potasiu -Potassium

Potasiu,  19 K
Potasiu-2.jpg
Perle de potasiu (în ulei de parafină, ~5 mm fiecare)
Potasiu
Pronunție / p ə ˈ t æ s i ə m / ​( pə- TASS -ee-əm )
Aspect gri argintiu
Greutate atomică standard A r °(K)
Potasiul în tabelul periodic
Hidrogen Heliu
Litiu Beriliu Bor Carbon Azot Oxigen Fluor Neon
Sodiu Magneziu Aluminiu Siliciu Fosfor Sulf Clor argon
Potasiu Calciu Scandiul Titan Vanadiu Crom Mangan Fier Cobalt Nichel Cupru Zinc Galiu germaniu Arsenic Seleniu Brom Krypton
Rubidiu Stronţiu ytriu zirconiu Niobiu Molibden Tehnețiu Ruteniu Rodiu Paladiu Argint Cadmiu Indiu Staniu Antimoniu Telurul Iod Xenon
cesiu Bariu Lantan ceriu Praseodimiu Neodim Prometiu Samariul Europiu Gadoliniu terbiu Disprosiu Holmiu Erbiu Tuliu Iterbiu lutețiu hafniu Tantal Tungsten reniu Osmiu Iridiu Platină Aur Mercur (element) Taliu Conduce Bismut Poloniu Astatin Radon
Francium Radiu actiniu toriu Protactiniu Uraniu Neptuniu Plutoniu Americiu Curium Berkeliu Californiu Einsteiniu Fermium Mendeleviu Nobeliu Lawrence Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgeniu Coperniciu Nihonium Flerovium Moscovia Livermorium Tennessine Oganesson
Na

K

Rb
argonpotasiucalciu
Numărul atomic ( Z ) 19
grup grupa 1: hidrogen și metale alcaline
Perioadă perioada 4
bloc   s-bloc
Configuratie electronica [ Ar ] 4s 1
Electroni pe înveliș 2, 8, 8, 1
Proprietăți fizice
Faza la  STP solid
Punct de topire 336,7  K ​(63,5 °C, ​146,3 °F)
Punct de fierbere 1032 K (759 °C, ​1398 °F)
Densitate (aproape de  rt ) 0,89 g/cm 3
când lichid (la  mp ) 0,828 g/cm 3
Punct critic 2223 K, 16 MPa
Căldura de fuziune 2,33  kJ/mol
Căldura de vaporizare 76,9 kJ/mol
Capacitate de căldură molară 29,6 J/(mol·K)
Proprietăți atomice
Stări de oxidare −1, +1 (un oxid puternic bazic )
Electronegativitatea Scara Pauling: 0,82
Energiile de ionizare
Raza atomică empiric: 227  pm
Raza covalentă 203±12 p.m
Raza Van der Waals ora 275
Linii de culoare într-un interval spectral
Liniile spectrale de potasiu
Alte proprietăți
Apariție naturală primordial
Structură cristalină cubic centrat pe corp (bcc)
Structură cristalină cubică centrată pe corp pentru potasiu
Viteza sunetului tija subțire 2000 m/s (la 20 °C)
Dilatare termică 83,3 µm/(m⋅K) (la 25 °C)
Conductivitate termică 102,5 W/(m⋅K)
Rezistență electrică 72 nΩ⋅m (la 20 °C)
Ordonare magnetică paramagnetic
Susceptibilitate magnetică molară +20,8 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
Modulul Young 3,53 GPa
Modulul de forfecare 1,3 GPa
Modul vrac 3,1 GPa
Duritatea lui Mohs 0,4
Duritatea Brinell 0,363 MPa
Numar CAS 7440-09-7
Istorie
Descoperire și prima izolare Humphry Davy (1807)
Simbol „K”: din noua latină kalium
Principalii izotopi ai potasiului
Izotop Abundenţă Timp de înjumătățire ( t 1/2 ) Modul dezintegrare Produs
39 K 93,258% grajd
40 K 0,012% 1.248×10 9  ani β 40 Ca
ε 40 Ar
β + 40 Ar
41 K 6,730% grajd
 Categorie: potasiu
| referințe

Potasiul este un element chimic cu simbolul K (din neolatina kalium ) și numărul atomic  19. Potasiul este un metal alb-argintiu care este suficient de moale pentru a fi tăiat cu un cuțit cu puțină forță. Potasiul metal reacționează rapid cu oxigenul atmosferic pentru a forma peroxid de potasiu alb în doar câteva secunde de expunere. A fost izolat mai întâi din potasiu , cenușa plantelor, de la care derivă numele. În tabelul periodic , potasiul este unul dintre metalele alcaline , toate având un singur electron de valență în învelișul exterior al electronilor, care este ușor îndepărtat pentru a crea un ion cu sarcină pozitivă - un cation , care se combină cu anionii pentru a forma săruri . . Potasiul în natură se găsește numai în sărurile ionice. Potasiul elementar reacționează energic cu apa, generând suficientă căldură pentru a aprinde hidrogenul emis în reacție și arzând cu o flacără de culoare liliac . Se găsește dizolvat în apa de mare (care are 0,04% potasiu în greutate) și apare în multe minerale , cum ar fi ortoclaza , un constituent comun al granitelor și al altor roci magmatice .

Potasiul este foarte asemănător din punct de vedere chimic cu sodiul , elementul anterior din grupa 1 a tabelului periodic. Ei au o primă energie de ionizare similară , ceea ce permite fiecărui atom să renunțe la singurul său electron exterior. S-a bănuit în 1702 că erau elemente distincte care se combină cu aceiași anioni pentru a face săruri similare și a fost dovedit în 1807 prin electroliză . Potasiul natural este compus din trei izotopi , dintre care40
K
este radioactiv . Urme de40
K
se găsesc în tot potasiul și este cel mai comun radioizotop din corpul uman.

