Potassium (k)

Nous expliquons quels potassium, son histoire, sa structure chimique, ses propriétés physiques et chimiques, les réactions, les utilisations et plus.

Qu'est-ce que le potassium?

Il potassium C'est un métal alcalin dont le symbole chimique est k. Son numéro atomique est de 19 et est situé sous le sodium dans le tableau périodique. C'est un métal doux qui peut même être coupé avec un couteau. De plus, il est assez léger et peut flotter sur de l'eau liquide tout en réagissant vigoureusement.

Juste coupé, il présente une couleur argentée très brillante, mais lorsqu'elle est exposée à l'air, elle s'oxyde rapidement.

Le potassium réagit de manière explosive avec de l'eau pour former l'hydroxyde de potassium et l'hydrogène gazeux. Ce gaz est précisément la cause de l'explosivité de la réaction. Quand il brûle dans le briquet, leurs atomes excités colorent la flamme d'une couleur lilas intense; C'est l'une de ses preuves qualitatives.

C'est le septième plus abondant de la croûte terrestre et représente 2,6% de son poids. Il se trouve principalement dans les roches ignées, les lutitas et les sédiments, en plus de minéraux tels que Silvita (KCL). Contrairement au sodium, sa concentration dans l'eau de mer est faible (0,39 g / L).

Histoire du potassium

Potasse

Depuis l'antiquité, l'homme a utilisé la potasse comme engrais, ignorant l'existence du potassium, encore moins sa relation avec la potasse. Ceci a été préparé à partir des cendres des troncs et des feuilles des arbres, à laquelle de l'eau a été ajoutée, qui a ensuite été évaporée.

Les légumes contiennent principalement du potassium, du sodium et du calcium. Mais les composés calciques sont peu solubles dans l'eau. Pour cette raison, la potasse était un concentré de composés de potassium. Le mot est dérivé de la contraction des mots anglais «pot» et «cendre».

En 1702, g. Ernst Stahl a suggéré une différence entre les sels de sodium et de potassium; Suggestion qui a été prouvée par Henry Duhamel du Monceau, en 1736. Comme la composition exacte des sels n'était pas connue, Antoine Lavillon (1789) a décidé de ne pas inclure les alcalis dans la liste des éléments chimiques.

Découverte

En 1797, le chimiste allemand Martin Klaproth a découvert la potasse à Leukita et les minéraux de lépidolite, alors il a conclu que ce n'était pas seulement un produit de plantes.

En 1806, le chimiste anglais Sir Humphrey Davy a découvert que le lien entre les éléments d'un composé était de nature électrique.

Ensuite, Davy isolé de potassium à travers l'électrolyse d'hydroxyde de potassium, observant les globules de luminosité métallique qui s'accumulent dans l'anode. Il a appelé le métal avec le mot d'étymologie anglaise potassium.

En 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert a proposé le nom de Kalium (Kalio) pour le potassium de Davy. Berzelius a évoqué le nom de Kalium pour attribuer le symbole chimique "K" au potassium.

Enfin, Justus Liebig en 1840 a découvert que le potassium était un élément nécessaire pour les plantes.

Structure et configuration électroniques de potassium

Le potassium métallique cristallise dans des conditions normales dans la structure cubique centrée sur le corps (BCC). Ceci se caractérise par un peu dense, ce qui est d'accord avec les propriétés de potassium. Un atome K est entouré de huit voisins, en plein centre d'un cube et avec les autres atomes K situés dans les sommets.

Cette phase BCC est également désignée comme phase K-I (la première). Lorsque la pression augmente, la structure cristalline est compacte à la phase cubique centrée sur les faces (FCC, par la face cubique centrée sur le visage). Cependant, une pression de 11 GPa est nécessaire pour qu'une telle transition se produise spontanément.

Cette phase FCC, plus dense, est connue sous le nom de K-II. À des pressions plus élevées (80 GPa) et à des températures plus basses (inférieures à -120 ºC), le potassium acquiert une troisième phase: K -III. K-III se caractérise par sa capacité à abriter d'autres atomes ou molécules dans ses cavités cristallines.

