Potássio: história, estrutura, propriedades, reações, usos

O potássio é um metal alcalino cujo símbolo químico é K. O seu número atómico é 19 e está localizado abaixo do de sódio na tabela periódica. É um metal macio que pode até ser cortado com uma faca. Além disso, é bastante leve e pode flutuar na água líquida enquanto reage vigorosamente.

Recém-cortado, possui uma cor branca prateada muito brilhante, mas, quando exposto ao ar, oxida-se rapidamente e perde o brilho, ficando com uma cor acinzentada (quase azulada, como a da imagem abaixo).

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Pedaços de potássio parcialmente oxidado armazenados em óleo mineral. Fonte: 2 × 910 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

O potássio reage explosivamente com a água para formar hidróxido de potássio e gás hidrogênio. Precisamente esse gás é a causa da explosividade da reação. Quando queima no isqueiro, seus átomos excitados pintam a chama com uma intensa cor lilás; Este é um dos seus testes qualitativos.

É o sétimo metal mais abundante na crosta terrestre e representa 2,6% de seu peso. É encontrado principalmente em rochas ígneas, folhelhos e sedimentos, além de minerais como silvita (KCl). Ao contrário do sódio, sua concentração na água do mar é baixa (0,39 g / L).

O potássio foi isolado em 1807 pelo químico inglês Sir Humphrey Davy, por eletrólise de uma solução de seu hidróxido, KOH. Este metal foi o primeiro a ser isolado por eletrólise e Davy deu o nome em inglês de potássio.

Na Alemanha, no entanto, o nome Kalium foi usado para nomear o metal. Precisamente desse sobrenome, vem a letra ‘K’, usada como símbolo químico do potássio.

O próprio metal tem pouco uso industrial, mas origina inúmeros compostos de grande utilidade. Biologicamente, no entanto, é muito mais importante, pois é um dos elementos essenciais para o nosso corpo.

Nas plantas, por exemplo, favorece a realização da fotossíntese, o processo de osmose. Também promove a síntese de proteínas, promovendo o crescimento das plantas.

História

Potassa

Desde a antiguidade, o homem usa potássio como fertilizante, ignorando a existência de potássio, muito menos sua relação com o potássio. Este foi preparado a partir das cinzas dos troncos e folhas das árvores, às quais foi adicionada água e posteriormente evaporada.

Os vegetais contêm principalmente potássio, sódio e cálcio. Mas os compostos de cálcio são pouco solúveis em água. Por esse motivo, o potássio era um concentrado de compostos de potássio. A palavra deriva da contração das palavras em inglês ‘pot’ e ‘ash’.

Em 1702, G. Ernst Stahl sugeriu uma diferença entre sais de sódio e potássio; Essa sugestão foi verificada por Henry Duhamel du Monceau em 1736. Como a composição exata dos sais era desconhecida, Antoine Lavoiser (1789) decidiu não incluir álcalis na lista de elementos químicos.

Descoberta

Em 1797, o químico alemão Martin Klaproth descobriu potássio nos minerais leucita e lepidolita, então concluiu que não era apenas um produto de plantas.

Em 1806, o químico inglês Sir Humphrey Davy descobriu que a ligação entre os elementos de um composto era de natureza elétrica.

Davy isolou o potássio por eletrólise do hidróxido de potássio, conseguindo observar glóbulos de brilho metálico que se acumulavam no ânodo. Ele chamou o metal com a palavra etimológica inglesa potássio.

Em 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propôs o nome Kalium (Kalio) para Davy Potassium. Berzelius evocou o nome Kalium para atribuir o símbolo químico “K” ao potássio.

Finalmente, Justus Liebig, em 1840, descobriu que o potássio era um elemento necessário para as plantas.

Estrutura e configuração eletrônica de potássio

O potássio metálico cristaliza em condições normais na estrutura cúbica centralizada no corpo (cco): cúbica centralizada no corpo. Isso é caracterizado por ser denso, o que é consistente com as propriedades do potássio. Um átomo de K é cercado por oito vizinhos, bem no centro de um cubo e com os outros K átomos localizados nos vértices.

