O potássio é um elemento químico com o símbolo K (de kalium neo-latino ) e o número atômico 19. Foi isolado pela primeira vez da potassa , as cinzas das plantas, de onde deriva seu nome. Na tabela periódica , o potássio é um dos metais alcalinos . Todos os metais alcalinos têm um único elétron de valência no invólucro de elétrons externo, que é facilmente removido para criar um íon com uma carga positiva - um cátion que combina com ânions para formar sais. O potássio na natureza ocorre apenas em sais iônicos. Potássio elementar é um metal alcalino-prateado branco macio que oxida rapidamente no ar e reage vigorosamente com água, gerando calor suficiente para inflamar hidrogénio emitido na reacção, e queima com um lilás - colorido chama . É encontrado dissolvido em água do mar (que é 0,04% em peso de potássio ), e faz parte de muitos minerais .
O potássio é quimicamente muito semelhante ao sódio , o elemento anterior no grupo 1 da tabela periódica. Eles têm uma primeira energia de ionização semelhante , que permite que cada átomo abandone seu único elétron externo. Que eles são elementos diferentes que combinam com os mesmos ânions para criar sais similares foi suspeitado em 1702, e foi provado em 1807 usando eletrólise . O potássio natural é composto por três isótopos , dos quais 40K é radioativo . Vestígios de 40
K são encontrados em todo o potássio e é o radioisótopo mais comum no corpo humano.
Íons de potássio são vitais para o funcionamento de todas as células vivas. A transferência de íons de potássio através das membranas das células nervosas é necessária para a transmissão normal do nervo; A deficiência e o excesso de potássio podem resultar em inúmeros sinais e sintomas, incluindo um ritmo cardíaco anormal e várias anormalidades eletrocardiográficas . Frutas e legumes frescos são boas fontes alimentares de potássio. O corpo responde ao influxo de potássio na dieta, o que eleva os níveis séricos de potássio, com uma mudança de potássio de fora para dentro das células e um aumento na excreção de potássio pelos rins.A maioria das aplicações industriais de potássio explora a alta solubilidade em água de compostos de potássio, como os sabões de potássio . A produção pesada de culturas esgota rapidamente o solo de potássio, e isso pode ser remediado com fertilizantes agrícolas contendo potássio, responsáveis por 95% da produção química mundial de potássio.
Etimologia
O nome em inglês para o elemento potássio vem da palavra " potassa ", que se refere a um método antigo de extrair vários sais de potássio: colocar em uma panela as cinzas de madeira queimada ou folhas de árvores, adicionar água, aquecer e evaporar a solução. Quando Humphry Davy isolou pela primeira vez o elemento puro usando eletrólise em 1807, ele o chamou de potássio , derivado da palavra potássio.O símbolo "K" decorre de kali ,-se da raiz da palavra alcalino , que por sua vez vem do árabe : القليه al-qalyah "cinzas de plantas" Em 1797, o químico alemão Martin Klaproth descobriu a "potassa" nos minerais leucita e lepidolita e percebeu que a "potassa" não era um produto do crescimento das plantas, mas na verdade continha um novo elemento, que ele propós chamar de kali .Em 1807, Humphry Davy produziu o elemento via eletrólise: em 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propôs o nome Kalium.para o "potássio" de Davy. Em 1814, o químico sueco Berzelius defendeu o nome kalium para potássio, com o símbolo químico "K".
Os países de língua inglesa e francesa adotaram Davy e o nome de Gay-Lussac / Thénard, Potassium, enquanto os países germânicos adotaram o nome de Gilbert / Klaproth, Kalium. O "Livro de Ouro" da União Internacional de Física e Química Aplicada designou o símbolo químico oficial como K .
Propriedades
Física
O teste de chama de potássio.
O potássio é o segundo metal menos denso após o lítio . É um sólido macio com um baixo ponto de fusão e pode ser facilmente cortado com uma faca. O potássio recém-cortado é de aparência prateada, mas começa a manchar imediatamente a cinza quando exposto ao ar. Em um teste de chama , o potássio e seus compostos emitem uma cor lilás com um pico de emissão de onda de 766,5 nanômetros
Química
Os átomos de potássio neutro têm 19 elétrons, um a mais que a configuração extremamente estável do gás argônio nobre . Por causa disto e sua baixa primeira energia de ionização de 418,8 kJ / mol, o átomo de potássio tem muito mais probabilidade de perder o último elétron e adquirir uma carga positiva do que ganhar um e adquirir uma carga negativa (apesar de alcalino negativamente carregado K -íons não são impossíveis). Esse processo requer tão pouca energia que o potássio seja prontamente oxidado pelo oxigênio atmosférico. Em contraste, a segunda energia de ionização é muito alta (3052 kJ / mol), porque a remoção de dois elétrons quebra a configuração eletrônica de gás nobre estável (a configuração do argônio inerte). O potássio, portanto, não forma compostos com o estado de oxidação de +2 ou superior.
