Potassio (k)

Spieghiamo cosa potassio, storia, struttura chimica, proprietà fisiche e chimiche, reazioni, usi e altro ancora.

Cos'è il potassio?

Lui potassio È un metallo alcalino il cui simbolo chimico è k. Il suo numero atomico è 19 e si trova sotto il sodio nella tavola periodica. È un metallo morbido che può anche essere tagliato con un coltello. Inoltre, è abbastanza leggero e può galleggiare su acqua liquida mentre reagisce vigorosamente.

Basta tagliare, presenta un colore argento molto brillante, ma se esposto all'aria si ossida rapidamente.

Il potassio reagisce in modo esplosivo con l'acqua per formare idrossido di potassio e idrogeno gassoso. Proprio questo gas è la causa dell'esplosività della reazione. Quando brucia nel più leggero, i loro atomi eccitati colorano la fiamma di un intenso colore lilla; Questa è una delle sue prove qualitative.

È il settimo più abbondante nella crosta terrestre e rappresenta il 2,6% del suo peso. Si trova principalmente in rocce ignee, lutitas e sedimenti, oltre a minerali come Silvita (KCL). A differenza del sodio, la sua concentrazione nell'acqua di mare è bassa (0,39 g/L).

Storia di potassio

Potassa

Dall'antichità, l'uomo ha usato Potassa come fertilizzante, ignorando l'esistenza di potassio, tanto meno la sua relazione con Potassa. Questo è stato preparato dalle ceneri dei tronchi e delle foglie degli alberi, a cui è stata aggiunta l'acqua, che è stata successivamente evaporata.

Le verdure contengono principalmente potassio, sodio e calcio. Ma i composti di calcio sono poco solubili in acqua. Per questo motivo, Potassa era un concentrato di composti di potassio. La parola deriva dalla contrazione delle parole inglesi "Pot" e "Ash".

Nel 1702, G. Ernst Stahl ha suggerito una differenza tra sali di sodio e potassio; Suggerimento dimostrato da Henry Duhamel du Monceau, nel 1736. Poiché la composizione esatta dei sali non era nota, Antoine Lavoiser (1789) decise di non includere gli alcali nell'elenco degli elementi chimici.

Scoperta

Nel 1797, il chimico tedesco Martin Klaproth scoprì Potassa in minerali Leukita e lepidolite, quindi concluse che non era solo un prodotto delle piante.

Nel 1806, il chimico inglese Sir Humphrey Davy scoprì che il legame tra gli elementi di un composto era di natura elettrica.

Quindi, Davy ha isolato il potassio attraverso l'elettrolisi dell'idrossido di potassio, osservando globuli di luminosità metallica che si sono accumulati nell'anodo. Chiamò il metallo con la parola del potassio di etimologia inglese.

Nel 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propose il nome di Kalium (Kalio) per il potassio di Davy. Berzelius ha evocato il nome del Kalium per assegnare il simbolo chimico "K" al potassio.

Infine, Justus Liebig nel 1840 scoprì che il potassio era un elemento necessario per le piante.

Struttura elettronica e configurazione di potassio

Il potassio metallico si cristallizza in condizioni normali nella struttura cubica centrale (BCC). Questo è caratterizzato dall'essere poco denso, il che è d'accordo con le proprietà del potassio. Un atomo K è circondato da otto vicini, proprio al centro di un cubo e con gli altri atomi K situati nei vertici.

Questa fase BCC è anche designata come Fase K-I (la prima). Quando la pressione aumenta, la struttura cristallina è compatta alla fase cubica centrata sui volti (FCC, da cubico centrato sul viso). Tuttavia, è necessaria una pressione di 11 GPa per tale transizione spontaneamente.

Questa fase FCC, più densa, è conosciuta come K-II. A pressioni più elevate (80 GPa) e temperature più basse (inferiori a -120 ºC), il potassio acquisisce una terza fase: k -iii. K-III è caratterizzato dalla sua capacità di ospitare altri atomi o molecole all'interno delle sue cavità cristalline.

