염화 칼륨

3. 물리적 특성

염화 칼륨은 넓은 범위의 빛을 투과시키며, 특히 적외선 영역에서 높은 투과율을 보인다. 굴절률, 열팽창 계수, 열전도율 등 다양한 물리적 특성이 알려져 있다.^[35]

• 투과 범위: 210 nm ~ 20 μm
• 투과도: 450 nm에서 92%이고 16 μm에서 94%까지 선형으로 증가
• 굴절률: 10 μm에서 1.456
• 반사 손실: 10 μm에서 6.8% (두 표면)
• d''N''/d''T'' (열팽창 계수): −33.2×10⁻⁶/°C
• d''L''/d''T'' (굴절률 기울기): 40×10⁻⁶/°C
• 열전도율: 0.036 W/(cm·K)
• 손상 임계값: 4 GW/cm² 또는 2 J/cm² (0.5 또는 1 ns 펄스율); 4.2 J/cm² (1.7 ns 펄스율 Kovalev과 Faizullov)

4. 생산

염화칼륨은 섬록석, 카날라이트 등 광물이나 바닷물에서 추출하여 생산한다. 질산칼륨과 염산으로 질산을 만드는 과정에서도 부산물로 얻을 수 있다.^[36]

캐나다 사스캐처원 주, 러시아, 벨라루스 등에서 주로 농업 및 산업용 칼륨 비료 형태로 생산되며, 특히 2017년 사스캐처원 주는 전 세계 생산량의 25% 이상을 차지했다.^[36] 실험실에서는 수산화칼륨과 염산의 중화 반응으로 만들 수 있다.

식물은 칼륨을 영양소로 필요로 하며, 해초를 태운 재나 내륙 식물을 태운 재에서 많이 얻을 수 있다. 또한 해염 제조 시 나오는 간수의 성분 중 하나이기도 하다.

칼륨암염(실비나이트)이라는 광물 형태로 자연에서 산출되어 채굴되기도 한다.^[51] 암염과 함께 내륙에 갇힌 해수나 염호에서 침전되어 광상을 이루거나, 화산 분기공에서 소량 결정 상태로 나오기도 한다. 주요 산지는 벨라루스, 이스라엘, 요르단, 미국, 캐나다, 프랑스, 독일, 칠레, 브라질 등이며, 구 공산권 국가들이 많은 양을 매장하고 있다. 일본에서는 지바 현에서 산출되며, 해초에서도 추출할 수 있지만 대부분 수입에 의존한다.

4. 1. 정제 방법

• 용해도 차이를 이용한 결정화: 혼합물을 물에 녹인 후 가열하여 물을 증발시키면서 염화칼륨 결정을 얻는다.^[52][53] 이 방법은 에너지 소비가 많아 비용이 높아지는 경향이 있다.
• 부유 선별법: 혼합물에 포화 식염수를 가하고 공기를 불어넣어 염화칼륨 결정을 기포에 부착시켜 분리한다.^[52][53] 염화나트륨 결정은 바닥에 가라앉는다. 이 방법은 비용을 절감할 수 있다.
• 정전기 분리법: 정전기력을 이용하여 염화칼륨을 분리한다.^[52][53]

5. 용도

염화칼륨은 다양한 용도로 사용된다.

• 비료: 생산되는 염화칼륨의 대부분은 칼륨질 비료를 만드는 데 사용된다.^[10][11] 염화칼륨은 "염화칼리"라고도 불리며, 높은 칼륨 함량과 상대적으로 저렴한 가격 때문에 널리 사용된다.^[15][18]
• 의학적 용도: 칼륨은 인체에 필수적이며, 염화칼륨은 저칼륨혈증 치료에 사용된다. 경구 또는 정맥 주사로 투여할 수 있으며, 세계보건기구 필수 의약품 목록에 포함되어 있다.^[23] 과다 복용 시 고칼륨혈증을 유발하여 심정지를 일으킬 수 있다.
• 식품 첨가물: 소금 대용품으로 사용되지만, 쓴맛 때문에 염화나트륨과 섞어 저나트륨염을 만들기도 한다. 타우마틴을 첨가하면 쓴맛을 줄일 수 있다.^[26]
• 산업적 용도: 수산화칼륨과 칼륨 금속 제조의 원료로 사용되며, 석유 및 천연가스 시추, 유리 제조, 방사선 모니터링 장비 교정, 제빙제 등 다양한 산업 분야에서 활용된다.
• 기타 용도: 사형 집행에 사용되는 약물 중 하나이며,^[28] 동물 사료 첨가제, 소화기, 알루미늄 가스 용접용 융제, 광학 결정, 발광체 등 그 외에도 다양한 용도로 사용된다.