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Il existe également deux autres phases cristallines à des pressions encore plus importantes: le K-IV (54 GPa) et K-V (90 GPa). À des températures très froides, le potassium présente une phase amorphe (avec des atomes de K désordonnés).

Numéro d'oxydation

La configuration électronique de potassium est:

[Ar] 4s¹

L'orbitale 4S est la plus externe et, par conséquent, il a le seul électron à Valence. Cette théorie est responsable du lien métallique qui maintient les atomes K pour définir un cristal.

D'après la même configuration électronique, il est facile de comprendre pourquoi le potassium a toujours (ou presque toujours) un nombre d'oxydation de +1. Lorsque vous perdez un électron pour former le k cation⁺, Il devient islectronique au gaz argon noble, avec son octobre de valence complet.

Dans la plupart de ses composés dérivés, il est supposé que le potassium est comme k⁺ (même si vos liens ne sont pas purement ioniques).

D'un autre côté, bien que moins probable, le potassium peut gagner un électron, ayant deux électrons dans son orbital 4s. Ainsi, il devient islectronique du métal de calcium:

[Ar] 4s²

On dit alors qu'il a gagné un électron et a un numéro d'oxydation négatif, -1. Lorsque ce numéro d'oxydation est calculé dans un composé, l'existence de l'anion Potasuro est supposée, k^-.

Propriétés de potassium

Apparence

Métal argenté blanc brillant.

Charge nucléaire efficace

La charge nucléaire efficace de potassium est +1. Il a une faible énergie d'ionisation, il a donc une grande facilité pour perdre le seul électron présent dans sa couche externe.

Masse molaire

39 0983 g / mol.

Point de fusion

83,5 ºC.

Point d'ébullition

759 ºC.

Densité

-0,862 g / cm³, à température ambiante.

-0,828 g / cm³, Au point de fusion (liquide).

Solubilité

Réagir violemment avec l'eau. Soluble dans l'ammoniac liquide, l'éthylendiamine et l'aniline. Soluble dans d'autres métaux alcalins pour former des alliages et dans le mercure.

Densité de vapeur

1.4 Dans la relation aérienne prise comme 1.

La pression de vapeur

8 mmHg à 432 ºC.

La stabilité

Stable s'il est protégé de l'air et de l'humidité.

Corrosivité

Il peut être corrosif en contact avec les métaux. Par contact, il peut provoquer des brûlures de la peau et des yeux.

Tension superficielle

86 dynas / cm à 100 ºC.

Chaleur de fusion

2,33 kJ / mol.

Chaleur de vaporisation

76,9 kJ / mol.

Capacité thermique molaire

29.6 J / (mol · k).

Électronégativité

0,82 sur l'échelle Pauling.

Énergies d'ionisation

Premier niveau d'ionisation: 418,8 kJ / mol.

Deuxième niveau d'ionisation: 3.052 kJ / mol.

Troisième niveau d'ionisation: 4.420 kJ / mol.

Radio atomique

227 h.

Radio-covalent

203 ± 12 h.

Dilatation thermique

83,3 µm / (m · k) à 25 ° C.

Conductivité thermique

102,5 w / (m · k).

Résistivité électrique

72 nΩ · m (à 25 ºC).

Dureté

0,4 sur l'échelle Mohs.

Isotopes naturels

Le potassium est présenté comme trois isotopes principalement: ³⁹K (93 258%),⁴¹K (6,73%) et ⁴⁰K (0,012%, émission radioactive β)

Nomenclature

Les composés de potassium ont le numéro d'oxydation +1 par défaut (sauf pour des exceptions très spéciales). Par conséquent, dans la nomenclature des stocks, le (i) est omis à la fin des noms; Et dans la nomenclature traditionnelle, les noms se terminent par le suffixe -ico.

Par exemple, le KCL est le chlorure de potassium et non le chlorure de potassium (I). Son nom traditionnel est le chlorure de potassium ou le monoclorure de potassium, selon la nomenclature systématique.

