Το κάλιο και τονάτριο είναι αλκαλιμέταλλα πολύ παρόμοια, απόχημικής πλευράς. Για το λόγο αυτό, αρχικά (στηνΙστορία), ταάλατά τους δεν διαφοροποιούνταν. Τελικά συνειδητοποιήθηκε ότι πρόκειται για δυο διαφορετικά χημικά στοιχεία, στις αρχές του 19ου αιώνα, όταν έγινε εφικτή η απομόνωση των ίδιων των μετάλλων μεηλεκτρόλυση. Το κάλιο βρίσκεται στη φύση μόνο στη μορφήιονικών αλάτων του. Με τη μορφή αυτή βρίσκεται διαλυμένο στοθαλασσινό νερό (σεμέσηπεριεκτικότητα 0,04%, κατά βάρος), αλλά και σε πολλάορυκτά. Οι εφαρμογές του στηχημική βιομηχανία (συνήθως) αφορούν τη μεγάληυδατοδιαλυτότητα των ιόντων του, που βοηθά έτσι, την έμμεση διαλυτοποίηση των λιγότερο (ή και καθόλου) υδατοδιαλυτών τμημάτων χημικών ενώσεων του, με χρήσιμη δραστηριότητα. Το ίδιο το μεταλλικό (στοιχειακό) κάλιο έχει λίγες ειδικές εφαρμογές και στις περισσότερες αντιδράσεις είναι δυνατό να αντικατασταθεί από το (οικονομικότερο) νάτριο.
Το ιόν του καλίου είναι απαραίτητο για τη λειτουργία όλων (των γνωστών) ζωντανώνκυττάρων και γι' αυτό είναι παρόν σε όλους τουςφυτικούς καιζωικούςιστούς. Βρίσκεται σε εξαιρετικά μεγάλεςσυγκεντρώσεις στο εσωτερικό των φυτικών κυττάρων και ιδιαίτερα σταφρούτα.[1] Η σχετικά υψηλότερη συγκέντρωση καλίου σε σύγκριση με αυτήν του νατρίου στα φυτικά μέρη, είχε ως αποτέλεσμα, η πρώτη (ιστορικά) απομόνωση του στοιχείου να γίνει από τη στάχτη φυτικών υλών (απ' όπου προήλθε και η λέξηpotash,[2] που ελληνοποιήθηκε σε «ποτάσσα» και αποτέλεσε το αρχικό όνομα του στοιχείου, που διατηρείται ακόμη σε αρκετές γλώσσες, που περιλαμβάνουν και την αγγλική). Η έντονη αγροτική καλλιέργεια απορροφά αρκετά σύντομα μεγάλο ποσοστό από το κάλιο που βρίσκεται φυσιολογικά στο καλλιεργούμενο έδαφος (απαιτώντας περιοδική αγρανάπαυση ή κατάλληλη λίπανση). Γι' αυτό, η βιομηχανίαλιπασμάτων απορροφά το 93% της σύγχρονης παγκόσμιας παραγωγής καλίου.
Η φυσιολογική (βιοχημική) λειτουργία του καλίου είναι πολύ διαφορετική από αυτήν του νατρίου. Στα ζώα, ειδικότερα, τα ιόντα νατρίου και καλίου χρησιμοποιούνται διαφορετικά για την παραγωγήηλεκτρικού δυναμικού στα κύτταρά τους και ιδιαίτερα στανευρικά κύτταρα. Η έλλειψη καλίου στα ζώα (και στους ανθρώπους) έχει ως συνέπεια νευρολογικές δυσλειτουργίες.