5. 1. 비료

5. 2. 의학적 용도

5. 3. 식품 첨가물

5. 4. 산업적 용도

5. 5. 기타

6. 안전성 및 독성

일반적인 식단에서 발견되는 염화칼륨의 양은 대체로 안전하다.^[29] 그러나 다량 섭취 시에는 독성을 나타낼 수 있다. 경구 섭취 시 염화칼륨의 반수치사량은 약 2.5g/kg으로, 체중 75kg인 사람의 경우 약 190g에 해당한다. 참고로, 염화나트륨(소금)의 반수치사량은 3.75g/kg이다.

정맥 주사 시 염화칼륨의 반수치사량은 약 57.2mg/kg~66.7mg/kg으로 훨씬 낮다. 이는 치사 농도의 칼륨 이온(약 30~35mg/kg)을 염화칼륨 내 칼륨 이온의 질량 비율(약 0.52445mg K⁺/mg KCl)로 나누어 계산한 값이다.^[30][31]

칼륨 이온은 체내에서 나트륨과 함께 막전위 형성에 기여한다. 정상적인 상태에서는 칼륨 이온 농도가 세포 내에서는 높고, 혈액을 포함한 체액에서는 낮게 유지된다. 혈액 내 칼륨 이온 농도가 낮은 상태를 저칼륨혈증이라 하며, 이 경우 권태감, 다리 경련, 무력감 등의 증상이 나타날 수 있다. 저칼륨혈증 치료를 위해 정맥 주사를 사용하기도 하지만, 약물의 투여량은 정해져 있으며 신장 질환 등이 있는 경우에는 투여에 신중해야 한다. 염화칼륨은 입수가 쉽고 효과가 확실하여 개발도상국에서도 쉽게 구할 수 있도록 선정된 WHO 필수의약품 목록 후보에도 포함되어 있다.

신장 질환이 없거나 고농도 정맥 내 투여를 하지 않는 한, 염화칼륨은 안전하다. 하지만 고칼륨혈증이 발생하면 메스꺼움, 복통, 소화성 궤양 질환 등의 부작용이 나타날 수 있다. 더욱이 혈중에 고농도의 칼륨이 투여되면 부정맥에서 심하면 심부전으로 이어져 사망에 이를 수 있다.^[44]

• 심장 수술: 심장 수술 시에는 고농도 염화칼륨이 포함된 심근 보호액을 사용하여 급속 이완성 심정지를 유도한다.^[45] 수술 후 고칼륨혈증이 발생할 수 있지만, 혈액 여과법이나 투석 등의 혈액 정화법을 시행한다.^[46]

