- història
- potassa
- descobriment
- Estructura i configuració electrònica de l'potassi
- Nombre d'oxidació
- propietats
- aparença
- massa molar
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- densitat
- solubilitat
- Densitat de el vapor
- Pressió de vapor
- estabilitat
- Corrosivitat
- tensió superficial
- Calor de fusió
- Calor de vaporització
- Capacitat tèrmica molar
- electronegativitat
- Energies d'ionització
- ràdio atòmic
- ràdio covalent
- expansió tèrmica
- conductivitat tèrmica
- resistivitat elèctrica
- duresa
- isòtops naturals
- Nomenclatura
- formes
- paper biològic
- plantes
- animals
- Repolarització de les cèl·lules
- altres funcions
- On es troba el potassi i producció
- electròlisi
- mètode tèrmic
- reaccions
- inorgàniques
- Orgàniques
- usos
- potassi metàl·lic
- compostos
- clorur
- hidròxid
- nitrat
- cromat
- carbonat
- referències
El potassi és un metall alcalí el símbol químic és K. El seu número atòmic és el 19 i se situa per sota de l'sodi en la taula periòdica. És un metall tou que inclusivament pot ser tallat amb un ganivet. A més, és força lleuger, i pot surar sobre l'aigua líquida mentre reacciona vigorosament.
Acabat de tallar, presenta un color blanc platejat molt brillant, però a l'ésser exposat a l'aire s'oxida ràpidament i perd el seu llustre, tornant-se d'un color grisenc (gairebé blavós, com el de la imatge inferior).
Trossos de potassi parcialment oxidats emmagatzemats en oli mineral. Font: 2 × 910
El potassi reacciona explosivament amb l'aigua per formar l'hidròxid de potassi i hidrogen gasós. Precisament aquest gas és el causant de l'explosivitat de la reacció. Quan crema en l'encenedor, els seus àtoms excitats tenyeixen la flama d'un color lila intens; aquesta és, una de les seves proves qualitatives.
És el setè metall més abundant en l'escorça terrestre i representa el 2,6% del seu pes. Es troba principalment en roques ígnies, lutites i sediments, a més de minerals com la silvita (KCl). A l'contrari el sodi, la seva concentració en l'aigua mar és baixa (0,39 g / L).
El potassi va ser aïllat en 1807 pel químic anglès Sir Humphrey Davy, mitjançant l'electròlisi d'una solució de la seva hidròxid, KOH. Aquest metall va ser el primer a aïllar-se per electròlisi i Davy li va donar el nom anglès potassium.
A Alemanya, però, es va usar el nom kalium per denominar a l'metall. Precisament d'aquest últim nom prové la lletra 'K', usada com a símbol químic de l'potassi.
El metall té en si poc ús industrial, però origina nombrosos compostos de gran utilitat. Biològicament, però, és molt més important, ja que és un dels elements essencials per al nostre cos.
En les plantes, per exemple, afavoreix la realització de la fotosíntesi, el procés d'osmosi. Promou a més la síntesi de proteïnes, afavorint amb això el creixement de les plantes.
història
potassa
Des de l'antiguitat l'home ha fet servir la potassa com a fertilitzant, desconeixent l'existència de l'potassi, i molt menys la seva relació amb la potassa. Aquesta era preparada de les cendres dels troncs i fulles dels arbres, als quals se'ls afegia aigua, la qual posteriorment era evaporada.
Els vegetals contenen majoritàriament potassi, sodi i calci. Però els compostos de calci són poc solubles en l'aigua. Per aquesta raó, la potassa era un concentrat de compostos de potassi. La paraula es deriva de la contracció de les paraules angleses 'pot' i 'ash'.
En 1702, G. Ernst Stahl va suggerir una diferència entre les sals de sodi i potassi; suggeriment que va ser comprovada per Henry Duhamel du Monceau, en 1736. Com que no es coneixia la composició exacta de les sals, Antoine Lavoiser (1789) va decidir no incloure als àlcalis a la llista d'elements químics.
descobriment
En 1797, el químic alemany Martin Klaproth va descobrir potassa en els minerals leucita i lepidolita, de manera que va concloure que no era solament un producte de les plantes.
En 1806, el químic anglès Sir Humphrey Davy va descobrir que l'enllaç entre els elements d'un compost era de naturalesa elèctrica.