Το μεταλλικό (στοιχειακό) κάλιο δεν υπάρχει ελεύθερο στη φύση, γιατί αντιδρά βίαια με τονερό (και άλλες ουσίες που είναι διαδεδομένες σ' αυτήν). Σε διάφορεςενώσεις το κάλιο αποτελεί περίπου το 1,5% κατάμάζα και επομένως το έβδομο (7ο) πιο άφθονο στοιχείο στηλιθόσφαιρα τουπλανήτη μας. Καθώς είναι πολύηλεκτροθετικό και γι' αυτό πολύ δραστικό στοιχείο, είναι δύσκολο να απομονωθεί από ταορυκτά του.[4]
Τα κυριότερα ορυκτά του καλίου, από τα οποία μπορεί να ληφθεί καθαρό μέταλλο, είναι οκαρναλλίτης [KMgCl3·6(H2O)], οσυλβίνης (KCl) και ο πολυαλίτης [K2Ca2Mg(SO4)4·2(H2O)].[5]
Το στοιχειακό κάλιο και τα άλατά του (ως ξεχωριστές ουσίες από τα άλλα άλατα) ήταν άγνωστα στηΡωμαϊκή Εποχή. Γι' αυτό, το λατινικό όνομαkalium (από το οποίο προήλθε το ελληνικό «κάλιο») δεν είναι κλασσική λατινική λέξη, αλλά νεολατινική. Προήλθε από τη λέξηalkali, που με τη σειρά της από τηναραβική القَلْيَه, που προφέρεταιαλ-καλιάχ και σημαίνει «φυτική στάχτη». Από την ίδια λέξη προέρχεται και ομόηχος αγγλικός όροςalkali, που εξελληνίστηκε σε «αλκάλιο» ή «αλκαλικός» και χρησιμοποιείται στααλκαλιμέταλλα, στιςαλκαλικές γαίες και ως συνώνυμο του όρου «βάση», αν και στα Μοντέρνα Βασικά Αραβικά ο όρος «φυτική στάχτη» αποδίδεται από τη λέξη بوتاسيوم, που προφέρεται «μπουτάσυουμ». Το «ποτάσσιο», δηλαδή η σχετικά πλούσια σε κάλιο φυτική στάχτη, ήταν ένα μυστικό συστατικό που αναμειγνυόταν με την κοινή στάχτη, μιαχρωστικήindigo (δηλαδήλουλάκι) και καυτό νερό για να δώσει ένα βαθύ μπλε χρώμα βαφήςυφασμάτων από τουςεμπόρους τηςΧάουσας στηνΚανώ.[6]
Η αγγλική λέξη για το κάλιο,potassium (εξελληνισμένα ποτάσσιο) προέρχεται από τη λέξηpotash (εξελληνισμένα ποτάσσα),[7] αναφέρεται στη μέθοδο με την οποία η ποτάσσα, δηλαδή η φυτική στάχτη, λαμβάνονταν: Ξέπλεναν τη στάχτη (στα αγγλικάash) από ξύλα ή φύλλα δέντρων και μετά αποξήραναν το διάλυμα σε μια κατσαρόλα (στα αγγλικάpot). Οπότε το συνολικόpotash, κυριολεκτικά σήμαινε «στάχτη κατσαρόλας». Η ποτάσσα είναι κυρίως ένα άλας καλίου, γιατί τα φυτικά μέρη περιέχουν λίγο ή καθόλουνάτριο και τα άλλα κύρια μεταλλικά άλατα που περιέχουν, δηλαδή κυρίως τοασβέστιο, έχουν χαμηλήδιαλυτότητα στο νερό, με το οποίο ξέπλεναν τη στάχτη. Η ποτάσσα, με την έννοια της ξεπλυμένης και αποξηραμένης φυτικής στάχτης, ήταν γνωστή από τηνΑρχαιότητα, αλλά δεν ήταν κατανοητό ότι ήταν ένα ριζικά διαφορετικό συστατικό από τα άλατα των άλλων μετάλλων και ιδιαίτερα του νατρίου. Ο διαχωρισμός των δύο στοιχείων, δηλαδή του νατρίου και του καλίου έγινε τελικά γνωστή μόνο μετά την εφαρμογή τηςηλεκτρόλυσης τηγμάτωνυδροξειδίου του νατρίου καιυδροξειδίου του καλίου, από τον ΣερΧάμφρι Ντέιβι, στις αρχές του 19ου αιώνα.
Το μεταλλικό κάλιο πρωτοαπομονώθηκε το1807 στηνΑγγλία από τον Χάμφρι Ντέιβι, που το παρέλαβε με ηλεκτρόλυση τήγματος υδροξειδίου του καλίου (KOH), χρησιμοποιώντας ηλεκτρικό ρεύμα από μια, πρόσφατα τότε ανακαλυφθείσα,βολταϊκή στήλη. Μάλιστα, το κάλιο ήταν το πρώτο μέταλλο που απομονώθηκε με ηλεκτρόλυση.[8] Αργότερα, την ίδια χρονιά ο Σερ Χάμφρι Ντέιβι ανέφερε την απομόνωση του μεταλλικούνατρίου, με ηλεκτρόλυση τήγματος υδροξειδίου του νατρίου (NaOH), από ορυκτή προέλευση και όχι από φυτική στάχτη, αποδεικνύοντας έτσι οριστικά, ότι τα μέταλλα νάτριο και κάλιο και άρα και τα άλατά τους είναι διαφορετικές ουσίες.[9]