Essa fase bcc também é designada como a fase KI (a primeira). Quando a pressão aumenta, a estrutura cristalina compacta para a fase cúbica centralizada na face (fcc, para cúbico centralizado na face). No entanto, é necessária uma pressão de 11 GPa para que essa transição ocorra espontaneamente.

Essa fase fcc, mais densa, é conhecida como K-II. Em pressões mais altas (80 GPa) e temperaturas mais baixas (inferiores a -120 ° C), o potássio adquire uma terceira fase: K-III. O K-III é caracterizado por sua capacidade de abrigar outros átomos ou moléculas dentro de suas cavidades cristalinas.

Existem também duas outras fases cristalinas a pressões ainda maiores: o K-IV (54 GPa) e o KV (90 GPa). A temperaturas muito baixas, o potássio exibe uma fase amorfa inclusive (com átomos de K desordenados).

Número de oxidação

A configuração eletrônica do potássio é:

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[Ar] 4s 1

O orbital 4s é o mais externo e, portanto, possui o único elétron de valência. Em teoria, isso é responsável pela ligação metálica que mantém os átomos de K juntos para definir um cristal.

A partir da mesma configuração eletrônica, é fácil entender por que o potássio sempre tem (ou quase sempre) um número de oxidação +1. Quando ele perde um elétron para formar o cátion K + , o gás nobre do argônio se torna isoeletrônico, com todo o byte de Valência.

Na maioria de seus compostos derivados, assume-se que o potássio seja encontrado como K + (mesmo que suas ligações não sejam puramente iônicas).

Por outro lado, embora menos provável, o potássio pode ganhar um elétron, tendo dois elétrons em seu orbital 4s. Assim, o metal de cálcio se torna isoeletrônico:

[Ar] 4s 2

Diz-se então que ele ganhou um elétron e tem um número de oxidação negativo, -1. Quando esse número de oxidação é calculado em um composto, assume-se a existência do ânion de potássio, K .

Propriedades

Aparência

Metal prateado branco brilhante.

Massa molar

39,0983 g / mol.

Ponto de fusão

83,5 ° C.

Ponto de ebulição

759 ° C.

Densidade

-0,862 g / cm 3 temperatura ambiente.

-0,828 g / cm 3 , o ponto de fusão (líquido).

Solubilidade

Reage violentamente com a água. Solúvel em amônia líquida, etilenodiamina e anilina. Solúvel em outros metais alcalinos para formar ligas e mercúrio.

Densidade de vapor

1.4 em relação ao ar tomado como 1.

Pressão de vapor

8 mmHg a 432 ° C.

Estabilidade

Estável se protegido do ar e da umidade.

Corrosividade

Pode ser corrosivo em contato com metais. Por contato, pode causar queimaduras na pele e nos olhos.

Tensão superficial

86 dines / cm a 100 ° C.

Calor de fusão

2,33 kJ / mol.

Calor de vaporização

76,9 kJ / mol.

Capacidade térmica molar

29,6 J / (mol.K).

Eletronegatividade

0,82 na escala de Pauling.

Energias de ionização

Primeiro nível de ionização: 418,8 kJ / mol.

Segundo nível de ionização: 3.052 kJ / mol.

Terceiro nível de ionização: 4.420 kJ / mol.

Raio atômico

227 pm

Raio covalente

203 ± 12 horas.

Expansão térmica

83,3 µm / (mK) a 25 ° C.

Condutividade térmica

102,5 W / (mK).

Resistividade elétrica

72 nm (a 25 ºC).

Dureza

0,4 na escala de Mohs.

Isótopos naturais

O potássio é apresentado como três isótopos principalmente: 39 K (93,258%), 41 K (6,73%) e 40 K (0,012%, emissão β radioativa)

Nomenclatura

Os compostos de potássio têm por padrão o número de oxidação +1 (com exceções muito especiais). Portanto, na nomenclatura das ações, o (I) é omitido no final dos nomes; e na nomenclatura tradicional, os nomes terminam com o sufixo –ico.

