鉀鹽
一說起豆腐，大家首先想到的是它的柔軟。但你是否知道，有一種金屬─我「鉀」─也像豆腐那樣柔軟？
一提起金屬，人們就會想到常見的銀、銅、鐵、錫……都是硬梆梆的，卻很少聽過金屬還有軟的，因此對於我可能很陌生。實際上，人類的祖先在遠古時代就已應用我的化合物做為肥料，如鉀灰（又名草木灰或草鹼），然而卻是到18世紀初才真正得到我這種金屬元素。
根據科學家的統計，我是分布最廣的元素之一。我的氧化物與水作用後會生成強鹼，因此人們通常稱我是典型的鹼金屬元素之一。化學元素周期表的第1族元素就通稱為鹼金屬元素，這族的元素包括鋰、鈉、銣、銫、鍅。和它們一樣，我的反應活性很強，喜歡和其他元素結合在一起，因此在自然界至今從未發現我以純元素狀態存在。地殼裡以我為主的礦物高達一百多種，另外有好幾百種礦物裡也含有少量的我。
鹼金屬元素的原子間吸力較小，結合較鬆散。因此，第1族元素有比重小、硬度低，沸點低、導電性強等特性。正因如此，我可以浮在水面上，與水作用時會放出氫氣，並有銀白色的金屬光澤。正因為我的性質十分活潑，在常溫下就能與空氣中的氧結合而生成氧化物。當我被切開後，銀白色的斷層面會很快發黑，這是因為表面上生成了一層薄薄的氧化物。也因為遇熱時我在空氣中會燃燒，因此必須保存在乾燥的煤油裡，且在取用我時動作必須迅速，以免我和空氣中的氧結合，導致我被氧化。
鉀常貯存在煤油中（圖片來源：種子發）
在探索我的旅途中，曾使許多化學家傷過腦筋。像是1702年時，曾有化學家根據幾種鉀鹽的結晶形狀不同，分類出草鹼和礦物鹼二種。1736年時，又有化學家用實驗證明這兩種鹼其實是二種不同性質的鹼性物質。1754年和1761年先後又有人用實驗證明草鹼和礦物鹼的不同。當時一般人都猜想這些鹼性物質是否能再分離成更單純的東西（即元素）。
在18世紀時，草鹼和礦物鹼的真正性質還是難分難解，甚至著名的法國化學家拉瓦錫（Antoine– Laurent de Lavoisier, 1743 –1794）也只能推測「其中可能有氮元素存在」，因為當時只知道氮是鹼的主要成分。後來才知道來草鹼的主要成分是碳酸鉀（K2CO3），而礦物鹼的主要成分是碳酸鈉（Na2CO3）。必須指出，這二種鹼性物質都曾當做清潔用品，二者之間的主要區別是依據它們的來源做為判斷標準。
話說1786年的某一天，義大利的解剖學教授伽爾伐尼（Luigi Aloisio Galvani, 1737 –1798）在做解剖青蛙的實驗時，無意間發現掛在窗前鐵柵欄上的死青蛙的大腿肌肉收縮了一下。這一意外的發現傳到了義大利物理學家伏特（Count Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta, 1745 –1827）的耳中，引起他很大的興趣。經過無數次試驗，伏特終於在1799年製成了世界上第一個可產生穩定電流的電池─伏特電池。
伏特電池的發明為化學界帶來了一場革命。以前，化學家們從礦石中提取金屬的手段幾乎全部依靠碳還原，儘管碳是一種很強的還原劑，但強中自有強中手，當碰到那些與氧結合比起碳與氧更為牢固的金屬時，便無能為力了。而電卻能幫助人們解決這一難題，一直到1807年，英國科學家戴維（Humphry Davy, 1778 –1829）用電解方法才真正獲得元素狀態的我。