Καθαρό μεταλλικό κάλιο μπορεί να απομονωθεί μεηλεκτρόλυση του τήγματος τουυδροξειδίου του καλίου (KOH), με μια διεργασία που λίγο άλλαξε από την πρώτη απόπειρα του Σερ Ντέιβι[4]:
Κανονικά, επειδή το κάλιο είναι ηλεκτροθετικότερο από το νάτριο, η παραπάνω χημική ισορροπία είναι μετατοπισμένη σχεδόν τελείως προς τα αριστερά. Στη θερμοκρασία των 850°C, το παραγόμενο κάλιο εξαερώνεται και με τη συνεχή απομάκρυνσή του μετατοπίζει τελικά τη χημική ισορροπία (σχεδόν) μονόδρομα προς τα δεξιά. Δηλαδή τελικά[1]:
Άλατα του καλίου, όπως οκαρναλλίτης, ολανγκμπεϊνίτης, οπολυχαλίτης και οσυλβίτης από εκτεταμένα αποθέματα σε (πρώην) αρχαίεςλίμνες και θάλασσες, κάνοντας την εξόρυξη και εκμετάλλευση των αλάτων αυτών οικονομικά εφικτή. Η κύρια πηγή του καλίου, ηποτάσσα (Κ2CO3), εξορύσσεται στοΣασκάτσουαν, στηνΚαλιφόρνια, στηΓερμανία, στοΝέο Μεξικό, στηΓιούτα και σε άλλα μέρη σε ολόκληρο τον κόσμο.[10] Βρίσκεται ακόμη σε αφθονία στηΝεκρή Θάλασσα. Περίπου 900μέτρα κάτω από την επιφάνεια του Σασκάτσουαν βρίσκονται μεγάλα κοιτάσματα ποτάσσας που είναι σημαντικές πηγές του μεταλλικού καλίου και των αλάτων του, με αρκετά μεγάλαορυχεία που λειτουργούν από τη δεκαετία του1960. ΣτοΣασκάτσουαν χρησιμοποιήθηκε πρωτοπόρα η μέθοδος του παγώματος της υγρής άμμου (σχηματισμός Μπλέρμορ) με σκοπό να δημιουργηθούν όροφοι ορυχείου από αυτήν. Οιωκεανοί είναι μια άλλη πηγή καλίου, αλλά η ποσότητα του στοιχείου που παίρνεται από ένα δεδομένο όγκο θαλάσσιου νερού είναι πολύ μικρότερη από αυτήν τουνατρίου.[11][12]
Το μεταλλικό κάλιο σε βαθμό καθαρότηταςαντιδραστηρίου πωλούνταν για περίπου 22$/kg το2010, όταν παραγγέλνονταν σε ποσότητες τόνων. Χαμηλότερης καθαρότητας μεταλλικό κάλιο πωλείται ακόμη οικονομικότερα. Η αγορά του μετάλλου αυτού είναι μεταβλητή, εξαιτίας της δυσκολίας (άρα και αυξημένου κόστους) της αποθήκευσης του στοιχειακού καλίου για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Πρέπει να αποθηκεύεται κάτω από ατμόσφαιρα ξηρούευγενές αέριο ή μέσα σε άνυδροπετρέλαιο, για να αποφευχθεί ο επιφανειακός σχηματισμός στρώματοςυπεροξειδίου του καλίου (K2O2). Το υπεροξείδιο του καλίου είναι εκρηκτικό ευαίσθητο στηνπίεση και εκρύγνηται αν γρατσουνιστεί. Η φωτιά που ακολουθεί μια τέτοια έκρηξη είναι δύσκολο να σβηστεί.[13]
Υπάρχουν 24 γνωστάισότοπα του καλίου. Από αυτά, μόνο τα τρία (3) ακόλουθα υπάρχουν στη φύση:
39K (93,3%), που είναι σταθερό.
40Κ (0,0117%), που, με πρόσληψηηλεκτρονίου (σύλληψη Κ) ή εκπομπήποζιτρονίου (β+ ακτινοβολία) διασπάται στο σταθερό40Ar (σε ποσοστό 11,2%) και με εκπομπή ηλεκτρονίου (β- ακτινοβολία) μετατρέπεται στο επίσης σταθερό40Ca (σε ποσοστό 88,8%), μεημιζωή 1,25·109 χρόνια. Αυτή ηραδιενεργή διάσπαση χρησιμοποιείται στηραδιοχρονολόγησηπετρωμάτων. Η μέθοδος ραδιοχρονολόγησης K-Ar εξαρτάται από την ακρίβεια των ακολούθως δύο (2) υποθέσεων: α) Τα πετρώματα δεν περιείχαν αργό κατά τον σχηματισμό τους. β) Είναι εγγυημένο όριο συλλέχθηκε όλο το ραδιογενές αργό από το πέτρωμα. Τα ορυκτά που είναι τα περισσότερο κατάλληλα για να ραδιοχρονολογηθούν με τη μέθοδο αυτή περιλαμβάνουν τονβιοτίτη, τονμοσχοβίτη, ταπυριγενή πετρώματα ή τα σε υψηλό βαθμόμεταμορφωσιγενή πυριτικά ορυκτά, οιάστριοι και τααστριοειδή.
41Κ (6,7%), που είναι σταθερό.