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Ci sono anche altre due fasi cristalline a pressioni ancora più grandi: K-IV (54 GPa) e K-V (90 GPA). A temperature molto fredde, il potassio presenta una fase amorfa (con atomi K disordinati).

Numero di ossidazione

La configurazione elettronica di potassio è:

[Ar] 4s¹

L'orbitale 4S è più esterno e, quindi, ha l'unico elettrone a Valencia. Questo in teoria è responsabile del legame metallico che tiene insieme gli atomi K per definire un cristallo.

Dalla stessa configurazione elettronica è facile capire perché il potassio ha sempre (o quasi sempre) un numero di ossidazione di +1. Quando perdi un elettrone per formare il k cation⁺, Diventa isolectronic a nobile argon gas, con il suo completo Valencia.

Nella maggior parte dei suoi composti derivati ​​si presume che il potassio sia come K⁺ (anche se i tuoi collegamenti non sono puramente ionici).

D'altra parte, sebbene meno probabile, il potassio può vincere un elettrone, con due elettroni nei suoi 4s orbitali. Pertanto, diventa isolectronico per il metallo di calcio:

[Ar] 4s²

Si dice quindi che abbia vinto un elettrone e ha un numero di ossidazione negativo, -1. Quando questo numero di ossidazione viene calcolato in un composto, si assume l'esistenza dell'anione di Potasuro, k^-.

Proprietà di potassio

Aspetto

Metallo argento bianco brillante.

Carico nucleare efficace

L'efficace carico nucleare di potassio è +1. Ha una bassa energia di ionizzazione, quindi ha una grande facilità perdere l'unico elettrone presente nel suo strato esterno.

Massa molare

39.0983 g/mol.

Punto di fusione

83,5 ºC.

Punto di ebollizione

759 ºC.

Densità

-0,862 g/cm³, a temperatura ambiente.

-0,828 g/cm³, Al punto di fusione (liquido).

Solubilità

Reagire violentemente con l'acqua. Solubile in ammoniaca liquida, etilendiamina e anilina. Solubile in altri metalli alcalini per formare leghe e in mercurio.

Densità del vapore

1.4 Nella relazione aerea presa come 1.

Pressione del vapore

8 mmHg a 432 ºC.

Stabilità

Stabile se è protetto dall'aria e dall'umidità.

Corrosività

Può essere corrosivo in contatto con i metalli. Per contatto, può causare bruciature per la pelle e gli occhi.

Tensione superficiale

86 dynas/cm a 100 ºC.

Calore di fusione

2,33 kJ/mol.

Calore di vaporizzazione

76,9 kJ/mol.

Capacità termica molare

29,6 J/(mol · K).

Elettronegatività

0,82 sulla scala Pauling.

Energie di ionizzazione

Primo livello di ionizzazione: 418,8 kJ/mol.

Secondo livello di ionizzazione: 3.052 kj/mol.

Terzo livello di ionizzazione: 4.420 kJ/mol.

Radio atomica

227 pm.

Radio covalente

203 ± 12 pm.

Dilatazione termica

83,3 µm/(m · k) a 25 ° C.

Conduttività termica

102,5 W/(M · K).

Resistività elettrica

72 nω · m (a 25 ºC).

Durezza

0.4 sulla scala MOHS.

Isotopi naturali

Il potassio è presentato principalmente come tre isotopi: ³⁹K (93.258 %),⁴¹K (6,73 %) e ⁴⁰K (0,012 %, emissione radioattiva β)

Nomenclatura

I composti di potassio hanno il numero di ossidazione +1 per impostazione predefinita (ad eccezione di eccezioni molto speciali). Pertanto, nella nomenclatura delle azioni il (i) viene omesso alla fine dei nomi; E nella nomenclatura tradizionale, i nomi finiscono con il suffisso -ico.

Ad esempio, KCl è cloruro di potassio e non cloruro di potassio (I). Il suo nome tradizionale è il cloruro di potassio o il monocloruro di potassio, secondo la nomenclatura sistematica.