Du reste, à moins qu'ils ne soient des noms très courants ou minéraux (comme Silvina), la nomenclature autour du potassium est assez simple.

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Formes

Le potassium n'est pas trouvé dans la nature sous forme métallique, mais peut être obtenu industriellement sous cette forme pour certaines utilisations. Il se trouve surtout dans les êtres vivants, sous forme ionique (k⁺). En général, c'est le principal cation intracellulaire.

Le potassium est présent dans de nombreux composés, tels que l'hydroxyde, l'acétate ou le chlorure de potassium, etc. Il fait également partie d'environ 600 minéraux, dont La Silvita, La Alunita, La Carnalita, etc.

Le potassium forme des alliages avec d'autres éléments alcalins, comme le sodium, le césium et le rubidium. Il forme également des alliages non liés au sodium et au césium, à travers les fusions eutctiques si appelées.

Papier biologique

Étages

Le potassium constitue, avec l'azote et le phosphore, les trois principaux nutriments des plantes. Il est absorbé par les racines sous forme ionique: processus favorisé par l'existence d'humidité, de température et d'oxygénation adéquate.

Les animaux

Chez les animaux, en général, le potassium est le principal cation intracellulaire avec une concentration de 140 mmol / L; tandis que la concentration extracellulaire varie entre 3,8 et 5,0 mmol / L. 98% du potassium corporel est confiné dans le compartiment intracellulaire.

Repolarisation cellulaire

La formation de potentiels d'action et le début de la contraction musculaire est une responsabilité partagée pour le sodium et le potassium.

Autres fonctions

Le potassium remplit d'autres fonctions chez l'homme, comme le ton vasculaire, le contrôle de la pression artérielle systémique et la motilité gastro-intestinale.

Où est le potassium et la production

Silvita Crystal, qui consiste pratiquement du chlorure de potassium. Source: Rob Lavinsky, Irocks.com-cc-by-sa-3.0 [cc by-sa 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Le potassium se trouve principalement dans les roches ignées, les lutitas et les sédiments. De plus, dans des minéraux tels que la muscovite et l'ortoclase, qui sont insolubles dans l'eau. Ortoclase est un minéral qui est généralement présenté dans les roches ignées et en granit.

Le potassium est également présent dans les composés minéraux solubles dans l'eau, comme le carnalite (KMGCL₃· 6h₂O), La Silvita (KCL) et Landbeinita [K₂Mg₂(SW₄)₃], qui se trouvent dans des lits secs des lacs et dans le fond marin.

De plus, le potassium se trouve à Salmuelas et comme produit de l'incinération des troncs et des feuilles végétales dans un processus utilisé pour la production de potasse. Bien que sa concentration dans l'eau de mer soit faible (0,39 g / L), il est également utilisé pour obtenir du potassium.

Le potassium a été présenté dans de grands dépôts, comme celui existant en Saskatchewan, au Canada, riche en minéral Silvita (KCL) et capable de produire 25% de la consommation mondiale de potassium. Les liquides déchets de Salinas peuvent contenir une quantité importante de potassium, sous forme de KCl.

Électrolyse

Le potassium est produit par deux méthodes: électrolyse et thermique. En électrolyse, la méthode utilisée par Davy pour isoler le potassium a été suivie, sans de grandes modifications.

Cependant, cette méthode du point industriel n'a pas été efficace, car le point de fusion élevé des composés de potassium en fusion doit être réduit.

La méthode d'électrolyse en hydroxyde de potassium a été utilisée industriellement dans les années 1920. La méthode thermique l'a néanmoins supplantée et est devenue la méthode dominante de 1950 pour la production de ce métal.

Méthode thermique

Dans la méthode thermique, le potassium est produit par la réduction du chlorure de potassium fondu à 870 ºC. Cela alimente en continu une colonne de distillation remplie de sel. Pendant ce temps, la vapeur de sodium passe à travers la colonne pour produire la réduction du chlorure de potassium.

