POTASIU: ISTORIC, STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, REACȚII, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Potasiu este un simbol chimic alcalin este K. Numărul său atomic este 19 și este situată sub sodiu în tabelul periodic. Este un metal moale care poate fi chiar tăiat cu un cuțit. În plus, este destul de ușor și poate pluti pe apă lichidă în timp ce reacționează puternic.

Proaspăt tăiat, are o culoare alb-argintie foarte strălucitoare, dar atunci când este expus aerului se oxidează rapid și își pierde strălucirea, devenind cenușiu (aproape albăstrui, ca în imaginea de mai jos).

Bucăți parțial oxidate de potasiu depozitate în ulei mineral. Sursa: 2 × 910

Potasiul reacționează exploziv cu apa pentru a forma hidroxid de potasiu și gaz hidrogen. Tocmai acest gaz este responsabil pentru explozivitatea reacției. Când arde în lumină, atomii săi excitați vopsesc flacăra o culoare liliacă intensă; acesta este unul dintre testele sale calitative.

Este al șaptelea cel mai abundent metal din scoarța terestră și reprezintă 2,6% din greutatea sa. Se găsește mai ales în roci, șisturi și sedimente igiene, pe lângă minerale precum sylvite (KCl). Spre deosebire de sodiu, concentrația sa în apa de mare este scăzută (0,39 g / L).

Potasiul a fost izolat în 1807 de chimistul englez Sir Humphrey Davy, prin electroliza unei soluții de hidroxid, KOH. Acest metal a fost primul izolat prin electroliză și Davy ia dat numele englezesc de potasiu.

În Germania, însă, numele de kalium a fost folosit pentru a se referi la metal. Tocmai din acest ultim nume provine litera „K”, folosită ca simbol chimic pentru potasiu.

Metalul în sine are o utilizare industrială mică, dar dă naștere la numeroși compuși utili. Cu toate acestea, din punct de vedere biologic, este mult mai important, deoarece este unul dintre elementele esențiale pentru corpul nostru.

La plante, de exemplu, favorizează fotosinteza, procesul de osmoză. De asemenea, promovează sinteza proteinelor, favorizând astfel creșterea plantelor.

Istorie

Potasă

Încă din cele mai vechi timpuri, omul a folosit potasa ca îngrășământ, ignorând existența potasiului, cu atât mai puțin relația sa cu potasa. Aceasta a fost preparată din cenușa trunchiurilor și a frunzelor copacilor, la care s-a adăugat apă, care a fost apoi evaporată.

Legumele conțin mai ales potasiu, sodiu și calciu. Dar compușii de calciu sunt slab solubili în apă. Din acest motiv, potasa a fost un concentrat de compuși de potasiu. Cuvântul este derivat din contracția cuvintelor englezești 'pot' și 'cenușă'.

În 1702, G. Ernst Stahl a sugerat o diferență între sărurile de sodiu și potasiu; Această sugestie a fost verificată de Henry Duhamel du Monceau, în 1736. Întrucât compoziția exactă a sărurilor nu era cunoscută, Antoine Lavoiser (1789) a decis să nu includă alcaline în lista elementelor chimice.

Descoperire

În 1797, chimistul german Martin Klaproth a descoperit potasa în leucitele minerale și lepidolit, astfel încât a ajuns la concluzia că nu este doar un produs al plantelor.

În 1806, chimistul englez Sir Humphrey Davy a descoperit că legătura dintre elementele unui compus era de natură electrică.

Davy a izolat apoi potasiul prin electroliza hidroxidului de potasiu, observând globulele cu un luciu metalic care s-a acumulat la anod. El a numit metalul cu cuvântul etimologie engleză potasiu.

În 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert a propus numele de kalium (kalium) pentru potasiu lui Davy. Berzelius a evocat numele de kalium pentru a atribui potasiului simbolul chimic "K".

În cele din urmă, Justus Liebig a descoperit, în 1840, că potasiul era un element necesar pentru plante.

Structura și configurația electronică a potasiului

Potasiul metalic cristalizează în condiții normale în structura cubică (bcc) centrată pe corp. Aceasta se caracterizează prin a fi subțire, ceea ce este de acord cu proprietățile potasiului. Un atom de K este înconjurat de opt vecini, chiar în centrul unui cub și cu ceilalți K atomi aflați la vârfuri.

