Kalium (K) en water
Kalium komt in water voornamelijk voor als opgeloste kaliumionen (K+). Dit verschilt van elementair kaliummetaal, dat heftig met water reageert.
Kalium in natuurlijk water
Kalium komt op natuurlijke wijze vrij door verwering van gesteenten en mineralen. De concentratie ervan in rivieren, meren en grondwater varieert afhankelijk van de plaatselijke geologie, bodemomstandigheden en menselijke activiteiten, zoals het gebruik van meststoffen en de lozing van afvalwater. In zeewater is kalium voornamelijk aanwezig als K+. Een typische waarde in de open oceaan bij een standaardzoutgehalte is ongeveer 10,2 mmol/kg, oftewel circa 398 mg/kg zeewater; de werkelijke concentratie varieert met het zoutgehalte.
Hoe elementair kalium met water reageert
Elementair kaliummetaal reageert snel en heftig met water, waarbij opgelost kaliumhydroxide en waterstofgas ontstaan:
2 K(s) + 2 H2O(l) → 2 KOH(aq) + H2(g)
Bij de reactie komt veel warmte vrij. De waterstof kan ontbranden en de reactie kan brand of een explosie veroorzaken. Dit beschrijft het gedrag van kaliummetaal, niet het gedrag van kaliumionen die al in water zijn opgelost. Voer deze reactie niet uit buiten een goed uitgerust laboratorium met gecontroleerde omstandigheden.
Kaliumverbindingen in water
Het gedrag van een kaliumverbinding hangt af van het andere ion in de verbinding. Veel gangbare kaliumzouten lossen gemakkelijk op en geven K+-ionen af, terwijl het anion een groot deel van het verdere chemische gedrag van de verbinding bepaalt. Een kaliumbepaling bij een wateranalyse heeft daarom doorgaans betrekking op opgelost kalium, niet op metallisch kalium.
Milieu- en gezondheidscontext
Kalium is een essentiële voedingsstof voor mensen, dieren en planten. De Wereldgezondheidsorganisatie meldt dat kalium algemeen voorkomt in natuurlijke wateren en in drinkwater zelden aanwezig is in concentraties die voor gezonde mensen reden tot zorg geven. Zij stelt geen gezondheidskundige richtwaarde vast voor kalium in drinkwater. Mensen met een verminderde nierfunctie of andere aandoeningen die de kaliumbalans beïnvloeden, hebben mogelijk individueel medisch advies nodig, vooral wanneer waterontharders kaliumchloride gebruiken voor regeneratie.
Kalium kan in water terechtkomen door verwering van mineralen, aanvoer vanuit de landbouw en afvalwater. Om een resultaat te interpreteren, zijn de gemeten concentratie, het beoogde gebruik van het water en de chemische omstandigheden van belang; de aanwezigheid van kalium alleen geeft geen uitsluitsel over de herkomst ervan en toont op zichzelf geen gezondheids- of milieurisico aan.
Kan kalium uit water worden verwijderd?
Opgelost K+ wordt niet op betrouwbare wijze verwijderd door gewone deeltjesfiltratie. Omgekeerde osmose kan het gehalte aan opgeloste ionen, waaronder kalium, verlagen, maar de bereikte verwijdering hangt af van het membraan, de bedrijfsomstandigheden en de samenstelling van het voedingswater. Ionenwisseling kan ook kationen uitwisselen, hoewel de selectiviteit van de hars en concurrerende ionen de prestaties beïnvloeden. Een waterontharder die met kaliumchloride wordt geregenereerd, kan kalium aan het behandelde water toevoegen in plaats van het te verwijderen.
Gebruik voor het ontwerp van een waterbehandeling een representatieve wateranalyse en bepaal eerst de vereiste kwaliteit van het productwater. Bij de keuze van membranen of ionenwisseling moet rekening worden gehouden met andere opgeloste zouten, de waterterugwinning, de voorbehandeling en de afvoer van concentraat of regeneratiemiddel.