19世紀初，化學界普遍認為苛性鉀（又稱氫氧化鉀，KOH）（含有我的一種化合物）是一種氧化物，戴維一直對此表示懷疑，他想用電試試看苛性鉀到底是什麼東西？
1807年，戴維開始了實驗，他與助手製作了一個龐大的電池組，希望隱藏在苛性鉀中的物質經由電的作用跑出來。他們起先試圖電解苛性鉀的飽和溶液，但失敗了，因為結果與電解水沒有什麼區別。
後來他們改變了實驗方法，把苛性鉀先在空氣中暴露數分鐘，使其表面略微潮溼成為導電體，然後放置在一個絕緣的白金盤上，讓電池的陽極與白金相連接，做為陽極的導線插入潮溼的苛性鉀中。果然，電流接通後，我在電流的作用下熔化，後來分離，接著在陽極上出現了水銀滴般的顆粒。它們就像水銀珠子一樣帶著銀白色的光澤，但一滾出來就啪的一聲炸開了，並呈現出美麗的淡紫色火舌。
戴維看到那望眼欲穿的小金屬珠出現時，難以壓抑的歡喜之情瞬間爆發，盡情地跳起舞，任憑實驗室架子上的玻璃器皿被撞得粉碎。他老半天才平靜下來，拿起桌上的鵝毛筆寫下了實驗紀錄，並在空白處寫下幾個大字：一個出色的實驗！
後來，戴維又分析了實驗過程中產生的這種金屬，確認是一種新的金屬。戴維對這個新元素的命名是取用「鉀灰」（pot-ash：pot「鍋」，ash「灰燼」）的字意，換言之，我的英文字potassium就是由英文「鉀灰」（potash）演變而來的。我的拉丁文（kalium）含意是「鹼性」的意思，這也完全符合我的本性。
我是化學史上第一個用電解法發現的元素。有了捕捉我的經驗後，戴維隨即用同樣的方法加大電流，從苛性鈉（氫氧化鈉，NaOH）中電解出了另一種金屬─鈉。
我的沸點是攝氏770度，密度是0.862公克∕cm3，熔點是攝氏63度，正因為我的熔點不到攝氏100度，通常碰到蠟燭火焰就會融化。
我燃燒時可使火焰呈紫紅色狀，這往往成為區別我的一個重要特徵。附帶一提的是，煙火之所以有紫色光芒，就是因為煙火藥材裡有我的存在。
我是熱和電的良好導體，本身質量很輕，放到水裡並不下沉，而是發出滋滋聲在水面上亂竄，金屬的我甚至會燃燒，爆發出淡紫色火焰，這是因為我與水發生了反應。當溫度升到攝氏63度時，我便會熔化成液體。我和金屬「鈉」製成的合金在常溫下是液體，且這種合金具有很好的導電性能，因此常用做原子反應爐的導熱劑。
在化學元素周期表裡，我排在鈉的正下方，因此我和鈉的化學性質非常相似，且在自然界中的含量幾乎相等。我在地球的元素中含量豐度排第8名，估計約為2.0至2.5％間，比起鈉的豐度略少一些。這兩種元素都存在於矽酸鹽礦物和海水中，有趣的是，在海水中我的含量也比鈉含量少一些。必須指出的是，我是植物生長所必需的元素之一，鈉則不然。因此礦物中的我溶於水而進入土壤中後，在經過河流和溪水流入海洋之前，通常植物會吸收其中大部分的我。
我是植物生命的基礎，在植物體內的作用是多方面的。我和植物體中碳水化合物的合成與運轉關係很密切，榖類作物若缺乏我，不但籽粒變少，籽粒的澱粉含量也降低。
通常我是以離子狀態（K＋）被植物吸收。我在植物體內大部分集中在幼嫩的細胞組織及器官中，植物幼苗若缺我，就會影響碳水化合物的生成，致使植物的組織發育不良，植物會因太柔軟而易倒下，抵抗蟲害的侵襲力也大幅減小。此外，會使葉片在行光合作用時所積累的糖分運轉困難，因而大大阻礙了光合作用的進行。