Această fază bcc este, de asemenea, desemnată ca faza KI (prima). Când presiunea crește, structura cristalului se compactează la faza cubică (fcc) centrată pe față. Cu toate acestea, este necesară o presiune de 11 GPa pentru ca această tranziție să aibă loc spontan.

Această fază mai densă fcc este cunoscută sub numele de K-II. La presiuni mai mari (80 GPa) și temperaturi mai scăzute (sub -120 ºC), potasiul capătă o a treia fază: K-III. K-III se caracterizează prin capacitatea sa de a găzdui alți atomi sau molecule în cavitățile sale cristaline.

Există, de asemenea, alte două faze cristaline la presiuni chiar mai mari: K-IV (54 GPa) și KV (90 GPa). La temperaturi foarte reci, potasiul prezintă chiar o fază amorfă (cu atomi K dezordinați).

Numărul de oxidare

Configurația electronilor de potasiu este:

4s ¹

Orbitalul 4s este cel mai exterior și, prin urmare, are singurul electron de valență. Acest lucru în teorie este responsabil pentru legătura metalică care ține împreună atomii K pentru a defini un cristal.

Din aceeași configurație a electronilor este ușor de înțeles de ce potasiul de obicei întotdeauna (sau aproape întotdeauna) are un număr de oxidare de +1. Când pierde un electron pentru a forma cationul K ⁺ , argonul de gaz nobil, cu octetul său de valență completă, devine izoelectronic.

În majoritatea compușilor derivați, se presupune că potasiul este K ⁺ (chiar dacă legăturile sale nu sunt pur ionice).

Pe de altă parte, deși este mai puțin probabil, potasiul poate obține un electron, având doi electroni în orbitalul său 4s. Astfel, calciul metal devine izoelectronic:

4s ²

Se spune apoi că a câștigat un electron și are un număr de oxidare negativ, -1. Când acest număr de oxidare este calculat într-un compus, se presupune existența anionului potasidic, K ^- .

Proprietăți

Aspect

Metal argintiu lucios.

Masă molară

39,0983 g / mol.

Punct de topire

83,5 ° C

Punct de fierbere

759 ° C.

Densitate

-0,862 g / cm ³ , la temperatura camerei.

-0,828 g / cm ³ , la punctul de topire (lichid).

Solubilitate

Reacționează violent cu apa. Solubil în amoniac lichid, etilendiamină și anilină. Solubil în alte metale alcaline pentru a forma aliaje, și în mercur.

Densitatea vaporilor

1.4 în raport cu aerul luat ca 1.

Presiunea de vapori

8 mmHg la 432 ° C.

Stabilitate

Stabil dacă este protejat de aer și umiditate.

corozivitatii

Poate fi coroziv în contact cu metalele. La contact, poate provoca arsuri ale pielii și ochilor.

Tensiune de suprafata

86 dyne / cm la 100 ° C.

Căldură de fuziune

2,33 kJ / mol.

Căldură de vaporizare

76,9 kJ / mol.

Capacitate termică molară

29,6 J / (mol · K).

electronegativitate

0,82 pe scara Pauling.

Energii de ionizare

Primul nivel de ionizare: 418,8 kJ / mol.

Al doilea nivel de ionizare: 3,052 kJ / mol.

Al treilea nivel de ionizare: 4.420 kJ / mol.

Radio atomic

Ora 227.

Raza covalentă

203 ± 12 pm.

Expansiune termică

83,3 um / (m · K) la 25 ° C.

Conductivitate termică

102,5 W / (mK).

Rezistență electrică

72 nΩ · m (la 25 ° C).

Duritate

0,4 pe scara Mohs.

Izotopi naturali

Potasiul apare în principal ca trei izotopi: ³⁹ K (93,258%), ⁴¹ K (6,73%) și ⁴⁰ K (0,012%, emisie β radioactivă)

Nomenclatură

Compușii de potasiu au numărul de oxidare +1 în mod implicit (cu excepții foarte speciale). Prin urmare, în nomenclatura de stocuri (I) la sfârșitul numelor este omisă; iar în nomenclatura tradițională, numele se termină cu sufixul -ico.

