포타슘

정의

연하고 은색 광택이 나는 백색 금속. 알칼리 금속 원소로 원자번호는 19, 원소기호는 K이다. 라틴어 이름은 '칼륨'이다. 한국에서는 오랫동안 '칼륨'으로 불렸으나 1998년 대한화학회에서 영어명을 기반으로 표기를 변경하고 2007년 교육과정에 반영됨에 따라 이후 '포타슘'으로 널리 쓰이게 되었다.

연구사

포타슘은 생명 유지에 꼭 필요한 원소이다. 전기분해로 분리해 얻은 최초의 금속으로 1807년 영국의 화학자 험프리 데이비가 용융 수산화포타슘을 볼타전지로 분해시켜 얻었다.

분포

지각의 2.6％를 이루고 있으며 7번째로 풍부한 원소이다. 백운모와 정장석 같은 불용성 광물에 존재하는 대부분의 포타슘은 정제하기가 어렵기 때문에 포타슘은 카널라이트·키서라이트·폴리할라이트와 같이 어느 정도 제련할 수 있는 광물을 전기분해시켜 상업적으로 제조한다.

물리적 특성

녹는점이 낮고 열전도도와 전기전도도가 크다. 연보라색 불꽃을 띠며 증기는 녹색이다.

화학적 특성

19 potassium (K) enhanced Bohr model

포타슘은 물과 격렬하게 반응하여 폭발성이 있는 수소 기체와 수산화포타슘(KOH) 용액을 만든다. 식물 대사에서 포타슘 화합물은 토양에서 타르타르산염과 옥실산염의 형태로 흡수되어 식물을 태울 때 탄산포타슘으로 전환된다. 고등동물에서 포타슘 이온은 소듐(나트륨) 이온과 함께 세포막에서 신경과 근섬유의 전기화학적 자극을 전달하고, 세포로부터의 음식물 섭취와 노폐물 제거 기능의 균형을 유지시킨다.

체내에 존재하는 포타슘의 양이 너무 적거나 많으면 위험하지만 토양에 존재하는 포타슘은 음식물에서의 포타슘 양을 적절히 유지시켜 준다. 천연에 존재하는 포타슘은 3개의 동위원소인 포타슘-39(³⁹K : 93.26％), ⁴¹K(6.73％), 방사성 ⁴⁰K(약 0.01％)으로 되어 있으며, 6개의 인공 동위원소가 합성되었다. 포타슘은 4s 궤도에 있는 전자 하나를 쉽게 잃을 수 있기 때문에 모든 포타슘 화합물에서 포타슘의 원자가는 1이다.

활용

포타슘 금속 자체의 상업적 용도는 매우 적어 공기 중에서 산소를 방출하고 이산화탄소와 수증기를 제거함으로써 흡입된 공기를 정화시키는 과산화포타슘(KO₂)의 제조와, 소듐과의 합금으로 액체 금속성 열-전달 매질로 소량 사용될 뿐이다.

포타슘 화합물

포타슘(칼륨) 화합물은 농업에서 매우 중요하며 폭발물 제조에도 쓰인다. 염화포타슘(KCl)은 천연에서 산출되는 포타슘염이며, 비료 및 다른 중요한 포타슘 화합물을 제조할 때 원료로 쓰인다.

염화포타슘을 전기분해하면 수산화포타슘이 얻어지며, 습기를 쉽게 흡수하고 액체 비누, 세제 및 여러 가지 포타슘염 제조에 쓰인다.

아이오딘(요오드)과 수산화포타슘이 반응해 아이오딘화포타슘(KI)이 되며, 식염과 아이오딘 결핍을 막기 위한 동물 사료의 첨가물로 이용된다.

그밖에 상업적으로 중요한 포타슘 화합물로는 초석으로 알려진 질산포타슘(KNO₃)과 황산포타슘(K₂SO₄)이 있다. 질산포타슘은 비료, 불꽃놀이, 폭발물, 식품의 방부제로 쓰이며, 황산포타슘은 비료·고무·탄산포타슘의 제조 외에 의약품으로는 하제로 쓰인다.