<과학교사가 알려주는 원소이야기 18.> 식물로부터 얻고 식물을 위해 쓰이는 칼륨

 

 

 

 

<과학교사가 알려주는 원소이야기 18.

  식물로부터 얻고 식물을 위해 쓰이는 칼륨>

 

  

 

여러분 안녕하세요! 과학교사 정은희입니다~ 지금은 세탁기가 빨래를 해주지만 예전에는 어떻게 빨래를 했을까요?

 

방망이로 두들기면서 풀잎을 태운 '재'를 빗물에 장시간 담가두어 만든 잿물을 이용하여 빨래를 했다고 해요. 빨래 한 번 하기 엄청 힘들었을 것 같아요. 식물의 ‘재’에 어떤 성분이 있길래 천의 얼룩이 빠지는 것일까요? 이제부터 그 비밀의 근원이 되는 성분인 칼륨에 대해 알아보기로 해요.

 

 

칼륨의 발견

 

칼륨, Kalium은 라틴어이고, 포타슘, Potassium은 영어이름으로 1807년에 영국의 데이비가 수산화포타슘을 전기분해하여 얻어냈습니다. 데이비는 이 금속의 이름을 항아리인 Pot와  재를 의미하는 ash를 합쳐 potash로부터 지었습니다.

리튬과 나트륨과 함께 알칼리 금속 원소 중 하나로, 무르며 녹는점이 낮고, 화학 반응성이 아주 큰 은백색 고체 금속입니다.

반응성이 크기 때문에 칼륨은 자연계에서 화합물의 상태로 여러 광물에 널리 포함되어 있죠. 다른 알칼리 금속처럼 공기 중에서 쉽게 반응하기 때문에 무른 칼륨을 칼로 자른 면은 공기 중에서 은백색을 잃고 탁해지죠. 물보다 밀도가 작아서 물 위에 떠서 물과 반응하며, 큰 반응성때문에 열과 수소 기체를 격렬히 내면서 수산화칼륨이 됩니다.

아마 학교에서 알칼리금속과 물과의 반응성을 실험할 때, 작은 리튬과 나트륨 조각을 이용하되 칼륨을 이용하지 않는 건 알칼리 금속의 화학적 반응성은 원자번호가 커질수록 커지기 때문에 칼륨을 이용하면 위험할 수 있기 때문이죠. 실험하고 남은 물에는 수산화칼륨이 다량 녹아 있으므로, 페놀프탈레인 용액을 넣으면 붉게 변하는 것을 확인할수 있죠. 이 실험을 할 때 수소 기체가 발생하는 데 폭발성이 있으므로 꼭 환기에 유의하여야 합니다.

그렇기 때문에 금속 칼륨은 아르곤과 같은 비활성기체나 또는 액체 파라핀, 석유 안에 보관해야 하죠. 는 지각 무게의 0.0126%를 차지하는 21번째로 풍부한 원소입니다. 바닷물보다는 소금호수나 지하 염수에 더 많이 있죠. 표준 온도와 압력에서는 녹황색 기체로 존재하는데, 이는 매우 유독하며 독특한 냄새를 가집니다.

 

 

 

 

 

 

 

칼륨의 용도

 

칼륨은 식물의 몸에 꼭 필요한 무기물입니다. 광합성에 필수적인 산소와 이산화탄소의 출입, 기공의 조절도 K+에 의해서 이루어지죠. 그래서 칼륨의 가장 큰 용도는 비료입니다. 비료 중 90%이상은 염화칼륨(KCI)라고 해요. 비료로 사용되는 또다른 화합물인 질산칼륨(KNO 3)은 가열하면 많은 기체의 질소기체가 발생하면서 폭발하기 때문에 폭약이나 신호탄 등으로 사용이 됩니다.

 

그럼 사람의 몸에서는 어떨까요?

칼륨이온(K+)은 세포 내에 존재하면서 단백질의 가용화, 신경맥박의 전달, 노폐물 배출 등의 역할을 맡고 있습니다. 칼륨이온(K+)은 음식을 통해 섭취할 수 있으며 소변으로 배출되어 체내에서 균형을 이룹니다. 정상적인 대사활동을 위해서는 일정량의 칼륨이 필요한데, 결핍되면 근력저하, 경련, 부정맥을 동반하는 저칼륨혈증을 초래합니다. 과다섭취하면 위장장애와 신부전증, 심장마비 등이 나타날 수 있습니다.

 

또한 대표적인 강염기인 수산화칼륨(KOH)은 축전기의 전해질과 액체 비누의 원료가 됩니다. 칼륨 비누는 나트륨 비누에 비해 부드럽고 녹는점이 낮아 액체 비누로 사용될 수 있는 거라고 합니다.

 

 

그밖에 알아두면 좋을 화합물에는 시안화칼륨(KCN)과 칼륨의 초과산화물이 있습니다.

시안화칼륨(KCN)은 일명 청산가리라고 불리죠. 맹독성 물질이지만 공업용으로는 금의 야금과 재생, 프러시안 블루의 제조에 사용되고 있으며, 과산화수소로 산화시키면 독성이 없어진다고 합니다.

칼륨의 초과산화물은 탄산가스와 반응하면 산소를 방출하기 때문에 광산, 잠수함, 우주선 등에서 보조 산소 공급원, 산소 마스크로 쓰입니다. 그러나 압력을 받으면 폭발성이 있어 긁으면 폭발하므로 많은 주의가 필요합니다.

위험하기도하지만 꼭 필요하기도 한 칼륨이죠?

칼륨은 여러 채소, 과일, 육류에 많이 포함되어 있습니다. 특히 키위, 오렌지, 감자, 콩, 바나나 등에 많이 있다로 하니 우리 모두 칼륨을 잘 섭취해서 탄력적인 몸 유지하도록 해요 :D

 

선생님의 한마디

이제 잿물의 원리에 대해 알아볼까요?

물은 굽은형의 분자 구조때문에 극성을 가지고 다른 극성을 가진 많은 물질을 용해시킵니다. 그래서 우리는 물로 극성을 가진 많은 때를 지울 수 있습니다.

하지만 대부분의 때는 단백질 성분을 가지고 있으며, 이때는 물만으로 때를 빼는 것은 역부족입니다.

따라서 이때 잿물을 이용합니다. 칼륨을 많이 함유한 식물을 태우면 칼륨이 탄산칼륨으로 바뀌고 이 탄산칼륨을 물이랑 결합하면 수산화칼륨으로 바뀌는데, 수산화칼륨의 강한 염기성이 단백질을 녹이는 것이기 때문이죠.

잿물과 같은 세제류는 물에 잘 녹지 않는 탄화수소로 이루어진 ‘소수성’부분과 물에 잘 녹는 염으로 이루어진 ‘친수성’으로 결합된 분자로 이루어져 있습니다. 그래서 이 세제류를 물에 넣으면 소수성 부분이 안 쪽으로 향하고 친수성 부분은 바깥 쪽으로 노출된 공 모양의 덩어리가 만들어지죠. 그래서 세탁 시, 물에 잘 녹지 않는 지방 성분은 안 쪽으로 빨려 들어가게 되고, 결국 때가 지워지는 것입니다.

우리 조상들은 이런 잿물의 원리를 어떻게 알고 빨래에 이용한 걸까요?? 참 신기하네요 :>