K est le symbole chimique de quoi ?
potassium
Le potassium est un élément chimique de symbole K (dérivé du néo-latin kalium) et de numéro atomique 19. Il a été isolé pour la première fois de la potasse, les cendres de plantes, d'où son nom. Dans le tableau périodique, le potassium est l'un des sept éléments de la colonne (groupe) 1 (métaux alcalins). Tous les éléments du groupe 1 ont un seul électron de valence dans la couche électronique externe, qui est facilement éliminé pour créer un ion avec une charge positive – un cation, qui se combine avec les anions pour former des sels. Le potassium dans la nature ne se trouve que dans les sels ioniques. Le potassium élémentaire est un métal alcalin blanc argenté doux qui s'oxyde rapidement dans l'air et réagit vigoureusement avec l'eau, générant suffisamment de chaleur pour enflammer l'hydrogène émis lors de la réaction et brûlant avec une flamme de couleur lilas. On le trouve dissous dans l'eau de mer (qui contient 0,04 % de potassium en poids) et fait partie de nombreux minéraux. Le potassium naturel est composé de trois isotopes, dont un radioactif. On en trouve des traces dans tout le potassium, et c'est le radio-isotope le plus courant dans le corps humain. Le potassium est chimiquement très similaire au sodium, l'élément précédent du groupe 1 du tableau périodique. Ils ont une énergie d’ionisation similaire, ce qui permet à chaque atome de renoncer à son seul électron externe. Le fait qu'il s'agisse d'éléments différents qui se combinent avec les mêmes anions pour former des sels similaires a été soupçonné en 1702 et prouvé en 1807 par électrolyse. La plupart des applications industrielles du potassium exploitent la haute solubilité dans l’eau des composés du potassium, tels que les savons de potassium. Une production agricole importante épuise rapidement le sol en potassium, et cet épuisement est évité et corrigé grâce à des engrais agricoles contenant du potassium, qui représentent 95 % de la production chimique mondiale de potassium. Les ions potassium sont nécessaires au fonctionnement de toutes les cellules vivantes. Le transfert des ions potassium à travers les membranes des cellules nerveuses est nécessaire à la transmission nerveuse normale ; une déplétion excessive en potassium peut entraîner de nombreuses anomalies, notamment un rythme cardiaque anormal et diverses anomalies électrocardiographiques (ECG). Les fruits et légumes frais sont de bonnes sources alimentaires de potassium. Le corps réagit à l’afflux de potassium alimentaire, ce qui augmente les taux sériques de potassium, avec un déplacement du potassium de l’extérieur vers l’intérieur des cellules et une augmentation de l’excrétion du potassium par les reins. Le potassium est le deuxième métal le moins dense après le lithium. C'est un solide mou avec un point de fusion bas et peut être facilement coupé avec un couteau. Le potassium fraîchement coupé est d'apparence argentée, mais il commence à ternir vers le gris immédiatement après exposition à l'air. Greenwood, p. 76 Lors d'un test de flamme, le potassium et ses composés émettent une couleur lilas avec une longueur d'onde d'émission maximale de 766,5 nanomètres. Les atomes neutres de potassium possèdent 19 électrons, soit un de plus que la configuration extrêmement stable du gaz noble argon. En raison de cela et de sa faible énergie de première ionisation de 418,8 kJ/mol, l'atome de potassium est beaucoup plus susceptible de perdre le dernier électron et d'acquérir une charge positive que d'en gagner un et d'acquérir une charge négative (bien que les ions alcalines chargés négativement ne soient pas impossibles). . ) Ce processus nécessite si peu d’énergie que le potassium est facilement oxydé par l’oxygène atmosphérique. En revanche, la deuxième énergie d'ionisation est très élevée (3052 kJ/mol), car la suppression de deux électrons brise la configuration électronique stable des gaz rares (la configuration de l'argon inerte). Le potassium ne forme donc pas facilement des composés ayant un état d’oxydation de +2 ou plus. Le potassium est un métal extrêmement actif qui réagit violemment avec l'oxygène et l'eau de l'air. Avec l'oxygène, il forme du peroxyde de potassium et avec de l'eau, le potassium forme de l'hydroxyde de potassium. La réaction du potassium avec l’eau est dangereuse en raison de son caractère exothermique violent et de la production d’hydrogène gazeux. L'hydrogène réagit à nouveau avec l'oxygène atmosphérique, produisant de l'eau, qui réagit avec le potassium restant. Cette réaction ne nécessite que des traces d'eau ; pour cette raison, le potassium et le sodium-potassium liquide – NaK – sont de puissants déshydratants qui peuvent être utilisés pour sécher les solvants avant la distillation. Burkhardt, p. 35 En raison de la sensibilité du potassium à l'eau et à l'air, les réactions avec d'autres éléments ne sont possibles que dans une atmosphère inerte telle que l'argon, en utilisant des techniques sans air. Le potassium ne réagit pas avec la plupart des hydrocarbures tels que l'huile minérale ou le kérosène. Il se dissout facilement dans l'ammoniaque liquide, jusqu'à 480 g pour 1 000 g d'ammoniaque à 0 °C. Selon la concentration, les solutions d'ammoniaque sont bleues à jaunes et leur conductivité électrique est similaire à celle des métaux liquides. Dans une solution pure, le potassium réagit lentement avec l'ammoniac pour former du , mais cette réaction est accélérée par d'infimes quantités de sels de métaux de transition. Burkhardt, p. 32 Parce qu'il peut réduire les sels en métal, le potassium est souvent utilisé comme réducteur dans la préparation de métaux finement divisés à partir de leurs sels par la méthode Rieke. Par exemple, la préparation du magnésium par cette méthode utilise le potassium comme réducteur : Le seul état d’oxydation courant du potassium est +1. Le potassium métallique est un puissant agent réducteur qui s'oxyde facilement en cation monopositif. Une fois oxydé, il est très stable et difficile à réduire en métal. L'hydroxyde de potassium réagit facilement avec le dioxyde de carbone pour produire du carbonate de potassium et est utilisé pour éliminer les traces de gaz de l'air. En général, les composés de potassium ont une excellente solubilité dans l’eau, en raison de l’énergie d’hydratation élevée de l’ion. L'ion potassium est incolore dans l'eau et est très difficile à précipiter ; les méthodes de précipitation possibles incluent les réactions avec le tétraphénylborate de sodium, l'acide hexachloroplatinique et le cobaltinitrite de sodium. Le potassium s'oxyde plus rapidement que la plupart des métaux et forme des oxydes avec des liaisons oxygène-oxygène, comme le font tous les métaux alcalins à l'exception du lithium. Trois espèces se forment au cours de la réaction : l'oxyde de potassium, le peroxyde de potassium et le superoxyde de potassium formés de trois ions différents à base d'oxygène : l'oxyde (), le peroxyde () et le superoxyde (). Les deux dernières espèces, notamment le superoxyde, sont rares et ne se forment qu'en réaction avec des métaux très électropositifs ; ces espèces contiennent des liaisons oxygène-oxygène. Tous les composés binaires potassium-oxygène sont connus pour réagir violemment avec l’eau, formant de l’hydroxyde de potassium. Ce composé est un alcali très puissant, et 1,21 kg de celui-ci peut se dissoudre dans aussi peu qu'un litre d'eau. Les composés du potassium sont généralement hautement ioniques et la plupart d’entre eux sont donc solubles dans l’eau. Les principales espèces en solution aqueuse sont les complexes aquatiques où n 6 et 7.Lincoln, S. F. ; Richens, D. T. et Sykes, A. G. "Metal Aqua Ions" dans J. A. McCleverty et T. J. Meyer (éd.) [http://www.sciencedirect.com/science/referenceworks/9780080437484 Comprehensive Coordination Chemistry II], Vol. 1, pages 515 à 555, ISBN 978-0-08-043748-4. Certains des rares sels de potassium peu solubles comprennent le tétraphénylborate de potassium, l'hexachloroplatinate de potassium et le cobaltinitrite de potassium. Il existe 24 isotopes connus du potassium, dont trois sont présents naturellement : (93,3 %), (0,0117 %) et (6,7 %). À l'état naturel, sa demi-vie est de 1 250 × 109 ans. Il se désintègre jusqu'à devenir stable par capture d'électrons ou émission de positons (11,2 %) ou jusqu'à stable par désintégration bêta (88,8 %). La désintégration du to est à la base d’une méthode courante de datation des roches. La méthode conventionnelle de datation K-Ar repose sur l'hypothèse que les roches ne contenaient pas d'argon au moment de leur formation et que tout l'argon radiogénique ultérieur () a été quantitativement retenu. Les minéraux sont datés par la mesure de la concentration de potassium et de