 산소와 산화물(K2O), 과산화물(K2O2), 초과산화물(KO2)을 만든다. 이들은 모두 물과 반응하여 KOH를 생성한다. KO2는 탄산가스와 반응하여 산소를 내놓기 때문에 광산, 잠수함, 우주선 등에서 보조 산소 공급원으로 산소 마스크에 사용되며, 화학공업에서 산화제, CO2와 수분 제거제 등으로도 사용된다. 그러나 압력에 민감한 폭발성을 갖고 있어, 긁으면 폭발할 수도 있으므로 사용에 주의가 필요하다.   4KO2 + 2CO2 → 2K2CO3 + 3O2    포타슘 이온(K+)는 물에서 무색이며, 이의 화합물들은 대부분 물에 잘 녹는다. 물에 잘 녹지 않는 포타슘 화합물로는 KB(Ph)4 (Ph는 페닐기), K2PtCl6, K3[Co(NO2)6] 등이 있다.     포타슘의 생물학적 역할 포타슘 이온(K+)은 모든 생물 세포 내에 있으며, 세포 기능에 필수적이다. 포타슘을 식물을 태운 재에서 처음 분리한 것에서 알 수 있듯이, 식물 세포에 특히 높은 농도로 들어있다. 식물에서 포타슘은 골격을 이루는 성분은 아니지만, 많은 중요한 조절 기능을 한다. 식물 성장에 관여하는 최소한 60가지 효소가 K+에 의해 활성화되며, 식물 기공(氣孔)의 열고 닫힘의 조절도 K+에 의존한다. K+는 또한 광합성, 당의 이동, 물과 영양소의 이동, 단백질과 녹말 합성 등에도 영향을 미친다. 즉 K+는 뿌리의 성장을 증가시켜 가뭄에 대한 내성을 높이고, 시들음을 방지하고, 곡물의 수확량과 품질을 향상시키는 역할을 한다. 수확한 채소, 과일, 곡물에는 많은 양의 K+가 들어있으므로, 이들을 재배한 농토는 포타슘 결핍을 겪게 되며 특히 다수확 품종의 재배는 K+ 결핍을 가속화시키는데, 이것이 포타슘을 비료로 공급해야 하는 주된 이유이다.

 

K+는 동물 세포 내액에 주로 존재하는 반면, 세포 외액에는 Na+가 주된 양이온이다. 이와 같은 세포 안과 밖의 이온 농도 차이는 막 전위(membrane potential)를 생성한다. 신경 조직에서의 막 전위는 신경 전달에 필수적인데, 신경 자극은 세포막을 통한 이온의 방전으로 이어지고 이는 막 전위의 변화를 가져온다. 흥분되지 않은 상태에서의 막 전위를 정지전위(resting potential)라 하며, 근육, 신경 등 흥분성 세포의 흥분에 의한 일시적인 막 전위의 변화를 활동전위(action potential)라 한다. 세포가 전기 방전을 할 수 있는 것은 신경전달, 근육 수축, 심장 기능의 핵심이다.   세포막 안과 밖의 K+와 Na+의 농도 차이는 Na+/K+ 펌프에 의해 만들어진다. 그리고 이온들은 인지질로만 구성된 세포막은 내부가 너무 소수성이어서 통과할 수 없으므로, 세포막을 가로지르는 단백질로 구성된 이온 경로(ion channel)를 통해 이동한다. 포타슘 이온 경로(potassium channel)는 거의 모든 생물체에서 가장 많이 분포된 이온 경로로, 세포막을 가로 질러 놓여 있으며, K+만 선택적으로 통과할 수 있는 구멍을 갖고 있어 K+의 방전에 의한 활동전위를 조절하는데 기여한다. 현재 5 종류의 K+ 이온 경로 단백질의 상세한 구조가 밝혀졌다.