Εκτός από τη χρησιμότητά τους στη ραδιοχρονολόγηση, τα ισότοπα του καλίου χρησιμεύουν ευρύτατα και ωςιχνηλάτες σε μελέτες τηςδιάβρωσης. Χρησιμοποιούνται ακόμη, επίσης ως ιχνηλάτες, σε μελέτεςδιατροφικών κύκλων, γιατί το κάλιο είναι έναμακροστοιχείο απαραίτητο για τηζωή.
Το40Κ υπάρχει στο φυσικό κάλιο και γι' αυτό αποτελεί συστατικό του εμπορικούαλατιού σε αξιόλογη ποσότητα, ώστε οι μεγάλες συσκευασίες του προϊόντος, να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε επιδείξεις ραδιενεργών πηγών σε σχολικές αίθουσες. Μάλιστα, το40Κ αποτελεί για το ανθρώπινο σώμα τη μεγαλύτερη φυσική πηγή ραδιενέργειας, μεγαλύτερη κι από αυτήν του επίσης ραδιενεργού14C. Ένα ανθρώπινο σώμα μεμάζα 70kg, διασπώνται περίπου 4.400πυρήνες40Κ ανάδευτερόλεπτο.[14] Η ραδιενέργεια του φυσικού καλίου είναι (συνολικά) 31 Bq/g.
Θετική δοκιμή πυρανίχνευσης καλίου. Το δείγμα που χρησιμοποιήθηκε μάλλον περιέχει και νάτριο και γι' αυτό η φλόγα πάνω από το δείγμα δεν είναι ακριβώς λιλά.
Το κάλιο είναι τομέταλλο με τη δεύτερη (2η) μικρότερηπυκνότητα. Μόνο τολίθιο είναι μέταλλο με μικρότερη πυκνότητα. Είναι ένα μαλακόχαμηλότηκτο στερεό. Έχει, μάλιστα, τόσο χαμηλήσκληρότητα, που μοιάζει με αυτή τουκεριού και επιτρέπει την κοπή του μετάλλου ακόμη και με ένα κοινόμαχαίρι. Αν ένα κομμάτι κάλιο έχει κοπεί πρόσφατα είναι αργυρόλευκο στην όψη, αλλά στονατμοσφαιρικό αέρα αρχίζει ναοξειδώνεται και να γίνεται γκρι αμέσως μετά την επαφή του μετάλλου με αυτόν.[4]
Η αντίδραση του καλίου στο νερό. Προσέξτε το χρώμα της φλόγας. Το δείγμα ήταν, φαίνεται, πιο καθαρό απ' ό,τι στην παραπάνω δοκιμής πυρανίχνευσης.
Το στοιχειακό κάλιο πρέπει να προστατεύεται από τονατμοσφαιρικό αέρα και τηνυγρασία κατά την αποθύκευσή του, για να αποφευχθεί ηδιάβρωσή του που οδηγεί σε επιφανειακό (τουλάχιστον) σχηματισμό τουοξειδίου του (K2O) ή τουυδροξειδίου του (ΚΟΗ), αντίστοιχα. Γι' αυτό τα δείγματα του στοιχειακού καλίου πρέπει να προστατεύονται κάτω από ένα υλικό μέσο που δεν αντιδρά μ' αυτό (το κάλιο δηλαδή) και δεν επιτρέπει τη δίοδο του αέρα ή της υγρασίας ως το δείγμα του μετάλλου. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιείται συνήθωςπετρέλαιο,κηροζίνη ήτετραϋδροφουράνιο (THF).
Όπως και όλα τα άλλααλκαλιμέταλλα, το κάλιο αντιδρά βίαια με τονερό, παράγονταςυδρογόνο. Η αντίδραση είναι αξιόλογα πιο βίαιη, σε σύγκριση με αυτές τουλιθίου ή και τουνατρίου και τόσο σημαντικάεξώθερμη, ώστε το παραγόμενο υδρογόνο αναφλέγεται:
Επειδή δε το κάλιο αντιδρά ακόμη και με ίχνη υγρασίας, και το παραγόμενο υδροξείδιο του καλίου είναι μη πτητικό, το στοιχειακό κάλιο μόνο του ή σεκράμα μενάτριο (δηλαδή NaK), χρησιμοποιείται για απομάκρυνση ιχνών υγρασίας απόδιαλύτες στους οποίους είναι ανεπιθύμητη, συνήθως πριν απόαπόσταξη. Σ' αυτές τις περιπτώσεις δρα ως ένα ισχυρόαφυδατικό μέσο.
