Kalium
| |||||
Yleistä | |||||
Nimi | Kalium | ||||
Tunnus | K | ||||
Järjestysluku | 19 | ||||
Luokka | metalli | ||||
Lohko | s | ||||
Ryhmä | 1, alkalimetalli | ||||
Jakso | 4 | ||||
Tiheys | 0,890 · 103 kg/m3 | ||||
Kovuus | 0,4 (Mohsin asteikko) | ||||
Väri | hopeisen valkoinen | ||||
Löytövuosi, löytäjä | 1807, Sir Humphry Davy | ||||
Atomiominaisuudet | |||||
Atomipaino (Ar) | 39,0983[1] | ||||
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) | 220 (243) pm | ||||
Kovalenttisäde | 196 pm | ||||
Van der Waalsin säde | 275 pm | ||||
Orbitaalirakenne | [Ar] 4s1 | ||||
Elektroneja elektronikuorilla | 2, 8, 8, 1 | ||||
Hapetusluvut | +I | ||||
Kiderakenne | tilakeskinen kuutiollinen (BCC) | ||||
Fysikaaliset ominaisuudet | |||||
Olomuoto | kiinteä | ||||
Sulamispiste | 336,53 K (63,38 °C) | ||||
Kiehumispiste | 1 032 K (759 °C) | ||||
Moolitilavuus | 45,94 · 10−3 m3/mol | ||||
Höyrystymislämpö | 76,90 kJ/mol | ||||
Sulamislämpö | 2,321 kJ/mol | ||||
Äänen nopeus | 2000 m/s 293,15 K:ssa | ||||
Muuta | |||||
Elektronegatiivisuus | 0,82 (Paulingin asteikko) | ||||
Ominaislämpökapasiteetti | 0,757 kJ/(kg K) | ||||
Sähkönjohtavuus | (20 °C) 13,9 · 106 S/m | ||||
Lämmönjohtavuus | (300 K) 102,5 W/(m·K) | ||||
CAS-numero | 7440-09-7 | ||||
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa |
Kalium on alkalimetalleihin kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on K (lat. kalium), järjestysluku 19 ja CAS-numero 7440-09-7.
Kaliumia esiintyy eliöissä, merivedessä ja mineraaleissa. Ihminen valmistaa kaliumia elektrolysoimalla kaliumkloridia tai kaliumhydroksidia.
Nimeäminen
muokkaaKalium tarkoittaa keskiajan latinassa potaskaa, mutta lähtökohtana on arabian sana "qali", joka tarkoittaa varsinaisesti tuhkaa, mutta kemiallisena terminä emästä, 'alkalia'. (Etuliite al- on arabiassa määräinen artikkeli.)
Muutamissa kielissä, muun muassa englannissa kaliumista käytetään nimitystä potassium. Nimi johtuu sanasta potaska (engl. potash), joka sekin viittaa tuhkaan. Alkuaineen kemiallisena merkkinä käytetään kuitenkin kaikkialla K:ta.
Maatalous- ja lannoitealalla kaliumista ja sen yhdisteistä käytetään yleisesti myös lyhempää nimeä kali. Myös kemiassa nimitystä käytetään joskus, esim. kalialuna.
Ominaisuudet
muokkaaKalium on pehmeä ja kevyt hopeanvalkoinen alkalimetalli. Se on toiseksi kevyin metalli litiumin jälkeen. Kalium on jopa vettä kevyempää ja niin pehmeää, että sitä voi leikata veitsellä.
Kalium hapettuu nopeasti, minkä vuoksi sitä säilytetään usein mineraaliöljyssä.
Kalium muodostaa yhdisteitä, seoksia ja kiinteitä liuoksia.
Kalium reagoi muiden alkalimetallien tavoin kiivaasti veden kanssa muodostaen kaliumhydroksidia ja vetyä: K + H2O → KOH + H2. Tällöin syntyy niin paljon lämpöä, että vapautuva vety voi ilmaan päästyään syttyä palamaan tai jopa räjähtää.