Després, Davy va aïllar potassi mitjançant l'electròlisi d'hidròxid de potassi, aconseguint observar uns glòbuls de lluentor metàl·lica que s'acumulaven a l'ànode. Va trucar a l'metall amb la paraula d'etimologia anglesa potassium.
En 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert va proposar el nom de kalium (Kalio) per al potassi de Davy. Berzelius va evocar el nom de kalium per assignar-li a l'potassi el símbol químic "K".
Finalment, Justus Liebig en 1840 va descobrir que el potassi era un element necessari per a les plantes.
Estructura i configuració electrònica de l'potassi
El potassi metàl·lic cristal·litza en condicions normals en l'estructura cúbica centrada en el cos (bcc, per les seves sigles en anglès: body centered cubic). Aquesta es caracteritza per ser poc densa, la qual cosa concorda amb les propietats de l'potassi. Un àtom K està envoltat de vuit veïns, just al centre d'un cub i amb els altres àtoms K situats en els vèrtexs.
A aquesta fase bcc també se li designa com a fase KI (la primera). Quan augmenta la pressió, l'estructura cristal·lina es compacta a la fase cúbica centrada en les cares (fcc, per face centered cubic). No obstant això, es necessita d'una pressió d'11 GPa perquè aquesta transició passi espontàniament.
Aquesta fase fcc, més densa, se li coneix com K-II. A pressions més altes (80 GPa), i temperatures més baixes (menors a -120 ºC), el potassi adquireix una tercera fase: K-III. El K-III es caracteritza per la seva capacitat d'allotjar altres àtoms o molècules dins les seves cavitats cristal·lines.
Existeixen a més altres dues fases cristal·lines a pressions encara més grans: el K-IV (54 GPa) i KV (90 GPa). A temperatures molt fredes, el potassi exhibeix inclusiu una fase amorfa (amb els àtoms K desordenats).
Nombre d'oxidació
La configuració electrònica de l'potassi és:
4s 1
L'orbital 4s és el més extern i, per tant, posseeix l'únic electró de valència. Aquest en teoria és el responsable de l'enllaç metàl·lic que manté units els àtoms de K per definir un vidre.
A partir de la mateixa configuració electrònica és fàcil entendre per què el potassi sol tenir sempre (o gairebé sempre) un nombre d'oxidació de +1. Quan perd un electró per formar el catió K +, es torna isoelectrónico a el gas noble argó, amb el seu octet de valència complet.
En la majoria dels seus compostos derivats s'assumeix que el potassi es troba com K + (fins i tot si els seus enllaços no siguin purament iònics).
D'altra banda, tot i que menys probable, el potassi pot guanyar un electró, tenint dos electrons en el seu orbital 4s. Així, es torna isoelectrónico a l'metall calci:
4s 2
Es diu llavors que va guanyar un electró i té un nombre d'oxidació negatiu, -1. Quan en un compost es calcula aquest nombre d'oxidació, s'assumeix l'existència de l'anió potasuro, K -.
propietats
aparença
Metall platejat blanc brillant.
massa molar
39,0983 g / mol.
Punt de fusió
83,5 ºC.
Punt d'ebullició
759 ºC.
densitat
-0,862 g / cm 3, a temperatura ambient.
-0,828 g / cm 3, en el punt de fusió (líquid).
solubilitat
Reacciona en forma violenta amb l'aigua. Soluble en amoníac líquid, etilendiamina i anilina. Soluble en altres metalls alcalins per a formar aliatges, i en mercuri.
Densitat de el vapor
1,4 en relació a l'aire pres com 1.
Pressió de vapor
8 mmHg a 432 ºC.
estabilitat
Estable si és protegit de l'aire i la humitat.
Corrosivitat
Pot ser corrosiu en contacte amb els metalls. Per contacte, pot causar cremades de la pell i els ulls.
tensió superficial
86 dines / cm a 100 ºC.
Calor de fusió
2,33 kJ / mol.
Calor de vaporització
76,9 kJ / mol.
Capacitat tèrmica molar
29,6 J / (mol · K).
electronegativitat
0,82 en l'escala de Pauling.
Energies d'ionització
Primer nivell d'ionització: 418,8 kJ / mol.
Segon nivell d'ionització: 3.052 kJ / mol.