反之，當我的數量足夠時，進入植物體內的氮就會變多，形成的蛋白質也較多。例如把一個豌豆培養在無「鉀」的條件下，蛋白質的含氮量是50％，倘若培養在有我的條件下，蛋白質的含「氮」量就增高到71％。研究指出，植物體中的鉀與蛋白質的分布是一致的，在生長點形成層的分布也是一致的，在生長點形成蛋白質的地方，同時有許多鉀離子存在。豆科植物種子中的我含量比禾木科植物種子高，這些現象都說明我和蛋白質的轉化關係很密切。
我還與植物的氧化還原系統有關，當植物缺乏我時，植物體內的鐵會被過分氧化成為不溶解狀態，不能被利用。比如說，水稻缺少我時，葉片減短，葉幅變狹，整株水稻軟弱下垂，甚至葉面出現褐色斑點。
我的重要化合物也與人們的生活息息相關，如氯化鉀（KCl）、硫酸鉀（K2SO4）、碳酸鉀（K2CO3）這三者並稱肥料三大要件，因為它們都是農作物生長不可缺少的肥料。一般人們常說的化學肥料，主要成分就是上述3種含有我的化合物。其實，或許可以這麼說，我對人類最大的貢獻就是做為肥料。
開採出來的氯化鉀幾乎都用來製作植物生長用的肥料，事實上，早期人類就已使用植物和樹木本身做為我的主要來源。在古代，人們把木材或植物放在鍋裡燒成灰，這種灰稱為草鹼（即鉀灰或草木灰），其主要成分就是「碳酸鉀」。
草木灰
鉀灰在美國殖民地時期是個廣泛使用的材料，當時人們常拿它做肥皂、玻璃和其他幾十種產品，這是因為那時的鉀灰很容易取得，只要燒幾十棵或幾百棵樹，就可以在灰燼中收集鉀灰。在18世紀時，美國境內到處樹木林立，沒有人關心環境保護的問題，認為一旦燒光樹木，沒有鉀灰可取時，大不了再搬到更遠的美國西部去括荒。想想看，如果大家一直都這麼做，可以料想所有樹木總有一天被燒光，會馬上出現嚴重的生存問題。
幸好在1780年代，有個法國科學家勒布朗（Nicolas LeBlans，1742 –1806），把3種常見物：氯化鈉（NaCl）、石灰石（又叫碳酸鈣，CaCO3）和煤（純碳）混合後製成純鹼，這種純鹼又叫人造肥料。從此以後，美國人不再燃燒大量樹木製取鉀灰做為肥料。不知不覺間，人造肥料或化學肥料的發明救了地球上的綠色資源。
我也是人體不可缺少的化學元素之一，據估計我在人體內約有150公克，其中98％藏在細胞中，並且是以鉀離子型態存在於細胞內，另外2％則存在於細胞外。必須指出的是：鈉和我正好相反，幾乎所有的鈉都以鈉離子（Na＋）的型態存在於細胞外。
形成這種現象是因為隨著人體內生化分子（鈉∕鉀離子三磷酸腺苷酶）的作用，可把鉀離子送進細胞內，並把鈉離子排出細胞外，藉此傳遞神經刺激以及保持細胞內的滲透壓。因此，我對維持生命起了相當重要的作用。簡而言之，我能保持體內正常的滲透壓，調節體內的酸鹼度和神經、肌肉活動正常，維持穩定心跳規律。
在身體的各部位都可以發現我，紅血球中含量最多，接著是肌肉和腦組織。我主要是以電解質的型式存在於身體各細胞之間的流體，因而最重要的功能就是操控人們的神經系統。我和鈉離子進出神經細胞膜的各個通道，但有些通道只允許「鉀」離子通過。所有這些活動造成的結果，就像是電流沿著神經纖維流動。
由此可見，我是人體不可或缺的元素之一，有些食物中我的含量特別豐富，像是植物種子和果核。除了蔬菜油和奶油之外，幾乎所有的食物都含有我。在日常生活中，香蕉和橘子都是屬於鉀含量較高的水果，因此這些水果是提供我的最佳來源。
醫學研究指出，鉀離子太多或太少對人體都不好，因為太多會引起心律不整或心房顫動，甚至致死，但鉀離子太少會造成呼吸麻痺。