Το κάλιο αντιδρά ακόμη, με όλα τα ηλεκτραρνητικά στοιχεία, αλλά και με αρκετά ηλεκτροθετικότερα, όπως ταμεταλλοειδή, δίνοντας τις αντίστοιχες ενώσεις:
Το στοιχειακό κάλιο δρα ωςαναγωγικό μέσο, αντικαθιστώντας τα περισσότερα άλλα μέταλλα (αφού ελάχιστα είναι πιο ηλεκτροθετικά) από τα άλατά τους. Βέβαια, σε βιομηχανικές εφαρμογές συνήθως προτιμάται τονάτριο σ' αυτόν τον ρόλο, ως οικονομικότερο, αλλά το κάλιο είναι ισχυρότερο αναγωγικό. Π.χ. μπορεί να απελευθερώσει τοτιτάνιο, από τοτετραχλωριούχο τιτάνιο.[17]
Όπως και όλα τα άλλααλκαλιμέταλλα, το κάλιο αντιδρά βίαια με τις αλκοόλες (ROH), σχηματίζοντας το αντίστοιχο αλκοολικό άλας.[18]:
Η αντίδραση είναι επίσης έντονα εξώθερμη και συνήθως καταλήγει σε ανάφλεξη τόσο του παραγόμενου υδρογόνου, όσο και της αλκοόλης που δεν πρόλαβε να αντιδράσει.
Όπως και όλα τα άλλααλκαλιμέταλλα, το κάλιο αντιδρά βίαια με τακαρβοξυλικά οξέα (RCOOH), σχηματίζοντας το αντίστοιχο καρβοξυλικό άλας.:
Η αντίδραση είναι επίσης έντονα εξώθερμη και συνήθως καταλήγει σε ανάφλεξη τόσο του παραγόμενου υδρογόνου, όσο και του καρβοξυλιικού οξέος που δεν πρόλαβε να αντιδράσει.
Όπως και όλα τα άλλααλκαλιμέταλλα, το κάλιο αντιδρά με τα «εξωτερικά» (όσα έχουν τον τριπλό δεσμό τους στο ακραίο (#1)άτομοάνθρακα)αλκίνια (RC ≡ CH), σχηματίζοντας το αντίστοιχο «αλκινιλίδιο»[19]:
Στουςεστέρες τουμηλονικού οξέος (ROOCCH2COOR), τα δύο (2) άτομα υδρογόνου του κεντρικού μεθυλενίου είναι αρκετά όξινα ώστε να μπορούν να αντικατασταθούν απόνάτριο, αλλά και από κάλιο[22]:
Στουςεστέρες τουακετοξικού οξέος (CH3COCH2COOR), τα δύο (2) άτομα υδρογόνου του κεντρικού μεθυλενίου είναι αρκετά όξινα ώστε να μπορούν να αντικατασταθούν απόνάτριο, αλλά και από κάλιο[23]:
Το κάλιο είναι το κύριο ενδοκυττάριο κατιόν. Το 90% του ολικού καλίου του σώματος είναι ενδοκυττάριο και μόνο το 2% είναι εξωκυττάριο. Τα φυσιολογικά άτομα διατηρούν το ισοζύγιο καλίου εκκρίνοντας ημερησίως ένα ποσό καλίου ίσο με το ποσό που προσλαμβάνεται με την τροφή εκτός από ένα μικρό ποσοστό που απομακρύνεται με τα κόπρανα και τον ιδρώτα. Η ρύθμιση της συγκέντρωσης καλίου στον ορό επιτυγχάνεται κυρίως μέσω των νεφρών. Ηαλδοστερόνη και σε μικρότερο βαθμό ταγλυκοκορτικοειδή αυξάνουν την απέκκριση καλίου από τους νεφρούς.
Η επαναρρόφηση νατρίου από τους νεφρούς συνδυάζεται με αυξημένη απώλεια καλίου. Η αλκάλωση αυξάνει τηνείσοδο του καλίου στα κύτταρα και συνεπώςπροκαλεί υποκαλιαιμία. Η οξέωση αντίθετα αυξάνει την έξοδο καλίου από τα κύτταρα και συνεπώς προκαλεί υπερκαλιαιμία.
Τα επίπεδα καλίου θα πρέπει να ελέγχονται προσεκτικά σε ασθενείς μεουραιμία, νόσο του Άντισον,εμετούς,διάρροια και σε ασθενείς που λαμβάνουνδιουρητικά καιστεροειδή ήδιγοξίνη. Ψευδώς υψηλές τιμές καλίου στον ορό παρατηρούνται μετά από παρατεταμένη χρήση ελαστικής περιχειρίδας κατά την αιμοληψία καθώς και μετά από αιμόλυση.
Το κάλιο είναι το όγδοο (8ο) ή το ένατο (9ο) χημικό στοιχείο κατάμάζα (0,2%) του ανθρώπινου σώματος.[25] Για παράδειγμα, ένα σώμα 60 κιλών περιέχει 120 γραμμάρια καλίου. Τοασβέστιο και οφωσφόρος είναι πιο άφθονα (πάντα κατά μάζα) στο ανθρώπινο σώμα, ενώ τονάτριο και τοχλώριο έχουνπεριεκτικότητα περίπου ίση με τα 2/3 της περιεκτικότητας του καλίου.