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Le potassium est le composant le plus volatil de la réaction et s'accumule en haut de la colonne de distillation, où il est collecté en continu. La production métallique de potassium par la méthode thermique peut être schématique dans l'équation chimique suivante:

Na (g) + kcl (l) => k (l) + nacl (l)

Le processus de Griesheimer est également utilisé dans la production de potassium, qui utilise la réaction de fluorure de potassium avec le carbure de calcium:

2 kf + cac₂     => 2 k + café₂    +     2 c

Réactions

Inorganique

Le potassium est un élément très réactif qui réagit rapidement avec l'oxygène pour former trois oxydes: l'oxyde (k₂O), peroxyde (k₂SOIT₂) et superoxyde (KO₂) Potassium.

Le potassium est un élément fortement réducteur, il s'oxyde donc plus rapidement que la plupart des métaux. Il est utilisé pour réduire les sels métalliques, en remplaçant le potassium en métal salé. Cette méthode permet d'obtenir des métaux purs:

MGCL₂    +     2 k => mg +2 kCl

Le potassium réagit fortement avec de l'eau pour former l'hydroxyde de potassium et libérer de l'hydrogène gazeux (image inférieure):

Le potassium métallique réagissant avec une solution aqueuse de phénolphtaleine, qui est teint à partir de rouge violet en libérant des ions OH sur le milieu. Notez la formation d'hydrogène gazeux. Source: Ozone Aurora et Philip Evans via Wikipedia.

L'hydroxyde de potassium peut réagir avec du dioxyde de carbone pour produire du carbonate de potassium.

Le potassium réagit avec le monoxyde de carbone à une température de 60 ºC pour produire un carbonyle explosif (k₆C₆SOIT₆). Il réagit également avec l'hydrogène à 350 ºC, formant un hydrure. Il est également très réactif avec les halogènes et explose en contact avec du brome liquide.

Des explosions sont également produites lorsque le potassium réagit avec les acides halogénés, tels que l'acide chlorhydrique, et le mélange est fortement battu ou secoué. Le potassium fondu réagit également avec le soufre et le sulfure d'hydrogène.

BIO

Il réagit avec des composés organiques contenant des groupes actifs, mais il est inerte aux hydrocarbures aliphatiques et aromatiques. Le potassium réagit lentement avec l'ammonium pour former la potasomine (KNH₂).

Contrairement au sodium, le potassium réagit avec le carbone sous forme de graphite pour former une série de composés interlaminaires. Ces composés ont des relations atomiques en carbone-potassium: 8, 16, 24, 36, 48, 60 ou 1; c'est-à-dire KC₆₀, par exemple.

Utilisations de potassium

Potassium métallique

Il n'y a pas beaucoup de demande industrielle de potassium métallique. La majeure partie devient du superoxyde de potassium, utilisée dans l'équipement respiratoire, car il libère de l'oxygène et élimine le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau.

L'alliage de Nak a une grande capacité d'absorption de chaleur, il est donc utilisé comme réfrigérant dans certains réacteurs nucléaires. De plus, le métal vaporisé a été utilisé dans les turbines.

Composés

Chlorure

Le KCL est utilisé dans l'agriculture comme engrais. Il est également utilisé comme matière première pour la production d'autres composés de potassium, comme l'hydroxyde de potassium.

Hydroxyde

Également connu sous le nom de potasse caustique, KOH, est utilisé dans la fabrication de savons et de détergents.

Sa réaction avec l'iode produit de l'iodure de potassium. Ce sel est ajouté au sel de table (NaCl) et à l'alimentation pour le protéger contre une carence en iode. L'hydroxyde de potassium est utilisé dans la fabrication de batteries alcalines.

Nitrate

Aussi connu sous le nom de Salitre, Kno₃, est utilisé comme engrais. De plus, il est utilisé dans l'élaboration des feux d'artifice; comme conservateur alimentaire, et dans le durcissement du verre.

Chromate

Il est utilisé dans la production d'engrais et la production d'aluminium de potassium.

Carbonate

Il est utilisé dans la fabrication du verre, en particulier ceux utilisés dans la fabrication de téléviseurs.

Les références

1. Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Potassium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Potassium. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: Britannica.com