Potássio (k)

Explicamos o que potássio, sua história, estrutura química, propriedades físicas e químicas, reações, usos e mais.

O que é potássio?

Ele potássio É um metal alcalino cujo símbolo químico é k. Seu número atômico é 19 e está localizado abaixo do 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 reagia vigorosamente.

Basta cortar, apresenta uma cor prateada muito brilhante, mas quando exposta ao ar, ele oxida rapidamente.

O potássio reage explosivamente com água para formar hidróxido de potássio e hidrogênio gasoso. Precisamente esse gás é a causa da explosividade da reação. Quando queima no isqueiro, seus átomos excitados mancham a chama de uma intensa cor lilás; Esta é uma de suas evidências qualitativas.

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

História do potássio

Potassa

Desde a antiguidade, o homem usou Potassa como fertilizante, ignorando a existência de potássio, muito menos seu relacionamento com o Potassa. Isso foi preparado a partir das cinzas dos troncos e folhas das árvores, a que a água foi adicionada, que foi posteriormente evaporada.

Os vegetais contêm principalmente potássio, sódio e cálcio. Mas os compostos de cálcio são pouco solúveis em água. Por esse motivo, Potassa era um concentrado de compostos de potássio. A palavra é derivada da contração das palavras em inglês 'Pot' e 'Ash'.

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

Descoberta

Em 1797, o químico alemão Martin Klaproth descobriu Potassa em minerais de Leukita e Lepidolite, então ele concluiu que não era apenas um produto de plantas.

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

Então, Davy isolou o potássio através da eletrólise de hidróxido de potássio, observando glóbulos de brilho metálico que se acumularam no ânodo. Ele chamou o metal com a palavra de Etimologia Inglesa Potássio.

Em 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propôs o nome de Kalium (Kalio) para Davy's Potassium. Berzelius evocou o nome de 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 eletrônica de potássio e configuração

O potássio metálico cristaliza em condições normais na estrutura cúbica centrada no corpo (BCC). Isso é caracterizado por ser pouco denso, o que concorda 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.

Esta fase do BCC também é designada como fase K-i (a primeira). Quando a pressão aumenta, a estrutura cristalina é compacta na fase cúbica centrada nas faces (FCC, por cúbica centrada no rosto). No entanto, é necessária uma pressão de 11 GPA para que essa transição ocorra espontaneamente.

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

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Existem também duas outras fases cristalinas para pressões ainda maiores: o K-IV (54 GPa) e o K-V (90 GPa). A temperaturas muito frias, o potássio exibe uma fase amorfa (com átomos de K desordem).

Número de oxidação

A configuração eletrônica de potássio é:

[AR] 4s¹

O orbital 4S é o mais externo e, portanto, possui o único elétron em Valência. Isso, em teoria.

Na mesma configuração eletrônica, é fácil entender por que o potássio sempre tem (ou quase sempre) um número de oxidação de +1. Quando você perde um elétron para formar o k cation⁺, Torna -se isoletrônico para o Noble Argon Gas, com seu Octeto de Valência completo.

Na maioria de seus compostos derivados, assume -se que o potássio é como k⁺ (mesmo que seus links não sejam puramente iônicos).

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

[AR] 4s²

Dizem então que ele ganhou um elétron e tem um número de oxidação negativo, -1. Quando esse número de oxidação é calculado em um composto, a existência do ânion Potasuro é assumida, k^-.

Propriedades de potássio

Aparência

Metal prateado branco brilhante.

Carga nuclear eficaz

A carga nuclear efetiva de potássio é +1. Possui baixa energia de ionização, por isso tem uma grande facilidade de perder o único elétron presente em sua camada externa.

Massa molar

39.0983 g/mol.

Ponto de fusão

83,5 ºC.

Ponto de ebulição

759 ºC.

Densidade

-0,862 g/cm³, à temperatura ambiente.

-0,828 g/cm³, No ponto de fusão (líquido).

Solubilidade

Reagir violentamente com água. Solúvel em amônia líquida, etilendiamina e anilina. Solúvel em outros metais alcalinos para formar ligas e em mercúrio.

Densidade de vapor

1.4 no relacionamento aéreo tomado como 1.

Pressão de vapor

8 mmHg a 432 ºC.

Estabilidade

Estável se estiver protegido do ar e umidade.

Corrosividade

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

Tensão superficial

86 Dynas/cm a 100 ºC.

Calor de fusão

2,33 kJ/mol.

Calor de vaporização

76,9 KJ/mol/mol.

Capacidade térmica molar

29.6 J/(mol · k).

Eletro-negatividade

0,82 na escala Pauling.

Energias de ionização

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

Segundo nível de ionização: 3.052 KJ/mol.

Terceiro nível de ionização: 4.420 kJ/mol.

Rádio atômico

227 pm.

Rádio covalente

203 ± 12 pm.

Expansão térmica

83,3 µm/(m · k) a 25 ° C.

Condutividade térmica

102,5 w/(M · k).

Resistividade elétrica

72 Nω · m (a 25 ºC).

Dureza

0,4 na escala MOHS.

Isótopos naturais

O potássio é apresentado como três isótopos principalmente: ³⁹K (93.258 %),⁴¹K (6,73 %) e ⁴⁰K (0,012 %, emissão radioativa β)

Nomenclatura

Os compostos de potássio têm o número de oxidação +1 por padrão (exceto por exceções muito especiais). Portanto, na nomenclatura de 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.