Kalium reagoi kiivaasti myös fluorin ja kloorin kanssa, sekä kuumennettaessa rikin, vedyn ja muiden epämetallien kanssa.
Radioaktiivisuus
muokkaaKaliumilla on kolme luonnossakin esiintyviä isotooppia: 39K, 40K ja 41K. Niistä 40K on radioaktiivinen ja yksi luonnon yleisimmistä radioaktiivisista aineista. Sitä on kaikissa luonnon kaliumpitoisissa aineissa noin 0,0118 % niissä olevan kaliumin määrästä, ja näin ollen sitä on kaikissa elävissä olennoissakin. Muun muassa elintarvikkeena käytettävän ns. mineraalisuolan sisältämän kaliumkloridin radioaktiivisuus on noin 16 000 Bq/kg. Kalium-40:n puoliintumisaika on 1,25 miljardia vuotta, ja se voi hajota kahdella tavalla. Noin 11,2 % siitä hajoaa elektronikaappauksella tai positroniemissiolla (β+-hajoamisella) argoniksi 40Ar, loput 88,8 % taas beetasäteilyä lähettäen kalsiumiksi 40Ca. Nämä molemmat hajoamistuotteet ovat stabiileja. Näiden isotooppien pitoisuusmittauksia voidaan hyödyntää kivien ja kallioiden iänmäärityksessä.
Historia
muokkaaKalium osoittautui alkuaineeksi vasta vuonna 1807, jolloin Sir Humphry Davy onnistui elektrolyyttisesti eristämään kaliumin.
Esiintyminen
muokkaaKaliumia esiintyy eliöissä, merivedessä sekä mineraaleissa ja kivilajeissa, kuten maasälvässä, kiilteessä, gneississä ja graniitissa. Tärkeimmät kaliumsuoloja sisältävät mineraalit ovat sylviitti, sylviniitti, karnaliitti ja kainiitti. Ennen mineraalien löytämistä tuhka oli ainoa kaliumyhdisteiden lähde.
Elimistön kalium esiintyy 99 prosenttisesti solujen sisällä. Suurin osa kaliumista sijaitsee lihassoluissa. Noin 20 prosenttia kaliumista on punasoluissa sekä luiden ja maksan soluissa.[2]
Käyttö
muokkaaElollinen luonto, kuten kasvit ja eläimet käyttävät kaliumia kivennäisaineena. Kalium säätelee solun osmoottista potentiaalia ja on useiden entsyymien aktivaattori. Kaliumin puute näkyy lehden kärjen ja reunojen solukon kuolemisena. Kasvit ottavat kaliumin maasta juurillaan K+-ioneina.
Kaliumia käytetään myös ihmisen valmistamissa lannoitteissa. Potaskaa eli kaliumkarbonaattia on käytetty lannoitteena sekä saippuan ja lasin valmistuksessa. Nykyisin kaliummalmi menee lähes kokonaan lannoitteisiin.
Kasvien poltossa syntyvä tuhka sisältää kaliumkarbonaattia, mikä tekee tuhkasta emäksisen aineen. Tuhkaa on käytetty emäksisyytensä vuoksi perinteisesti puhdistusaineena ja saippuan raaka-aineena.
Kuumennettaessa tai valotettaessa alkalimetalleilla on taipumus irrottaa elektroneja ja tähän perustuu kaliumin käyttö valoherkissä kennoissa.
Kaliumnitraattia eli salpietaria käytetään mustan ruudin valmistukseen. Nykyisin mustaa ruutia käytetään lähinnä ilotulitteissa. Ampuma-aseissa sen ovat korvanneet erilaiset savuttomat ruudit.
Hivenaineena
muokkaaKalium on ihmiselle tärkeä hivenaine. Se pitää yllä sähköistä jännitettä hermosolujen solukalvoilla, ja sitä tarvitaan myös munuaisissa ja lihasten rakentumiseen[3][4].
Ravinnon kalium imeytyy 90-prosenttisesti[5] ja 75 prosenttia elimistön kaliumista poistuu virtsan mukana[6] .