• 사형·안락사·감태 수술:
• 혈액 내 칼륨 농도가 높아지면 심부전을 일으키므로, 동물의 안락사 등에 사용되는 심정지액으로도 사용된다. 티오펜탈(의식 상실), 근이완제(호흡근 무력화)와 함께 사형 집행에 사용되는 약물 조합^[47]의 마지막 단계에서 심정지를 유도하는 데 사용된다. 잭 케보키안의 자살 장치에 사용된 것으로 알려지면서, 여러 적극적 안락사 약물 중 하나로 알려지게 되었다.^[48] 또한, 미국에서는 약물에 의한 사형 집행 시 사용되는 약물로도 알려져 있다.
• 사형 집행 시에는 3가지 약물을 순서대로 사용한다. 의식을 잃게 하는 약물, 호흡 근육을 마비시키는 약물, 심정지를 유도하는 약물 순으로 사용되지만, 첫 번째 약물이 제대로 작용하지 않으면 고통을 느낄 수 있다. 이 방법은 절차가 복잡하고 실수가 발생하기 쉬워, 잔혹하고 비정상적인 형벌을 금지하는 미국 헌법 수정 제8조에 위배된다는 의견도 있으며, 한 번의 약물 투여로 끝낼 수 있는 바르비투르산계 약물로 변경하는 논의도 진행되고 있다.^[49]
• 다태 임신 시 감태 수술에도 사용되며, 이 경우 중절할 태아에게 염화칼륨을 주사하여 심정지를 유도한다.