在正常情況下，人體攝入與排出的鉀量總是維持平衡，但在某些特殊情況下，還是會出現問題。比如人們患了急性腸胃炎，喝下去的水不能吸收，而體內的水分仍然經由呼吸、汗液、尿液排出體內，結果會造成整個身體脫水。這時除了進行藥物治療外，還應喝些含鹽類的水，嚴重的應該去醫院打點滴，補充我、鈉來維持全身水的代謝平衡。人體缺乏我時，會導致虛弱、失眠，甚至心律不整，每天吃一根香蕉或二個橘子可以補充天然「鉀」質。
曼巴蛇
非洲一種棲息於樹上的黑綠色毒蛇「曼巴蛇」（mamba snake），它的毒液可以阻塞通道使脈衝無法在神經系統中流動，因此被牠咬到的獵物會痙攣然後死亡。曼巴蛇的毒液曾用來研究人腦中鉀通道的分布情形，方法是把經過輻射處理的微量曼巴蛇毒液注射到自願者體內，然後記錄它的流動途徑。這項研究發現，這種通道最密集的位置就在腦中的海馬區（hippocampus region），這是很重要的學習區。
某些情況會造成我的匱乏，像是飢餓、腎功能不好，以及服用某些利尿劑（可以增加排尿的藥物）。人體必須維持我這種重要元素的穩定供應，才能使細胞組織順利活動，使腎臟正常運作。如果人體無法攝取到足夠的我，肌肉就會變得軟弱，這會對心肌產生不利影響，造成心跳不規律，甚至心跳停止。長期缺乏我會導致心情沮喪與困惑。
有些醫療方法需要病人補充我，有些藥物需要用到大量的我，像是利尿劑。但是，很少出現因為缺乏我而造成健康不佳的情況，因為所吃的食物中幾乎不可能缺乏我，尤其是蔬菜和水果，所有的植物都從泥土中吸收到大量的我。啤酒喝太多的人可能會攝取到過量的我，這些人通常又特別喜歡吃鹽漬食品，這可能是他們的身體企圖維持鈉－鉀電解質平衡的一種方法。
人體內我的含量長期過高，會壓抑中樞神經系統。如果一次吞下幾克的高劑量氯化鉀，會使中樞神經系統癱瘓，造成痙攣、腹瀉、腎衰竭，甚至引發心臟病。破壞體內我濃度平衡的另一種方法，就是注射氯化鉀（KCl）溶液，這是會致命的。如果神經細胞外面的我太多，原本在細胞內的我會無法跑出來，它們應該傳送的電脈衝也因此消逝，身體的所有功能會受到影響。但影響最大的莫過於心臟，因為心肌會停止跳動。
很多人把「鈉」視為討厭的化學物質，想盡辦法少吸收一些，但對於同是金屬元素的我卻抱著完全不同的看法，甚至還會積極去找尋含量很高的食品來吃，因為他們認為攝取我越多就越健康。這種想法並沒有錯，因為人們飲食中需要攝取我會多過鈉，事實上，人們體內的「鉀」含量比鈉多百分之四十。一個成年人體內平均含有150公克的「鉀」，但只有100公克的鈉。以這種比例來換算，這兩種元素的成年人建議攝取量是每天至多約3.5公克的鉀和1.5公克的鈉。
一般而言，醫生會建議少吃鹹的食物（因為含「鈉」量過高），而多吃富含我的食品（像是香蕉、橘子等），這是由於前者會造成高血壓病變，而後者可以減緩高血壓症狀。造成高血壓的成因有很多，像是血管孔徑較小、或是血管壁較硬等，都會造成人體的高血壓。但若就「鉀」和「鈉」二元素而言，鈉離子的帶水量比鉀離子高，當水分子數目越多，衝撞血管壁的力量就越大，所以說，多吃「鈉」（鹹的食品）比多吃「鉀」更容易導致高血壓。也就是，多吃富含「鉀」的食物可以排除人體內的鈉離子，避免高血壓，但也因人體內富含鉀離子，而造成尿液多。
我在空氣中燃燒可生成超氧化鉀，化學式是KO2，這化合物很有趣，與水和二氧化碳都能反應產生氧氣。利用「超氧化鉀」這種性能可製造自給自足式的呼吸儀器。在呼吸儀器中裝有「超氧化鉀」，它與潛水員呼出的二氧化碳反應產生氧氣，使潛水員不用暴露於外界空氣中就可自然地呼吸。