O potássio é um metal extremamente ativo que reage violentamente com o oxigênio na água e no ar. Com o oxigênio, forma-se o peróxido de potássio e, com a água, o potássio forma o hidróxido de potássio . A reação do potássio com a água é perigosa devido ao seu caráter exotérmico violento e à produção de gás hidrogênio . O hidrogênio reage novamente com o oxigênio atmosférico, produzindo água, que reage com o potássio restante. Essa reação requer apenas traços de água; por causa disso, o potássio e a liga líquida sódio-potássio ( NaK ) são dessecantes potentes que podem ser usados para secar solventes antes da destilação.
Devido à sensibilidade do potássio à água e ao ar, as reações com outros elementos só são possíveis em uma atmosfera inerte, como o gás argônio , usando técnicas sem ar . O potássio não reage com a maioria dos hidrocarbonetos, como o óleo mineral ou o querosene .Dissolve facilmente em amônia líquida , até 480 g por 1000 g de amônia a 0 ° C. Dependendo da concentração, as soluções de amônia são de cor azul a amarelo e sua condutividade elétrica é semelhante à dos metais líquidos. Em uma solução pura, o potássio reage lentamente com amônia para formar KNH
2 , mas esta reacção é acelerada por quantidades diminutas de sais de metais de transição. Como ele pode reduzir ossaisao metal, o potássio é frequentemente usado como redutor na preparação de metais finamente divididos de seus sais pelométodo de Rieke. Por exemplo, a preparação de magnésio por este método emprega potássio como redutor:
MgCl
2 + 2 K → Mg + 2 KCl
Compostos
O único estado de oxidação comum para o potássio é +1. O potássio metálico é um poderoso redutor que é facilmente oxidado no cátion monopositivo , K +. Uma vez oxidado, é muito estável e difícil de reduzir de volta ao metal.
O potássio se oxida mais rápido que a maioria dos metais e freqüentemente forma óxidos contendo ligações oxigênio-oxigênio, assim como todos os metais alcalinos, exceto o lítio. Existem três possíveis óxidos de potássio: óxido de potássio (K 2 O), peróxido de potássio (K 2 O 2 ), e de superóxido de potássio (KO 2 ); eles contêm três íons diferentes baseados em oxigênio: óxido ( O 2−
), peróxido ( O 2−
2 ) e superóxido ( O -
2 ). As duas últimas espécies, especialmente o superóxido , são raras e são formadas apenas em reação de metais muito eletropositivos (Na, K, Rb, Cs, etc.) com oxigênio; estas espécies contêm ligações oxigênio-oxigênio. Sabe-se que todos os compostos binários de potássio-oxigênio reagem violentamente com água, formando hidróxido de potássio .
O hidróxido de potássio (KOH) é um álcali muito forte, e até 1,21 kg dele pode se dissolver em um único litro de água.KOH reage prontamente com dióxido de carbono para produzir carbonato de potássio e é usado para remover traços do gás do ar.
Em geral, os compostos de potássio são altamente iônicos e, devido à alta energia de hidratação do K +
íon, tem excelente solubilidade em água. As principais espécies em solução aquosa são os complexos aquatados [K (H
2 O)
n ] +
onde n = 6 e 7. O íon potássio é incolor na água e é muito difícil de precipitar ; possíveis métodos de precipitação incluem reacções com tetrafenilborato de sódio , ácido hexacloroplatínico , e cobaltinitrite de sódio em tetrafenilborato de potássio , hexacloroplatinato de potássio , e cobaltinitrite potássio .
Isótopos
Existem 24 isótopos conhecidos de potássio, três dos quais ocorrem naturalmente: 39
K (93,3%), 40
K (0,0117%) e 41
K (6,7%). 40 de ocorrência natural
K tem uma meia-vida de 1.250 × 10 9 anos. Decai para estável 40
Ar por captura de elétrons ou emissão de pósitrons (11,2%) ou para estáveis 40
Ca por decaimento beta (88,8%). A decadência de 40
K a 40
Ar é a base de um método comum para datação de rochas. O método convencional de datação por K-Ar depende do pressuposto de que as rochas não continham argônio no momento da formação e que todo o argônio radiogênico subseqüente ( 40
Ar ) foi quantitativamente retido. Os minerais são datados pela medição da concentração de potássio e da quantidade de radiogênicos 40
Ar que se acumulou. Os minerais mais adequados para a datação incluem biotita , muscovita , hornblenda metamórfica e feldspato vulcânico ; Amostras de rochas inteiras de fluxos vulcânicos e instrumentais rasos também podem ser datadas se estiverem inalteradas. Além da datação, os isótopos de potássio têm sido usados como marcadores em estudos de intemperismo e para estudos de ciclagem de nutrientes porque o potássio é um macronutriente necessário para a vida .