Por exemplo, KCl é cloreto de potássio, e não cloreto de potássio (I). Seu nome tradicional é cloreto de potássio ou monocloreto de potássio, de acordo com a nomenclatura sistemática.

Caso contrário, a menos que sejam nomes muito comuns ou minerais (como silvina), a nomenclatura ao redor do potássio é bastante simples.

Formas

O potássio não é encontrado na natureza na forma metálica, mas pode ser obtido industrialmente sob essa forma para certos usos. É encontrado principalmente em seres vivos, sob a forma iônica (K + ). Em geral, é o principal cátion intracelular.

O potássio está presente em vários compostos, como hidróxido, acetato ou cloreto de potássio, etc. Também faz parte de cerca de 600 minerais, incluindo silvita, alunita, carnalita, etc.

O potássio forma ligas com outros elementos alcalinos, como sódio, césio e rubídio. Também forma ligas ternárias com sódio e césio, através das chamadas fusões eutéticas.

Papel biológico

Plantas

O potássio constitui, juntamente com o nitrogênio e o fósforo, os três principais nutrientes das plantas. O potássio é absorvido pelas raízes na forma iônica: processo favorecido pela existência de condições adequadas de umidade, temperatura e oxigenação.

Regula a abertura e o fechamento dos estômatos foliares: atividade que permite a captura de dióxido de carbono, que é combinado com a água durante a fotossíntese para formar glicose e oxigênio; Estes são agentes geradores de ATP que constituem a principal fonte de energia dos seres vivos.

Facilita a síntese de algumas enzimas relacionadas ao crescimento das plantas, além do amido, substância reserva de energia. Também intervém na osmose: um processo necessário para a absorção radicular de água e minerais; e na ascensão da água através do xilema.

A clorose é uma manifestação de uma deficiência de potássio nas plantas. Caracteriza-se por perder as folhas verdes e amarelar, com bordas queimadas; e, finalmente, ocorre uma desfolhamento, com um atraso no crescimento das plantas.

Animais

Em animais, em geral, o potássio é o principal cátion intracelular com uma concentração de 140 mmol / L; enquanto a concentração extracelular varia entre 3,8 e 5,0 mmol / L. 98% do potássio corporal está confinado no compartimento intracelular.

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Embora a ingestão de potássio possa variar entre 40 e 200 mmol / dia, sua concentração extracelular é mantida constante pela regulação da excreção renal. Isso envolve o hormônio aldosterona, que regula a secreção de potássio no nível dos túbulos coletor e distal.

O potássio é o principal responsável na manutenção da osmolaridade intracelular e, portanto, é responsável pela manutenção da integridade celular.

Embora a membrana plasmática seja relativamente permeável ao potássio, sua concentração intracelular é mantida pela atividade da enzima Na, ATPase (bomba de sódio e potássio) que retira três átomos de sódio e introduz dois átomos de potássio.

Repolarização das células

Células excitáveis, compostas de neurônios e células musculares estriadas e lisas; e células musculares estriadas, constituídas por células musculares esqueléticas e cardíacas, são todas capazes de formar potenciais de ação.

O interior das células excitáveis ​​é carregado negativamente em relação à célula externa, mas o estímulo adequado aumenta a permeabilidade da membrana plasmática das células ao sódio. Este cátion penetra através da membrana plasmática e torna positivo o interior da célula.

O fenômeno ocorrido é chamado de potencial de ação, que possui um conjunto de propriedades, dentre elas a capacidade de se espalhar pelo neurônio. Uma ordem emitida pelo cérebro viaja na forma de potenciais de ação para um determinado músculo para causar sua contração.

Para que uma nova ação potencial ocorra, o interior da célula deve ter uma carga negativa. Para isso, há uma saída de potássio do interior celular, retornando-a à sua negatividade original. Esse processo é chamado repolarização, sendo uma das principais funções do potássio.