Τακατιόντα του καλίου είναι σημαντικά για τη λειτουργία τουνευρικού συστήματος, κεντρικού και περιφερειακού. Ακόμη, ρυθμίζουν τηνωσμωτική ισορροπία μεταξύ τωνκυττάρων και του υγρού που τα περιβάλλει, καθώς ηκυτταρική μεμβράνη έχει ένα ειδικό υποοργανίδιο, τηνNa+/K+ATPάση, που λειτουργεί ως αντλία εισαγωγής - εξαγωγής του αντίστοιχου ιονικού ζεύγους, σε όλα ταζώα (αλλά όχι και σε όλα ταφυτά).[26] Αυτή η «ιονική αντλία» χρησιμοποιεί τηχημική ενέργεια που εκλύεται από τηνυδρόλυση ενόςμορίουATP σεADP καιφωσφορικό οξύ, για να εξάγει τρία (3) κατιόντα νατρίου έξω από το κύτταρο και να εισάγει παράλληλα δύο (2) κατιόντα καλίου μέσα στο κύτταρο. Η διαφορά του ενός κατιόντος δημιουργεί ένα ηλεκτροχημικό δυναμικό γύρω από την κυτταρική μεμβράνη. Επιπρόσθετα, υπάρχουν τα τετραμερή ιονικά κανάλια καλίου, που είναι κρίσιμης σημασίας για την αντιμετώπιση της υπερφόρτισης, ιδιαίτερα τωννευρώνων όταν έχει ενεργοποιηθεί μια δυναμική πράξη. Το ιονικό κανάλι καλίου που έχει ανακαλυφθεί πιο πρόσφατα είναι τοKirBac3.1, που δίνει συνολικά (μαζί με το τετραμερές που αναφέρθηκε παραπάνω) πέντε (5) ιονικά κανάλια καλίου (με αντίστοιχες ονομασίεςKcsA,KirBac1.1,KirBac3.1,KvAP καιMthK) σε μία καθορισμένη δομή.[27] Αυτά τα παραπάνω αναφερόμενα πέντε (6) ιονικά κανάλια καλίου είναι όλα απόπροκαρυωτικά είδη.
Το κάλιο μπορεί να ανιχνευθεί από την αίσθηση τηςγεύσης, ενεργοποιώντας τα τρία (3) από τα πέντε (5) είδη των γευστικών αισθητήρων, δίνοντας τελικά διαφορετική γευστική εντύπωση, ανάλογα με τη συγκέντρωση των κατιόντων του στο δείγμα τροφής που δοκιμάζεται. Συγκεκριμένα: Τα αραιά διαλύματα κατιόντων καλίου δίνουν γλυκιά αίσθηση (επιτρέποντας μέχρι μέτριες συγκεντρώσεις των κατιόντων καλίου στογάλα και τους φυσικούς χυμούς, ώστε να είναι ευχάριστα δεκτά από τους καταναλωτές τους). Καθώς πυκνώνουν τα διαλύματα, η αίσθηση που δίνουν γίνεται ολοένα και πιο αλκαλική, δηλαδή πικρή, σαπωνοειδής, αλλά και αλμυρή. Η εύρεση της σωστής συγκέντρωσης κατιόντων καλίου, ώστε να δίνει ευχάριστο συνδυασμό πικράδας και αλμυρότητας σε προϊόντα που απαιτούν σχετικά μεγάλη συγκέντρωση του ιόντος είναι μια γευσιγνωστική πρόκληση.[εκκρεμείπαραπομπή]
Όταν η έλλειψη καλίου μπορεί να αποδοθεί σε συγκεκριμένη ασθένεια ή σε πυρετό και διάρροια, ο γιατρός μπορεί συνήθως να αντιμετωπίσει τις υποκείμενες συνθήκες και να διασφαλίσει ότι υπάρχει επαρκές κάλιο στη διατροφή. Αν η φαρμακευτική αγωγή είναι η αιτία, συνιστάται μια αλλαγή στη συνταγή ή σε ορισμένες περιπτώσεις μια δίαιτα υψηλή σε κάλιο. Μπορεί, επίσης, να χρειαστούν συμπληρώματα μετάλλων, αν ο ασθενής δεν μπορεί να πάρει αρκετό κάλιο, μέσω της διατροφής. Σε σοβαρές περιπτώσεις το κάλιο μπορεί να χορηγηθεί ενδοφλεβίως. Τροφές πλούσιες σε κάλιο είναι το βόειο κρέας, το κοτόπουλο και ψάρια όπως ο μπακαλιάρος, ο σολομός και οι σαρδέλες. Καλές πηγές καλίου αποτελούν επίσης τα μπιζέλια, οι ντομάτες, τα πράσινα φυλλώδη λαχανικά και οι φλούδες της πατάτας. Οι μπανάνες, τα φύκια, τα πεπόνια, τα βερίκοκα και τα εσπεριδοειδή είναι επίσης πλούσια σε κάλιο, όπως και τα αποξηραμένα φρούτα (μάνγκο, βερίκοκα), οι ξηροί καρποί και η σοκολάτα.