40
O K ocorre em potássio natural (e, portanto, em alguns substitutos comerciais do sal) em quantidade suficiente para que os sacos grandes desses substitutos possam ser usados como fonte radioativa para demonstrações em sala de aula. 40
K é o radioisótopo com maior abundância no corpo. Em animais e pessoas saudáveis, 40
K representa a maior fonte de radioatividade, maior que 14
C . Em um corpo humano de 70 kg de massa, cerca de 4.400 núcleos de 40
K decaimento por segundo. A atividade do potássio natural é de 31 Bq / g.
Formação e distribuição cósmica
O potássio é formado em supernovas por nucleossíntese de átomos mais leves. O potássio é criado principalmente em supernovas Tipo II através de um processo explosivo de queima de oxigênio . 40
K também é formado na nucleossíntese do processo s e no processo de queima de neon .
O potássio é o 20º elemento mais abundante no sistema solar e o 17º elemento mais abundante em peso na Terra. Ela representa cerca de 2,6% do peso da crosta terrestre e é o sétimo elemento mais abundante na crosta.A concentração de potássio na água do mar é de 0,39 g / l (0,039 p / v%), cerca de um vigésimo sétimo da concentração de sódio.
Potash
A potassa é principalmente uma mistura de sais de potássio porque as plantas têm pouco ou nenhum teor de sódio, e o restante do conteúdo mineral principal de uma planta consiste em sais de cálcio de solubilidade relativamente baixa em água. Embora o potássio tenha sido usado desde a antiguidade, não foi entendido que a maior parte de sua história é uma substância fundamentalmente diferente dos sais minerais de sódio. Georg Ernst Stahl obteve evidências experimentais que o levaram a sugerir a diferença fundamental dos sais de sódio e potássio em 1702, e Henri Louis Duhamel du Monceau foi capaz de provar essa diferença em 1736. A composição química exata dos compostos de potássio e sódio, e o status de elemento químico de potássio e sódio, não eram conhecidos na época, e assim Antoine Lavoisier não incluiu o álcali em sua lista de elementos químicos em 1789. Durante muito tempo as únicas aplicações significativas para a potassa foram a produção de vidro, alvejante, sabão e pólvora como nitrato de potássio. Sabonetes de potássio de gorduras animais e óleos vegetais foram especialmente valorizados porque tendem a ser mais solúveis em água e de textura mais macia e são, portanto, conhecidos como sabões macios . A descoberta por Justus Liebigem 1840, o potássio é um elemento necessário para as plantas e a maioria dos tipos de solo carente de potássio causou um aumento acentuado na demanda por sais de potássio. As cinzas de madeira de abetos foram inicialmente usadas como fonte de sal de potássio para fertilizantes, mas, com a descoberta em 1868 de depósitos minerais contendo cloreto de potássio perto de Staßfurt , na Alemanha, a produção de fertilizantes contendo potássio começou em escala industrial. Outros depósitos de potássio foram descobertos e, na década de 1960, o Canadá tornou-se o produtor dominante.Metal
O metal de potássio foi isolado pela primeira vez em 1807 por Sir Humphry Davy , que o derivou de potassa cáustica (KOH, hidróxido de potássio) por eletrólise de KOH fundido com a recém-descoberta pilha voltaica . O potássio foi o primeiro metal que foi isolado por eletrólise. Mais tarde, no mesmo ano, Davy relatou a extração do metal de sódio de um derivado mineral ( soda cáustica , NaOH ou soda cáustica) em vez de um sal vegetal, por uma técnica similar, demonstrando que os elementos e, portanto, os sais são diferentes. Embora a produção de potássio e sódio metálico deva ter mostrado que ambos são elementos, levou algum tempo até que essa visão fosse universalmente aceita.Geologia
O potássio elementar não ocorre na natureza por causa de sua alta reatividade. Reage violentamente com a água (veja a seção Precauções abaixo) e também reage com o oxigênio. Orthoclase (feldspato de potássio) é um mineral comum que forma rochas. O granito, por exemplo, contém 5% de potássio, bem acima da média da crosta terrestre. Sylvite (KCl), carallite (KCl · MgCl
2 · 6 (H
2 O)),kainite (MgSO
4 · KCl · 3H
2 O)elangbeinite (MgSO
4 · K
2 SO
4 )são os minerais encontrados em grandesdepósitos deevaporitosem todo o mundo. Os depósitos geralmente mostram camadas começando com as menos solúveis no fundo e as mais solúveis no topo. Depósitos denitrato(nitrato de potássio) são formados pela decomposição de material orgânico em contato com a atmosfera, principalmente em cavernas; por causa da boa solubilidade em água do niter, a formação de depósitos maiores requer condições ambientais especiais.
