Kalium

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.

Kalium 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.

Kalium 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.

Kaliumilla 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.

Kalium osoittautui alkuaineeksi vasta vuonna 1807, jolloin Sir Humphry Davy onnistui elektrolyyttisesti eristämään kaliumin.

Kaliumia 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]

Elollinen 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.

Kalium 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] .

Virtsan 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].

Vuonna 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]

Kaliumin 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].

Ihmisten 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.

Osa keittämällä kypsennetyn ruoan kaliumista liukenee keitinveteen. Esimerkiksi puolet keitetyn lihan kaliumista jää keitinveteen.^[9]

Kalium 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].

Hypokalemian 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]

Sillä 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 jäykkyyttä^lähde?.

Veren liian alhainen kaliumpitoisuus (hypokalemia) ei johdu yksipuolisesta ruokavaliosta, mutta anoreksia nervosa saattaa aiheuttaa sitä^[27].

• 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

Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Kalium.

• 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)

Auktoriteettitunnisteet: Kansalliset Ranska BnF data Saksa Israel Yhdysvallat Japani Tšekki