我有幾種化合物都有商業應用價值，像是氫氧化鉀是非常易溶於水的強鹼，它主要用作某些蓄電池的電解質溶液，以及用於液體肥皂的生產。
硝酸鉀是我另一種重要的化合物，人們熟知它已有幾個世紀了，它的俗名是硝石（saltpeter），意思是「石頭鹽」，這個名字由希臘文「petra」（意思是「石頭」）衍生而來。或許硝酸鉀最引人注目的用途是做炸藥，當受熱時，硝酸鉀會分解放出大量氮氣。子彈裡含有硝酸鉀、木炭和硫磺，當子彈受熱時會產生大量的二氧化碳和氮氣，這些氣體的瞬間擴張可推進發射子彈。另外，還有個有趣的物質叫碳酸氫鉀（KHCO3），它可以做為一般汽水飲料原料之一，也可以用於滅火器的添加劑。
碳酸氫鉀可以做為一般汽水飲料及滅火器的添加劑（圖片來源：種子發）
但是含有我的氰化鉀（KCN）卻是個劇毒分子。因為當氰化鉀進入人體後，會立刻和血紅素的血基質鐵分子結合，原本血基質鐵是負責運送氧氣至人體全身，一旦它們結合後，會大大阻礙體內的氧氣供應，最終導致死亡。
全世界的鉀生產量大約4千萬噸，主要來自英國、德國、加拿大、智利，以及死海的海水。智利生產的是硝酸鉀（KNO3，即硝石），其他地區生產的則是氯化鉀，同時還夾雜一些氯化鈉、氯化鎂等。英國有一處氯化鉀礦區，深達一公里多，每年生產將近100萬噸的桃紅色的鉀鹽石。提煉時，必須把礦石敲碎，然後用氯化鈉濃液把氯化鉀和其他礦物分離開來，氯化鈉的成分要很正確，才不會把氯化鉀溶解掉。
氯化鉀大部分用來製造肥料，其餘的則製成各種化學品，像是氫氧化鉀，這是液態肥皂和洗滌劑的主要成分，以及碳酸鉀，用來製造供電視機使用的特殊玻璃。少量的氯化鉀則用來製成藥劑，像是醫院用的生理食鹽水。
氯化鉀還有一種相當特殊的用途，就是用來製造人造雨，在乾旱地區增加降雨量。在正常狀況下，雲只會釋出其約三分之一的溼氣成為雨水，如果在雲中撒進很細的化學粒子，降雨量就可能增加。在某些地區，即使只增加百分之十的降雨量，對農人來說，已經是天大的好消息了。南非的馬瑟（Graeme K. Mather, 1934 –1997）發明一種新的人造雨方法，就是在飛機機翼上裝置釋放器，然後讓飛機在雲層下方飛行，同時釋放出「氯化鉀」煙霧，煙霧便會往上飄進雲中─不久就會降下大雨。
我的一個天然放射性同位素「鉀－40」存在於很多岩石中，半衰期長達12.5億年，它廣泛用於確定岩石的年代。這項技術的基本思路是：當鉀－40衰變時，會變成惰性氣體氬，確定了岩石中的氬含量，也就確定出了岩石的年代。用這種方法曾確定地球上最古老岩石的壽命長達38億年之久。
前面說過，每個人體內約有150公克的我遍布全身各處。由於鉀－40在自然界的豐度約為0.012％，人們體內或多或少都含有這種放射性同位素，但因為鉀－40在人體內的含量實在太少了，所以自然存在於人體中的鉀－40不會造成身體傷害。
很多人很喜歡拿我和鈉元素相比。基本上，我們二者的化學和物理性質都很相似。最明顯的不同處，除了我的原子半徑較大、鈉的原子半徑較小外，對人體而言，攝取我比攝取鈉來得健康些。當然，這也並非完全如此，吸收我的量太少，易得高血壓；吸收我的量太多，又易得腎臟病。因此不管我是吃多還是吃少，都是挺麻煩的問題。究竟攝取量多少才算健康，恐怕還是因人而異。
這就像人世間有很多事情也是如此，取或捨、進或退，要或不要，都叫人傷透腦筋。或許也正因如此，才會有這麼多的煩惱吧！