Papel biológico
Artigo principal: Potássio na biologia
Função bioquímica
Os níveis de potássio influenciam vários processos fisiológicos, incluindo
potencial de membrana celular em repouso e propagação de potenciais de ação no tecido neuronal, muscular e cardíaco. Devido às propriedades eletrostáticas e químicas, K +
íons são maiores que Na +
íons e canais iônicos e bombas nas membranas celulares podem diferenciar entre os dois íons, ativamente bombeando ou passivamente passando um dos dois íons enquanto bloqueia o outro.
secreção hormonal e ação
tônus vascular
controle sistêmico da pressão arterial
motilidade gastrointestinal
homeostase ácido-base
metabolismo de glicose e insulina
ação mineralocorticóide
capacidade de concentração renal
equilíbrio de fluidos e eletrólitos
Homeostase
A homeostase do potássio denota a manutenção do teor de potássio corporal total, do nível plasmático de potássio e da razão entre as concentrações de potássio intracelular e extracelular dentro de limites estreitos, diante da ingestão pulsátil (refeições), excreção renal obrigatória e alterações intracelulares e extracelulares. compartimentos.
Níveis de plasma
O potássio plasmático é normalmente mantido em 3,5 a 5,0 milimoles (mmol) [ou miliequivalentes (mEq)] por litro por múltiplos mecanismos. Níveis fora dessa faixa estão associados a uma taxa crescente de morte por múltiplas causas, e algumas doenças cardíacas, renais, e pulmonares progridem mais rapidamente se os níveis séricos de potássio não forem mantidos dentro da faixa normal.
Uma refeição média de 40-50 mmol apresenta ao organismo mais potássio do que está presente em todo o plasma (20-25 mmol). No entanto, esse aumento faz com que o potássio plasmático aumente no máximo apenas 10%, como resultado de uma depuração rápida e eficiente por mecanismos renais e extra-renais.
Mecanismos de controle
O teor de potássio no plasma é rigidamente controlado por quatro mecanismos básicos, que possuem vários nomes e classificações. Os quatro são 1) um sistema de feedback negativo reativo, 2) um sistema de alimentação reativa, 3) um sistema preditivo ou circadiano , e 4) um sistema de transporte interno ou de membrana celular. Coletivamente, os três primeiros são chamados de "sistema externo de homeostase do potássio"; e os dois primeiros, o "sistema de homeostase reativa de potássio".
O sistema de feedback negativo reativo refere-se ao sistema que induz a secreção renal de potássio em resposta a um aumento no potássio plasmático (ingestão de potássio, desvio de células ou infusão intravenosa).
O sistema de alimentação reativa refere-se a um sistema incompletamente compreendido que induz a secreção de potássio renal em resposta à ingestão de potássio antes de qualquer aumento no potássio plasmático. Isso é provavelmente iniciado por receptores de potássio de células intestinais que detectam potássio ingerido e desencadeiam sinais aferentes vagais para a glândula pituitária.
O sistema preditivo ou circadiano aumenta a secreção renal de potássio durante as horas das refeições (por exemplo, durante o dia para os seres humanos, durante a noite para os roedores) independente da presença, quantidade ou ausência de ingestão de potássio. É mediada por um oscilador circadiano no núcleo supraquiasmático do cérebro (relógio central), que faz com que o rim (relógio periférico) segregue potássio nesse ritmo circadiano rítmico.
O sistema de transporte iônico move o potássio através da membrana celular usando dois mecanismos. Um está ativo e bombeia sódio para fora e potássio para dentro da célula. O outro é passivo e permite que o potássio vaze para fora da célula. Os cátions de potássio e sódio influenciam a distribuição de fluidos entre os compartimentos intracelular e extracelular por forças osmóticas . O movimento de potássio e sódio através da membrana celular é mediado pela bomba Na + / K + -ATPase . Esta bomba de íon usa o ATP para bombear três íons de sódio para fora da célula e dois íons de potássio para dentro da célula, criando um gradiente eletroquímico e força eletromotriz através da membrana da célula. Os canais de íons de potássio altamente seletivos(que são tetrâmeros ) são cruciais para a hiperpolarização dentro dos neurônios após o desencadeamento de um potencial de ação, para citar um exemplo. O canal de íon de potássio mais recentemente descoberto é KirBac3.1, que faz um total de cinco canais de íons de potássio (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP e MthK) com uma estrutura determinada. Todos os cinco são de espécies procarióticas .