De exemplu, KCl este clorură de potasiu, nu clorură de potasiu (I). Denumirea sa tradițională este clorura de potasiu sau monoclorura de potasiu, conform nomenclaturii sistematice.

În rest, cu excepția cazului în care sunt nume sau minerale foarte comune (cum ar fi silvina), nomenclatura din jurul potasiului este destul de simplă.

forme

Potasiul nu se găsește în natură sub formă metalică, dar poate fi obținut industrial sub această formă pentru anumite utilizări. Se găsește mai ales la ființele vii, sub forma ionică (K ⁺ ). În general, este principalul cation intracelular.

Potasiul este prezent în numeroși compuși, cum ar fi hidroxid de potasiu, acetat sau clorură etc. De asemenea, face parte din aproximativ 600 de minerale, inclusiv sylvite, alunite, carnalite etc.

Potasiul formează aliaje cu alte elemente alcaline, cum ar fi sodiu, cesiu și rubidiu. De asemenea, formează aliaje ternare cu sodiu și cesiu, prin așa-numitele fuziuni eutectice.

Rolul biologic

Plante

Potasiul constituie, împreună cu azotul și fosforul, cele trei substanțe nutritive principale ale plantelor. Potasiul este absorbit de rădăcini în formă ionică: proces favorizat de existența condițiilor adecvate de umiditate, temperatură și oxigenare.

Reglează deschiderea și închiderea stomatelor foliare: activitate care permite absorbția dioxidului de carbon, care se combină cu apa în timpul fotosintezei pentru a forma glucoză și oxigen; Aceștia sunt agenți generatori de ATP care constituie principala sursă de energie a ființelor vii.

Ea facilitează sinteza unor enzime legate de creșterea plantelor, pe lângă amidon, o substanță de rezervă de energie. De asemenea, intervine în osmoză: un proces necesar pentru absorbția rădăcinilor de apă și minerale; iar în creșterea apei prin xilem.

Cloroza este o manifestare a unei deficiențe de potasiu la plante. Se caracterizează prin faptul că frunzele își pierd verdeața și se îngălbenesc, cu marginile arse; și în sfârșit apare defolierea, cu o întârziere în creșterea plantelor.

animale

La animale, în general, potasiul este principalul cation intracelular cu o concentrație de 140 mmol / L; în timp ce concentrația extracelulară variază între 3,8 și 5,0 mmol / L. 98% din potasiul corpului este limitat la compartimentul intracelular.

Deși aportul de potasiu poate varia între 40 și 200 mmol / zi, concentrația sa extracelulară este menținută constantă prin reglarea excreției sale renale. Hormonul aldosteron, care reglează secreția de potasiu la nivelul tuburilor colectoare și distale, este implicat în aceasta.

Potasiul este responsabil central pentru menținerea osmolarității intracelulare și, prin urmare, este responsabil pentru menținerea integrității celulare.

Deși membrana plasmatică este relativ permeabilă la potasiu, concentrația sa intracelulară este menținută prin activitatea enzimei Na, ATPază (pompa de sodiu și potasiu) care îndepărtează trei atomi de sodiu și introduce doi atomi de potasiu.

Repolarizare celulară

Celule excitabile, formate din neuroni și celule musculare striate și netede; și celulele musculare striate, formate din celule musculare scheletice și cardiace, sunt capabile să formeze potențiale de acțiune.

Interiorul celulelor excitabile este încărcat negativ în raport cu exteriorul celulei, dar atunci când este stimulat corespunzător, permeabilitatea membranei plasmatice a celulelor la sodiu crește. Acest cation pătrunde prin membrana plasmatică și transformă interiorul celular pozitiv.

Fenomenul care a avut loc se numește potențial de acțiune, care are un set de proprietăți, între ele, este capabil să se propage în întregul neuron. O comandă emisă de creier călătorește ca potențial de acțiune către un mușchi dat pentru a-l determina să se contracte.

Pentru ca un nou potențial de acțiune să apară, interiorul celulei trebuie să aibă o încărcare negativă. Pentru a face acest lucru, există o ieșire de potasiu din interiorul celulei, revenind la negativitatea sa inițială. Acest proces se numește repolarizare, fiind o funcție principală a potasiului.