Ionii de potasiu sunt vitali pentru funcționarea tuturor celulelor vii. Transferul ionilor de potasiu prin membranele celulelor nervoase este necesar pentru transmiterea normală a nervilor; deficiența și excesul de potasiu pot duce fiecare la numeroase semne și simptome, inclusiv un ritm cardiac anormal și diverse anomalii electrocardiografice . Fructele și legumele proaspete sunt surse alimentare bune de potasiu. Organismul răspunde la afluxul de potasiu alimentar, care crește nivelul de potasiu seric , cu o schimbare a potasiului din exterior în interiorul celulelor și o creștere a excreției de potasiu de către rinichi.

Majoritatea aplicațiilor industriale ale potasiului exploatează solubilitatea ridicată în apă a compușilor de potasiu, cum ar fi săpunurile de potasiu . Producția de culturi grele epuizează rapid solul de potasiu, iar acest lucru poate fi remediat cu îngrășăminte agricole care conțin potasiu, reprezentând 95% din producția chimică globală de potasiu.

Etimologie

Denumirea în engleză a elementului potasiu provine de la cuvântul potasiu , care se referă la o metodă timpurie de extragere a diferitelor săruri de potasiu: așezarea într-o oală a cenușii de lemn arse sau a frunzelor de copac, adăugarea de apă, încălzirea și evaporarea soluției. Când Humphry Davy a izolat pentru prima dată elementul pur folosind electroliză , în 1807, l-a numit potasiu , pe care l-a derivat din cuvântul potasiu .

Simbolul K provine de la kali , el însuși din rădăcina cuvântului alkali , care, la rândul său, provine din arabă : القَلْيَه al-qalyah „cenusa de plante”. În 1797, chimistul german Martin Klaproth a descoperit „potașa” în mineralele leucită și lepidolit și și-a dat seama că „potașa” nu era un produs al creșterii plantelor, ci conținea de fapt un nou element, pe care el a propus să-l numească kali . În 1807, Humphry Davy a produs elementul prin electroliză: în 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert a propus numele Kalium pentru „potasiul” lui Davy. În 1814, chimistul suedez Berzelius a susținut denumirea de kalium pentru potasiu, cu simbolul chimic K .

Țările de limbă engleză și franceză au adoptat numele lui Davy și Gay-Lussac/Thénard Potasiu , în timp ce țările germanice au adoptat numele lui Gilbert/Klaproth Kalium . „Cartea de Aur” a Uniunii Internaționale de Chimie Pură și Aplicată a desemnat simbolul chimic oficial drept K.

Proprietăți

Fizic

Testul de flacără al potasiului.

Potasiul este al doilea cel mai puțin dens metal după litiu . Este un solid moale cu un punct de topire scăzut și poate fi tăiat cu ușurință cu un cuțit. Potasiul proaspăt tăiat are un aspect argintiu, dar începe să se întindă spre gri imediat după expunerea la aer. Într-un test cu flacără , potasiul și compușii săi emit o culoare liliac cu o lungime de undă maximă de emisie de 766,5 nanometri.

Atomii neutri de potasiu au 19 electroni, unul mai mult decât configurația gazului nobil argon . Datorită energiei sale scăzute de prima ionizare, de 418,8  kJ/mol, este mult mai probabil ca atomul de potasiu să piardă ultimul electron și să dobândească o sarcină pozitivă, deși alcalidul K încărcat negativ
ionii nu sunt imposibili. În schimb, a doua energie de ionizare este foarte mare (3052  kJ/mol).

Chimic

Potasiul reacționează cu oxigenul, apa și componentele dioxid de carbon din aer. Cu oxigenul formează peroxid de potasiu . Cu apa potasiul formeaza hidroxid de potasiu . Reacția potasiului cu apa poate fi violent exotermă , mai ales că hidrogenul gazos coprodus se poate aprinde. Din această cauză, potasiul și aliajul lichid de sodiu-potasiu ( NaK ) sunt desicanți puternici , deși nu mai sunt utilizați ca atare.

Compuși

Structura superoxidului de potasiu solid ( KO
2
).

Trei oxizi de potasiu sunt bine studiați: oxidul de potasiu (K 2 O), peroxidul de potasiu (K 2 O 2 ) și superoxidul de potasiu (KO 2 ). Compușii binari potasiu-oxigen reacționează cu apa formând hidroxid de potasiu .

Hidroxidul de potasiu (KOH) este o bază puternică. Ilustrandu-i caracterul hidrofil, pana la 1,21 kg de KOH se pot dizolva intr-un singur litru de apa. KOH anhidru este rar întâlnit. KOH reacționează ușor cu dioxidul de carbon pentru a produce carbonat de potasiu și, în principiu, ar putea fi folosit pentru a îndepărta urmele de gaz din aer. La fel ca hidroxidul de sodiu strâns înrudit, hidroxidul de potasiu reacționează cu grăsimile pentru a produce săpunuri .  

În general, compușii de potasiu sunt ionici și, datorită energiei mari de hidratare a K+
ion, au o solubilitate excelentă în apă. Principalele specii din soluția apoasă sunt complexele acvatice [K(H
2
O)
n
]+
unde n = 6 și 7. Heptafluorotantalatul de potasiu este un intermediar în purificarea tantalului din contaminantul de altfel persistent al niobiului.

Compușii organopotasici ilustrează compușii neionici ai potasiului. Acestea prezintă legături K---C covalente foarte polare. Exemplele includ benzil potasiul . Potasiul se intercalează în grafit pentru a da o varietate de compuși, inclusiv KC8 .