Αφύσικα υψηλές συγκεντρώσεις καλίου αναφέρονται ως υπερκαλιαιμία.
Υπερβολική πρόσληψη
Οξεία και χρόνια νεφρική ανεπάρκεια
Υποαλδοστερονισμός
Αιμόλυση
Λοιμώξεις
Οξέωση
Αφυδάτωση
Νόσος του Άντισον
Ψευδοϋποαλδοστερονισμός
Η υπερκαλιαιμία συμβαίνει όταν η λήψη καλίου ξεπερνά την ικανότητα των νεφρών να το αποβάλλουν. Αυτό μπορεί να προκαλέσει βλάβη στα νεφρά. Σε χρόνια νεφρική νόσο παρουσιάζονται υψηλά επίπεδα καλίου στο αίμα, λόγω της μειωμένης αποβολής του από τον ελαττωμένο ή ανύπαρκτο όγκο ούρων.
Υιοθετώντας διατροφή χαμηλή σε κάλιο μπορεί να μειωθεί ο κίνδυνος ανάπτυξης υπερκαλιαιμίας και των συνεπειών αυτής, όπως σοβαρή μυϊκή αδυναμία, παράλυση και καρδιακές αρρυθμίες που μπορεί να οδηγήσουν σε θάνατο. Προληπτικά μέτρα για τη διατήρηση χαμηλών επιπέδων καλίου, αποτελούν η δίαιτα χαμηλή σε κάλιο και η αποφυγή της χρήσης φαρμάκων που αυξάνουν τα επίπεδα καλίου.
Για να συγκεντρωθούν αρκετές πληροφορίες για τη διάγνωση, η μέτρηση του καλίου είναι αναγκαίο να επαναληφθεί καθώς η αύξηση μπορεί να οφείλεται σε αιμόλυση στο πρώτο δείγμα. Στον ορό το φυσιολογικό επίπεδο του καλίου είναι 3,5 - 5 mEq / L. Γενικά, θα πρέπει να πραγματοποιηθούν εξετάσεις αίματος για τη νεφρική λειτουργία (κρεατινίνη, άζωτο ουρίας αίματος), τη γλυκόζη και περιστασιακά την κινάση της κρεατίνης και της κορτιζόλης. Ο υπολογισμός της σωληνοειδούς κλίσης του καλίου μπορεί μερικές φορές να βοηθήσει στη διάκριση της αιτίας της υπερκαλιαιμίας. Σε πολλές περιπτώσεις θα πραγματοποιηθεί νεφρικό υπερηχογράφημα, αφού η υπερκαλιαιμία είναι άκρως ενδεικτική της νεφρικής ανεπάρκειας. Επίσης, μπορεί να γίνει ηλεκτροκαρδιογράφημα για να διαπιστωθεί εάν υπάρχει σημαντικός κίνδυνος καρδιακών αρρυθμιών.
Μια διατροφή πλούσια σε κάλιο φαίνεται ότι έχει ισχυρές ευεργετικές επιδράσεις στην υγεία. Συσχετίζεται με σημαντικά μειωμένο κίνδυνο για εγκεφαλικό επεισόδιο ή αποπληξία, καρδιοπάθεια και γενικά, για καρδιαγγειακή πάθηση.
Το κάλιο είναι απαραίτητο στοιχείο στη διατροφή των ατόμων με υπέρταση, διότι βοηθάει στην απομάκρυνση του νατρίου. Πολλοί έχουν συνδέσει τη διατροφή που είναι υψηλή σε νάτριο (αλάτι) με την υπέρταση, αλλά αυτό που δε γνωρίζουν οι περισσότεροι είναι ότι η διατροφή χαμηλή σε κάλιο μπορεί να οδηγήσει σε υψηλή αρτηριακή πίεση.
Ο λόγος για τον οποίο το κάλιο μειώνει τον κίνδυνο καρδιαγγειακών παθήσεων, φαίνεται να είναι η δράση του στην αρτηριακή πίεση. Το κάλιο βοηθά στη μείωση της υψηλής πίεσης και συμβάλλει στη θεραπεία κατά της υπέρτασης.
