원소기호 K, 원자번호 19, 원자량 39.0983, 지각 중의 존재도 2.09%(8위), 안정핵종존재비 K=93.22%, K=0.0118%, K=6.77%, 녹는점 63.5℃, 끓는점 774℃, 액체의 비중 0.83(63℃), 고체의 비중 0.86(20℃), 전자배치 [Ar] 4s, 주요 산화수1. 주기율표 1A족에 속하는 알칼리 금속원소의 하나로 나트륨과 함께 예로부터 이용되어 왔다.

식물체내에 이온으로 존재하고, 이것을 태운 재 속에 다량 함유되어 있다.

이전부터 목회(木灰 ; ash)를 물로 삼출(渗出)한 액(알칼리액)을 철제의 도가니(pot)로 자비농축(煮沸濃縮)해 얻는 고형물(固形物 ; potash)을 유리와 비누의 제조에 사용했다.

칼륨의 화합물은 나트륨의 화합물과 비슷한데, 1761년 독일의 A. S. 마르크그라프가 불꽃반응에 의해 이 2가지를 구별했다.

즉, 칼륨은 연보라색, 나트륨은 황색을 나타낸다.

칼륨의 금속 홑원소물질(單體)을 단리(單離)하는데 처음으로 성공한 사람은 영국의 H. 데이비이다(1807).

칼륨은 다른 알칼리 금속원소와 마찬가지로 반응성이 매우 좋으므로, 자연계에서는 항상 1가(價)의 양이온으로서 화합물의 형태로 존재하며, 홑원소물질로는 산출되지 않는다.

지각(地殼)속에 불용성알루미노규산염, 예컨대 칼륨장석(KAlSiO)· 칼륨운모(KHAlSiO)와 같은 형태로 암석성분으로서 비교적 풍부하게 분포해 있다.

암석이 품화되면 칼륨이온은 나트륨이온 등과 함께 유리(遊離)하는데, 나트륨이온에 비해 토양 속의 콜로이드 물질이 흡착하기 쉬우므로, 빗물에 의해서도 비교적 유출되지 않고 남아 식물에 흡수된다.

따라서 칼륨은 지각 속에는 나트륨과 거의 같은 양이 함유되어 있는데도. 바닷물 속의 존재량은 1/30 정도이다.

드물게는 이전에 지구의 대부분을 덮고 있던 고대의 바다가 증발농축된 결과 침적(沈積)한 것이 지하 갚은 곳에 암염층(岩鹽層)과 함께 광상(鑛床)을 이루고 있다.

최대의 것은 캐나다의 서스캐처원의 실빈(칼륨암염)광상인데, 지하 1km에 있으며, 염화칼륨의 추정매장량은 100억t 정도이며 3억년 이상 전에 생성된 것으로 추정된다.

칼륨은 동식물의 세포내액(細胞內液)에 이온으로서 존재하는데, 다당류인 글리코겐과 단백질의 합성에 관계하며, 신경의 정보전달에도 중요한 역할을 한다.

〔제법〕융해 염화칼륨을 850℃에서 나트륨증기로 환원하는 방법이 현재 공업적으로 이용되고 있다.

이 경우, 칼륨증기를 응축시켜 얻은 생성물은 약 1%의 나트륨을 주요 불순물로 함유하는데, 분별증류에 의해 99.99%의 순도까지 정제된다.

〔성질〕 은백색의 연한 금속으로, 나트륨보다는 약간 단단하고, 저온에서는 부서지기 쉽다.

칼로 자를 수 있으며, 잘린 새 면은 금속광택이 있으나 공기 속에 방치하면 곧 광택을 잃는다.

이것은 수분이나 산소와 반응해 수산화물과 산화물(과산화물이나 초과산화물을 함유)의 막이 생기기 때문이다.

비중이 1보다 작으므로 물보다 가볍다.

칼륨의 원자반지름이 보통의 금속, 예컨대 철·구리·금 등에 비해 큰데다가, 금속원자의 충전방식 중에서는 가장 틈새가 큰 체심입방격자(體心立方格子)를 갖기 때문에 무르고 가볍다.

이 금속원소는 반응성이 매우 좋아 할로겐·황·인 등을 함유하는 거의 모든 전기적 음성인 원소와 직접 반응해 K을 함유하는 이 온성 화합물을 생성한다.

나트륨보다도 활설이며, 보다 강한 환원제이다.

건조한 공기 또는 산소 속에서 연소시키면 초과산화물을 생성한다.

물과 격렬하게 반응, 다음 식과 같이 수소를 발생시킨다.

반응열에 의해 칼륨 자신은 융해되고, 수소의 연소로 발화한다.

알코올과도 반응해 수소를 발생시키고, 알콕시화물(알코올류의 수산기의 수소를 금속으로 치환한 화합물. 알코올레이트라고도 한다)이 남는다.

나트륨 등과 마찬가지로 액체암모니아에 용해해 전기전도성을 갖는 청색용액이 되고, 수은에는 발열하면서 격렬하게 녹아 아말감을 생성한다.

칼륨의 화합물은 거의가 이온성이며 대개 물에 녹는다.

K은 착물을 형성하는 경향이 약하여, 암모니아 분자나 시안화이온 등을 배위(配位)한 착물은 수용액 속에서는 만들어지지 않는다.

그러나 큰 고리 모양 폴리에테르 또는 폴리에스테르계의 화합물과는 수용액 속에서 안정한 착물(킬레이트)을 만든다는 것이 알려져 있다.

그 중 발리노마이신·노낙틴 등의 천연물은 생체 속의 K의 전송(傳送)에 관계하는 듯하다.

칼륨 특유의 이용가치를 들면 우선 나트륨과의 합금인데, 나트륨에 가까운 비열(比熱)과 열전도성을 가지면서, 실온(室溫)을 포함하는 넓은 온도범위에서 액체상태로 존재하는 것이 만들어져 원자로의 냉각재나 고온온도계 등에 사용된다.

세포외액(細胞外液)에 많은 나트륨과는 대조적으로, 칼륨은 세포내액(細胞內液)에 많이 존재한다.

나트륨과 마찬가지로, 체액(體液)의 pH 및 삼투압의 조절, 완충작용에 중요한 역할을 하며, 신경흥분의 전달 및 근육의 활동에 관계하고, 몇몇 효소의 작용과도 관계가 있다.

체내에서는 칼슘·인 다음으로 많이 함유되는 무기질로서, 주로 야채·감자·해조(海藻)·과일에서 보급된다.

특히 나트륨과 칼륨의 균형이 중요한데, 식염 등의 형태로 나트륨을 많이 섭취했을 때는 칼륨이 많은 식물성 식품도 많이 섭취할 필요가 있다.