Tercer nivell d'ionització: 4.420 kJ / mol.
ràdio atòmic
227 pm.
ràdio covalent
203 ± 12 pm.
expansió tèrmica
83,3 micres / (m · K) a 25 ° C.
conductivitat tèrmica
102,5 W / (m · K).
resistivitat elèctrica
72 nΩ · m (a 25 ºC).
duresa
0,4 en l'escala Mohs.
isòtops naturals
El potassi es presenta com tres isòtops principalment: 39 K (93,258%), 41 K (6,73%) i 40 K (0,012%, radioactiu d'emissió β)
Nomenclatura
Els compostos de potassi tenen per defecte el nombre d'oxidació +1 (llevat d'excepcions molt especials). Per tant, en la nomenclatura estoc s'omet el (I) a la fin dels noms; i en la nomenclatura tradicional, els noms acaben amb el sufix -ic.
Per exemple, el KCl és el clorur de potassi, i no clorur de potassi (I). El seu nom tradicional és clorur potàssic o monocloruro de potassi, d'acord a la nomenclatura sistemàtica.
De resta, llevat que siguin noms molt comuns o de minerals (com la silvina), la nomenclatura entorn a el potassi és bastant simple.
formes
El potassi no es troba en la naturalesa en forma metàl·lica, però pot ser obtingut industrialment sota aquesta forma per a certs usos. Es troba sobretot en els éssers vius, sota la forma iònica (K +). En general, és el principal catió intracel·lular.
El potassi és present en nombrosos compostos, com l'hidròxid, acetat o clorur de potassi, etc. També forma part de prop de 600 minerals, entre ells la silvita, la alunita, la carnal·lita, etc.
El potassi forma aliatges amb altres elements alcalins, com ara el sodi, el cesi i el rubidi. També forma aliatges ternàries amb sodi i cesi, a través de les anomenades fusions eutèctiques.
paper biològic
plantes
El potassi constitueix, al costat de l'nitrogen i el fòsfor, els tres nutrients principals de les plantes. El potassi és absorbit per les arrels en forma iònica: procés afavorit per l'existència de condicions adequades d'humitat, temperatura i oxigenació.
Regula l'obertura i tancament de les estomes foliars: activitat que permet la captació de el diòxid de carboni, el qual es combina amb l'aigua durant la fotosíntesi per formar glucosa i oxigen; aquests són, agents generadors d'ATP que constitueix la principal font energètica dels éssers vius.
Facilita la síntesi d'alguns enzims relacionades amb el creixement de les plantes, a més de l'midó, substància de reserva energètica. També intervé en l'osmosi: procés necessari per a l'absorció radicular d'aigua i minerals; i en l'ascens de l'aigua a través de xilema.
La clorosi és una manifestació d'una deficiència de potassi en les plantes. Es caracteritza per perdre les fulles seva verdor i tornar-grogues, amb vores cremats; i finalment, es produeix una desfoliación, amb un retard en el creixement de les plantes.
animals
En els animals, en general, el potassi és el principal catió intracel·lular amb una concentració de 140 mmol / L; mentre que la concentració extracel·lular varia entre 3,8 i 5,0 mmol / L. El 98% de l'potassi corporal es troba confinat en el compartiment intracel·lular.
Tot i que la ingesta de potassi pot variar entre 40 i 200 mmol / dia, la seva concentració extracel·lular és mantinguda constant per la seva regulació de l'excreció renal. En aquesta intervé l'hormona aldosterona, que regula la secreció de potassi a nivell dels túbuls col·lectors i distals.
El potassi és el responsable central en el manteniment de l'osmolaritat intracel·lular i, per tant, és el responsable de l'manteniment de la integritat cel·lular.
Tot i que la membrana plasmàtica és relativament permeable el potassi, la seva concentració intracel·lular és mantinguda per l'activitat de l'enzim Na, ATPasa (bomba de sodi i potassi) que treu tres àtoms de sodi i introdueix dos àtoms de potassi.
Repolarització de les cèl·lules
Les cèl·lules excitables, conformades per les neurones i les cèl·lules musculars estriades i llises; i les cèl·lules musculars estriades, constituïdes per les cèl·lules musculars esquelètiques i cardíaques, totes són capaços de formar potencials d'acció.
L'interior de les cèl·lules excitables està carregat negativament amb relació a l'exterior cel·lular, però a l'ésser estimulades adequadament augmenta la permeabilitat de la membrana plasmàtica de les cèl·lules a l'sodi. Aquest catió penetra a través de la membrana plasmàtica i torna l'interior cel·lular positiu.
El fenomen ocorregut s'anomena potencial d'acció, el qual presenta un conjunt de propietats, entre elles, és capaç de propagar al llarg de la neurona. Una ordre emesa pel cervell viatja en forma de potencials d'acció a un múscul determinat per provocar la seva contracció.