Do resto, a menos que sejam nomes muito comuns ou minerais (como Silvina), a nomenclatura em torno do potássio é bastante simples.

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Formas

O potássio não é encontrado na natureza na forma metálica, mas pode ser obtida industrialmente sob esta forma para certos usos. É encontrado acima de tudo em seres vivos, em 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 La Silvita, La Alunita, La Carnalita, etc.

O potássio forma ligas com outros elementos alcalinos, como sódio, césio e rubídio. Ele também forma ligas nove com sódio e césio, através das fusões do eutctic de maneira assim -.

Artigo biológico

Pisos

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

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.

Repolarização celular

A formação de potenciais de ação e o início da contração muscular é uma responsabilidade compartilhada por sódio e potássio.

Outras funções

O potássio cumpre outras funções em humanos, como tônus ​​vascular, controle da pressão arterial sistêmica e motilidade gastrointestinal.

Onde está o potássio e produção

Cristal Silvita, que consiste praticamente cloreto de potássio. Fonte: Rob Lavinsky, Irocks.COM-CC-BY-SA-3.0 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

O potássio é encontrado principalmente em rochas ígneas, lutitas e sedimentos. Além disso, em minerais como moscovita e ortoclase, que são insolúveis em água. Ortoclase é um mineral que geralmente é apresentado em rochas ígneas e de granito.

O potássio também está presente em compostos minerais solúveis em água, como carnalita (KMGCL₃· 6h₂O), La Silvita (KCl) e LandBeinita [K₂Mg₂(SW₄)₃], que são encontrados em camas secas de lagos e no fundo do mar.

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

O potássio foi apresentado em grandes depósitos, como o existente em Saskatchewan, no Canadá, rico em Silvita Mineral (KCL) e capaz de produzir 25 % do consumo global de potássio. Os líquidos de resíduos de salinas podem conter uma quantidade significativa de potássio, na forma de KCl.

Eletrólise

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

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

O método de eletrólise de hidróxido de potássio foi utilizado industrialmente na década de 1920. O método térmico, no entanto, o suplantou e se tornou o método dominante de 1950 para a produção deste metal.

Método térmico

No método térmico, o potássio é produzido pela redução do cloreto de potássio fundido a 870 ºC. Isso alimenta continuamente uma coluna de destilação embalada com 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 no topo da coluna de destilação, onde é continuamente coletada. A produção metálica de potássio pelo método térmico pode ser esquematizada na seguinte equação química:

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

O processo Griesheimer também é usado na produção de potássio, que usa a reação de fluoreto de potássio com carboneto de cálcio:

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

Reações

Inorgânico

O potássio é um elemento muito reativo que reage rapidamente com oxigênio para formar três óxidos: óxido (k₂O), peróxido (k₂QUALQUER₂) e superóxido (ko₂) Potássio.

O potássio é um elemento fortemente redutor, por isso oxida mais rapidamente do que a maioria dos metais. É usado para reduzir os sais de metal, substituindo o potássio para o metal de sal. Este método permite obter metais puros:

Mgcl₂    +     2 k => mg +2 kcl

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

O potássio metálico reagindo com uma solução aquosa de fenolftaleína, que é tingida de Violet Red, liberando íons OH para o 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 ºC para produzir um carbonil explosivo (k₆C₆QUALQUER₆). Também reage com hidrogênio a 350 ºC, formando um hidreto. Também é altamente reativo com halogênios e explode em contato com bromo líquido.

As explosões também são produzidas quando o potássio reage com ácidos halogenados, como o ácido clorídrico, e a mistura é fortemente espancada ou abalada. O potássio fundido também reage com enxofre e sulfeto de hidrogênio.

Orgânico

Ele reage com compostos orgânicos contendo grupos ativos, mas é inerte para hidrocarbonetos alifáticos e aromáticos. O potássio reage lentamente com o amônio para formar potasomina (KNH₂).

Ao contrário do sódio, o potássio reage com carbono na forma de grafite para formar uma série de compostos interlaminares. Esses compostos têm relações atômicas de carbono-potássio: 8, 16, 24, 36, 48, 60 ou 1; isto é, KC₆₀, por exemplo.

Usos de potássio

Potássio metálico

Não há muita demanda industrial por potássio metálico. A maior parte se torna superóxido de potássio, usada em equipamentos de respiração, pois libera oxigênio e elimina dióxido de carbono e vapor de água.

A liga de Nak tem uma ótima capacidade de absorção de calor, por isso é usada como refrigerante em alguns reatores nucleares. Além disso, o metal vaporizado foi usado em turbinas.

Compostos

Cloreto

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 CAUSTIC POTASSA, KOH, é usado na fabricação de sabonetes e detergentes.

Sua reação com iodo produz iodeto de potássio. Este sal é adicionado ao sal de mesa (NaCl) e no feed para protegê -lo contra uma deficiência de iodo. O hidróxido de potássio é usado na fabricação de baterias alcalinas.

Nitrato

Também conhecido como salitre, KNO₃, é usado como fertilizante. Além disso, é usado na elaboração de fogos de artifício; como conservante de alimentos e no endurecimento do vidro.

Cromato

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

Carbonato

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

Referências

1. Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
2. Potássio. Recuperado de: em.Wikipedia.org
3. Potássio. Encyclopædia britannica. Recuperado de: Britannica.com