Filtração, reabsorção e excreção renal
O manejo renal do potássio está intimamente ligado ao manuseio do sódio. O potássio é o principal cátion (íon positivo) dentro das células animais [150 mmol / L, (4,8g)], enquanto o sódio é o principal cátion do líquido extracelular [150 mmol / L, (3,345g)]. Nos rins, cerca de 180 litros de plasma são filtrados através dos glomérulos e nos túbulos renais por dia. Essa filtragem envolve cerca de 600 g de sódio e 33 g de potássio. Como apenas 1 a 10 g de sódio e 1 a 4 g de potássio provavelmente são substituídos pela dieta, a filtragem renal deve reabsorver eficientemente o restante do plasma.
O sódio é reabsorvido para manter o volume extracelular, a pressão osmótica e a concentração sérica de sódio dentro de limites estreitos; o potássio é reabsorvido para manter a concentração sérica de potássio dentro de limites estreitos. As bombas de sódio nos túbulos renais operam para reabsorver o sódio. O potássio deve ser conservado também, mas, como a quantidade de potássio no plasma sanguíneo é muito pequena e o pool de potássio nas células é cerca de trinta vezes maior, a situação não é tão crítica para o potássio. Uma vez que o potássio é movido passivamente em contracorrente para sódio em resposta a um aparente (mas não real) equilíbrio de Donnan , a urina nunca pode afundar abaixo da concentração de potássio no soro, exceto às vezes excretando ativamente a água no final do processamento. O potássio é excretado duas vezes e reabsorvido três vezes antes que a urina atinja os túbulos coletores. Nesse momento, a urina geralmente tem aproximadamente a mesma concentração de potássio que o plasma. No final do processamento, o potássio é secretado mais uma vez se os níveis séricos estiverem muito altos.
Sem ingestão de potássio, é excretado a cerca de 200 mg por dia até que, em cerca de uma semana, o potássio no soro diminua para um nível ligeiramente deficitário de 3,0–3,5 mmol / l. Se o potássio ainda é retido, a concentração continua a cair até que uma deficiência severa cause a morte eventual.
O potássio se move passivamente através dos poros da membrana celular. Quando os íons se movem através das bombas, há um portão nas bombas em ambos os lados da membrana da célula e apenas um portão pode ser aberto de uma só vez. Como resultado, aproximadamente 100 íons são forçados a passar por segundo. Os poros têm apenas um portal, e somente um tipo de íon pode passar por entre 10 milhões a 100 milhões de íons por segundo. Os poros requerem cálcio para abrir , embora se pense que o cálcio funciona ao contrário, bloqueando pelo menos um dos poros. Os grupos carbonila dentro do poro dos aminoácidos imitam a hidratação da água que ocorre na solução aquosa pela natureza das cargas eletrostáticas em quatro grupos carbonila dentro do poro.
Nutrição
Recomendações dietéticas
O Instituto de Medicina dos EUA (IOM) define Estimated Average Requirements (EARs) e Recommended Dietary Allowances (RDAs) ou Adequate Intakes (AIs) para quando não há informações suficientes para definir EARs e RDAs. Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Ingestão de Referência Dietética. Os AIs para potássio são: 400 mg de potássio para machos de 0-6 meses de idade, 700 mg de potássio para machos com 7-12 meses de idade, 3.000 mg de potássio para machos de 1-3 anos de idade, 3.800 mg de potássio para machos de 4 a 8 anos, 4.500 mg de potássio para machos de 9 a 13 anos e 4.700 mg de potássio para machos com 14 anos ou mais. Os AIs para potássio são: 400 mg de potássio para fêmeas de 0 a 6 meses de idade, 700 mg de potássio para fêmeas de 7 a 12 meses, 3.000 mg de potássio para fêmeas de 1-3 anos de idade, 3.800 mg de potássio para fêmeas de 4-8 anos, 4.500 mg de potássio para fêmeas de 9 a 13 anos e 4.700 mg de potássio para mulheres com 14 anos ou mais. Os AIs para potássio são: 4.700 mg de potássio para mulheres grávidas de 14 a 50 anos de idade; além disso, 5.100 mg de potássio para lactantes de 14 a 50 anos de idade. Quanto à segurança, o IOM também defineNíveis de ingestão superiores toleráveis (ULs) para vitaminas e minerais, mas para potássio as evidências eram insuficientes, portanto nenhum UL foi estabelecido.
A maioria dos americanos consome apenas metade desse valor por dia.
Da mesma forma, na União Europeia , em especial na Alemanha e na Itália , a ingestão insuficiente de potássio é algo comum. No entanto, o Serviço Nacional de Saúde britânico recomenda um consumo menor, dizendo que os adultos precisam de 3.500 mg por dia e que quantidades excessivas podem causar problemas de saúde, como dor de estômago e diarréia.