Portanto, diz-se que a formação de potenciais de ação e o início da contração muscular são uma responsabilidade compartilhada de sódio e potássio.

Outras funções

O potássio cumpre outras funções nos seres humanos, como tônus ​​vascular, controle sistêmico da pressão arterial e motilidade gastrointestinal.

Um aumento na concentração plasmática de potássio (hipercalemia) produz uma série de sintomas como ansiedade, náusea, vômito, dor abdominal e irregularidades no eletrocardiograma. A onda T relacionada à repolarização ventricular é alta e ampla.

Esse registro é explicado porque, quando a concentração extracelular de potássio aumenta, ela sai mais lentamente para a célula externa, tornando a repolarização ventricular mais lenta.

Uma diminuição na concentração plasmática de potássio (hipocalcemia) apresenta, entre outros, os seguintes sintomas: fraqueza muscular, diminuição da motilidade intestinal, diminuição da filtração glomerular, arritmia cardíaca e achatamento da onda T do eletrocardiograma.

A onda T é encurtada, pois, ao diminuir a concentração extracelular de potássio, facilita sua saída para a célula externa e a duração da repolarização diminui.

Onde está o potássio e a produção

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Cristal silvita, que consiste praticamente em cloreto de potássio. Fonte: Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

O potássio é encontrado principalmente em rochas ígneas, folhelhos e sedimentos. Além disso, em minerais como moscovita e ortoclase, que são insolúveis em água. A ortoclase é um mineral que geralmente ocorre em rochas ígneas e granitos.

O potássio também está presente em compostos minerais solúveis em água, como carnalita (KMgCl 3 · 6H 2 O), silvita (KCl) e landbeinita [K 2 Mg 2 (SO 4 ) 3 ], encontrados em Camas secas de lagos e no fundo do mar.

Além disso, o potássio é encontrado em salmoura e como produto da incineração de troncos e folhas de plantas em um processo usado para a produção de potássio. Embora sua concentração na água do mar seja baixa (0,39 g / L), ela também é usada para obter potássio.

O potássio está presente em grandes depósitos, como o de Saskatchewan, no Canadá, rico em minério de silvita (KCl) e capaz de produzir 25% do consumo mundial de potássio. Os líquidos residuais salinos podem conter uma quantidade significativa de potássio, na forma de KCl.

Eletrólise

O potássio é produzido por dois métodos: eletrólise e térmico. Na eletrólise, o método usado por Davy para isolar o potássio foi seguido sem grandes modificações.

No entanto, este método do ponto de vista industrial não tem sido eficiente, uma vez que o alto ponto de fusão dos compostos de potássio fundido deve ser reduzido.

O método de eletrólise do hidróxido de potássio foi utilizado industrialmente na década de 1920. O método térmico, contudo, a substituiu e tornou-se o método dominante desde 1950 para a produção desse metal.

Método térmico

No método térmico, o potássio é produzido pela redução do cloreto de potássio fundido a 870 ° C. Isso alimenta continuamente uma coluna de destilação cheia de sal. Enquanto isso, o vapor de sódio passa pela coluna para produzir a redução do cloreto de potássio.

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O potássio é o componente mais volátil da reação e se acumula na parte superior da coluna de destilação, onde é coletado continuamente. A produção de potássio metálico pelo método térmico pode ser descrita na seguinte equação química:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

O processo Griesheimer também é utilizado na produção de potássio, que utiliza a reação do fluoreto de potássio com o carboneto de cálcio:

2 KF + CaC 2 => 2 K + CaF 2 + 2 C

Reacções

Inorgânico

O potássio é um elemento muito reativo que reage rapidamente com o oxigênio para formar três óxidos: óxido (K 2 O), peróxido (K 2 O 2 ) e superóxido de potássio (KO 2 ).