Izotopi

Există 25 de izotopi cunoscuți ai potasiului, dintre care trei apar în mod natural:39
K
(93,3%),40
K
(0,0117%) și41
K
(6,7%). Natural40
K
are un timp de înjumătățire de 1.250× 109 ani. Decade la stabil40
Ar
prin captarea electronilor sau emisia de pozitroni (11,2%) sau la stabil40
Ca
prin dezintegrare beta (88,8%). Decăderea lui40
K
la40
Ar
este baza unei metode comune de datare a rocilor. Metoda convențională de datare K-Ar depinde de presupunerea că rocile nu conțineau argon în momentul formării și că tot argonul radiogenic ulterior (40
Ar
) a fost reținut cantitativ. Mineralele sunt datate prin măsurarea concentrației de potasiu și a cantității de radiogenic40
Ar
care s-a acumulat. Mineralele cele mai potrivite pentru datare includ biotitul , moscovit , hornblenda metamorfică și feldspatul vulcanic ; probe întregi de rocă din fluxuri vulcanice și instrusive de mică adâncime pot fi, de asemenea, datate dacă sunt nealterate. În afară de datare, izotopii de potasiu au fost folosiți ca trasori în studiile de intemperii și pentru studiile ciclului nutrienților , deoarece potasiul este un macronutrient necesar vieții .

40
K
se găsește în potasiul natural (și, prin urmare, în unii înlocuitori comerciali de sare) în cantitate suficientă încât pungi mari din acești înlocuitori să poată fi utilizați ca sursă radioactivă pentru demonstrațiile la clasă.40
K
este radioizotopul cu cea mai mare abundență din organism. La animalele și oamenii sănătoși,40
K
reprezintă cea mai mare sursă de radioactivitate, chiar mai mare decât14
C
. Într-un corp uman cu o masă de 70 kg, aproximativ 4.400 de nuclee de40
decăderea K
pe secundă. Activitatea potasiului natural este de 31 Bq /g.

Formarea și distribuția cosmică

Potasiu în feldspat

Potasiul se formează în supernove prin nucleosinteză din atomi mai ușori. Potasiul este creat în principal în supernovele de tip II printr-un proces exploziv de ardere a oxigenului .40
K
se formează, de asemenea, în nucleosinteza procesului s și în procesul de ardere a neonului .

Potasiul este al 20-lea cel mai abundent element din sistemul solar și al 17-lea cel mai abundent element în greutate de pe Pământ. Reprezintă aproximativ 2,6% din greutatea scoarței terestre și este al șaptelea cel mai abundent element din scoarță. Concentrația de potasiu în apa de mare este de 0,39  g/L (0,039 g/v%), aproximativ o douăzeci și șapte din concentrația de sodiu.

Potasă

Potasa este în primul rând un amestec de săruri de potasiu, deoarece plantele au un conținut redus de sodiu sau deloc, iar restul conținutului mineral major al unei plante constă din săruri de calciu cu solubilitate relativ scăzută în apă. Deși potasa a fost folosită din cele mai vechi timpuri, compoziția sa nu a fost înțeleasă. Georg Ernst Stahl a obținut dovezi experimentale care l-au determinat să sugereze diferența fundamentală dintre sărurile de sodiu și potasiu în 1702, iar Henri Louis Duhamel du Monceau a putut dovedi această diferență în 1736. Compoziția chimică exactă a compușilor de potasiu și sodiu și statutul ca element chimic de potasiu și sodiu, nu era cunoscut atunci și, astfel, Antoine Lavoisier nu a inclus alcalii în lista sa de elemente chimice în 1789. Multă vreme singurele aplicații semnificative pentru potasiu au fost producția de sticlă, înălbitor, săpun. și praful de pușcă sub formă de nitrat de potasiu. Săpunurile cu potasiu din grăsimi animale și uleiuri vegetale au fost deosebit de apreciate, deoarece tind să fie mai solubile în apă și cu o textură mai moale și, prin urmare, sunt cunoscute sub numele de săpunuri moi . Descoperirea de către Justus Liebig în 1840 că potasiul este un element necesar pentru plante și că cele mai multe tipuri de sol sunt lipsite de potasiu a provocat o creștere abruptă a cererii de săruri de potasiu. Cenușa de lemn din brazi a fost folosită inițial ca sursă de sare de potasiu pentru îngrășământ, dar, odată cu descoperirea în 1868 a zăcămintelor minerale care conțin clorură de potasiu în apropiere de Staßfurt , Germania, a început producția de îngrășăminte cu conținut de potasiu la scară industrială. Au fost descoperite și alte zăcăminte de potasiu, iar în anii 1960 Canada a devenit producătorul dominant.

Metal

Bucăți de potasiu metal

Potasiul metalic a fost izolat pentru prima dată în 1807 de Humphry Davy, care l-a derivat prin electroliza KOH topit cu grămada voltaică recent descoperită . Potasiul a fost primul metal care a fost izolat prin electroliză. Mai târziu, în același an, Davy a raportat extracția metalului de sodiu dintr-un derivat mineral ( sodă caustică , NaOH sau leșie) mai degrabă decât o sare de plante, printr-o tehnică similară, demonstrând că elementele și, prin urmare, sărurile sunt diferite. Deși producția de potasiu și sodiu metalic ar fi trebuit să demonstreze că ambele sunt elemente, a durat ceva timp până când această opinie a fost acceptată universal.

Datorită sensibilității potasiului la apă și aer, tehnicile fără aer sunt utilizate în mod normal pentru manipularea elementului. Este nereactiv față de azot și hidrocarburi saturate, cum ar fi uleiul mineral sau kerosenul . Se dizolvă ușor în amoniac lichid , până la 480 g la 1000 g de amoniac la 0  °C. În funcție de concentrație, soluțiile de amoniac sunt de la albastru până la galben, iar conductivitatea lor electrică este similară cu cea a metalelor lichide. Potasiul reacţionează lent cu amoniacul pentru a forma KNH
2
, dar această reacție este accelerată de cantități mici de săruri ale metalelor tranziționale. Deoarece poate reduce sărurile la metal, potasiul este adesea folosit ca reductor în prepararea metalelor fin divizate din sărurile lor prin metoda Rieke . Ilustrativ este prepararea magneziului:

MgCl
2
+ 2 K → Mg + 2 KCI

Geologie

Potasiul elementar nu se găsește în natură din cauza reactivității sale ridicate. Reacționează violent cu apa (vezi secțiunea Precauții de mai jos) și reacționează și cu oxigenul. Ortoclaza (feldspat de potasiu) este un mineral comun care formează roci. Granitul , de exemplu, conține 5% potasiu, care este cu mult peste media din scoarța terestră. Silvit (KCl), carnalit (KCl·MgCl
2
·6(H
2
O))
, kainită (MgSO
4
·KCI·3H
2
O)
și langbeinit (MgSO
4
·K
2
ASA DE
4
)
sunt mineralele găsite în marile zăcăminte de evaporiți din întreaga lume. Depozitele prezintă adesea straturi care încep cu cele mai puțin solubile în partea de jos și cele mai solubile în partea de sus. Depozitele de nitru ( nitrat de potasiu ) se formează prin descompunerea materialului organic în contact cu atmosfera, mai ales în peșteri; din cauza solubilității bune în apă a nitrului formarea de depozite mai mari necesită condiții speciale de mediu.

Rolul biologic

Potasiul este al optulea sau al nouălea element ca masă (0,2%) în corpul uman, astfel încât un  adult de 60 kg conține în total aproximativ 120  g de potasiu. Corpul are aproximativ la fel de mult potasiu ca sulf și clor, iar doar calciul și fosforul sunt mai abundente (cu excepția elementelor ubicue CHON ). Ionii de potasiu sunt prezenți într-o mare varietate de proteine ​​și enzime.

Funcția biochimică

Nivelurile de potasiu influențează multiple procese fiziologice, inclusiv

  • potențialul celular-membranar de repaus și propagarea potențialelor de acțiune în țesutul neuronal, muscular și cardiac. Datorită proprietăților electrostatice și chimice, K+
    ionii sunt mai mari decât Na+
    ionii, iar canalele ionice și pompele din membranele celulare pot diferenția între cei doi ioni, pompând activ sau trecând pasiv unul dintre cei doi ioni în timp ce îl blochează pe celălalt.
  • secreţia şi acţiunea hormonilor
  • tonul vascular
  • controlul sistemic al tensiunii arteriale
  • motilitatea gastrointestinală
  • homeostazia acido-bazică
  • metabolismul glucozei și insulinei
  • actiune mineralocorticoida
  • capacitatea de concentrare renală
  • echilibrul fluidelor și electroliților

Homeostazia

Homeostazia potasiului denotă menținerea conținutului total de potasiu din organism, a nivelului de potasiu plasmatic și a raportului dintre concentrațiile de potasiu intracelular și extracelular în limite înguste, în fața aportului pulsatil (mese), a excreției renale obligatorii și a schimbărilor între intracelular și extracelular. compartimente.

Nivelurile plasmatice

Potasiul plasmatic este menținut în mod normal la 3,5 până la 5,5 milimoli (mmol) [sau miliechivalenți (mEq)] pe litru prin mecanisme multiple. Nivelurile din afara acestui interval sunt asociate cu o rată în creștere a deceselor din cauze multiple, iar unele boli cardiace, renale și pulmonare progresează mai rapid dacă nivelurile de potasiu seric nu sunt menținute în limitele normale.

O masă medie de 40-50  mmol prezintă organismului mai mult potasiu decât este prezent în toată plasma (20-25  mmol). Cu toate acestea, această creștere determină creșterea potasiului plasmatic cu cel mult 10% ca urmare a curățării prompte și eficiente atât prin mecanisme renale, cât și extrarenale.

Hipokaliemia , o deficiență de potasiu în plasmă, poate fi fatală dacă este gravă. Cauzele frecvente sunt creșterea pierderii gastrointestinale ( vărsături , diaree ) și creșterea pierderii renale ( diureză ). Simptomele de deficiență includ slăbiciune musculară, ileus paralitic , anomalii ECG, scăderea răspunsului reflex; iar în cazuri severe, paralizie respiratorie, alcaloză și aritmie cardiacă .

Mecanisme de control

Conținutul de potasiu din plasmă este strâns controlat de patru mecanisme de bază, care au diferite denumiri și clasificări. Cele patru sunt 1) un sistem reactiv de feedback negativ, 2) un sistem reactiv de feed-forward, 3) un sistem predictiv sau circadian și 4) un sistem de transport intern sau cu membrană celulară. În mod colectiv, primele trei sunt uneori denumite „sistemul extern de homeostazie a potasiului”; iar primele două, „sistemul reactiv de homeostază a potasiului”.

  • Sistemul reactiv de feedback negativ se referă la sistemul care induce secreția renală de potasiu ca răspuns la o creștere a potasiului plasmatic (ingerație de potasiu, deplasare din celule sau perfuzie intravenoasă).
  • Sistemul reactiv feed-forward se referă la un sistem incomplet înțeles care induce secreția renală de potasiu ca răspuns la ingestia de potasiu înainte de orice creștere a potasiului plasmatic. Acest lucru este probabil inițiat de receptorii de potasiu din celulele intestinale care detectează potasiul ingerat și declanșează semnale aferente vagale către glanda pituitară.
  • Sistemul predictiv sau circadian mărește secreția renală de potasiu în timpul orelor de masă (de exemplu, ziua pentru oameni, noaptea pentru rozătoare), independent de prezența, cantitatea sau absența ingestiei de potasiu. Este mediată de un oscilator circadian în nucleul suprachiasmatic al creierului (ceasul central), care face ca rinichiul (ceasul periferic) să secrete potasiu în acest mod circadian ritmic.
    Acțiunea pompei de sodiu-potasiu este un exemplu de transport activ primar . Cele două proteine ​​purtătoare încorporate în membrana celulară din stânga folosesc ATP pentru a muta sodiul din celulă împotriva gradientului de concentrație; Cele două proteine ​​din dreapta folosesc transportul activ secundar pentru a muta potasiul în celulă. Acest proces are ca rezultat reconstituirea ATP.
  • Sistemul de transport ionic deplasează potasiul prin membrana celulară folosind două mecanisme. Unul este activ și pompează sodiu și potasiu în celulă. Celălalt este pasiv și permite potasiului să se scurgă din celulă. Cationii de potasiu și sodiu influențează distribuția fluidelor între compartimentele intracelulare și extracelulare prin forțe osmotice . Mișcarea potasiului și a sodiului prin membrana celulară este mediată de pompa Na+/K+-ATPază . Această pompă de ioni folosește ATP pentru a pompa trei ioni de sodiu din celulă și doi ioni de potasiu în celulă, creând un gradient electrochimic și forță electromotoare peste membrana celulară. Canalele ionice de potasiu extrem de selective (care sunt tetrameri ) sunt cruciale pentru hiperpolarizarea în interiorul neuronilor după declanșarea unui potențial de acțiune, pentru a cita un exemplu. Cel mai recent descoperit canal ionic de potasiu este KirBac3.1, care face un total de cinci canale ionice de potasiu (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP și MthK) cu o structură determinată. Toate cele cinci sunt din specii procariote .