Fontes alimentares
O potássio está presente em todas as frutas, legumes, carne e peixe. Alimentos com alta concentração de potássio incluem inhame , salsa , damasco seco , leite , chocolate , nozes (especialmente amêndoas e pistaches ), batata , broto de bambu , banana , abacate , água de coco , soja e farelo de trigo .
O USDA lista tomate , suco de laranja , beterraba , feijão branco , batata , banana damasco e muitas outras fontes dietéticas de potássio, classificadas em ordem decrescente de acordo com o teor de potássio. Um dia de potássio é entre 5 bananas ou 11 bananas.
Ingestão deficiente
Dietas com baixo teor de potássio podem levar à hipertensãoe hipocalemia .
Suplementação
Suplementos de potássio são mais usados em conjunto com diuréticos que bloqueiam a reabsorção de sódio e água a montante do túbulo distal ( tiazídicos e diuréticos de alça ), porque isso promove aumento da secreção de potássio tubular distal, com resultante aumento da excreção de potássio. Uma variedade de prescrição e suplementos ao balcão estão disponíveis. O cloreto de potássio pode ser dissolvido em água, mas o sabor salgado / amargo torna os suplementos líquidos intragáveis.As doses típicas variam de 10 mmol (400 mg) a 20 mmol (800 mg). O potássio também está disponível em comprimidos ou cápsulas, que são formulados para permitir que o potássio vaze lentamente de uma matriz, uma vez que concentrações muito altas de íons potássio que ocorrem adjacentes a um comprimido sólido podem ferir a mucosa gástrica ou intestinal. Por este motivo, as pílulas de potássio sem receita médica são limitadas por lei nos EUA a um máximo de 99 mg de potássio
Uma vez que os rins são o local de excreção de potássio, os indivíduos com insuficiência renal estão em risco de hipercalemia se o potássio da dieta e os suplementos não forem restritos. Quanto mais grave o comprometimento, mais severa é a restrição necessária para evitar hipercalemia.
Uma metanálise concluiu que um aumento de 1640 mg na ingestão diária de potássio estava associado a um risco 21% menor de acidente vascular cerebral. O cloreto de potássio e o bicarbonato de potássio podem ser úteis no controle da hipertensão leve . Em 2016, o potássio foi o 33o medicamento mais prescrito nos Estados Unidos, com mais de 22 milhões de prescrições.
Detecção por papilas gustativas
O potássio pode ser detectado pelo sabor porque desencadeia três dos cinco tipos de sensações gustativas, de acordo com a concentração. Soluções diluídas de íons de potássio têm gosto doce, permitindo concentrações moderadas no leite e sucos, enquanto concentrações mais altas tornam-se cada vez mais amargas / alcalinas e, finalmente, também salgadas ao sabor. O amargor e salinidade combinados das soluções de alto teor de potássio tornam a suplementação de potássio em altas doses por bebidas líquidas um desafio de palatabilidade.
Produção comercial
Mineração
Os sais de potássio tais como carnalite , langbeinite , polyhalite , e silvite forma extensiva evaporíticos depósitos no fundo de lagos antigos e fundos marinhos ,fazendo a extracção de sais de potássio nestes ambientes comercialmente viáveis. A principal fonte de potássio - potássio - é extraída no Canadá , na Rússia , na Bielorrússia , no Cazaquistão , na Alemanha , em Israel , nos Estados Unidos , na Jordânia e em outros lugares do mundo. Os primeiros depósitos minados foram localizados perto de Staßfurt, na Alemanha, mas os depósitos vão desde a Grã - Bretanha sobre a Alemanha até a Polônia. Eles estão localizados no Zechstein e foram depositados no meio ao final do Permiano . Os maiores depósitos já encontrados estão a 1.000 metros abaixo da superfície da província canadense de Saskatchewan . Os depósitos estão localizados no Grupo Elk Point, produzido no Médio Devoniano . Saskatchewan, onde várias grandes minas operam desde os anos 1960, foi pioneira na técnica de congelamento de areias úmidas (a formação de Blairmore) para conduzir os poços de minas através deles. A principal empresa de mineração de potássio em Saskatchewan é aCorporação Potássica de Saskatchewan . A água do Mar Morto é usada por Israel e pela Jordânia como fonte de potássio, enquanto a concentração em oceanos normais é muito baixa para a produção comercial a preços correntes.
Extração Química
Vários métodos são usados para separar os sais de potássio dos compostos de sódio e magnésio. O método mais utilizado é a precipitação fracionada usando as diferenças de solubilidade dos sais em diferentes temperaturas. A separação eletrostática da mistura de sal moído também é usada em algumas minas. Os resíduos resultantes de sódio e magnésio são armazenados no subsolo ou empilhados em pilhas de escória . A maior parte do mineral de potássio extraído termina como cloreto de potássio após o processamento. A indústria mineral refere-se ao cloreto de potássio como potássio, muriato de potássio ou simplesmente MOP.