O potássio é um elemento fortemente redutor, razão pela qual oxida mais rapidamente do que a maioria dos metais. É utilizado para reduzir sais metálicos, substituindo potássio por metal salgado. Este método permite obter metais puros:

MgCl 2 + 2 K => Mg + 2 KCl

O potássio reage fortemente com a água para formar hidróxido de potássio e liberar o gás hidrogênio explosivo (imagem abaixo):

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Potássio metálico reagindo com uma solução aquosa de fenolftaleína, que mancha o vermelho violeta ao liberar íons OH- no meio. Observe a formação de gás hidrogênio. Fonte: Ozone Aurora e Philip Evans via Wikipedia.

O hidróxido de potássio pode reagir com dióxido de carbono para produzir carbonato de potássio.

O potássio reage com monóxido de carbono a uma temperatura de 60 ° C para produzir um carbonil explosivo (K 6 C 6 O 6 ). Ele também reage com hidrogênio a 350 ° C, formando um hidreto. Também é altamente reativo com halogênios e explode em contato com bromo líquido.

As explosões também ocorrem quando o potássio reage com ácidos halogenados, como o ácido clorídrico, e a mistura é atingida ou sacudida fortemente. O potássio fundido também reage com o enxofre e o sulfeto de hidrogênio.

Orgânico

Reage com compostos orgânicos que contêm grupos ativos, mas é inerte aos hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos. O potássio reage lentamente com o amônio para formar potássio (KNH 2 ).

Ao contrário do sódio, o potássio reage com o carbono na forma de grafite para formar uma série de compostos interlaminos. Estes compostos têm razões atômicas carbono-potássio: 8, 16, 24, 36, 48, 60 ou 1; isto é, KC 60 , por exemplo.

Usos

Potássio metálico

Não há muita demanda industrial por potássio metálico. A maior parte é convertida em superóxido de potássio, usado em equipamento respiratório, pois libera oxigênio e elimina dióxido de carbono e vapor de água.

A liga NaK possui grande capacidade de absorção de calor, sendo usada como refrigerante em alguns reatores nucleares. Além disso, o metal vaporizado tem sido usado em turbinas.

Compostos

Cloreto

O KCl é usado na agricultura como fertilizante. Também é usado como matéria-prima para a produção de outros compostos de potássio, como o hidróxido de potássio.

Hidróxido

Também conhecido como potássio cáustico, KOH, é usado na fabricação de sabões e detergentes.

Sua reação com o iodo produz iodeto de potássio. Este sal é adicionado ao sal de mesa (NaCl) e alimenta-o para proteger contra a deficiência de iodo. O hidróxido de potássio é usado na fabricação de baterias alcalinas.

Nitrato

Também conhecido como salitre, o KNO 3 , é usado como fertilizante. Além disso, é usado na preparação de fogos de artifício; como conservante de alimentos e no endurecimento do vidro.

Cromato

É usado na produção de fertilizantes e na produção de alúmen de potássio.

Carbonato

É usado na fabricação de vidro, especialmente aqueles usados ​​na fabricação de televisores.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica . (Quarta edição). Mc Graw Hill
  2. Wikipedia (2019). Potássio Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. McKeehan LW (1922). A estrutura cristalina do potássio. Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América, 8 (8), 254–255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
  4. Masafumi Sakata et al. (2017). Transição de fase estrutural do potássio em condições de alta pressão e baixa temperatura. J. Phys.: Conf. Ser. 950 042020.
  5. Centro Nacional de Informação Biotecnológica. (2019). Potássio PubChem Database., CID = 5462222. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  6. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (3 de maio de 2019). Potássio Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  7. Sociedade Real de Química. (2019). Potássio Recuperado de: rsc.org
  8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 de janeiro de 2019). 10 fatos de potássio Recuperado de: thoughtco.com
  9. Best & Taylor (2003). Bases Fisiológicas da Prática Médica . (13ª edição em espanhol). Editorial médico pan-americano.
  10. Elm Axayacatl. (2 de março de 2018). Importância do potássio (K) em plantas cultivadas. Recuperado de: blogagricultura.com
  11. Lenntech BV (2019). Potássio Recuperado de: lenntech.com

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