Filtrarea renală, reabsorbția și excreția

Manipularea renală a potasiului este strâns legată de manipularea sodiului. Potasiul este cationul major (ion pozitiv) din interiorul celulelor animale [150  mmol/L, (4,8  g)], în timp ce sodiul este cationul major al lichidului extracelular [150  mmol/L, (3,345  g)]. În rinichi, aproximativ 180  de litri de plasmă sunt filtrate prin glomeruli și în tubii renali pe zi. Această filtrare implică aproximativ 600  g de sodiu și 33  g de potasiu. Deoarece doar 1–10  g de sodiu și 1–4  g de potasiu sunt probabil înlocuite cu dietă, filtrarea renală trebuie să reabsorbe eficient restul din plasmă.

Sodiul este reabsorbit pentru a menține volumul extracelular, presiunea osmotică și concentrația de sodiu seric în limite înguste. Potasiul este reabsorbit pentru a menține concentrația de potasiu seric în limite înguste. Pompele de sodiu din tubii renali funcționează pentru a reabsorbi sodiul. Potasiul trebuie conservat, dar pentru că cantitatea de potasiu din plasma sanguină este foarte mică, iar rezervorul de potasiu din celule este de aproximativ 30 de ori mai mare, situația nu este atât de critică pentru potasiu. Deoarece potasiul este mutat pasiv în contracurent la sodiu, ca răspuns la un echilibru Donnan aparent (dar nu real) , urina nu se poate scufunda niciodată sub concentrația de potasiu din ser, cu excepția uneori prin excretarea activă a apei la sfârșitul procesării. Potasiul este excretat de două ori și reabsorbit de trei ori înainte ca urina să ajungă în tubii colectori. În acel moment, urina are de obicei aproximativ aceeași concentrație de potasiu ca și plasma. La sfârșitul procesării, potasiul este secretat încă o dată dacă nivelurile serice sunt prea mari.

Fără aport de potasiu, este excretat la aproximativ 200  mg pe zi până când, în aproximativ o săptămână, potasiul din ser scade la un nivel ușor deficitar de 3,0-3,5  mmol/L. Dacă potasiul este încă reținut, concentrația continuă să scadă până când o deficiență severă provoacă eventual moartea.

Potasiul se deplasează pasiv prin porii din membrana celulară. Când ionii se deplasează prin transportoarele de ioni (pompe) există o poartă în pompe de ambele părți ale membranei celulare și o singură poartă poate fi deschisă o dată. Ca rezultat, aproximativ 100 de ioni sunt forțați să treacă pe secundă. Canalul ionic are o singură poartă și acolo un singur tip de ion poate trece prin flux, cu 10 până la 100 milioane de ioni pe secundă. Calciul este necesar pentru a deschide porii, deși calciul poate funcționa invers prin blocarea a cel puțin unul dintre pori. Grupările carbonil din interiorul porului de pe aminoacizi imită hidratarea apei care are loc în soluție de apă prin natura sarcinilor electrostatice pe patru grupări carbonil din interiorul porului.

Nutriție

Recomandări dietetice

Academia Națională de Medicină din SUA (NAM), atât în ​​numele SUA, cât și al Canadei, stabilește cerințele medii estimate (EAR) și dozele dietetice recomandate (RDA) sau aporturile adecvate (AI) pentru atunci când nu există suficiente informații pentru a seta EAR și RDA-uri. În mod colectiv, EAR, RDA, AI și UL sunt denumite aporturi dietetice de referință .

Atât pentru bărbați, cât și pentru femeile sub 9 ani, AI pentru potasiu sunt: ​​400  mg de potasiu pentru sugarii de 0-6 luni, 860  mg de potasiu pentru sugarii de 7-12 luni, 2.000  mg de potasiu pentru Copiii de 1-3 ani și 2.300  mg de potasiu pentru copiii de 4-8 ani.

Pentru bărbații cu vârsta de 9 ani și peste, AI pentru potasiu sunt: ​​2.500  mg de potasiu pentru bărbații de 9-13 ani, 3.000  mg de potasiu pentru bărbații de 14-18 ani și 3.400  mg pentru bărbații care sunt 19 ani și peste.

Pentru femeile cu vârsta de 9 ani și peste, AI pentru potasiu sunt: ​​2.300  mg de potasiu pentru femeile de 9-18 ani și 2.600  mg de potasiu pentru femeile cu vârsta de 19 ani și peste.

Pentru femeile însărcinate și care alăptează, AI pentru potasiu sunt: ​​2.600  mg de potasiu pentru femeile gravide de 14-18 ani, 2.900  mg pentru femeile gravide care au 19 ani și peste; în plus, 2.500  mg de potasiu pentru femeile care alăptează de 14-18 ani și 2.800  mg pentru femeile care alăptează cu vârsta de 19 ani și peste. În ceea ce privește siguranța, NAM stabilește, de asemenea, niveluri superioare de aport tolerabile (UL) pentru vitamine și minerale, dar pentru potasiu dovezile au fost insuficiente, așa că nu a fost stabilit nici un UL.