Το κάλιο δεν αποθηκεύεται στο σώμα μας και έτσι πρέπει να το προσλαμβάνουμε μέσω της τροφής. Υπάρχουν τροφές αλλά και προϊόντα στο εμπόριο που είναι εμπλουτισμένα με κάλιο (π.χ. ρόφημα φρούτων με κάλιο) τα οποία βοηθούν στην αποβολή του νατρίου από το αίμα και συνεπώς στη μείωση της αρτηριακής πίεσης.
Άλλες σημαντικές ιδιότητες του καλίου είναι η λειτουργία του εγκεφάλου, αφού τα κανάλια καλίου στον εγκέφαλο παίζουν κυρίαρχο ρόλο στη μνήμη και τη μάθηση. Μερικές έρευνες έχουν δείξει μειωμένες πιθανότητες εγκεφαλικού επεισοδίου στα άτομα που ακολουθούσαν με διατροφή πλούσια σε κάλιο. Σε άτομα με διαβήτη, μια διατροφή χαμηλή σε κάλιο μπορεί να ρίξει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα, προκαλώντας υπογλυκαιμία.
Μια άλλη, εξίσου σημαντική ιδιότητα του καλίου είναι, ότι βοηθά στα αντανακλαστικά των νεύρων που είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά μηνυμάτων από το ένα μέρος του σώματος στο άλλο. Επίσης, το κάλιο ευθύνεται για τη σύσπαση των μυών του σώματος.
Κάποιοι θεωρούν το κάλιο αγχολυτικό, αφού τονώνει τον οργανισμό από το άγχος και το στρες. Εξίσου σημαντικό ρόλο παίζει το κάλιο στον μεταβολισμό των λιπών, της πρωτεΐνης και των υδατανθράκων, αφού λαμβάνει μέρος στη διαδικασία διάσπασης αυτών των θρεπτικών συστατικών.
Να σημειωθεί ότι εκτός από τη ρύθμιση της πίεσης του αίματος, το κάλιο παίζει ρόλο και στην πρόληψη της οστεοπόρωσης. Το κάλιο μειώνει την απέκκριση του ασβεστίου από το σώμα, ενώ το αλάτι (νάτριο) οδηγεί το ασβέστιο έξω από το σώμα. Μελέτες έχουν δείξει θετική σχέση μεταξύ μιας διατροφής πλούσιας σε κάλιο και της υγείας των οστών, ιδιαίτερα μεταξύ των ηλικιωμένων γυναικών. Αυτό υποδηλώνει ότι τροφές πλούσιες σε κάλιο μπορούν να διαδραματίσουν ρόλο στην πρόληψη της οστεοπόρωσης.
Οι αθλητές είναι μια κατηγορία πληθυσμού που έχει αυξημένες ανάγκες σε κάλιο, ειδικότερα σε περιόδους εντατικής άσκησης, για να αντικαταστήσουν την απώλεια μυϊκής μάζας και καλίου που αποβάλλεται μέσω του ιδρώτα, κατά τη διάρκεια της άθλησης. Όταν υπάρχει μεγάλη απώλεια καλίου, έχουν αυξημένες πιθανότητες να εμφανίσουν μυϊκές κράμπες και αρρυθμίες στην καρδιά. Ένα ποτήρι χυμό πορτοκάλι ή 1 μπανάνα μετά από μια ώρα άσκησης, αρκούν για να επαναφέρουν το κάλιο στον οργανισμό.
Το αυτούσιο μέταλλο έχει ελάχιστες βιομηχανικές χρήσεις, σε ορισμένα κράματα. Εκτός από τη χρονολόγηση, κάποια ισότοπα του καλίου χρησιμοποιούνταν ευρέως ως ανιχνευτές σε μελέτες του καιρού. Είχαν επίσης χρησιμοποιηθεί για μελέτες του κύκλου των θρεπτικών ουσιών, γιατί το κάλιο είναι ένα κύριο συστατικό της ανάπτυξης των φυτών, άρα και απαραίτητο για τη ζωή. Σήμερα χρησιμοποιούνται ευρέως ενώσεις του καλίου ως λιπάσματα και, σε μικρότερες ποσότητες, σε φαρμακευτικά σκευάσματα για τη θεραπεία της υποκαλιαιμίας.
↑«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 283, §12.2.4, K αντί Na
↑«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 283, §12.2.5, K αντί Na
↑«Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 222, §9.7.4, K αντί Na ή Mg
↑Τοθείο περιέχεται σε παρόμοια ποσότητα, κατά μάζα και επομένως το πιο περιέχεται λίγο παραπάνω, ώστε να πάρει την 8η θέση, είναι οριακά αμφισβητούμενο.
↑Mikko Hellgren, Lars Sandberg, Olle Edholm(2006).«A comparison between two prokaryotic potassium channels (KirBac1.1 and KcsA) in a molecular dynamics (MD) simulation study».Biophys. Chem.120(1): 1–9.doi:10.1016/j.bpc.2005.10.002.PMID16253415.