Kaliumin virtsapitoisuudet
muokkaaVirtsan alhaiset kaliumpitoisuudet korreloivat vahvasti väestön ylikuolleisuuden kanssa. Niillä, joiden virtsan mukana poistuu vain 1000 mg kaliumia päivässä on havaittu olevan noin kaksinkertainen kuolleisuus verrattuna ihmisiin, joiden poistuma sijoittuu välille 3000-4000 mg.[6]
Riittävä natriumin saanti vähentää kaliumin erittymistä virtsaan[7]. Tämä johtuu siitä, että niukka natriumin saanti yli kolminkertaistaa lisämunuaisen erittämän suolahormonin eli aldosteronin tuotannon. Aldosteroni saa munuaiset vähentämään natriumin erittymistä virtsaan ja lisäämään kaliumin erittymistä virtsaan.[8][9] Kaliumin runsas saanti lisää puolestaan natriumin erittymistä virtsaan[10].
Optimaalinen saanti
muokkaaVuonna 2024 julkaistussa väestötutkimuksessa havaittiin kuolleisuuden olevan alhaisinta sillä väestönosalla, joka nautti päivittäin 3,6 grammaa kaliumia. Tätä pienempiä ja suurempiä määriä saavilla oli suurempi kuolleisuus. Myös kaliumin ja natriumin keskinäinen suhde näytti liittyvän kuolleisuuteen, joka oli alimmillaan suhteen ollessa 0,83. Tutkimuksen osanottajat olivat yhdysvaltalaisia.[11]
Suositukset
muokkaaKaliumin tarpeesta ei vallitse konsensusta. Kaliumin suositeltava vähimmäissaanti on pohjoismaisten ravitsemussuositusten mukaan 1,6 grammaa kaliumia päivässä[12]. Britannian julkisessa terveydenhuollossa taas on annettu suositus 3,5 gramman vähimmäispäiväsaannista[13].
Valtion ravitsemusneuvottelukunnan mukaan kaliumin optimaalinen saanti olisi 0,35 g/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli naisilla noin 3,1 g/vrk ja miehillä 3,5 g/vrk[14] Institute of Medicine suosittelee aikuisten päiväsaanniksi 4,7 grammaa[15][16], kun taas The U.S. Dietary Reference Intakes'in mukaan 2,6 g/vrk olisi riittävä määrä aikuisille naisille. Raskaana olevien ja imettävien pitäisi nauttia kuitenkin 2,9 g ja miesten 3,4 g.[17]
Hypokalemian eli veren liian matalan kaliumpitoisuuden välttämiseksi veriplasman kaliumpitoisuuden pitäisi olla vähintään 3,3 mmol/litrassa[18].
Saanti
muokkaaIhmisten kaliuminsaannissa esiintyy huomattavan suuria eroja. Se yhdysvaltalaismiesten väestökymmennys, joka nauttii vähiten kaliumia, saa sitä keskimäärin vain 1,6 g/vrk. Eniten nauttivan kymmenyksen saanti on 4,9 mg/vrk. Vastaavat luvut olivat naisilla 1,2 ja 3,6 g.[9]
Finravinto 2017 -tutkimukseen osallistuneet naiset saivat kaliumia keskimäärin 3,4 g/vrk ja miehet 4,2 g/vrk. Taulukossa on eritelty osanottajien yleisimmät kaliumin lähteet.