Perquè es produeixi un nou potencial acció, l'interior cel·lular ha de tenir una càrrega negativa. Per a això, es produeix una sortida de potassi de l'interior cel·lular, tornant aquest al seu negativitat original. Aquest procés és anomenat repolarització, sent una funció principal de l'potassi.
Per tant, es diu que la formació dels potencials d'acció i inici de la contracció muscular és una responsabilitat compartida de l'sodi i potassi.
altres funcions
El potassi compleix altres funcions en els éssers humans, com el to vascular, el control de la pressió sanguínia sistèmica i la motilitat gastrointestinal.
Un augment de la concentració plasmàtica de potassi (hiperpotassèmia), produeix una sèrie de símptomes com ara ansietat, nàusees, vòmits, dolors abdominals i irregularitats en l'electrocardiograma. L'ona T que està relacionada amb la repolarització ventricular és alta i ampla.
Aquest registre s'explica perquè a l'augmentar la concentració extracel·lular de potassi, aquest surt més lentament a l'exterior cel·lular, de manera que la repolarització ventricular és més lenta.
Una disminució en la concentració plasmàtica de potassi (hipocalcèmia), presenta, entre altres, els símptomes següents: debilitat muscular, disminució de la motilitat intestinal, disminució de la filtració glomerular, arítmia cardíaca i aplanament de l'ona T de l'electrocardiograma.
L'ona T s'escurça, ja que a l'disminuir la concentració extracel·lular de potassi, es facilita la seva sortida cap a l'exterior cel·lular i la durada de la repolarització disminueix.
On es troba el potassi i producció
Cristall de silvita, el qual consisteix pràcticament de clorur de potassi. Font: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0
El potassi es troba principalment en roques ígnies, lutites i en sediments. A més, en minerals com la moscovita i l'ortoclasa, que són insolubles en l'aigua. L'ortoclasa és un mineral que se sol presentar en les roques ígnies i en el granit.
El potassi també està present en compostos minerals solubles en l'aigua, com la carnal·lita (KMgCl 3 · 6H 2 O), la silvita (KCl), i la landbeinita, que es troben en llits secs de llacs i en el fons marí.
A més, el potassi es troba en salmorres i com a producte de la incineració de troncs i fulles de plantes en un procés usat per a la producció de la potassa. Encara que la seva concentració en aigua de mar és baixa (0,39 g / L), també es fa servir per a l'obtenció de potassi.
El potassi s'hagi present en grans jaciments, com l'existent a Saskatchewan, al Canadà, ric en el mineral silvita (KCl) i capaç de produir el 25% de l'consum mundial de potassi. Els líquids de deixalles de les salines poden contenir una quantitat important de potassi, sota la forma de KCl.
electròlisi
El potassi es produeix per dos mètodes: electròlisi i tèrmic. En l'electròlisi s'ha seguit, sense grans modificacions, el mètode usat per Davy per aïllar el potassi.
No obstant això, aquest mètode des del punt industrial no ha estat eficient, ja que s'ha de disminuir l'alt punt de fusió dels compostos de potassi fosos.
El mètode d'electròlisi de l'hidròxid de potassi va ser usat industrialment en la dècada de 1920. El mètode tèrmic no obstant el va suplantar, i es va convertir en el mètode dominant a partir del 1950 per a la producció d'aquest metall.
mètode tèrmic
En el mètode tèrmic el potassi és produït per la reducció de clorur potassi fos a 870 ºC. Aquest alimenta contínuament a una columna de destil·lació embalatge amb la sal. Mentrestant, el vapor de sodi passa a través de la columna per produir la reducció de l'clorur de potassi.
El potassi és el component més volàtil de la reacció i s'acumula a la part superior de la columna de destil·lació, on és recollit en forma contínua. La producció de potassi metàl·lic pel mètode tèrmic pot esquematitzar-se en la següent equació química:
Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)
També s'usa en la producció de potassi el procés de Griesheimer, el qual empra la reacció de l'fluorur de potassi amb el carbur de calci:
2 KF + CaC 2 => 2 K + CaF 2 + 2 C
reaccions
inorgàniques
El potassi és un element molt reactiu que reacciona ràpidament amb l'oxigen per a formar tres òxids: òxid (K 2 O), peròxid (K 2 O 2) i superòxid (KO 2) de potassi.