la quantité de radiogène accumulée. Les minéraux les mieux adaptés à la datation comprennent la biotite, la muscovite, la hornblende métamorphique et le feldspath volcanique ; des échantillons de roches entières provenant de coulées volcaniques et d'agrégats intrusifs peu profonds peuvent également être datés s'ils ne sont pas altérés. Outre la datation, les isotopes du potassium ont été utilisés comme traceurs dans des études sur l'altération et pour des études sur le cycle des nutriments, car le potassium est un macronutriment nécessaire à la vie.  se produit dans le potassium naturel (et donc dans certains substituts du sel commerciaux) en quantité suffisante pour que de grands sacs de ces substituts puissent être utilisés comme source radioactive pour des démonstrations en classe. est le radio-isotope le plus abondant dans l’organisme. Chez les animaux et les personnes en bonne santé, représente la plus grande source de radioactivité, même supérieure à . Dans un corps humain pesant 70 kg, environ 4 400 noyaux se désintègrent par seconde. L'activité du potassium naturel est de 31 Bq/g. Le potassium se forme dans les supernovas par nucléosynthèse à partir d’atomes plus légers. Le potassium est principalement créé dans les supernovas de type II via le processus explosif de combustion de l'oxygène. est également formé lors de la nucléosynthèse du processus s et du processus de combustion du néon. Le potassium représente environ 2,6 % du poids de la croûte terrestre et est le septième élément le plus abondant dans la croûte. C'est le 17e élément le plus abondant en poids sur Terre et le 20e élément le plus abondant dans le système solaire. La concentration de potassium dans l'eau de mer est de 0,39 g/L (0,039 poids/volume), soit environ un quart de la concentration de sodium. Ni le potassium élémentaire ni les sels de potassium (en tant qu'entités distinctes des autres sels) n'étaient connus à l'époque romaine, et le nom latin de l'élément, kalium, n'est pas du latin classique mais plutôt néo-latin. Kalium vient du mot alcali, qui lui-même vient de 'al-qalyah "cendres de plantes". Le terme anglais alcalin à consonance similaire provient de cette même racine, alors que le mot pour potassium en arabe standard moderne est بوتاسيوم būtāsyūm. Ainsi je propose maintenant de substituer aux mots jusqu'à présent courants d'« alcali végétal », « alcali végétal », « potasse », etc., celui de kali ; et pour revenir à l'ancien nom de natron au lieu de dire "alcali minéral", "soude", etc.) En 1809, le physicien et chimiste allemand Ludwig Wilhelm Gilbert proposa les noms Kalium pour le "potassium" d'Humphry Davy et Natronium pour le "potassium" de Davy. sodium". En 1814, le chimiste suédois Berzelius préconise le nom de kalium pour le potassium, avec le symbole chimique K. Le nom anglais de l'élément potassium vient du mot « potash » et fait référence à la méthode de production de potassium : placer dans un pot les cendres de bois ou de feuilles d'arbre brûlées, ajouter de l'eau, chauffer et évaporer la solution. La potasse est principalement un mélange de sels de potassium, car les plantes contiennent peu ou pas de sodium, et le reste de la principale teneur en minéraux d'une plante est constitué de sels de calcium relativement peu solubles dans l'eau. Bien que la potasse soit utilisée depuis l’Antiquité, elle n’a pas été considérée pendant la majeure partie de son histoire comme une substance fondamentalement différente des sels minéraux de sodium. Georg Ernst Stahl a obtenu des preuves expérimentales qui l'ont amené à suggérer la différence fondamentale entre les sels de sodium et de potassium en 1702, et Henri Louis Duhamel du Monceau a pu prouver cette différence en 1736. La composition chimique exacte des composés de potassium et de sodium et le statut en tant qu'élément chimique du potassium et du sodium, n'était pas connu à l'époque et c'est pourquoi Antoine Lavoisier n'a pas inclus l'alcali dans sa liste d'éléments chimiques en 1789. Pendant longtemps, les seules applications significatives de la potasse furent la production de verre, d'eau de Javel, de savon. et de la poudre à canon sous forme de nitrate de potassium. Les savons de potassium issus de graisses animales et d'huiles végétales étaient particulièrement appréciés car ils ont tendance à être plus solubles dans l'eau et à avoir une texture plus douce, et sont donc connus sous le nom de savons mous. La découverte par Justus Liebig en 1840 que le potassium est un élément nécessaire aux plantes et que la plupart des sols manquent de potassium a provoqué une forte augmentation de la demande en sels de potassium. La cendre de bois des sapins était initialement utilisée comme source de sel de potassium pour les engrais, mais, avec la découverte en 1868 de gisements minéraux contenant du chlorure de potassium près de Staßfurt, en Allemagne, la production d'engrais contenant du potassium a commencé à l'échelle industrielle. D'autres gisements de potasse ont été découverts et, dans les années 1960, le Canada est devenu le principal producteur. Le potassium métal a été isolé pour la première fois en 1807 en Angleterre par Sir Humphry Davy, qui l'a dérivé de la potasse caustique (KOH, hydroxyde de potassium) par électrolyse du KOH fondu avec la pile voltaïque récemment découverte. Le potassium a été le premier métal isolé par électrolyse. Plus tard dans la même année, Davy rapporta l'extraction du sodium métallique à partir d'un dérivé minéral (soude caustique, NaOH ou lessive) plutôt que d'un sel végétal, par une technique similaire, démontrant que les éléments, et donc les sels, sont différents. Bien que la production de potassium et de sodium métallique aurait dû montrer que les deux sont des éléments, il a fallu un certain temps avant que ce point de vue soit universellement accepté. Le potassium élémentaire n'est pas présent dans la nature en raison de sa grande réactivité. Il réagit violemment avec l'eau (voir section Précautions ci-dessous) et réagit également avec l'oxygène. L'orthose (feldspath potassique) est un minéral commun formant des roches. Le granit, par exemple, contient 5 % de potassium, ce qui est bien supérieur à la moyenne de la croûte terrestre. La sylvite (KCl), la carnallite, la kainite et la langbéinite sont les minéraux trouvés dans les grands gisements d'évaporites du monde entier. Les dépôts présentent souvent des couches commençant par la moins soluble en bas et la plus soluble en haut. Les dépôts de nitre (nitrate de potassium) se forment par décomposition de matières organiques en contact avec l'atmosphère, principalement dans les grottes ; en raison de la bonne solubilité du nitre dans l’eau, la formation de dépôts plus importants nécessite des conditions environnementales particulières. Les sels de potassium tels que la carnallite, la langbéinite, la polyhalite et la sylvite forment de vastes gisements dans les anciens fonds de lacs et fonds marins, rendant l'extraction de sels de potassium dans ces environnements commercialement viable. La principale source de potassium – la potasse – est extraite au Canada, en Russie, en Biélorussie, en Allemagne, en Israël, aux États-Unis, en Jordanie et ailleurs dans le monde. Les premiers gisements exploités étaient situés près de Staßfurt, en Allemagne, mais les gisements s'étendent de la Grande-Bretagne à l'Allemagne jusqu'en Pologne. Ils sont situés dans le Zechstein et ont été déposés entre le Permien moyen et supérieur. Les plus grands gisements jamais découverts se trouvent à 1 000 m sous la surface de la province canadienne de la Saskatchewan. Les gisements sont situés dans le groupe d'Elk Point produit dans le Dévonien moyen. La Saskatchewan, où plusieurs grandes mines sont exploitées depuis les années 1960, a été la première à utiliser la technique de congélation des sables humides (la formation Blairmore) pour y enfoncer des puits de mine. La principale société minière de potasse en Saskatchewan est la Potash Corporation of Saskatchewan. L’eau de la Mer Morte est utilisée par Israël et la Jordanie comme source de potasse, alors que la concentration dans les océans normaux est trop faible pour une production commerciale aux prix actuels. Plusieurs méthodes sont utilisées pour séparer les sels de potassium des composés de sodium et de magnésium. La méthode la plus utilisée est la précipitation fractionnée utilisant les différences de solubilité des sels à différentes températures. La séparation électrostatique du mélange de sel broyé est également utilisée dans certaines mines. Les déchets de sodium et de magnésium qui en résultent sont soit stockés sous terre, soit entassés dans des terrils. La plupart des minéraux de potassium extraits finissent sous forme de chlorure de