Finravinto 2017 -tutkimuksen osanottajien kaliumin päälähteet prosentteina kokonaissaannista (naiset/miehet)[19] | |
Peruna ja viljat | 18/22 % |
Maitotuotteet | 18/19 % |
Vihannekset | 16/12 % |
Liha ja kala | 12/15 % |
Kahvi ja tee | 12/12 % |
Hedelmät ja marjat | 12/7 % |
Ruokapitoisuudet
muokkaaKaliumin määrä grammoina/100 g ruoka-ainetta[20] | |
mineraalisuola | 17,9 |
hasselpähkinä | 0,66 |
seiti, poronliha | 0,44 |
naudanliha, kirjolohi, keräkaali, avokado | 0,40 |
porkkana, parsakaali | 0,39 |
banaani, herkkusieni, keitetyt valkeat pavut | 0,36 |
ruisleipä, peruna | 0,34 |
broilerinkoipi | 0,33 |
herne | 0,32 |
sianliha, broilerinrinta | 0,27 |
tomaatti | 0,24 |
sipuli | 0,22 |
maito, jogurtti (1,5 % rasvaa) | 0,15 |
kananmuna | 0,13 |
omena, tofu | 0,12 |
kerma, luuliemi[21] | 0,11 |
kahvi | 0,10 |
kermajuusto | 0,09 |
Hävikki
muokkaaOsa keittämällä kypsennetyn ruoan kaliumista liukenee keitinveteen. Esimerkiksi puolet keitetyn lihan kaliumista jää keitinveteen.[9]
Liikasaanti
muokkaaKalium on suurina määrinä myrkyllistä, esimerkiksi kaliumkloridi on suunnilleen yhtä myrkyllistä kuin natriumkloridi eli pöytäsuola. Suoraan suoneen injektoituna kaliumsuolat aiheuttavat sydänlihaksen pysähtymisen (kloridin LD50 on 100 mg/kg) (ks. Myrkkyruiske). Veren liiallista kaliumpitoisuutta kutsutaan hyperkalemiaksi.
Kaliumia ei voi saada liikaa ravinnosta. Ravintoainevalmisteista tai täydennetyistä elintarvikkeista saatavaksi suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 3 700 mg/vrk[22].
Puute
muokkaaHypokalemian välttämiseksi veriplasman kaliumpitoisuuden pitäisi olla vähintään 3,3 mmol/litrassa[18]. Hypokalemia altistaa sydämen rytmihäiriöille ja lihasheikkoudelle[23]. Kaliumin puute voi aiheuttaa lisäksi sydämen laajentumista ja väsymistä, jolloin sydämen supistuskyky heikkenee[24].
Hypokalemia johtuu puutteista ravitsemuksessa yleensä vain silloin, kun potilas on vakavasti aliravittu[18].
Ravinnon liian pieni kaliumpitoisuus saattaa aiheuttaa subkliinistä kaliuminpuutetta. Kaliumin veripitoisuus pysyy silloin normaalina luurankolihaksista irtoavan kaliumin avulla. Subkliininen kaliumin puute saattaa häiritä lihasten toimintaa ja aiheuttaa lihasten pienenemistä.[25]
Terveysvaikutukset
muokkaaSillä väestöneljänneksellä, jonka kaliuminsaanti on pienintä, on noin kaksi kertaa suurempi kuolleisuus eniten kaliumia saavaan neljännekseen verrattuna[9]. Toisaalta myös liian runsas kaliumin saanti korreloi ylikuolleisuuden kanssa. Kuolleisuus näyttäisi olevan pienintä annoksella 3,6 g/vrk.[11]
Ihmisillä, joiden elimistössä on eniten natriumia suhteessa kaliumiin, on 50 prosenttia tavanomaista suurempi kuolleisuus.[10] Liian alhainen natriumin saanti aiheuttaa kaliumin poistumisen nopeutumista. Kuolleisuus on alimmillaan sillä väestönosalla, jonka nauttiman kaliumin määrä on 83 prosenttia natriumin määrästä.[11]
Meta-analyysi vuodelta 2011 yhdisti 1,6 gramman lisäyksen kaliumin päiväsaannissa 21 % pienempään riskiin sairastua aivoverenkiertohäiriöön.[26] Kaliumin riittävä saanti vähentää myös sydänkohtausriskiä[25] ja pitää luuston vahvana[3][4].
Kaliumin runsas saanti saattaa laskea verenpainetta[10].
Joillakin kaliumin on todettu vähentävän spastisuutta ja lihasten jäykkyyttälähde?.
Veren liian alhainen kaliumpitoisuus (hypokalemia) ei johdu yksipuolisesta ruokavaliosta, mutta anoreksia nervosa saattaa aiheuttaa sitä[27].