El potassi és un element fortament reductor, per això s'oxida més ràpidament que la majoria dels metalls. És utilitzat per reduir les sals de metalls, reemplaçant el potassi a l'metall de la sal. Aquest mètode permet l'obtenció de metalls purs:
MgCl 2 + 2 K => Mg + 2 KCl
El potassi reacciona fortament amb l'aigua per formar hidròxid de potassi i alliberar el gas hidrogen de caràcter explosiu (imatge inferior):
Potassi metàl·lic reaccionant amb una dissolució aquosa de fenolftaleïna, la qual es tenyeix de vermell violaci a l'alliberar els ions OH- a l'mig. Cal notar la formació de gas hidrogen. Font: Ozone aurora i Philip Evans via Wikipedia.
L'hidròxid de potassi pot reaccionar amb el diòxid de carboni per produir el carbonat de potassi.
El potassi reacciona amb el monòxid de carboni a temperatura de 60 º C per produir un carbonil explosiu (K 6 C 6 O 6). També reacciona amb hidrogen a 350 ºC, formant un hidrur. Així mateix, és altament reactiu amb els halògens, i explota en contacte amb el brom líquid.
També es produeixen explosions quan el potassi reacciona amb els àcids halogenats, com l'àcid clorhídric, i la barreja és colpejada o sacsejada fortament. El potassi fos reacciona més amb sofre i sulfur d'hidrogen.
Orgàniques
Reacciona amb compostos orgànics que contenen grups actius, però és inert als hidrocarburs alifàtics i aromàtics. El potassi reacciona lentament amb l'amoni per formar potasomina (KNH 2).
A l'contrari el sodi, el potassi reacciona amb el carboni sota la forma de grafit per formar una sèrie de compostos interlaminars. Aquests compostos tenen relacions atòmiques carboni-potassi: 8, 16, 24, 36, 48, 60 o 1; és a dir, KC 60, per exemple.
usos
potassi metàl·lic
No hi ha molta demanda industrial pel potassi metàl·lic. La major part es converteix en superòxid de potassi, usat en els equips de respiració, ja que allibera oxigen i elimina el diòxid de carboni i el vapor d'aigua.
L'aliatge de NaK té gran capacitat d'absorció de calor, de manera que es fa servir com a refrigerant en alguns reactors nuclears. Així mateix, s'ha fet servir el metall vaporitzat en turbines.
compostos
clorur
Es fa servir el KCl en l'agricultura com a fertilitzant. També s'usa com a matèria primera per a la producció d'altres compostos de potassi, com l'hidròxid de potassi.
hidròxid
També coneguda amb el nom de potassa càustica, KOH, s'usa en la fabricació de sabons i detergents.
La seva reacció amb el iode produeix iodur de potassi. Aquesta sal és agregada a la sal de taula (NaCl) i a el pinso per a protegir-ho contra una deficiència de iode. L'hidròxid de potassi és usat en la fabricació de les piles alcalines.
nitrat
També conegut com salnitre, KNO 3, és usat com a fertilitzant. A més, és usat en l'elaboració de focs artificials; com a conservant d'aliments, i en l'enduriment de l'vidre.
cromat
S'utilitza en la producció de fertilitzant i producció d'alum de potassi.
carbonat
S'utilitza en la fabricació de vidres, especialment els utilitzats en la fabricació dels televisors.
referències
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2019). Potassium. Recuperat de: en.wikipedia.org
- McKeehan LW (1922). The Crystal Structure of Potassium. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 8 (8), 254-255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
- Masafumi Sakata i col. (2017). Structural phase transition of potassium under high-pressure and low-temperature condition. J. Phys.: Conf. Ser. 950 042.020.
- National Center for Biotechnology Information. (2019). Potassium. PubChem Database., CID = 5.462.222. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- The Editors of Encyclopaedia Britannica. (3 maig 2019). Potassium. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
- Royal Society of Chemistry. (2019). Potassium. Recuperat de: rsc.org
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 de gener de al 2019). 10 Potassium Facts. Recuperat de: thoughtco.com
- Best & Taylor. (2003). Bases Fisiològiques de la Pràctica Mèdica. (13a Edició en Espanyol). Editorial Mèdica Panamericana.
- Olmo Axayacatl. (02 de març del 2018). Importància de l'potassi (K) en les plantes cultivades. Recuperat de: blogagricultura.com
- Lenntech BV (2019). Potassium. Recuperat de: lenntech.com