Del resto, a meno che non siano nomi molto comuni o minerali (come Silvina), la nomenclatura intorno al potassio è piuttosto semplice.

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Forme

Il potassio non si trova in natura in forma metallica, ma può essere ottenuto industrialmente sotto questa forma per determinati usi. Si trova soprattutto negli esseri viventi, in forma ionica (k⁺). In generale, è il principale catione intracellulare.

Il potassio è presente in numerosi composti, come idrossido, acetato o cloruro di potassio, ecc. Fa anche parte di circa 600 minerali, tra cui La Silvita, La Alunita, La CarNalita, ecc.

Il potassio forma leghe con altri elementi alcalini, come sodio, cesio e rubidio. Forma anche leghe noundal con sodio e cesio, attraverso le fusioni eutctiche così chiamate.

Carta biologica

Piani

Il potassio costituisce, insieme a azoto e fosforo, i tre principali nutrienti delle piante. È assorbito dalle radici in forma ionica: processo favorito dall'esistenza di adeguate condizioni di umidità, temperatura e ossigenazione.

Animali

Negli animali, in generale, il potassio è il principale catione intracellulare con una concentrazione di 140 mmol/L; Mentre la concentrazione extracellulare varia tra 3,8 e 5,0 mmol/L. Il 98 % del potassio del corpo è limitato nel compartimento intracellulare.

Ripolarizzazione cellulare

La formazione di potenziali d'azione e l'inizio della contrazione muscolare è una responsabilità condivisa per sodio e potassio.

Altre funzioni

Il potassio svolge altre funzioni nell'uomo, come il tono vascolare, il controllo della pressione arteriosa sistemica e la motilità gastrointestinale.

Dov'è il potassio e la produzione

Silvita Crystal, che consiste praticamente cloruro di potassio. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.Com-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Il potassio si trova principalmente in rocce ignee, lutitas e sedimenti. Inoltre, in minerali come muscovite e ortoclasio, che sono insolubili in acqua. Ortoclasio è un minerale che di solito è presentato in rocce ignee e granite.

Il potassio è presente anche nei composti minerali solubili in acqua, come la carnalite (KMGCL₃· 6h₂O), La Silvita (KCl) e Landbeinita [K₂Mg₂(SW₄)₃], che si trovano in letti secchi di laghi e nel fondo del mare.

Inoltre, il potassio si trova in Salmuelas e come prodotto dell'incenerimento di tronchi e foglie di piante in un processo utilizzato per la produzione di potassa. Sebbene la sua concentrazione nell'acqua di mare sia bassa (0,39 g/L), viene anche utilizzata per ottenere potassio.

Il potassio è stato presentato in grandi depositi, come quello esistente in Saskatchewan, in Canada, ricco di Silvita Mineral (KCL) e in grado di produrre il 25 % del consumo globale di potassio. I fluidi per rifiuti di Salinas possono contenere una quantità significativa di potassio, sotto forma di KCL.

Elettrolisi

Il potassio è prodotto con due metodi: elettrolisi e termico. Nell'elettrolisi, è stato seguito il metodo utilizzato da Davy per isolare il potassio, senza ottime modifiche.

Tuttavia, questo metodo dal punto industriale non è stato efficiente, poiché l'elevato punto di fusione dei composti di potassio fuso deve essere ridotto.

Il metodo di elettrolisi dell'idrossido di potassio è stato utilizzato industrialmente negli anni '20. Il metodo termico lo soppiantò e divenne il metodo dominante dal 1950 per la produzione di questo metallo.

Metodo termico

Nel metodo termico il potassio è prodotto dalla riduzione del cloruro di potassio fuso a 870 ºC. Questo alimenta continuamente una colonna di distillazione ricca di sale. Nel frattempo, il vapore di sodio passa attraverso la colonna per produrre la riduzione del cloruro di potassio.