Kaliumin yhdisteitä
muokkaa- Kaliumarsenaatti (KH2AsO4) CAS-numero 7784-41-0
- Kaliumarseniitti CAS-numero 10124-50-2
- Kaliumasetaatti (C2H3KO2 / CH3COOK) CAS-numero 127-08-2
- Kaliumbromaatti (KBrO3) CAS-numero 7758-01-2
- Kaliumdikromaatti (K2Cr2O7) CAS-numero 7778-50-9
- Kaliumferrisyanidi (C6FeK3N6 / K3[Fe(CN)6]) CAS-numero 13746-66-2
- Kaliumheksafluorisilikaatti (K2SiF6) CAS-numero 16871-90-2
- Kaliumhydroksidi (KOH) CAS-numero 1310-58-3
- Kaliumkarbonaatti (vedetön) (K2CO3) CAS-numero 584-08-7
- Kaliumkloraatti (ClKO3 / KClO3) CAS-numero 3811-04-9
- Kaliumkloridi (KCl) CAS-numero 7447-40-7
- Kaliummetabisulfiitti (K2S2O5) CAS-numero 16731-55-8
- Kaliumnitraatti (KNO3) CAS-numero 7757-79-1
- Kaliumnitriitti (KNO2) CAS-numero 7758-09-0
- Kaliumoksidi (K2O) CAS-numero 12136-45-7
- Kaliumperkloraatti (KClO4) CAS-numero 7778-74-7
- Kaliumpermanganaatti (KMnO4) CAS-numero 7722-64-7
- Kaliumpersulfaatti (K2S2O8) CAS-numero 7727-21-1
- Kaliumsulfaatti (K2SO4) CAS-numero 7778-80-5
- Kaliumsulfidi (K2S) CAS-numero 1312-73-8
- Kaliumsyanidi (KCN) CAS-numero 151-50-8
- Kaliumtiosyanaatti (KSCN) CAS-numero 333-20-0
- Tetrakaliumpyrofosfaatti (K4O7P2) CAS-numero 7320-34-5
Lähteet
muokkaa- ↑ Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
- ↑ Kalium – Puute, lähteet, tarve ja saantisuositus Puhti. 20.3.2021. Viitattu 24.4.2024.
- ↑ a b The effects of high potassium consumption on bone mineral density in a prospective cohort study of elderly postmenopausal women. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18575949
- ↑ a b Potassium salts aid bone health, limit osteoporosis risk, new research finds. 14.1.2015. https://www.sciencedaily.com/releases/2015/01/150114115340.htm
- ↑ Office of Dietary Supplements - Potassium ods.od.nih.gov. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
- ↑ a b The Importance of Managing Potassium and Sodium as Part of a Well-Formulated Ketogenic Diet Virta Health. 26.4.2024. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
- ↑ How Much Protein Do You Need In Nutritional Ketosis? Virta Health. 4.2.2020. Viitattu 2.1.2021. (englanniksi)
- ↑ Sodium, Nutritional Ketosis, and Adrenal Function Virta Health. 26.4.2024. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
- ↑ a b c d The Importance of Managing Potassium and Sodium as Part of a Well-Formulated Ketogenic Diet Virta Health. 26.4.2024. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
- ↑ a b c 677 Huntington Avenue, Boston, Ma 02115: Potassium The Nutrition Source. 3.6.2019. Viitattu 24.4.2024. (englanti)
- ↑ a b c Donghao Liu, Yuqing Tian, Rui Wang, Tianyue Zhang, Shuhui Shen, Ping Zeng, Tong Zou: Sodium, potassium intake, and all-cause mortality: confusion and new findings. BMC Public Health, 15.1.2024, 24. vsk, nro 1, s. 180. PubMed:38225648. doi:10.1186/s12889-023-17582-8. ISSN 1471-2458. Artikkelin verkkoversio.
- ↑ Finravinto 2017. https://www.julkari.fi/bitstream/handle/10024/137433/Raportti_12_2018_netti%20uusi%202.4.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- ↑ http://www.nhs.uk/Conditions/vitamins-minerals/Pages/Other-vitamins-minerals.aspx#potassium NHS Choices – Other vitamins and minerals – Potassium
- ↑ Valtion ravitsemusneuvottelukunta: Terveyttä ruoasta! Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014 2014. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Arkistoitu 28.5.2014. Viitattu 16.5.2014.