참조

_[1] 웹사이트 Potassium chloride (PIM 430) http://www.inchem.or[...] International Programme on Chemical Safety 2011-01-17
_[2] 웹사이트 periodic-table-of-elements.org https://periodic-tab[...] 2019-10-04
_[3] 서적 Alkali Halides: A Handbook of Physical Properties Springer 2001
_[4] 서적 Chemical Principles 6th Ed. Houghton Mifflin Company
_[5] 웹사이트 Compound Summary for Potassium Chloride https://pubchem.ncbi[...] U.S. National Library of Medicine 2015-10-17
_[6] 웹사이트 7447-40-7 - WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M - Potassium chloride [USP:JAN] https://chem.nlm.nih[...] U.S. National Library of Medicine 2017-12-22
_[7] 서적 Descriptive inorganic chemistry W. H. Freeman 2013-12-22
_[8] 웹사이트 Potassium Fertilizers (Penn State Agronomy Guide) http://extension.psu[...] 2016-12-10
_[9] 서적 A Dictionary of Chemistry and the Allied Branches of Other Sciences https://books.google[...] Longmans, Green, and Company 1883
_[10] 서적 The Nature and Properties of Soils Pearson Education
_[11] 학술지 Mineral sources of potassium for plant nutrition. A review 2010
_[12] 서적 Soil Fertility and Fertilizers: An Introduction to Nutrient Management Pearson 2016
_[13] 웹사이트 Nutrient Source Specifics: Potassium Chloride. Ref. No. 17 #13075 http://potassium.ipn[...] International Plant Nutrition Institute (IPNI) 2024-11-24
_[14] 서적 Soil Fertility and Fertilizers https://www.pearson.[...] Pearson Education
_[15] 학술지 Mineral sources of potassium for plant nutrition. A review https://link.springe[...] 2024-11-24
_[16] 서적 Mineral Commodity Summaries: Potash https://pubs.usgs.go[...] U.S. Department of the Interior. 2024-11-24
_[17] 서적 FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin. https://openknowledg[...] Food and Agriculture Organization of the United Nations 2024-11-24
_[18] 서적 Plant Nutrition for Food Security: A Guide for Integrated Nutrient Management http://www.fao.org/3[...] Food and Agriculture Organization of the United Nations 2024-11-24
_[19] 서적 The Nature and Properties of Soils https://www.pearson.[...] Pearson Education
_[20] 학술지 Research on potassium in agriculture: needs and prospects https://link.springe[...] 2024-11-24
_[21] 학술지 Effects of Potassium Levels on Plant Growth, Accumulation and Distribution of Carbon, and Nitrate Metabolism in Apple Dwarf Rootstock Seedlings 2020
_[22] 학술지 Optimisation of Potassium Chloride Nutrition for Proper Growth, Physiological Development and Bioactive Component Production in Prunella vulgaris L 2013
_[23] 서적 World Health Organization model list of essential medicines: 21st list 2019 World Health Organization
_[24] 서적 Oral rehydration salts: production of the new ORS https://apps.who.int[...] 2024-11-14
_[25] 학술지 Applications of guano and K₂CO₃ on soil potential-P, potential-K on Andisols 2021
_[26] 서적 New ingredients in food processing: biochemistry and agriculture https://archive.org/[...] CRC Press
_[27] 학술지 Taste properties of potassium chloride alone and in mixtures with sodium chloride using a check-all-that-apply method 2012-09
_[28] 웹사이트 Overview of Lethal Injection Protocols https://deathpenalty[...] 2024-02-28
_[29] 웹사이트 GRAS Substances (SCOGS) Database - Select Committee on GRAS Substances (SCOGS) Opinion: Potassium chloride https://www.fda.gov/[...] 2019-07-21
_[30] 학술지 Fatal poisoning by potassium in human and rabbit 1977-01-01
_[31] 웹사이트 Molecular weight of KCl https://www.convertu[...] 2018-11-04
_[32] 서적 Metal Ions in Solution Ellis Horwood
_[33] 서적 Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
_[34] 학술지 Stability of numerous novel potassium chlorides at high pressure 2016-05-23
_[35] 학술지 Crystal structure of potassium chloride monohydrate: water intercalation into the B1 structure of KCl under high pressure 2022-12
_[36] 웹사이트 Mineral Commodity Summaries https://minerals.usg[...] U.S. Geological Survey 2018-01-00
_[37] 문서 Sigma Material Safety Data Sheet - Potassium Chloride Sigma Chemical Company 2001-07-00
_[38] 논문 Witoto ash salts from the Amazon
_[39] 논문 Elemental Composition of Vegetable Salts from Ash of Four Common Plants Species from Chad
_[40] 웹사이트 食塩の代替として塩化カリウムの利用 http://www.pref.hiro[...] 広島県 2016-02-20
_[41] 서적 New ingredients in food processing: biochemistry and agriculture https://archive.org/[...] CRC Press
_[42] 서적 カリ肥料 日本林業技術協会
_[43] 웹사이트 水酸化カリウム産業の現状について https://www.meti.go.[...] 経済産業省
_[44] 논문 低カリウム血症・高カリウム血症 日本内科学会
_[45] 논문 心筋保護法の実際と最近の進歩 https://doi.org/10.7[...] 日本体外循環技術医学会
_[46] 논문 開心術体外循環中の高カリウム血症に対する落差灌流式血液透析濾過法の考案とその性能評価 https://doi.org/10.7[...] 日本体外循環技術医学会
_[47] 뉴스 The ignoble history of the 3-drug death penalty cocktail https://www.latimes.[...] Los Angeles Times 2017-04-20
_[48] 웹사이트 動物実験における安楽死法 http://www.med.akita[...] 秋田大学バイオサイエンス教育・研究センター 動物実験部門
_[49] 웹사이트 The Three-Drug Death Penalty Cocktail is a Mess https://newrepublic.[...] The New Republic 2021-07-17
_[50] 웹사이트 Potassium chloride https://www.guideche[...] 2023-06-30
_[51] 문서 日本の市販の肥料用塩化カリウム
_[52] 서적 レイナーキャナム無機化学（原著第4版） 東京化学同人 2009-03-19
_[53] 웹사이트 「肥料製造学」 塩化加里 http://bsikagaku.jp/[...] BSI生物科学研究所 2020-06-08
_[54] 웹인용 Potassium chloride (PIM 430) http://www.inchem.or[...] International Programme on Chemical Safety 2011-01-17
_[55] 웹인용 periodic-table-of-elements.org https://periodic-tab[...] 2019-10-04
_[56] 서적 Alkali Halides: A Handbook of Physical Properties https://archive.org/[...]
_[57] 서적 Chemical Principles 6th Ed. https://archive.org/[...] Houghton Mifflin Company
_[58] 웹인용 Compound Summary for CID 4873 https://pubchem.ncbi[...] 2015-10-17
_[59] 웹인용 ChemIDplus - 7447-40-7 - WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M - Potassium chloride [USP:JAN] - Similar structures search, synonyms, formulas, resource links, and other chemical information. http://chem.sis.nlm.[...] 2017-12-22