Metal de potássio puro pode ser isolado por eletrólise de seu hidróxido em um processo que mudou pouco desde que foi usado pela primeira vez por Humphry Davy em 1807. Embora o processo de eletrólise tenha sido desenvolvido e utilizado em escala industrial na década de 1920, o método térmico pela reação de sódio com cloreto de potássio em uma reação de equilíbrio químico tornou-se o método dominante na década de 1950.
A produção de ligas de sódio e potássio é realizada alterando o tempo de reação e a quantidade de sódio usada na reação. O processo de Griesheimer empregando a reação de fluoreto de potássio com carboneto de cálcio também foi usado para produzir potássio.
Na + KCl → NaCl + K (método térmico)
2 KF + CaC
2 → 2 K +CaF
2 + 2 C (processo de Griesheimer)
O metal de potássio de grau reagente custa cerca de US $ 10,00 / libra (US $ 22 / kg ) em 2010, quando comprado pela tonelada . Metal de baixa pureza é consideravelmente mais barato. O mercado é volátil porque o armazenamento a longo prazo do metal é difícil. Ele deve ser armazenado em atmosfera de gás inerte seco ou óleo mineral anidro para evitar a formação de uma camada superficial de superóxido de potássio , um explosivo sensível à pressão que detona quando arranhado. A explosão resultante geralmente inicia um incêndio difícil de extinguir.
Usos comerciais
Adubo
Os íons de potássio são um componente essencial da nutrição das plantas e são encontrados na maioria dos tipos de solo . Eles são usados como fertilizante na agricultura , horticultura e cultura hidropônica na forma de cloreto (KCl), sulfato ( K
2 SO
4 ) ounitrato(KNO
3 ). Os fertilizantes agrícolas consomem 95% da produção química global de potássio e cerca de 90% desse potássio é fornecido como KCl. O teor de potássio da maioria das plantas varia entre 0,5% e 2% do peso das colheitas, expresso convencionalmente em quantidade deK
2 S. Aagriculturamoderna de altorendimentodepende de fertilizantes para substituir o potássio perdido na colheita. A maioria dos fertilizantes agrícolas contém cloreto de potássio, enquanto o sulfato de potássio é usado para culturas sensíveis ao cloreto ou para culturas que necessitam de maior teor de enxofre. O sulfato é produzido principalmente pela decomposição dos minerais complexoskainite(MgSO
4 · KCl · 3H
2 O) elangbeinite(MgSO
4 · K
2 SO
4 ). Apenas alguns fertilizantes contêm nitrato de potássio. Em 2005, cerca de 93% da produção mundial de potássio foi consumida pela indústria de fertilizantes.
Uso médico
O potássio, na forma de cloreto de potássio, é usado como medicamento para tratar e prevenir o baixo nível de potássio no sangue . O potássio baixo no sangue pode ocorrer devido a vômitos , diarréia ou certos medicamentos.É administrado por injeção lenta em uma veia ou pela boca.
Aditivos alimentares
Tartarato de sódio e potássio ( KNaC
4 H
4 O
6 ,sal de Rochelle) é o principal constituinte dofermento em pó; Ele também é usado noprateamentode espelhos. Bromato de potássio(KBrO
3 ) é um oxidante forte (E924), usado para melhorar a força da massa e elevar a altura. Bissulfito de potássio(KHSO
3 ) é usado como conservante de alimentos, por exemplo, na produção devinhoecerveja(mas não em carnes). Também é usado parabranqueartêxteis e palha e no curtimento decouros.
Industrial
As principais substâncias químicas do potássio são o hidróxido de potássio, o carbonato de potássio, o sulfato de potássio e o cloreto de potássio. Megatons desses compostos são produzidos anualmente.
O hidróxido de potássio KOH é uma base forte, que é usada na indústria para neutralizar ácidos fortes e fracos , para controlar o pH e para fabricar sais de potássio . Também é usado para saponificar gorduras e óleos , em limpadores industriais e em reações de hidrólise , por exemplo, de ésteres .
Nitrato de potássio ( KNO
3 ) ou salitre é obtido a partir de fontes naturais, tais comoguanoeevaporitesou fabricado através doprocesso de Haber; é ooxidantedapólvora(pó preto) e um importante fertilizante agrícola. O cianeto de potássio(KCN) é usado industrialmente para dissolvercobree metais preciosos, em particularprataeouro, formandocomplexos. Suas aplicações incluemmineração de ouro,eletrodeposiçãoeeletroformaçãodessesmetais.; Ele também é usado em síntese orgânica para fazer nitrilos . Carbonato de potássio ( K
2 CO
3 ou potassa) é usado na fabricação de vidro, sabão, tubos de TV a cores, lâmpadas fluorescentes, corantes têxteis e pigmentos. Permanganato de potássio (KMnO
4 ) é uma substância oxidante, branqueadora e purificadora e é usada para a produção desacarina. Clorato de potássio(KClO
3 ) é adicionado a fósforos e explosivos. O brometo de potássio(KBr) era usado antigamente como sedativo e na fotografia.