- ↑ Panel on Dietary Reference Intakes for Electrolytes and Water, Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes, Food and Nutrition: DRI, dietary reference intakes for water, potassium, sodium, chloride, and sulfate. Washington, D.C.: National Academies Press, 2004. ISBN 0-309-53049-0. Teoksen verkkoversio.
- ↑ Grim, C. E.; Luft, F. C.; Miller, J. Z.; Meneely, G. R.; Battarbee, H. D.; Hames, C. G.; Dahl, L. K.: Racial differences in blood pressure in Evans County, Georgia: relationship to sodium and potassium intake and plasma renin activity. Journal of Chronicle Diseases, 1980, 33. vsk, nro 2, s. 87–94. PubMed:6986391. doi:10.1016/0021-9681(80)90032-6. ISSN 0021-9681.
- ↑ 677 Huntington Avenue, Boston, Ma 02115: Potassium The Nutrition Source. 3.6.2019. Viitattu 24.4.2024. (englanti)
- ↑ a b c Kustannus Oy Duodecim: Hypokalemia (alhainen veren kalium) Duodecim - Terveyskirjasto. Viitattu 15.11.2020.
- ↑ Finravinto 2017. https://www.julkari.fi/bitstream/handle/10024/137433/Raportti_12_2018_netti%20uusi%202.4.pdf?sequence=1&isAllowed=y
- ↑ Elintarvikkeet (haku) - Fineli fineli.fi. Viitattu 15.11.2020.
- ↑ The Importance of Managing Potassium and Sodium as Part of a Well-Formulated Ketogenic Diet Virta Health. 13.8.2024. Viitattu 7.9.2024. (englanniksi)
- ↑ Valtion ravitsemusneuvottelukunta: Terveyttä ruoasta! Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014 2014. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Arkistoitu 28.5.2014. Viitattu 16.5.2014.
- ↑ SYNLAB - Diabeetikon vuositarkastus 66 € SYNLAB. Arkistoitu 6.11.2020. Viitattu 30.10.2020.
- ↑ Mistä kaliumia saa ja mitkä ovat sen tehtävät? (päivitetty 2020) Puhti. 28.6.2018. Viitattu 30.10.2020.
- ↑ a b The Importance of Managing Potassium and Sodium as Part of a Well-Formulated Ketogenic Diet Virta Health. 26.4.2024. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
- ↑ D'Elia, L.; Barba, G.; Cappuccio, F.: Potassium Intake, Stroke, and Cardiovascular Disease: A Meta-Analysis of Prospective Studies. J Am Coll Cardiol, 2011, 57. vsk, nro 10, s. 1210–9. PubMed:21371638. doi:10.1016/j.jacc.2010.09.070.
- ↑ Hypokalemia (alhainen veren kalium) Duodecim Terveyskirjasto. Viitattu 24.4.2024.
Aiheesta muualla
muokkaa- Kaliumin kansainvälinen kemikaalikortti
- Helsingin Sanomat: Kalium, 27.3.2007 (Arkistoitu – Internet Archive)
- Helsingin yliopiston avoin yliopisto: Ravitsemustieteen perusteita: Kalium
- Fineli: Kaliumin lähteet ruoka-aineissa
- Terveyskirjasto, Kalium (P-K)
- Periodictable: Technical data for Potassium (englanniksi)
- Luettelo kaliumin isotoopeista The Isotopes Project Home Page (englanniksi))
- Human Metabolome Database (HMDB): Potassium (englanniksi)
- Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG): Potassium ion (englanniksi)
- Americanelements: Potassium (englanniksi)
- Argonne National Laboratory: Radiological and Chemical Fact Sheets to Support Health Risk Analyses for Contaminated Areas, Potassium-40 sivut 38-39 (englanniksi) (pdf)
- Webmineral: Mineral Species containing Potassium (K) (englanniksi)
- Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases: Potassium (englanniksi)