potassium après traitement. L'industrie minière fait référence au chlorure de potassium sous le nom de potasse, de muriate de potasse ou simplement de MOP. Le potassium métallique pur peut être isolé par électrolyse de son hydroxyde selon un processus qui a peu changé depuis Davy. Bien que le procédé d'électrolyse ait été développé et utilisé à l'échelle industrielle dans les années 1920, la méthode thermique consistant à faire réagir du sodium avec du chlorure de potassium dans une réaction d'équilibre chimique est devenue la méthode dominante dans les années 1950. La production d'alliages sodium-potassium est réalisée en modifiant le temps de réaction et la quantité de sodium utilisée dans la réaction. Le procédé Griesheimer employant la réaction du fluorure de potassium avec le carbure de calcium a également été utilisé pour produire du potassium. Le potassium métallique de qualité réactif coûte environ 10,00 $/livre (22 $/kg) en 2010 lorsqu'il est acheté à la tonne. Le métal de moindre pureté est considérablement moins cher. Le marché est volatil car le stockage à long terme du métal est difficile. Il doit être stocké dans une atmosphère de gaz inerte sec ou d'huile minérale anhydre pour éviter la formation d'une couche superficielle de superoxyde de potassium, un explosif sensible à la pression qui explose lorsqu'il est rayé. L'explosion qui en résulte déclenche souvent un incendie difficile à éteindre. Le potassium est le huitième ou le neuvième élément en masse (0,2 %) dans le corps humain, de sorte qu'un adulte de 60 kg contient au total environ 120 g de potassium. Le corps contient à peu près autant de potassium que de soufre et de chlore, et seuls le calcium et le phosphore sont plus abondants. Les ions potassium sont présents dans une grande variété de protéines et d'enzymes. Les niveaux de potassium influencent plusieurs processus physiologiques, notamment L'homéostasie du potassium désigne le maintien de la teneur totale en potassium du corps, du taux plasmatique de potassium et du rapport entre les concentrations de potassium intracellulaire et extracellulaire dans des limites étroites, face à l'apport pulsatile (repas), à l'excrétion rénale obligatoire et aux changements entre intracellulaire et extracellulaire. compartiments. Le potassium plasmatique est normalement maintenu entre 3,5 et 5,0 millimoles (mmol) [ou milliéquivalents (mEq)] par litre par plusieurs mécanismes. Les niveaux en dehors de cette plage sont associés à un taux croissant de décès dus à des causes multiples, et certaines maladies cardiaques, rénales et pulmonaires progressent plus rapidement si les taux de potassium sérique ne sont pas maintenus dans la plage normale. Un repas moyen de 40 à 50 mmol apporte à l'organisme plus de potassium que ce qui est présent dans tout le plasma (20 à 25 mmol). Cependant, cette augmentation entraîne une augmentation du potassium plasmatique de seulement 10 % au maximum en raison d'une clairance rapide et efficace par les mécanismes rénaux et extra-rénaux. L'hypokaliémie, une carence en potassium dans le plasma, peut être mortelle si elle est grave. Les causes courantes sont une augmentation des pertes gastro-intestinales (vomissements, diarrhée) et une augmentation des pertes rénales (diurèse). Les symptômes de carence comprennent une faiblesse musculaire, un iléus paralytique, des anomalies de l'ECG, une diminution de la réponse réflexe ; et dans les cas graves, paralysie respiratoire, alcalose et arythmie cardiaque. La teneur en potassium du plasma est étroitement contrôlée par quatre mécanismes fondamentaux, qui portent différents noms et classifications. Les quatre sont 1) un système réactif à rétroaction négative, 2) un système réactif à réaction anticipée, 3) un système prédictif ou circadien et 4) un système de transport interne ou membranaire cellulaire. Collectivement, les trois premiers sont parfois appelés « système d'homéostasie externe du potassium » ; et les deux premiers, le « système d'homéostasie réactive du potassium ». *Le système réactif à rétroaction négative fait référence au système qui induit la sécrétion rénale de potassium en réponse à une augmentation du potassium plasmatique (ingestion de potassium, déplacement hors des cellules ou perfusion intraveineuse). *Le système réactif feed-forward fait référence à un système mal compris qui induit une sécrétion rénale de potassium en réponse à l'ingestion de potassium avant toute augmentation du potassium plasmatique. Ceci est probablement initié par les récepteurs du potassium des cellules intestinales qui détectent le potassium ingéré et déclenchent des signaux afférents vagaux vers l'hypophyse. *Le système prédictif ou circadien augmente la sécrétion rénale de potassium pendant les heures de repas (par exemple pendant la journée pour les humains, la nuit pour les rongeurs), indépendamment de la présence, de la quantité ou de l'absence d'ingestion de potassium. Elle est médiée par un oscillateur circadien dans le noyau suprachiasmatique du cerveau (horloge centrale), qui amène le rein (horloge périphérique) à sécréter du potassium de cette manière circadienne rythmée. *Le système de transport des ions déplace le potassium à travers la membrane cellulaire à l'aide de deux mécanismes. L’un est actif et pompe le sodium hors de la cellule et le potassium vers celle-ci. L’autre est passif et permet au potassium de s’échapper de la cellule. Les cations potassium et sodium influencent la distribution des fluides entre les compartiments intracellulaires et extracellulaires par les forces osmotiques. Le mouvement du potassium et du sodium à travers la membrane cellulaire est assuré par la pompe Na+/K+-ATPase. Cette pompe à ions utilise l'ATP pour pomper trois ions sodium hors de la cellule et deux ions potassium dans la cellule, créant ainsi un gradient électrochimique et une force électromotrice à travers la membrane cellulaire. Les canaux ioniques potassium hautement sélectifs (qui sont des tétramères) sont cruciaux pour l’hyperpolarisation à l’intérieur des neurones après le déclenchement d’un potentiel d’action, pour ne citer qu’un exemple. Le canal ionique potassium découvert le plus récemment est KirBac3.1, qui représente un total de cinq canaux ioniques potassium (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP et MthK) avec une structure déterminée. Tous les cinq appartiennent à des espèces procaryotes. La manipulation rénale du potassium est étroitement liée à la manipulation du sodium. Le potassium est le cation majeur (ion positif) à l'intérieur des cellules animales [150 mmol/L, (4,8 g)], tandis que le sodium est le cation majeur du liquide extracellulaire [150 mmol/L, (3,345 g)]. Dans les reins, environ 180 litres de plasma sont filtrés chaque jour à travers les glomérules et dans les tubules rénaux. Cette filtration implique environ 600 g de sodium et 33 g de potassium. Étant donné que seuls 1 à 10 g de sodium et 1 à 4 g de potassium sont susceptibles d'être remplacés par l'alimentation, le filtrage rénal doit réabsorber efficacement le reste du plasma. Le sodium est réabsorbé pour maintenir le volume extracellulaire, la pression osmotique et la concentration sérique de sodium dans des limites étroites ; le potassium est réabsorbé pour maintenir la concentration sérique de potassium dans des limites étroites. Les pompes à sodium dans les tubules rénaux fonctionnent pour réabsorber le sodium. Le potassium doit également être conservé, mais comme la quantité de potassium dans le plasma sanguin est très faible et que le pool de potassium dans les cellules est environ trente fois plus important, la situation n'est pas si critique pour le potassium. Étant donné que le potassium est déplacé passivement à contre-courant du sodium en réponse à un équilibre de Donnan apparent (mais non réel), l'urine ne peut jamais descendre en dessous de la concentration de potassium dans le sérum, sauf parfois en excrétant activement de l'eau à la fin du traitement. Le potassium est excrété deux fois et réabsorbé trois fois avant que l'urine n'atteigne les tubules collecteurs. À ce stade, l’urine contient généralement à peu près la même concentration de potassium que le plasma. À la fin du traitement, le potassium est à nouveau sécrété si les taux sériques sont trop élevés. Sans apport de potassium, il est excrété à raison d'environ 200 mg par jour jusqu'à ce qu'en une semaine environ, le potassium dans le sérum diminue jusqu'à un niveau légèrement déficient de 3,0 à 3,5 mmol/L. Si le potassium est toujours retenu, la concentration continue de baisser jusqu'à ce qu'une carence grave entraîne la mort. Le potassium se déplace passivement à travers les pores de la membrane cellulaire. Lorsque les ions traversent les