Prin urmare, se spune că formarea potențialelor de acțiune și inițierea contracției musculare este o responsabilitate comună a sodiului și a potasiului.

Alte funcții

Potasiul servește alte funcții la om, cum ar fi tonul vascular, controlul tensiunii arteriale sistemice și motilitatea gastro-intestinală.

O creștere a concentrației plasmatice de potasiu (hiperkalemie) produce o serie de simptome precum anxietate, greață, vărsături, dureri abdominale și nereguli în electrocardiogramă. Undul T care este legat de repolarizarea ventriculară este înalt și lat.

Această înregistrare este explicată deoarece pe măsură ce concentrația extracelulară de potasiu crește, lasă exteriorul celulei mai lent, deci repolarizarea ventriculară este mai lentă.

O scădere a concentrației plasmatice de potasiu (hipocalcemie), prezintă, printre altele, următoarele simptome: slăbiciune musculară, scăderea motilității intestinale, scăderea filtrării glomerulare, aritmie cardiacă și aplatizarea undei T a electrocardiogramei.

Unda T este scurtată, deoarece prin scăderea concentrației extracelulare de potasiu, ieșirea sa către exteriorul celulei este facilitată și durata repolarizării scade.

Unde se găsește potasiu și producție

Cristal de silvită, care constă practic din clorură de potasiu. Sursa: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Potasiul se găsește în principal în roci igienice, șisturi și sedimente. De asemenea, în minerale precum moscovita și ortoclasa, care sunt insolubile în apă. Ortoclasa este un mineral care apare de obicei în roci igiene și granit.

Potasiul este prezent și în compuși minerali solubili în apă, cum ar fi carnalitul (KMgCl ₃ · 6H ₂ O), sylvite (KCl) și landbeinite, care se găsesc în albia lacurilor uscate și pe fundul mării.

În plus, potasiul se găsește în saramuri și ca produs al incinerarii trunchiurilor și frunzelor plantelor într-un proces utilizat pentru producerea potasei. Deși concentrația sa în apa de mare este scăzută (0,39 g / L), este folosită și pentru obținerea de potasiu.

Potasiul este prezent în depozite mari, cum este cel din Saskatchewan, Canada, bogat în silvit mineral (KCl) și capabil să producă 25% din consumul mondial de potasiu. Lichidele reziduale saline pot conține o cantitate semnificativă de potasiu, sub formă de KCl.

Electroliză

Potasiul este produs prin două metode: electroliză și termică. În electroliză, metoda folosită de Davy pentru izolarea potasiului a fost urmată fără modificări majore.

Totuși, această metodă din punct de vedere industrial nu a fost eficientă, deoarece punctul de topire ridicat al compușilor de potasiu topiți trebuie scăzut.

Metoda de electroliză a hidroxidului de potasiu a fost utilizată industrial în anii 1920. Metoda termică a înlocuit-o totuși și a devenit metoda dominantă pentru producerea acestui metal după 1950.

Metoda termică

În metoda termică, potasiul este produs prin reducerea clorurii de potasiu topit la 870 ºC. Aceasta este alimentată continuu într-o coloană de distilare ambalată cu sare. Între timp, vaporii de sodiu trec prin coloană pentru a produce reducerea clorurii de potasiu.

Potasiul este componenta cea mai volatilă a reacției și se acumulează în partea de sus a coloanei de distilare, unde este colectat continuu. Producția de potasiu metalic prin metoda termică poate fi conturată în următoarea ecuație chimică:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

Procesul Griesheimer, care utilizează reacția fluorurii de potasiu cu carburul de calciu, este de asemenea utilizat în producția de potasiu:

2 KF + CaC ₂ => 2 K + CaF ₂ + 2 C

reacţii

Anorganic

Potasiul este un element foarte reactiv care reacționează rapid cu oxigenul pentru a forma trei oxizi: oxid de potasiu (K ₂ O), peroxid (K ₂ O ₂ ) și superoxid (KO ₂ ).