세포막 안과 밖의 K+와 Na+의 농도 차이는 Na+/K+ 펌프에 의해 만들어진다. 그리고 이온들은 인지질로만 구성된 세포막은 내부가 너무 소수성이어서 통과할 수 없으므로, 세포막을 가로지르는 단백질로 구성된 이온 경로를 통해 이동한다. <출처: (CC)Sonia at Wikipedia.org>

 

 

포타슘 결핍증과 과잉증 포타슘은 인체 내에서 질량으로 8~9번째로 많은 원소로, 대략 몸무게의 0.2%를 차지한다. 즉, 체중 60 kg인 성인의 몸에는 약 120g의 K+이 들어 있다. K+는 막 전위와 세포 전기 방전을 통한 뇌 및 신경 기능뿐만 아니라, 체내의 액체 및 전해질 균형에도 중요하다.  K+는 음식을 통해 섭취되고 소변으로 배출되어 균형을 이룬다. 그러나 설사, 이뇨제 복용, 구토 등은 체내에 K+가 크게 부족한 저칼륨혈증(hypokalemia)을 초래할 수 있는데, 이의 주된 증상은 골격근의 근력저하, 경련, 근육 과민 등이며, 심전도가 변화되고 부정맥이 발생하기도 한다. 건강한 사람에게는 저칼륨혈증은 거의 나타나지 않는다.   포타슘은 여러 채소, 과일, 육류에 많이 들어있으며, 특히 키위, 오랜지 주스, 감자, 바나나, 분유, 콩 등에 많이 들어있다. 의학자들은 충분한 양의 포타슘 섭취가 고혈압, 뇌졸증, 골다공증, 신장 결석 등을 예방하는데 효과가 있다고 한다. 포타슘 보조 영양물질을 과다 섭취하는 경우는 여러 위장 장애 증상을 보일 수 있고, 신부전증과 같은 신장 질환을 앓는 사람에게는 혈액 중의 포타슘 농도가 비정상적으로 높은 고칼륨혈증(hyperkalemia)이 나타날 수 있는데, 심장 박동이 비정상인 부정맥을 거쳐 심장 마비로 이어질 수 있다.

 

 

1. 포타슘/칼륨 명칭

   원자번호 19번 원소(K)의 이름은 국제적으로 Potassium과 Kalium을 함께 인정하며, 우리말로도 포타슘과 칼륨을 함께 인정한다. 본문에서는 혼동을 피하기 위해 국제적으로 더 많이 사용되는 포타슘으로 명칭을 통일하였다. 국제적으로 통용되는 원소와 화합물명은 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry, 국제순수ㆍ응용화학연합)에서 결정하며, 원소의 한글명은 대한화학회가 IUPAC의 규정에 따라 결정된 원소와 화합물명을 우리말로 표시하는 방법을 규정한 [대한화학회 명명법(1998)]을 따른다.

2. 수치로 보는 포타슘

   포타슘의 표준원자량은 39.098g/mol이다. 원자의 바닥 상태 전자배치는 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ ([Ar]4s¹)이며, 화합물에서의 산화 수는 +1만 있다. 지각에서의 존재비는 약 2.6% (지각 암석의 1.84%)로 소듐 다음으로 풍부하고, 바닷물에는 K⁺이 약 0.39g/L 농도로 들어있는데, 이는 Na⁺(10.8g/L)에 비해 아주 적은 양이다. 1기압에서 녹는점은 63.38^oC이고, 끓는점은 759^oC이다. 20^oC에서 밀도는 0.862g/cm³로, 금속 중에서는 Li(밀도, 0.534g/cm³) 다음으로 가볍다. 불꽃 반응에서 연보라색을 내며, 최대 세기의 파장은 766.5nm이다. 이온화 에너지는 418.8kJ/mol이고, 전자친화도는 46.36kJ/mol이며, 폴링의 전기음성도는 0.82이다. 원자 반경은 227pm이고 이온 반경은 138nm(비교: r_Na= 187pm; r_Na+=102pm)이다. 천연 동위원소는 ³⁹K(93.26%), ⁴⁰K(0.012%), ⁴¹K(6.73%) 3 가지가 있는데, ⁴⁰K은 방사성 동위원소로 암석의 연대 측정에 사용된다.

3. Na⁺/K⁺ 펌프

   Na⁺과 K⁺를 농도가 낮은 곳에서 높은 곳으로(Na⁺는 세포 안에서 세포 밖으로, K⁺는 세포 밖에서 안으로) 이동시키는데 관여하는 세포막에 존재하는 ATP 가수분해 효소(ATPase)이다. Na⁺/K⁺-ATPase라 부르기도 한다. 세포막 전위를 유지하고 세포 부피를 조절하는 기능을 한다.

 

 

 

글 박준우 / 이화여대 명예교수(화학)

서울대학교 화학과를 졸업하고 템플대학교에서 박사학위를 받았다. 오랫동안 이화여대에서 화학을 연구하고 가르쳤다. 저서로 [인간과 사회와 함께한 과학기술 발전의 발자취]와 [아나스타스가 들려주는 녹색화학 이야기] 등이 있고, 역서로 [젊은 과학도에 드리는 조언] 등이 있다.