Din 2004, majoritatea adulților americani consumă mai puțin de 3.000  mg.

De asemenea, în Uniunea Europeană , în special în Germania și Italia , aportul insuficient de potasiu este oarecum obișnuit. Serviciul Național de Sănătate Britanic recomandă un aport similar, spunând că adulții au nevoie de 3.500  mg pe zi și că cantitățile în exces pot provoca probleme de sănătate precum dureri de stomac și diaree.

Anterior, aportul adecvat pentru adulți era stabilit la 4.700 mg pe zi. În 2019, Academiile Naționale de Științe, Inginerie și Medicină au revizuit AI pentru potasiu la 2.600 mg/zi pentru femeile cu vârsta de 19 ani și peste și 3.400 mg/zi pentru bărbații cu vârsta de 19 ani și peste.

Surse de hrana

Potasiul este prezent în toate fructele, legumele, carnea și peștele. Alimentele cu concentrații mari de potasiu includ igname , pătrunjel , caise uscate , lapte , ciocolată , toate nucile (în special migdale și fistic ), cartofi , muguri de bambus , banane , avocado , apă de cocos , boabe de soia și tărâțe .

USDA enumeră pasta de roșii , sucul de portocale , sfecla verde , fasole albă , cartofi , pătlagină , banane , caise și multe alte surse alimentare de potasiu, clasate în ordine descrescătoare în funcție de conținutul de potasiu. Valoarea unei zile de potasiu este în 5 pătlagini sau 11 banane.

Aport deficitar

Dietele sărace în potasiu pot duce la hipertensiune arterială și hipokaliemie .

Suplimentare

Suplimentele de potasiu sunt utilizate pe scară largă împreună cu diureticele care blochează reabsorbția sodiului și a apei în amonte de tubul distal ( tiazide și diuretice de ansă ), deoarece acestea favorizează creșterea secreției tubulare distale de potasiu, cu o excreție crescută de potasiu. Sunt disponibile o varietate de suplimente pe bază de rețetă și fără prescripție medicală. Clorura de potasiu poate fi dizolvată în apă, dar gustul sărat/amărui face suplimentele lichide dezagreabile. Dozele tipice variază de la 10  mmol (400  mg) la 20  mmol (800  mg). Potasiul este, de asemenea, disponibil în tablete sau capsule, care sunt formulate pentru a permite potasiului să se scurgă încet dintr-o matrice, deoarece concentrațiile foarte mari de ion de potasiu care apar în apropierea unei tablete solide pot afecta mucoasa gastrică sau intestinală. Din acest motiv, pastilele de potasiu fără prescripție medicală sunt limitate prin lege în SUA la maximum 99  mg de potasiu.

Deoarece rinichii sunt locul excreției de potasiu, persoanele cu funcție renală afectată sunt expuse riscului de hiperkaliemie dacă potasiul alimentar și suplimentele nu sunt restricționate. Cu cât afectarea este mai gravă, cu atât este mai severă restricția necesară pentru a evita hiperkaliemia.

O meta-analiză a concluzionat că o  creștere cu 1640 mg a aportului zilnic de potasiu a fost asociată cu un risc cu 21% mai mic de accident vascular cerebral. Clorura de potasiu și bicarbonatul de potasiu pot fi utile pentru a controla hipertensiunea ușoară . În 2017, potasiul a fost al 37-lea cel mai frecvent prescris medicament în Statele Unite, cu peste 19 milioane de rețete.

Detectarea de către papilele gustative

Potasiul poate fi detectat prin gust deoarece declanșează trei din cele cinci tipuri de senzații gustative, în funcție de concentrație. Soluțiile diluate de ioni de potasiu au un gust dulce, permițând concentrații moderate în lapte și sucuri, în timp ce concentrațiile mai mari devin din ce în ce mai amare/alcaline și în final și sărate la gust. Amărăciunea și salinitatea combinate ale soluțiilor cu conținut ridicat de potasiu fac ca suplimentarea cu doze mari de potasiu prin băuturi lichide să devină o provocare pentru gust.

Productie comerciala

Minerit

Sylvite din New Mexico
Monte Kali , o grămadă de deșeuri de exploatare și valorificare a potasiului din Hesse, Germania , constând în principal din clorură de sodiu .

Sărurile de potasiu, cum ar fi carnalitul , langbeinita , polihalita și silvita formează depozite extinse de evaporită în fundul lacurilor și fundurile mării antice , făcând extracția sărurilor de potasiu în aceste medii viabilă din punct de vedere comercial. Principala sursă de potasiu – potasiu – este extrasă în Canada , Rusia , Belarus , Kazahstan , Germania , Israel , Statele Unite ale Americii , Iordania și alte locuri din lume. Primele zăcăminte minate au fost situate în apropiere de Staßfurt, Germania, dar zăcămintele se întind din Marea Britanie peste Germania până în Polonia. Ele sunt situate în Zechstein și au fost depozitate în Permianul mijlociu până la târziu . Cele mai mari depozite găsite vreodată se află la 1.000 de metri (3.300 de picioare) sub suprafața provinciei canadiane Saskatchewan . Zăcămintele sunt situate în Grupul Elk Point produs în Devonianul Mijlociu . Saskatchewan, unde au funcționat mai multe mine mari începând cu anii 1960, a fost pionier în tehnica de înghețare a nisipurilor umede (formația Blairmore) pentru a conduce puțurile de mine prin ele. Principala companie minieră de potasiu din Saskatchewan până la fuziunea sa a fost Potash Corporation of Saskatchewan , acum Nutrien . Apa Mării Moarte este folosită de Israel și Iordania ca sursă de potasiu, în timp ce concentrația în oceanele normale este prea scăzută pentru producția comercială la prețurile curente.

