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杂说生活中的钾 精选

已有 5854 次阅读 2021-11-6 08:51 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

杂说生活中的钾

前几天说了生活中的钠,今天说钾。

钾与我们的生活关系很密切,首先体现在它是我们人体中的重要元素。按人体内元素的质量排列,钾元素名列第七。人体含氧65%、碳18%、氢10%、氮3%、钙1.5%、磷1%、钾0.35%、硫0.25%、钠0.15%、氯0.15%、镁0.05%,这些元素被称为人体的常量元素。

钾在人体内有什么作用呢?

首先,细胞中许多酶反应都需要钾离子的参与,钾离子将激活这些酶。大家都知道,我们吃饭以后,血液吸收了食物水解产生的葡萄糖,血糖就升高了。这时候,需要把葡萄糖合成糖原暂时储存起来,在吃下一顿饭之前,这些糖原再逐步水解成葡萄糖,供我们的各种器官和肌肉使用。在糖原合成时需要钾离子,在水解时则放出钾离子。

蛋白质分解与合成同样会放出或需要一定的钾。在人体组织受到创伤时,蛋白质分解释出钾离子,在蛋白质合成如组织修复时则需要钾离子。

人体各种组织的运动都需要能量,供给反应所需能量的分子是三磷酸腺苷(ATP)。它的生成也需要钾离子的参与。

这样,在细胞内都有钾离子存在。体液内的钠离子与细胞内的钾离子使得细胞和体液得以达到电解质平衡。这种平衡不但使得细胞能够稳定存在,而且许多生物反应都有赖于这种钠-钾之间的平衡。例如神经传递的速度就与神经细胞中钾离子的浓度有着密切的关系。

严重的缺钾,会使得心肌缺血而造成心脏病甚至死亡。

人体内的这么多钾,是从哪里来的?当然需要从食物中取得,所以钾也是我们必需的营养元素。

在人们必需的七大营养成分(蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、水、无机盐和膳食纤维)中,我们把它归于无机盐一类。无机盐,过去称为矿物质。钾离子和钠离子都是必需摄入的重要的无机盐离子。

钾是钠的“弟兄”,只是钾比钠的原子序数多了8,就是说它的原子核内比钠多了8个质子(中子不影响化学性质,这里不提),核外多了8个电子。它的电子结构与钠相似,只是多了一个壳层,其最外层只有一个电子,而其余的电子形成与惰性气体氩相似的结构。所以,钾原子与钠原子一样,也是很“胖”和很“松”的。

由于原子结构相似,它的性质也与钠相似。单质钾也是一种非常软和非常轻的金属。它的密度只有0.862g/cm3,熔点仅有63℃。它的化学性质比钠还活泼,所以也都以离子化合物存在。

正如上面所说的,钾和钠这一对兄弟在细胞和体液的电解质平衡和体液的酸碱平衡中,相互联系相互制约,使得人体的许多化学反应得以正常进行。

我们知道,钠元素的摄入要依靠食盐。而我们一般并不需要像吃食盐那样专门的摄入含钾元素的“化学药品”,因为我们的平常食物中就包含有钾元素。

下面分别列举一些通常的代表性食物中的钾元素和钠元素的含量,单位都是毫克/百克食物:

小麦:钾289 钠 6.8;油菜:钾 210 钠 55.8;小白菜:钾 178 钠73.5;大豆:钾 1503 钠 2.2;马铃薯:钾 342 钠 2.7;猪肉:钾 204 钠 59.4。

由此可见,在所有的这些食物中,钾元素的含量都比钠多得多,在小麦、大豆等种子和马铃薯等薯芋类食物中,钠的含量极少而钾含量丰富;在茎叶类食物和动物性食物中,钾含量也丰富但钠钾含量的比例略接近于但仍然低于人体中二者之比。

这就可以解释我们为什么不用像吃食盐那样的另外摄入钾。当然,其前提条件是需要吃足够的蔬菜、水果和粮食。不然仍然可能缺钾。

由于陆生野生动物从植物中得到充足的钾元素比较容易,而因远离海洋得到钠元素就比较困难。所以它们就形成了在原尿中回收钠离子以节约钠离子的生理机能,多余的钾则比较容易排出。

如今我们人类得到钠离子是非常容易的,而身体机能却仍然很“节约”钠离子,所以体内的钠离子就容易超标。在这种情况下,如果我们食用含钾离子的食盐,即低钠盐,可以减少钠离子的摄入。这对我们的身体健康是有益的。一般人并不用担心钾离子的略微过剩,因为它很容易排出。但是,对于患高血钾症的病人,就不宜食用这种低钠盐。