pompes, il y a une porte dans les pompes de chaque côté de la membrane cellulaire et une seule porte peut être ouverte à la fois. En conséquence, environ 100 ions sont forcés par seconde. Les pores n’ont qu’une seule porte, et là, un seul type d’ion peut passer, à raison de 10 à 100 millions d’ions par seconde. Les pores ont besoin de calcium pour s'ouvrir, bien que l'on pense que le calcium agit en sens inverse en bloquant au moins un des pores. comprend une image détaillée des atomes dans la pompe. Les groupes carbonyle à l'intérieur des pores sur les acides aminés imitent l'hydratation de l'eau qui a lieu dans une solution aqueuse par la nature des charges électrostatiques sur quatre groupes carbonyle à l'intérieur du pore. Le potassium peut être détecté par le goût car il déclenche trois des cinq types de sensations gustatives, selon la concentration. Les solutions diluées d'ions potassium ont un goût sucré, permettant des concentrations modérées dans le lait et les jus, tandis que des concentrations plus élevées deviennent de plus en plus amères/alcalines, et finalement également salées au goût. L’amertume et la salinité combinées des solutions riches en potassium font de la supplémentation en potassium à forte dose par les boissons liquides un défi d’appétence. Un apport adéquat en potassium est obtenu en mangeant une variété d’aliments. Le potassium est présent dans tous les fruits, légumes, viandes et poissons. Les aliments riches en potassium comprennent l'igname, le persil, les abricots secs, le lait en poudre, le chocolat, toutes les noix (en particulier les amandes et les pistaches), les pommes de terre, les pousses de bambou, les bananes, les avocats, l'eau de coco, le soja et le son. Les abricots secs ont la concentration en poids de potassium la plus élevée de tous les aliments. De nombreux aliments transformés ne contiennent pas de potassium. Des études épidémiologiques indiquent qu'une alimentation riche en potassium peut réduire le risque d'hypertension et éventuellement d'accident vasculaire cérébral (par un mécanisme indépendant de la pression artérielle). Les lignes directrices de 2004 de l'Institute of Medicine précisent un apport alimentaire de référence (ANRE) de 4 700 mg de potassium (100 mEq) ; la plupart des Américains n’en consomment que la moitié par jour. De même, dans l’Union européenne, notamment en Allemagne et en Italie, un apport insuffisant en potassium est assez courant. Une méta-analyse a conclu qu'une augmentation de 1 640 mg de l'apport quotidien en potassium était associée à un risque d'accident vasculaire cérébral inférieur de 21 %. Les régimes pauvres en potassium peuvent entraîner une hypertension et une hypokaliémie. Les suppléments de potassium sont le plus largement utilisés en association avec des diurétiques qui bloquent la réabsorption du sodium et de l'eau en amont du tubule distal (thiazidiques et diurétiques de l'anse), car cela favorise une augmentation de la sécrétion tubulaire distale de potassium, avec pour conséquence une augmentation de l'excrétion de potassium. Une variété de suppléments sur ordonnance et en vente libre sont disponibles. Le chlorure de potassium peut être dissous dans l'eau, mais son goût salé/amer rend les suppléments liquides désagréables. Les doses typiques vont de 10 mmol (400 mg) à 20 mmol (800 mg). Le potassium est également disponible sous forme de comprimés ou de capsules, formulés pour permettre au potassium de s'échapper lentement d'une matrice, car des concentrations très élevées d'ions potassium présentes à proximité d'un comprimé solide peuvent endommager la muqueuse gastrique ou intestinale. Pour cette raison, la loi américaine limite les pilules de potassium en vente libre à un maximum de 99 mg de potassium. Étant donné que les reins sont le site d'excrétion du potassium, les personnes souffrant d'insuffisance rénale courent un risque d'hyperkaliémie si le potassium alimentaire et les suppléments ne sont pas limités. Plus la déficience est grave, plus la restriction nécessaire pour éviter l’hyperkaliémie est sévère. Les ions potassium sont un composant essentiel de la nutrition des plantes et se trouvent dans la plupart des types de sols. Ils sont utilisés comme engrais en agriculture, horticulture et culture hydroponique sous forme de chlorure (KCl), de sulfate () ou de nitrate (). Les engrais agricoles consomment 95 % de la production chimique mondiale de potassium, et environ 90 % de ce potassium est fourni sous forme de KCl. La teneur en potassium de la plupart des plantes varie de 0,5 % à 2 % du poids récolté des cultures, conventionnellement exprimé en quantité de . L’agriculture moderne à haut rendement dépend des engrais pour remplacer le potassium perdu lors de la récolte. La plupart des engrais agricoles contiennent du chlorure de potassium, tandis que le sulfate de potassium est utilisé pour les cultures sensibles au chlorure ou nécessitant une teneur plus élevée en soufre. Le sulfate est produit principalement par décomposition des minéraux complexes kainite () et langbéinite (). Seuls quelques engrais contiennent du nitrate de potassium. En 2005, environ 93 % de la production mondiale de potassium était consommée par l’industrie des engrais. Le cation potassium est un nutriment nécessaire à la vie et à la santé humaine. Le chlorure de potassium et le bicarbonate sont utilisés par ceux qui cherchent à contrôler l'hypertension. L'USDA répertorie la pâte de tomate, le jus d'orange, les feuilles de betterave, les haricots blancs, les pommes de terre, les bananes et de nombreuses autres sources alimentaires de potassium, classées par ordre décroissant en fonction de leur teneur en potassium. Le tartrate de potassium et de sodium (sel de Rochelle) est le principal constituant de la levure chimique ; on l'utilise également dans l'argenture des miroirs. Le bromate de potassium () est un oxydant puissant (E924), utilisé pour améliorer la résistance de la pâte et la hauteur de levée. Le bisulfite de potassium () est utilisé comme conservateur alimentaire, par exemple dans la fabrication du vin et de la bière (mais pas dans la viande). Il est également utilisé pour blanchir les textiles et la paille, ainsi que pour le tannage des cuirs. Les principaux produits chimiques potassiques sont l’hydroxyde de potassium, le carbonate de potassium, le sulfate de potassium et le chlorure de potassium. Des mégatonnes de ces composés sont produites chaque année. L'hydroxyde de potassium est une base forte utilisée dans l'industrie pour neutraliser les acides forts et faibles, pour contrôler le pH et pour fabriquer des sels de potassium. Il est également utilisé pour saponifier les graisses et les huiles, dans les nettoyants industriels et dans les réactions d'hydrolyse, par exemple des esters. Le nitrate de potassium () ou salpêtre est obtenu à partir de sources naturelles telles que le guano et les évaporites ou fabriqué via le procédé Haber ; c'est l'oxydant de la poudre à canon (poudre noire) et un engrais agricole important. Le cyanure de potassium (KCN) est utilisé industriellement pour dissoudre le cuivre et les métaux précieux, notamment l'argent et l'or, en formant des complexes. Ses applications comprennent l'extraction de l'or, la galvanoplastie et l'électroformage de ces métaux ; il est également utilisé en synthèse organique pour fabriquer des nitriles. Le carbonate de potassium (ou potasse) est utilisé dans la fabrication du verre, du savon, des tubes TV couleur, des lampes fluorescentes, des colorants et pigments textiles. Le permanganate de potassium () est une substance oxydante, blanchissante et purifiante et est utilisé pour la production de saccharine. Le chlorate de potassium () est ajouté aux allumettes et aux explosions
Le potassium est un élément chimique de symbole K (dérivé du néo-latin kalium) et de numéro atomique 19. Il a été isolé pour la première fois de la potasse, les cendres de plantes, d'où son nom. Dans le tableau périodique, le potassium est l'un des sept éléments de la colonne (groupe) 1 (métaux alcalins). Tous les éléments du groupe 1 ont un seul électron de valence dans la couche électronique externe, qui est facilement éliminé pour créer un ion avec une charge positive – un cation, qui se combine avec les anions pour former des sels. Le potassium dans la nature ne se trouve que dans les sels ioniques. Le potassium élémentaire est un métal alcalin blanc argenté doux qui s'oxyde rapidement dans l'air et réagit vigoureusement avec l'eau, générant suffisamment de chaleur pour enflammer l'hydrogène émis lors de la réaction et brûlant avec une flamme de couleur lilas. On le trouve dissous dans l'eau de mer (qui contient 0,04 % de potassium en poids) et fait partie de nombreux minéraux.