Extracția chimică

Se folosesc mai multe metode pentru a separa sărurile de potasiu de compușii de sodiu și magneziu. Metoda cea mai utilizată este precipitarea fracționată folosind diferențele de solubilitate ale sărurilor. Separarea electrostatică a amestecului de sare măcinată este, de asemenea, utilizată în unele mine. Deșeurile de sodiu și magneziu rezultate sunt fie depozitate în subteran, fie îngrămădite în mormane de zgură . Cea mai mare parte a mineralului de potasiu extras se termină ca clorură de potasiu după procesare. Industria minerală se referă la clorura de potasiu fie ca potasiu, muriat de potasiu, fie pur și simplu MOP.

Potasiul metalic pur poate fi izolat prin electroliza hidroxidului său într-un proces care s-a schimbat puțin de când a fost folosit pentru prima dată de Humphry Davy în 1807. Deși procesul de electroliză a fost dezvoltat și utilizat la scară industrială în anii 1920, metoda termică prin reacția sodiului cu clorură de potasiu într-o reacție de echilibru chimic a devenit metoda dominantă în anii 1950.

Producerea aliajelor de sodiu potasiu se realizează prin modificarea timpului de reacție și a cantității de sodiu utilizată în reacție. Procesul Griesheimer care folosește reacția fluorurii de potasiu cu carbura de calciu a fost, de asemenea, utilizat pentru a produce potasiu.

Na + KCl → NaCl + K (metoda termică)                    
2 KF + CaC
2
→ 2 K + CaF
2
+ 2 C (procesul Griesheimer)   

Potasiul metalic de calitate reactiv costă aproximativ 10,00 USD/ liră (22 USD/ kg ) în 2010, când este achiziționat la tonă . Metalul de puritate mai scăzută este considerabil mai ieftin. Piața este volatilă deoarece depozitarea pe termen lung a metalului este dificilă. Trebuie depozitat într-o atmosferă uscată de gaz inert sau ulei mineral anhidru pentru a preveni formarea unui strat superficial de superoxid de potasiu , un exploziv sensibil la presiune care detonează atunci când este zgâriat. Explozia rezultată declanșează adesea un incendiu greu de stins.

Identificarea cationilor

Potasiul este acum cuantificat prin tehnici de ionizare, dar la un moment dat a fost cuantificat prin analiză gravimetrică .

Reactivii utilizați pentru precipitarea sărurilor de potasiu includ tetrafenilborat de sodiu , acid hexacloroplatinic și cobaltinitrit de sodiu în tetrafenilborat de potasiu , hexacloroplatinat de potasiu și cobaltinitrit de potasiu . Reacția cu cobaltinitritul de sodiu este ilustrativă:

3K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] → K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + 3Na +

Cobaltinitritul de potasiu se obține sub formă de solid galben.

Utilizări comerciale

Îngrăşământ

Îngrășământ cu sulfat de potasiu/sulfat de magneziu

Ionii de potasiu sunt o componentă esențială a nutriției plantelor și se găsesc în majoritatea tipurilor de sol . Sunt folosiți ca îngrășământ în agricultură , horticultură și cultură hidroponică sub formă de clorură (KCl), sulfat ( K ).
2
ASA DE
4
), sau nitrat ( KNO
3
), reprezentând „K” în „NPK” . Îngrășămintele agricole consumă 95% din producția chimică globală de potasiu, iar aproximativ 90% din acest potasiu este furnizat sub formă de KCl. Conținutul de potasiu al majorității plantelor variază de la 0,5% la 2% din greutatea recoltată a culturilor, exprimată în mod convențional ca cantitate de K
2
O
. Agricultura modernă cu randament ridicat depinde de îngrășăminte pentru a înlocui potasiul pierdut la recoltare. Majoritatea îngrășămintelor agricole conțin clorură de potasiu, în timp ce sulfatul de potasiu este utilizat pentru culturile sensibile la clorură sau culturile care necesită un conținut mai mare de sulf. Sulfatul este produs în principal prin descompunerea mineralelor complexe kainite ( MgSO
4
·KCI·3H
2
O
) și langbeinit ( MgSO
4
·K
2
ASA DE
4
). Doar puține îngrășăminte conțin azotat de potasiu. În 2005, aproximativ 93% din producția mondială de potasiu a fost consumată de industria îngrășămintelor. În plus, potasiul poate juca un rol cheie în ciclul nutrienților prin controlul compoziției așternutului.

Uz medical

Citrat de potasiu

Citratul de potasiu este utilizat pentru a trata o afecțiune a pietrelor la rinichi numită acidoză tubulară renală .

Clorura de potasiu

Potasiul, sub formă de clorură de potasiu , este utilizat ca medicament pentru tratarea și prevenirea scăderii potasiului din sânge . Scăderea potasiului din sânge poate apărea din cauza vărsăturilor , diareei sau anumitor medicamente. Se administrează prin injectare lentă în venă sau pe gură.

Aditivi alimentari

Tartrat de potasiu și sodiu ( KNaC
4
H
4
O
6
, sare Rochelle ) este un constituent principal al unor sortimente de praf de copt ; este folosit și la argintarea oglinzilor. Bromat de potasiu ( KBrO
3
) este un oxidant puternic (E924), utilizat pentru a îmbunătăți rezistența aluatului și pentru a crește înălțimea. Bisulfit de potasiu ( KHSO
3
) este folosit ca conservant alimentar, de exemplu în fabricarea vinului și a berii (dar nu și în carne). De asemenea, este folosit pentru albirea textilelor și a paielor și în tăbăcirea pieilor .

Industrial

Principalele substanțe chimice de potasiu sunt hidroxidul de potasiu, carbonatul de potasiu, sulfatul de potasiu și clorura de potasiu. Megatone din acești compuși sunt produse anual.

Hidroxidul de potasiu KOH este o bază puternică, care este folosită în industrie pentru a neutraliza acizii puternici și slabi , pentru a controla pH -ul și pentru a produce săruri de potasiu . De asemenea, este folosit pentru saponificarea grăsimilor și uleiurilor , în curățarea industrială și în reacțiile de hidroliză , de exemplu a esterilor .