Potasiul este un element puternic de reducere, motiv pentru care se oxidează mai repede decât majoritatea metalelor. Este utilizat pentru a reduce sărurile metalice, înlocuind potasiul cu metalul din sare. Această metodă permite obținerea de metale pure:

MgCl ₂ + 2 K => Mg + 2 KCl

Potasiul reacționează puternic cu apa pentru a forma hidroxid de potasiu și a elibera gaze de hidrogen explozive (imaginea de mai jos):

Potasiu metalic reacționând cu o soluție apoasă de fenolftaleină, care devine roșu-purpuriu atunci când ionii OH sunt eliberați în mediu. Rețineți formarea de gaz hidrogen. Sursa: Ozone aurora și Philip Evans prin Wikipedia.

Hidroxidul de potasiu poate reacționa cu dioxidul de carbon pentru a produce carbonat de potasiu.

Reacționează de potasiu cu monoxid de carbon la o temperatură de 60 ° C pentru a produce un carbonil exploziv (K ₆ C ₆ O ₆ ). De asemenea, reacționează cu hidrogenul la 350ºC, formând o hidrură. De asemenea, este foarte reactiv cu halogenii și explodează în contact cu bromul lichid.

Exploziile apar și atunci când potasiul reacționează cu acizii halogenati, cum ar fi acidul clorhidric, iar amestecul este lovit sau agitat puternic. Potasiul topit reacționează în continuare cu sulful și sulfura de hidrogen.

Organic

Reacționează cu compuși organici care conțin grupe active, dar este inertă la hidrocarburile alifatice și aromatice. Potasiul reacționează lent cu amoniacul pentru a forma potasomina (KNH ₂ ).

Spre deosebire de sodiu, potasiul reacționează cu carbonul sub formă de grafit pentru a forma o serie de compuși interlaminari. Acești compuși au raporturi atomice carbon-potasiu: 8, 16, 24, 36, 48, 60 sau 1; adică KC ₆₀ , de exemplu.

Aplicații

Potasiu metalic

Nu există prea multă cerere industrială de potasiu metalic. Cea mai mare parte este transformată în superoxid de potasiu, folosită în respiratoare, deoarece eliberează oxigen și îndepărtează dioxidul de carbon și vaporii de apă.

Aliajul NaK are o capacitate mare de absorbție a căldurii, motiv pentru care este utilizat ca lichid de răcire în unele reactoare nucleare. La fel, metalul vaporizat a fost utilizat în turbine.

compuşi

Clorură

KCl este utilizat în agricultură ca îngrășământ. De asemenea, este utilizat ca materie primă pentru producerea altor compuși de potasiu, cum ar fi hidroxidul de potasiu.

Hidroxid

Cunoscut și sub denumirea de potasiu caustic, KOH, este utilizat la fabricarea săpunurilor și a detergenților.

Reacția sa cu iod produce iodură de potasiu. Această sare este adăugată la sare de masă (NaCl) și hrană pentru a o proteja de deficiența de iod. Hidroxidul de potasiu este utilizat la fabricarea bateriilor alcaline.

Nitrat

Cunoscut și sub numele de săritor, KNO ₃ , este folosit ca îngrășământ. În plus, este utilizat la elaborarea artificiilor; ca conservant alimentar și în sticlă de întărire.

Cromat

Este utilizat la producerea de îngrășăminte și aluminiu de potasiu.

Carbonat

Este folosit la fabricarea sticlei, în special a celor utilizate la fabricarea televizoarelor.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Potasiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. McKeehan LW (1922). Structura de cristal a potasiului. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 8 (8), 254–255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
4. Masafumi Sakata și colab. (2017). Tranziția în fază structurală a potasiului în condiții de înaltă presiune și temperatură scăzută. J. Phys .: Conf. Ser. 950 042020.
5. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Potasiu. Baza de date PubChem., CID = 5462222. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (03 mai 2019). Potasiu. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
7. Societatea Regală de Chimie. (2019). Potasiu. Recuperat de la: rsc.org
8. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (24 ianuarie 2019). 10 Fapte de potasiu. Recuperat de la: thinkco.com
9. Best & Taylor. (2003). Baza fiziologică a practicii medicale. (Ediția a 13-a în spaniolă). Editorial Médica Panamericana.
10. Elm Axayacatl. (02 martie 2018). Importanța potasiului (K) în plantele cultivate. Recuperat de la: blogagricultura.com
11. Lenntech BV (2019). Potasiu. Recuperat de la: lenntech.com