Le potassium naturel est composé de trois isotopes, dont un radioactif. On en trouve des traces dans tout le potassium, et c'est le radio-isotope le plus courant dans le corps humain.
Le potassium est chimiquement très similaire au sodium, l'élément précédent du groupe 1 du tableau périodique. Ils ont une énergie d’ionisation similaire, ce qui permet à chaque atome de renoncer à son seul électron externe. Le fait qu'il s'agisse d'éléments différents qui se combinent avec les mêmes anions pour former des sels similaires a été soupçonné en 1702 et prouvé en 1807 par électrolyse.
La plupart des applications industrielles du potassium exploitent la haute solubilité dans l’eau des composés du potassium, tels que les savons de potassium. Une production agricole importante épuise rapidement le sol en potassium, et cet épuisement est évité et corrigé grâce à des engrais agricoles contenant du potassium, qui représentent 95 % de la production chimique mondiale de potassium.
Les ions potassium sont nécessaires au fonctionnement de toutes les cellules vivantes. Le transfert des ions potassium à travers les membranes des cellules nerveuses est nécessaire à la transmission nerveuse normale ; une déplétion excessive en potassium peut entraîner de nombreuses anomalies, notamment un rythme cardiaque anormal et diverses anomalies électrocardiographiques (ECG). Les fruits et légumes frais sont de bonnes sources alimentaires de potassium. Le corps réagit à l’afflux de potassium alimentaire, ce qui augmente les taux sériques de potassium, avec un déplacement du potassium de l’extérieur vers l’intérieur des cellules et une augmentation de l’excrétion du potassium par les reins.
Propriétés
Physique
Le potassium est le deuxième métal le moins dense après le lithium. C'est un solide mou avec un point de fusion bas et peut être facilement coupé avec un couteau. Le potassium fraîchement coupé est d'apparence argentée, mais il commence à ternir vers le gris immédiatement après exposition à l'air. Greenwood, p. 76 Lors d'un test de flamme, le potassium et ses composés émettent une couleur lilas avec une longueur d'onde d'émission maximale de 766,5 nanomètres.
Chimique
Les atomes neutres de potassium possèdent 19 électrons, soit un de plus que la configuration extrêmement stable du gaz noble argon. En raison de cela et de sa faible énergie de première ionisation de 418,8 kJ/mol, l'atome de potassium est beaucoup plus susceptible de perdre le dernier électron et d'acquérir une charge positive que d'en gagner un et d'acquérir une charge négative (bien que les ions alcalines chargés négativement ne soient pas impossibles). . ) Ce processus nécessite si peu d’énergie que le potassium est facilement oxydé par l’oxygène atmosphérique. En revanche, la deuxième énergie d'ionisation est très élevée (3052 kJ/mol), car la suppression de deux électrons brise la configuration électronique stable des gaz rares (la configuration de l'argon inerte). Le potassium ne forme donc pas facilement des composés ayant un état d’oxydation de +2 ou plus.
Le potassium est un métal extrêmement actif qui réagit violemment avec l'oxygène et l'eau de l'air. Avec l'oxygène, il forme du peroxyde de potassium et avec de l'eau, le potassium forme de l'hydroxyde de potassium. La réaction du potassium avec l’eau est dangereuse en raison de son caractère exothermique violent et de la production d’hydrogène gazeux. L'hydrogène réagit à nouveau avec l'oxygène atmosphérique, produisant de l'eau, qui réagit avec le potassium restant. Cette réaction ne nécessite que des traces d'eau ; pour cette raison, le potassium et le sodium-potassium liquide – NaK – sont de puissants déshydratants qui peuvent être utilisés pour sécher les solvants avant la distillation. Burkhardt, p. 35
En raison de la sensibilité du potassium à l'eau et à l'air, les réactions avec d'autres éléments ne sont possibles que dans une atmosphère inerte telle que l'argon, en utilisant des techniques sans air. Le potassium ne réagit pas avec la plupart des hydrocarbures tels que l'huile minérale ou le kérosène. Il se dissout facilement dans l'ammoniaque liquide, jusqu'à 480 g pour 1 000 g d'ammoniaque à 0 °C. Selon la concentration, les solutions d'ammoniaque sont bleues à jaunes et leur conductivité électrique est similaire à celle des métaux liquides. Dans une solution pure, le potassium réagit lentement avec l'ammoniac pour former du , mais cette réaction est accélérée par d'infimes quantités de sels de métaux de transition. Burkhardt, p. 32 Parce qu'il peut réduire les sels en métal, le potassium est souvent utilisé comme réducteur dans la préparation de métaux finement divisés à partir de leurs sels par la méthode Rieke. Par exemple, la préparation du magnésium par cette méthode utilise le potassium comme réducteur :
+ 2 K → Mg + 2 KCl
Composés
Le seul état d’oxydation courant du potassium est +1. Le potassium métallique est un puissant agent réducteur qui s'oxyde facilement en cation monopositif. Une fois oxydé, il est très stable et difficile à réduire en métal.
L'hydroxyde de potassium réagit facilement avec le dioxyde de carbone pour produire du carbonate de potassium et est utilisé pour éliminer les traces de gaz de l'air. En général, les composés de potassium ont une excellente solubilité dans l’eau, en raison de l’énergie d’hydratation élevée de l’ion. L'ion potassium est incolore dans l'eau et est très difficile à précipiter ; les méthodes de précipitation possibles incluent les réactions avec le tétraphénylborate de sodium, l'acide hexachloroplatinique et le cobaltinitrite de sodium.