Azotat de potasiu ( KNO
3
) sau salitrul este obținut din surse naturale precum guano și evaporiți sau fabricat prin procedeul Haber ; este oxidantul din praful de pușcă ( pulbere neagră ) și un important îngrășământ agricol. Cianura de potasiu (KCN) este utilizată industrial pentru a dizolva cuprul și metalele prețioase, în special argintul și aurul , prin formarea de complexe . Aplicațiile sale includ exploatarea aurului , galvanizarea și electroformarea acestor metale ; este folosit si in sinteza organica pentru a produce nitrili . Carbonat de potasiu ( K
2
CO
3
sau potasiu) este utilizat la fabricarea sticlei, săpunului, tuburilor TV color, lămpilor fluorescente, coloranților textile și pigmenților. Permanganat de potasiu ( KMnO
4
) este o substanță oxidantă, de albire și purificare și este utilizată pentru producerea zaharinei . Clorat de potasiu ( KClO
3
) se adaugă la chibrituri și explozibili. Bromura de potasiu (KBr) a fost folosită anterior ca sedativ și în fotografie.

În timp ce cromat de potasiu ( K
2
CrO
4
) este utilizat la fabricarea unei multitudini de produse comerciale diferite, cum ar fi cerneluri , coloranți , pete pentru lemn (prin reacție cu acidul tanic din lemn), explozivi , artificii , hârtie pentru muște și chibrituri de siguranță , precum și în tăbăcirea piele, toate aceste utilizări se datorează mai degrabă chimiei ionului de cromat decât celei a ionului de potasiu.

Utilizări de nișă

Există mii de utilizări ale diferiților compuși de potasiu. Un exemplu este superoxidul de potasiu , KO
2
, un solid portocaliu care acționează ca o sursă portabilă de oxigen și un absorbant de dioxid de carbon. Este utilizat pe scară largă în sistemele de respirație din mine, submarine și nave spațiale, deoarece necesită mai puțin volum decât oxigenul gazos.

4 KO 
2
+ 2  CO 2 → 2 K 
2
CO
3
+ 3 O 
2

Un alt exemplu este cobaltinitritul de potasiu , K
3
[Co(NR
2
)
6
]
, care este folosit ca pigment de artist sub numele de Aureolin sau Galben de Cobalt.

Izotopii stabili ai potasiului pot fi răciți cu laser și utilizați pentru a investiga probleme fundamentale și tehnologice din fizica cuantică . Cei doi izotopi bosonici posedă rezonanțe Feshbach convenabile pentru a permite studii care necesită interacțiuni reglabile, în timp ce 40 K este unul dintre cei doi fermioni stabili dintre metalele alcaline.

Utilizări de laborator

Un aliaj de sodiu și potasiu, NaK este un lichid utilizat ca mediu de transfer termic și un desicant pentru producerea de solvenți uscați și fără aer . Poate fi folosit și în distilarea reactivă . Aliajul ternar de 12% Na, 47% K și 41% Cs are cel mai scăzut punct de topire de -78  °C al oricărui compus metalic.

Potasiul metalic este utilizat în mai multe tipuri de magnetometre .

Precauții

Potasiu
Pericole
Etichetare GHS :
GHS02: InflamabilGHS05: Coroziv
Pericol
H260 , H314
P223 , P231+P232 , P280 , P305+P351+P338 , P370+P378 , P422
NFPA 704 (diamant de foc)
3
3
2

Potasiul metalic poate reacționa violent cu apa producând hidroxid de potasiu (KOH) și hidrogen gazos.

2 K (s) + 2 H 2 O (l) → 2 KOH (aq) + H
2
↑ (g)
O reacție a potasiului metalic cu apa. Se produce hidrogen, iar cu vaporii de potasiu arde cu o flacără roz sau liliac. În soluție se formează hidroxid de potasiu puternic alcalin.

Această reacție este exotermă și eliberează suficientă căldură pentru a aprinde hidrogenul rezultat în prezența oxigenului. Potasiul sub formă de pulbere se aprinde în aer la temperatura camerei. Metalul în vrac se aprinde în aer dacă este încălzit. Deoarece densitatea sa este de 0,89  g/cm 3 , potasiul arzând plutește în apă care îl expune la oxigenul atmosferic. Mulți agenți obișnuiți de stingere a incendiilor, inclusiv apa, fie sunt ineficienți, fie agravează focul de potasiu. Azotul , argonul , clorura de sodiu (sare de masă), carbonatul de sodiu (cenusa de sodiu) și dioxidul de siliciu (nisip) sunt eficiente dacă sunt uscate. Unele stingătoare cu pulbere uscată din clasa D concepute pentru incendii metalice sunt de asemenea eficiente. Acești agenți privează focul de oxigen și răcesc metalul de potasiu.

În timpul depozitării, potasiul formează peroxizi și superoxizi. Acești peroxizi pot reacționa violent cu compuși organici, cum ar fi uleiurile. Atât peroxizii, cât și superoxizii pot reacționa exploziv cu potasiul metalic.

Deoarece potasiul reacţionează cu vaporii de apă din aer, acesta este de obicei depozitat sub ulei mineral anhidru sau kerosen. Spre deosebire de litiu și sodiu, totuși, potasiul nu trebuie păstrat sub ulei mai mult de șase luni, decât dacă într-o atmosferă inertă (fără oxigen) sau sub vid. După depozitare prelungită în aer, pe metal și sub capacul recipientului se pot forma peroxizi periculoși sensibili la șoc și pot detona la deschidere.

Ingestia de cantitati mari de compusi de potasiu poate duce la hiperkaliemie , influentand puternic sistemul cardiovascular. Clorura de potasiu este folosită în Statele Unite pentru execuții de injecție letală .

Vezi si

Referințe

Bibliografie

linkuri externe

  • „Potasiu” . Portal de informații despre medicamente . Biblioteca Națională de Medicină din SUA.