植物中含有较多的钾元素(大概要占植物总质量的1%~5%),是因为钾对于植物的生长有极大的意义。

从化学的角度看,在植物体内的许多化学反应与在动物体(人体)内是一样的。它们有同样的原理,类似的进程。

例如,钾离子能够活化很多酶,在这些酶的作用下,植物体内的生物化学反应得以正常进行。

如,钾离子促进ATP(三磷酸腺苷)的合成,而ATP在光合作用中起到了关键的作用,所以钾也就是促进光合作用的重要因素。

又如,钾离子促进糖的合成,促进由葡萄糖合成淀粉,合成纤维素(与在人体内的促进葡萄糖合成糖原类似的原理,糖原、淀粉和纤维素的单体都是葡萄糖)。有了足够的淀粉,植物才能够有繁殖所必要的营养。有了足够的纤维素类物质,植物的细胞壁才能够坚挺,才能够抗倒伏,果实才能够成型。

又如,与在人体内类似,钾离子促进植物中蛋白质的合成。

又如,一定浓度的钾离子影响细胞内的渗透压,就使得水能够从细胞外进入细胞内。这是植物根系从土壤中吸收水分的原理。

另外,钾离子能够促进氮的吸收和代谢。氮元素在植物运输过程中往往以硝酸根阴离子的形式存在,这就需要钾离子作为它的陪伴离子,才能够保持电中性。

钾离子能够调节叶片气孔的开闭。光照充足的时候,钾离子能使叶片的气孔张开,当光照不足或缺水时,钾能促进气孔迅速关闭,以减少水分由于无效蒸腾作用而损失。这也是促进了光合作用的重要过程。

正因为钾离子在植物生长过程中有着非常重要的作用,植物体内才有这么丰富的钾元素。

猪牛羊鸡鸭鹅等动物都以植物为食物,这些高等动物的生物化学反应与人类相似,它们体内的钠和钾元素之比也与人类接近。我们食用动物性食物,就是间接地从植物那里取得了钾元素。

植物生长所需要的钾,是从土壤中获取的,而土壤中的钾总是有限的。我们连续种植农作物,就会使土壤中缺乏钾和其他营养成分,要想让农作物生长得更好,就需要给土壤施肥,钾肥就是一种这样的肥料。

在自然的状态下,植物和动物的尸体腐烂后都是好的肥料。现在我们给农作物施加的钾肥,主要是氯化钾以及硫酸钾。

我国新疆罗布泊和青海塔里木都有氯化钾矿产资源。但是我国是农业大国,需要大量的钾肥,所以现在仍然需要大量进口钾肥。

世界上最大的钾肥生产国是加拿大,其次是白俄罗斯、俄罗斯和中国等。

在过去千百年里,人们的燃料主要是植物的茎叶,就是柴草以及秸秆。植物燃烧的时候,其成分中的碳氧化变成了二氧化碳,氢氧化成水,氮成了氮氧化物和氮气,剩下的灰分除了有残留的碳之外,以钾元素为多,通常认为是碳酸钾。碳酸钾溶于水,在水中呈碱性。

草木灰是很好的钾肥,但是由于有强碱性,不要与氮肥一起施用,以免将氨气析出而浪费。

由于草木灰的碱性,古人把它用来洗涤衣物,有很好的去污作用。《礼记·内则篇》说:“冠带垢,和灰清漱。”《周礼·考工记》记载:“练帛,以栏为灰,渥淳其帛,实诸泽器,摇之蜃。”这些文献都有两千多年的历史了。

在谷物烹调时,加入碱,可以使米粒更加黏糯好吃。《齐民要术》中说:“用菰叶裹黍米,以淳浓灰汁煮之,令烂熟。于五月五日,夏至啖之。粘黍一名粽,一名角黍。 ”这种粽子的做法一直流传至今。江南人家的所谓“灰汤粽”,就是这样的美食。当然,这些年人们为了省事,把食用碱(碳酸钠)代替了草木灰水,即用碳酸钠代替碳酸钾。

人们最早就是从草木灰中认识了钾元素。钾,英语是potassium,源自potash,意思就是草木灰。元素符号K从拉丁文kalium而来,这个词的来源也是草木灰。

钾这个汉字却是中国固有的,原义是铠甲,音甲。不过这个字古人也极少用,因为甲的本义就是护身甲。有人为了强调是金属的甲,才造出来这个钾字。后来将军们多用的铁甲又常称“铠甲”,这个钾字也就没有什么用处了。

清代科学家无锡人徐寿翻译金属元素的原则就是利用古代原有的汉字,用古人造字六法中的“形声”方法,金字旁表示金属,音译欧洲人的元素名称。

钾的字音是“古狎切,音甲”,用现在的汉语拼音写是“ga”。它与kalium开头的发音基本相似。吴方言的甲,读音仍然是ga。马甲,读为“moga”;指甲,读为“节ka”。所以当时把Kalium音译为钾是很恰当的。

同样,钠,也是原有的罕用字,本义是打铁,其读音为“诺荅切”,写成现在的拼音就是na。于是就用钠来音译拉丁文natrium(元素符号Na)。

其他的金属元素用字,也都是这个原则,即用形声字来音译。

 




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