Le potassium s'oxyde plus rapidement que la plupart des métaux et forme des oxydes avec des liaisons oxygène-oxygène, comme le font tous les métaux alcalins à l'exception du lithium. Trois espèces se forment au cours de la réaction : l'oxyde de potassium, le peroxyde de potassium et le superoxyde de potassium formés de trois ions différents à base d'oxygène : l'oxyde (), le peroxyde () et le superoxyde (). Les deux dernières espèces, notamment le superoxyde, sont rares et ne se forment qu'en réaction avec des métaux très électropositifs ; ces espèces contiennent des liaisons oxygène-oxygène. Tous les composés binaires potassium-oxygène sont connus pour réagir violemment avec l’eau, formant de l’hydroxyde de potassium. Ce composé est un alcali très puissant, et 1,21 kg de celui-ci peut se dissoudre dans aussi peu qu'un litre d'eau.
Les composés du potassium sont généralement hautement ioniques et la plupart d’entre eux sont donc solubles dans l’eau. Les principales espèces en solution aqueuse sont les complexes aquatiques où n 6 et 7.Lincoln, S. F. ; Richens, D. T. et Sykes, A. G. "Metal Aqua Ions" dans J. A. McCleverty et T. J. Meyer (éd.) [http://www.sciencedirect.com/science/referenceworks/9780080437484 Comprehensive Coordination Chemistry II], Vol. 1, pages 515 à 555, ISBN 978-0-08-043748-4. Certains des rares sels de potassium peu solubles comprennent le tétraphénylborate de potassium, l'hexachloroplatinate de potassium et le cobaltinitrite de potassium.
Isotopes
Il existe 24 isotopes connus du potassium, dont trois sont présents naturellement : (93,3 %), (0,0117 %) et (6,7 %). À l'état naturel, sa demi-vie est de 1 250 × 109 ans. Il se désintègre jusqu'à devenir stable par capture d'électrons ou émission de positons (11,2 %) ou jusqu'à stable par désintégration bêta (88,8 %). La désintégration du to est à la base d’une méthode courante de datation des roches. La méthode conventionnelle de datation K-Ar repose sur l'hypothèse que les roches ne contenaient pas d'argon au moment de leur formation et que tout l'argon radiogénique ultérieur () a été quantitativement retenu. Les minéraux sont datés par la mesure de la concentration de potassium et de la quantité de radiogène accumulée. Les minéraux les mieux adaptés à la datation comprennent la biotite, la muscovite, la hornblende métamorphique et le feldspath volcanique ; des échantillons de roches entières provenant de coulées volcaniques et d'agrégats intrusifs peu profonds peuvent également être datés s'ils ne sont pas altérés. Outre la datation, les isotopes du potassium ont été utilisés comme traceurs dans des études sur l'altération et pour des études sur le cycle des nutriments, car le potassium est un macronutriment nécessaire à la vie.
 se produit dans le potassium naturel (et donc dans certains substituts du sel commerciaux) en quantité suffisante pour que de grands sacs de ces substituts puissent être utilisés comme source radioactive pour des démonstrations en classe. est le radio-isotope le plus abondant dans l’organisme. Chez les animaux et les personnes en bonne santé, représente la plus grande source de radioactivité, même supérieure à . Dans un corps humain pesant 70 kg, environ 4 400 noyaux se désintègrent par seconde. L'activité du potassium naturel est de 31 Bq/g.
Formation et distribution cosmiques
Le potassium se forme dans les supernovas par nucléosynthèse à partir d’atomes plus légers. Le potassium est principalement créé dans les supernovas de type II via le processus explosif de combustion de l'oxygène. est également formé lors de la nucléosynthèse du processus s et du processus de combustion du néon.
Le potassium représente environ 2,6 % du poids de la croûte terrestre et est le septième élément le plus abondant dans la croûte. C'est le 17e élément le plus abondant en poids sur Terre et le 20e élément le plus abondant dans le système solaire. La concentration de potassium dans l'eau de mer est de 0,39 g/L (0,039 poids/volume), soit environ un quart de la concentration de sodium.
Étymologie
 
Ni le potassium élémentaire ni les sels de potassium (en tant qu'entités distinctes des autres sels) n'étaient connus à l'époque romaine, et le nom latin de l'élément, kalium, n'est pas du latin classique mais plutôt néo-latin. Kalium vient du mot alcali, qui lui-même vient de 'al-qalyah "cendres de plantes". Le terme anglais alcalin à consonance similaire provient de cette même racine, alors que le mot pour potassium en arabe standard moderne est بوتاسيوم būtāsyūm.
In 1797, the German chemist  Martin Klaproth discovered "potash" in the minerals leucite and lepidolite, and realized that "potash" was not a product of plant growth but was actually a new element, which he proposed to call kali.M. Klaproth (1797) "Nouvelles données relatives à l'histoire naturelle de l'alcali végétal" (New data regarding the natural history of the vegetable alkali), Mémoires de l'Académie royale des sciences et belles-lettres (Berlin), pp. 9-13 ; [https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?idmdp.39015073704093;view
1up;seq=103 see p. 13.]  From p. 13:  "Cet alcali ne pouvant donc plus être envisagé comme un produit de la végétation dans les plantes, occupe une place propre dans la série des substances primitivement simples du règne minéral, & il devient nécessaire de lui assigner un nom, qui convienne mieux à sa nature.
La dénomination de Potasche (potasse) que la nouvelle nomenclature françoise a consacrée comme nom de tout le genre, ne sauroit faire fortune auprès des chimistes allemands, qui sentent à quel point la dérivation étymologique en est vicieuse.  Elle est prise en effet de ce qu'anciennement on se servoit pour la calcination des lessives concentrées des cendres, de pots de fer (pott en dialecte de la Basse-Saxe) auxquels on a substitué depuis des fours à calciner.
Je propose donc ici, de substituer aux mots usités jusqu'ici d'alcali des plantes, alcali végétal, potasse, &c. celui de kali, & de revenir à l'ancienne dénomination de natron, au lieu de dire alcali minéral, soude &c."
(Cet alcali [c'est-à-dire la potasse] — [qui] ne peut donc plus être considéré comme un produit de la croissance des plantes — occupe une place appropriée dans la série originellement simple du domaine minéral, et il devient nécessaire de lui attribuer un nom qui est mieux adapté à sa nature.
Le nom de « potasse » (potasse), que la nouvelle nomenclature française a donné comme nom de l'espèce entière [c'est-à-dire de la substance], ne serait pas accepté par les chimistes allemands, qui sentent dans une certaine mesure [que] la dérivation étymologique de c'est défectueux. Il est en effet extrait de [les récipients] celui qu'on utilisait autrefois pour griller la lessive concentrée de cendres : les marmites en fer (pott dans le dialecte de Basse-Saxe), auxquelles ont depuis été substituées les fours à rôtir.
Ainsi je propose maintenant de substituer aux mots jusqu'à présent courants d'« alcali végétal », « alcali végétal », « potasse », etc., celui de kali ; et pour revenir à l'ancien nom de natron au lieu de dire "alcali minéral", "soude", etc.) En 1809, le physicien et chimiste allemand Ludwig Wilhelm Gilbert proposa les noms Kalium pour le "potassium" d'Humphry Davy et Natronium pour le "potassium" de Davy. sodium". En 1814, le chimiste suédois Berzelius préconise le nom de kalium pour le potassium, avec le symbole chimique K.
Le nom anglais de l'élément potassium vient du mot « potash » et fait référence à la méthode de production de potassium : placer dans un pot les cendres de bois ou de feuilles d'arbre brûlées, ajouter de l'eau, chauffer et évaporer la solution.