Cromato de potássio ( K
2 CrO
4 ) é usado emtintas,corantes,manchas(cor vermelho-amarelada brilhante); emexplosivosefogos de artifício; no curtimento de couro, empapel comumefósforos de segurança, mas todos esses usos são devidos à química doíoncromato, em vez do íon potássio.
Nicho usa
Existem milhares de usos de vários compostos de potássio. Um exemplo é o superóxido de potássio , KO
2 , um sólido laranja que atua como uma fonte portátil de oxigênio e um absorvedor de dióxido de carbono. É amplamente utilizado emsistemas de respiraçãoem minas, submarinos e espaçonaves, já que leva menos volume do que o oxigênio gasoso.
4 KO
2 + 2 CO2→ 2 K
2 CO
3 + 3 O
2
Outro exemplo é o cobaltinitrito de potássio , K
3 [Co (NÃO
2 )
6 ], que é usado como pigmento do artista sob o nome deAureolinou Amarelo Cobalto.
Os isótopos estáveis de potássio podem ser resfriados a laser e usados para investigar problemas fundamentais e tecnológicos da física quântica . Os dois isótopos bosônicos possuem ressonâncias de Feshbach convenientes para possibilitar estudos que requerem interações sintonizáveis, enquanto 40 K é um dos dois únicos férmions estáveis entre os metais alcalinos.
Usos de Laboratório
Uma liga de sódio e potássio, o NaK é um líquido utilizado como meio de transferência de calor e dessecante para a produção de solventes secos e isentos de ar . Também pode ser usado em destilação reativa . A liga ternária de 12% Na, 47% K e 41% Cs possui o menor ponto de fusão de -78 ° C de qualquer composto metálico.
O potássio metálico é usado em vários tipos de magnetômetros .
Precauções
O metal de potássio reage violentamente com a água, produzindo hidróxido de potássio (KOH) e gás hidrogênio .
2 K (s) + 2 H 2 O (l) → 2 KOH (aq) + H
2 ↑ (g)
Esta reação é exotérmica e libera calor suficiente para inflamar o hidrogênio resultante na presença de oxigênio. O potássio tende a explodir em contato com a água e sem a presença de oxigênio. É chamado de explosão coulombic , possivelmente espirrando espectadores com hidróxido de potássio , que é um forte alcalóide que destrói o tecido vivo e causa queimaduras na pele. Potássio finamente ralado inflama no ar à temperatura ambiente. O metal a granel inflama no ar se aquecido. Como sua densidade é de 0,89 g / cm 3 , o potássio em chamas flutua na água, que o expõe ao oxigênio atmosférico. Muitos agentes extintores comuns, incluindo a água, são ineficazes ou pioram o fogo de potássio. Nitrogênio , argônio, cloreto de sódio (sal de mesa), carbonato de sódio (carbonato de sódio) e dióxido de silício (areia) são eficazes se estiverem secos. Alguns extintores de pó seco classe D projetados para incêndios de metal também são eficazes. Esses agentes privam o fogo do oxigênio e resfriam o metal de potássio.
O potássio reage violentamente com halogênios e detona na presença de bromo . Também reage explosivamente com ácido sulfúrico . Durante a combustão, o potássio forma peróxidos e superóxidos. Estes peróxidos podem reagir violentamente com compostos orgânicos , como óleos. Ambos os peróxidos e superóxidos podem reagir explosivamente com potássio metálico.
Como o potássio reage com o vapor de água no ar, ele geralmente é armazenado sob óleo mineral anidro ou querosene. Diferentemente do lítio e do sódio, no entanto, o potássio não deve ser armazenado sob óleo por mais de seis meses, a menos que em uma atmosfera inerte (livre de oxigênio) ou sob vácuo. Após armazenamento prolongado no ar, podem formar-se peróxidos sensíveis ao choque perigosos no metal e sob a tampa do recipiente, e podem detonar ao abrir.
Devido à natureza altamente reativa do metal de potássio, ele deve ser manuseado com grande cuidado, com proteção completa para a pele e os olhos e, de preferência, uma barreira resistente à explosão entre o usuário e o metal. A ingestão de grandes quantidades de compostos de potássio pode levar a hipercalemia , influenciando fortemente o sistema cardiovascular. Cloreto de potássio é usado nos Estados Unidos para execuções de injeção letal .
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