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Il potassio è il componente più volatile della reazione e si accumula nella parte superiore della colonna di distillazione, dove viene continuamente raccolto. La produzione metallica di potassio con il metodo termico può essere schematizzata nella seguente equazione chimica:

Na (g) +kcl (l) => k (l) +NaCl (L)

Il processo Griesheimer viene utilizzato anche nella produzione di potassio, che utilizza la reazione al fluoruro di potassio con carburo di calcio:

2 kf +cac₂     => 2 k +caffè₂    +     2 c

Reazioni

Inorganico

Il potassio è un elemento molto reattivo che reagisce rapidamente con ossigeno per formare tre ossidi: ossido (k₂O), perossido (k₂O₂) e superossido (KO₂) Potassio.

Il potassio è un elemento fortemente riducente, quindi si ossida più rapidamente della maggior parte dei metalli. Viene utilizzato per ridurre i sali di metallo, sostituendo il potassio al metallo salato. Questo metodo consente di ottenere metalli puri:

MGCL₂    +     2 k => mg +2 kcl

Il potassio reagisce fortemente con l'acqua per formare idrossido di potassio e rilasciare idrogeno esplosivo (immagine inferiore):

Potassio metallico Reagente con una soluzione acquosa di fenolftaleina, che è tinta dal rosso viola rilasciando ioni OH sul mezzo. Nota la formazione di idrogeno gas. Fonte: Ozone Aurora e Philip Evans via Wikipedia.

L'idrossido di potassio può reagire con anidride carbonica per produrre carbonato di potassio.

Il potassio reagisce con il monossido di carbonio a una temperatura di 60 ºC per produrre un carbonile esplosivo (K₆C₆O₆). Reagisce anche con idrogeno a 350 ºC, formando un idruro. È anche altamente reattivo con alogeni ed esplode a contatto con bromo liquido.

Le esplosioni vengono anche prodotte quando il potassio reagisce con acidi alogenati, come l'acido cloridrico, e la miscela viene fortemente battuta o scossa. Il potassio fuso reagisce anche con zolfo e idrogeno solforato.

Biologico

Reagisce con composti organici contenenti gruppi attivi, ma è inerte agli idrocarburi alifatici e aromatici. Il potassio reagisce lentamente con l'ammonio per formare potasomina (KNH₂).

A differenza del sodio, il potassio reagisce con il carbonio sotto forma di grafite per formare una serie di composti interlaminari. Questi composti hanno relazioni atomiche di carbonio-potassio: 8, 16, 24, 36, 48, 60 o 1; cioè KC₆₀, Per esempio.

Usi di potassio

Potassio metallico

Non c'è molta domanda industriale per il potassio metallico. La maggior parte di essi diventa superossido di potassio, utilizzato nelle apparecchiature di respirazione, poiché rilascia ossigeno ed elimina l'anidride carbonica e il vapore acqueo.

La lega di Nak ha una grande capacità di assorbimento del calore, quindi viene utilizzata come refrigerante in alcuni reattori nucleari. Inoltre, il metallo vaporizzato è stato utilizzato nelle turbine.

Composti

Cloruro

KCL è usato in agricoltura come fertilizzante. Viene anche usato come materia prima per la produzione di altri composti di potassio, come l'idrossido di potassio.

Idrossido

Conosciuto anche come Caustic Potassa, KOH, viene utilizzato nella produzione di saponi e detergenti.

La sua reazione con lo iodio produce ioduro di potassio. Questo sale viene aggiunto al sale da tavola (NaCl) e all'alimentazione per proteggerlo da una carenza di iodio. L'idrossido di potassio viene utilizzato nella produzione di batterie alcaline.

Nitrato

Noto anche come salitre, kno₃, viene usato come fertilizzante. Inoltre, viene utilizzato nell'elaborazione dei fuochi d'artificio; come conservante alimentare e nell'indurimento del vetro.

Cromato

È usato nella produzione di fertilizzanti e produzione di alluminio di potassio.

Carbonato

Viene utilizzato nella produzione di vetro, in particolare quelli utilizzati nella produzione di televisori.

Riferimenti

1. Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Potassio. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Potassio. Encyclopædia Britannica. Recuperato da: Britannica.com