Potasse
La potasse est principalement un mélange de sels de potassium, car les plantes contiennent peu ou pas de sodium, et le reste de la principale teneur en minéraux d'une plante est constitué de sels de calcium relativement peu solubles dans l'eau. Bien que la potasse soit utilisée depuis l’Antiquité, elle n’a pas été considérée pendant la majeure partie de son histoire comme une substance fondamentalement différente des sels minéraux de sodium. Georg Ernst Stahl a obtenu des preuves expérimentales qui l'ont amené à suggérer la différence fondamentale entre les sels de sodium et de potassium en 1702, et Henri Louis Duhamel du Monceau a pu prouver cette différence en 1736. La composition chimique exacte des composés de potassium et de sodium et le statut en tant qu'élément chimique du potassium et du sodium, n'était pas connu à l'époque et c'est pourquoi Antoine Lavoisier n'a pas inclus l'alcali dans sa liste d'éléments chimiques en 1789. Pendant longtemps, les seules applications significatives de la potasse furent la production de verre, d'eau de Javel, de savon. et de la poudre à canon sous forme de nitrate de potassium. Les savons de potassium issus de graisses animales et d'huiles végétales étaient particulièrement appréciés car ils ont tendance à être plus solubles dans l'eau et à avoir une texture plus douce, et sont donc connus sous le nom de savons mous. La découverte par Justus Liebig en 1840 que le potassium est un élément nécessaire aux plantes et que la plupart des sols manquent de potassium a provoqué une forte augmentation de la demande en sels de potassium. La cendre de bois des sapins était initialement utilisée comme source de sel de potassium pour les engrais, mais, avec la découverte en 1868 de gisements minéraux contenant du chlorure de potassium près de Staßfurt, en Allemagne, la production d'engrais contenant du potassium a commencé à l'échelle industrielle. D'autres gisements de potasse ont été découverts et, dans les années 1960, le Canada est devenu le principal producteur.
Le métal
Le potassium métal a été isolé pour la première fois en 1807 en Angleterre par Sir Humphry Davy, qui l'a dérivé de la potasse caustique (KOH, hydroxyde de potassium) par électrolyse du KOH fondu avec la pile voltaïque récemment découverte. Le potassium a été le premier métal isolé par électrolyse. Plus tard dans la même année, Davy rapporta l'extraction du sodium métallique à partir d'un dérivé minéral (soude caustique, NaOH ou lessive) plutôt que d'un sel végétal, par une technique similaire, démontrant que les éléments, et donc les sels, sont différents. Bien que la production de potassium et de sodium métallique aurait dû montrer que les deux sont des éléments, il a fallu un certain temps avant que ce point de vue soit universellement accepté.
Géologie
Le potassium élémentaire n'est pas présent dans la nature en raison de sa grande réactivité. Il réagit violemment avec l'eau (voir section Précautions ci-dessous) et réagit également avec l'oxygène. L'orthose (feldspath potassique) est un minéral commun formant des roches. Le granit, par exemple, contient 5 % de potassium, ce qui est bien supérieur à la moyenne de la croûte terrestre. La sylvite (KCl), la carnallite, la kainite et la langbéinite sont les minéraux trouvés dans les grands gisements d'évaporites du monde entier. Les dépôts présentent souvent des couches commençant par la moins soluble en bas et la plus soluble en haut. Les dépôts de nitre (nitrate de potassium) se forment par décomposition de matières organiques en contact avec l'atmosphère, principalement dans les grottes ; en raison de la bonne solubilité du nitre dans l’eau, la formation de dépôts plus importants nécessite des conditions environnementales particulières.
Production commerciale
Les sels de potassium tels que la carnallite, la langbéinite, la polyhalite et la sylvite forment de vastes gisements dans les anciens fonds de lacs et fonds marins, rendant l'extraction de sels de potassium dans ces environnements commercialement viable. La principale source de potassium – la potasse – est extraite au Canada, en Russie, en Biélorussie, en Allemagne, en Israël, aux États-Unis, en Jordanie et ailleurs dans le monde. Les premiers gisements exploités étaient situés près de Staßfurt, en Allemagne, mais les gisements s'étendent de la Grande-Bretagne à l'Allemagne jusqu'en Pologne. Ils sont situés dans le Zechstein et ont été déposés entre le Permien moyen et supérieur. Les plus grands gisements jamais découverts se trouvent à 1 000 m sous la surface de la province canadienne de la Saskatchewan. Les gisements sont situés dans le groupe d'Elk Point produit dans le Dévonien moyen. La Saskatchewan, où plusieurs grandes mines sont exploitées depuis les années 1960, a été la première à utiliser la technique de congélation des sables humides (la formation Blairmore) pour y enfoncer des puits de mine. La principale société minière de potasse en Saskatchewan est la Potash Corporation of Saskatchewan. L’eau de la Mer Morte est utilisée par Israël et la Jordanie comme source de potasse, alors que la concentration dans les océans normaux est trop faible pour une production commerciale aux prix actuels.
Plusieurs méthodes sont utilisées pour séparer les sels de potassium des composés de sodium et de magnésium. La méthode la plus utilisée est la précipitation fractionnée utilisant les différences de solubilité des sels à différentes températures. La séparation électrostatique du mélange de sel broyé est également utilisée dans certaines mines. Les déchets de sodium et de magnésium qui en résultent sont soit stockés sous terre, soit entassés dans des terrils. La plupart des minéraux de potassium extraits finissent sous forme de chlorure de potassium après traitement. L'industrie minière fait référence au chlorure de potassium sous le nom de potasse, de muriate de potasse ou simplement de MOP.
Le potassium métallique pur peut être isolé par électrolyse de son hydroxyde selon un processus qui a peu changé depuis Davy. Bien que le procédé d'électrolyse ait été développé et utilisé à l'échelle industrielle dans les années 1920, la méthode thermique consistant à faire réagir du sodium avec du chlorure de potassium dans une réaction d'équilibre chimique est devenue la méthode dominante dans les années 1950.
La production d'alliages sodium-potassium est réalisée en modifiant le temps de réaction et la quantité de sodium utilisée dans la réaction. Le procédé Griesheimer employant la réaction du fluorure de potassium avec le carbure de calcium a également été utilisé pour produire du potassium.
Na + KCl → NaCl + K                      (Méthode thermique)
2 KF + → 2 K + + 2 C   (procédé de Griesheimer)
Le potassium métallique de qualité réactif coûte environ 10,00 $/livre (22 $/kg) en 2010 lorsqu'il est acheté à la tonne. Le métal de moindre pureté est considérablement moins cher. Le marché est volatil car le stockage à long terme du métal est difficile. Il doit être stocké dans une atmosphère de gaz inerte sec ou d'huile minérale anhydre pour éviter la formation d'une couche superficielle de superoxyde de potassium, un explosif sensible à la pression qui explose lorsqu'il est rayé. L'explosion qui en résulte déclenche souvent un incendie difficile à éteindre.
Rôle biologique
Le potassium est le huitième ou le neuvième élément en masse (0,2 %) dans le corps humain, de sorte qu'un adulte de 60 kg contient au total environ 120 g de potassium. Le corps contient à peu près autant de potassium que de soufre et de chlore, et seuls le calcium et le phosphore sont plus abondants. Les ions potassium sont présents dans une grande variété de protéines et d'enzymes.
Fonction biochimique
Les niveaux de potassium influencent plusieurs processus physiologiques, notamment
*Potentiel de repos de la membrane cellulaire et propagation des potentiels d'action dans les tissus neuronaux, musculaires et cardiaques. En raison de leurs propriétés électrostatiques et chimiques, les ions sont plus gros que les ions, et les canaux ioniques et les pompes dans les membranes cellulaires peuvent différencier les deux ions, pompant activement ou laissant passer passivement l'un des deux ions tout en bloquant l'autre.
*sécrétion et action hormonale
*tonus vasculaire
*contrôle systémique de la pression artérielle
*motilité gastro-intestinale
*homéostasie acido-basique
*métabolisme du glucose et de l'insuline
*action minéralocorticoïde
*capacité de concentration rénale
*équilibre liquidien et électrolytique
Homéostasie
L'homéostasie du potassium désigne le maintien de la teneur totale en potassium du corps, du taux plasmatique de potassium et du rapport entre les concentrations de potassium intracellulaire et extracellulaire dans des limites étroites, face à l'apport pulsatile (repas), à l'excrétion rénale obligatoire et aux changements entre intracellulaire et extracellulaire. compartiments.