발행일  2012.01.04

Potassium

Atomic Weight		39.0983
Density		0.856 g/cm3
Melting Point		63.38 °C
Boiling Point		759 °C
Full technical data

The purple tint on these soft potassium cubes is a very thin oxide coating. Exposed to air they turn black in seconds. Exposed to water they would explode, sending off characteristic purple-red flaming drops.

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Technical data for Potassium Click any property name to see plots of that property for all the elements. Overview Name Potassium Symbol K Atomic Number 19 Atomic Weight 39.0983 Density 0.856 g/cm3 Melting Point 63.38 °C Boiling Point 759 °C Thermal properties Phase Solid Melting Point 63.38 °C Boiling Point 759 °C Absolute Melting Point 336.53 K Absolute Boiling Point 1032 K Critical Pressure 16 MPa (157.9 Atm)[note] Critical Temperature 2223 K[note] Heat of Fusion 2.33 kJ/mol Heat of Vaporization 76.9 kJ/mol Heat of Combustion -182 J/(kg K) Specific Heat 757 J/(kg K)[note] Adiabatic Index N/A Neel Point N/A Thermal Conductivity 100 W/(m K) Thermal Expansion N/A Bulk physical properties Density 0.856 g/cm3 Density (Liquid) 0.828 g/cm3 Molar Volume 0.00004568 Brinell Hardness 0.363 MPa Mohs Hardness 0.4 MPa Vickers Hardness N/A Bulk Modulus 3.1 GPa Shear Modulus 1.3 GPa Young Modulus N/A Poisson Ratio N/A Refractive Index N/A Speed of Sound 2×103 m/s Thermal Conductivity 100 W/(m K) Thermal Expansion N/A Reactivity Valence 1 Electronegativity 0.82 ElectronAffinity 48.4 kJ/mol Ionization Energies 418.8, 3052, 4420, 5877, 7975, 9590, 11343, 14944, 16963.7, 48610 kJ/mol Health and Safety Autoignition Point 440 °C Flashpoint N/A Heat of Combustion -182 J/(kg K) DOT Hazard Class 4.3 DOT Numbers 2257 EU Number N/A NFPA Fire Rating 3 NFPA Hazards Water Reactive NFPA Health Rating 3 NFPA Reactivity Rating 2 RTECS Number RTECSTS6460000 NFPA Label Classifications Alternate Names Kalium Names of Allotropes None Block s Group 1 Period 4 Electron Configuration [Ar]4s1 Color Silver Discovery 1807 in United Kingdom Gas phase N/A CAS Number CAS7440-09-7 CID Number CID5462222 Gmelin Number N/A NSC Number N/A RTECS Number RTECSTS6460000 Electrical properties Electrical Type Conductor Electrical Conductivity 1.4×107 S/m Resistivity 7×10-8 m Ω Superconducting Point N/A Magnetic properties Magnetic Type Paramagnetic Curie Point N/A Mass Magnetic Susceptibility 6.7×10-9 Molar Magnetic Susceptibility 2.62×10-10 Volume Magnetic Susceptibility 5.74×10-6 Abundances % in Universe 0.0003% % in Sun 0.0004% % in Meteorites 0.07% % in Earth's Crust 1.5% % in Oceans 0.042% % in Humans 0.2% Atomic dimensions and structure Atomic Radius 243 pm Covalent Radius 196 pm Van der Waals Radius 275 pm Crystal Structure Body Centered Cubic Lattice Angles π/2, π/2, π/2 Lattice Constants 532.8, 532.8, 532.8 pm Space Group Name Im_ 3m Space Group Number 229 Nuclear Properties Half-Life Stable Lifetime Stable Decay Mode N/A Quantum Numbers 2S1/2 Neutron Cross Section 2.1 Neutron Mass Absorption 0.0018 Known Isotopes 32K, 33K, 34K, 35K, 36K, 37K, 38K, 39K, 40K, 41K, 42K, 43K, 44K, 45K, 46K, 47K, 48K, 49K, 50K, 51K, 52K, 53K, 54K, 55K Stable Isotopes 39K, 41K Isotopic Abundances 39K 93.2581% 40K 0.0117% 41K 6.7302%

Notes on the properties of Potassium:

Critical Pressure: Value estimated based on extrapolation.

Critical Temperature: Value estimated based on extrapolation.

Specific Heat: Value given for solid phase.

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