Niveaux plasmatiques
Le potassium plasmatique est normalement maintenu entre 3,5 et 5,0 millimoles (mmol) [ou milliéquivalents (mEq)] par litre par plusieurs mécanismes. Les niveaux en dehors de cette plage sont associés à un taux croissant de décès dus à des causes multiples, et certaines maladies cardiaques, rénales et pulmonaires progressent plus rapidement si les taux de potassium sérique ne sont pas maintenus dans la plage normale.
Un repas moyen de 40 à 50 mmol apporte à l'organisme plus de potassium que ce qui est présent dans tout le plasma (20 à 25 mmol). Cependant, cette augmentation entraîne une augmentation du potassium plasmatique de seulement 10 % au maximum en raison d'une clairance rapide et efficace par les mécanismes rénaux et extra-rénaux.
L'hypokaliémie, une carence en potassium dans le plasma, peut être mortelle si elle est grave. Les causes courantes sont une augmentation des pertes gastro-intestinales (vomissements, diarrhée) et une augmentation des pertes rénales (diurèse). Les symptômes de carence comprennent une faiblesse musculaire, un iléus paralytique, des anomalies de l'ECG, une diminution de la réponse réflexe ; et dans les cas graves, paralysie respiratoire, alcalose et arythmie cardiaque.
Mécanismes de contrôle
La teneur en potassium du plasma est étroitement contrôlée par quatre mécanismes fondamentaux, qui portent différents noms et classifications. Les quatre sont 1) un système réactif à rétroaction négative, 2) un système réactif à réaction anticipée, 3) un système prédictif ou circadien et 4) un système de transport interne ou membranaire cellulaire. Collectivement, les trois premiers sont parfois appelés « système d'homéostasie externe du potassium » ; et les deux premiers, le « système d'homéostasie réactive du potassium ».
*Le système réactif à rétroaction négative fait référence au système qui induit la sécrétion rénale de potassium en réponse à une augmentation du potassium plasmatique (ingestion de potassium, déplacement hors des cellules ou perfusion intraveineuse).
*Le système réactif feed-forward fait référence à un système mal compris qui induit une sécrétion rénale de potassium en réponse à l'ingestion de potassium avant toute augmentation du potassium plasmatique. Ceci est probablement initié par les récepteurs du potassium des cellules intestinales qui détectent le potassium ingéré et déclenchent des signaux afférents vagaux vers l'hypophyse.
*Le système prédictif ou circadien augmente la sécrétion rénale de potassium pendant les heures de repas (par exemple pendant la journée pour les humains, la nuit pour les rongeurs), indépendamment de la présence, de la quantité ou de l'absence d'ingestion de potassium. Elle est médiée par un oscillateur circadien dans le noyau suprachiasmatique du cerveau (horloge centrale), qui amène le rein (horloge périphérique) à sécréter du potassium de cette manière circadienne rythmée.
*Le système de transport des ions déplace le potassium à travers la membrane cellulaire à l'aide de deux mécanismes. L’un est actif et pompe le sodium hors de la cellule et le potassium vers celle-ci. L’autre est passif et permet au potassium de s’échapper de la cellule. Les cations potassium et sodium influencent la distribution des fluides entre les compartiments intracellulaires et extracellulaires par les forces osmotiques. Le mouvement du potassium et du sodium à travers la membrane cellulaire est assuré par la pompe Na+/K+-ATPase. Cette pompe à ions utilise l'ATP pour pomper trois ions sodium hors de la cellule et deux ions potassium dans la cellule, créant ainsi un gradient électrochimique et une force électromotrice à travers la membrane cellulaire. Les canaux ioniques potassium hautement sélectifs (qui sont des tétramères) sont cruciaux pour l’hyperpolarisation à l’intérieur des neurones après le déclenchement d’un potentiel d’action, pour ne citer qu’un exemple. Le canal ionique potassium découvert le plus récemment est KirBac3.1, qui représente un total de cinq canaux ioniques potassium (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP et MthK) avec une structure déterminée. Tous les cinq appartiennent à des espèces procaryotes.
Filtration rénale, réabsorption et excrétion
La manipulation rénale du potassium est étroitement liée à la manipulation du sodium. Le potassium est le cation majeur (ion positif) à l'intérieur des cellules animales [150 mmol/L, (4,8 g)], tandis que le sodium est le cation majeur du liquide extracellulaire [150 mmol/L, (3,345 g)]. Dans les reins, environ 180 litres de plasma sont filtrés chaque jour à travers les glomérules et dans les tubules rénaux. Cette filtration implique environ 600 g de sodium et 33 g de potassium. Étant donné que seuls 1 à 10 g de sodium et 1 à 4 g de potassium sont susceptibles d'être remplacés par l'alimentation, le filtrage rénal doit réabsorber efficacement le reste du plasma.
Le sodium est réabsorbé pour maintenir le volume extracellulaire, la pression osmotique et la concentration sérique de sodium dans des limites étroites ; le potassium est réabsorbé pour maintenir la concentration sérique de potassium dans des limites étroites. Les pompes à sodium dans les tubules rénaux fonctionnent pour réabsorber le sodium. Le potassium doit également être conservé, mais comme la quantité de potassium dans le plasma sanguin est très faible et que le pool de potassium dans les cellules est environ trente fois plus important, la situation n'est pas si critique pour le potassium. Étant donné que le potassium est déplacé passivement à contre-courant du sodium en réponse à un équilibre de Donnan apparent (mais non réel), l'urine ne peut jamais descendre en dessous de la concentration de potassium dans le sérum, sauf parfois en excrétant activement de l'eau à la fin du traitement. Le potassium est excrété deux fois et réabsorbé trois fois avant que l'urine n'atteigne les tubules collecteurs. À ce stade, l’urine contient généralement à peu près la même concentration de potassium que le plasma. À la fin du traitement, le potassium est à nouveau sécrété si les taux sériques sont trop élevés.
Sans apport de potassium, il est excrété à raison d'environ 200 mg par jour jusqu'à ce qu'en une semaine environ, le potassium dans le sérum diminue jusqu'à un niveau légèrement déficient de 3,0 à 3,5 mmol/L. Si le potassium est toujours retenu, la concentration continue de baisser jusqu'à ce qu'une carence grave entraîne la mort.
Le potassium se déplace passivement à travers les pores de la membrane cellulaire. Lorsque les ions traversent les pompes, il y a une porte dans les pompes de chaque côté de la membrane cellulaire et une seule porte peut être ouverte à la fois. En conséquence, environ 100 ions sont forcés par seconde. Les pores n’ont qu’une seule porte, et là, un seul type d’ion peut passer, à raison de 10 à 100 millions d’ions par seconde. Les pores ont besoin de calcium pour s'ouvrir, bien que l'on pense que le calcium agit en sens inverse en bloquant au moins un des pores. comprend une image détaillée des atomes dans la pompe. Les groupes carbonyle à l'intérieur des pores sur les acides aminés imitent l'hydratation de l'eau qui a lieu dans une solution aqueuse par la nature des charges électrostatiques sur quatre groupes carbonyle à l'intérieur du pore.
En régime
Détection par les papilles gustatives
Le potassium peut être détecté par le goût car il déclenche trois des cinq types de sensations gustatives, selon la concentration. Les solutions diluées d'ions potassium ont un goût sucré, permettant des concentrations modérées dans le lait et les jus, tandis que des concentrations plus élevées deviennent de plus en plus amères/alcalines, et finalement également salées au goût. L’amertume et la salinité combinées des solutions riches en potassium font de la supplémentation en potassium à forte dose par les boissons liquides un défi d’appétence.
Apport adéquat
Un apport adéquat en potassium est obtenu en mangeant une variété d’aliments. Le potassium est présent dans tous les fruits, légumes, viandes et poissons. Les aliments riches en potassium comprennent l'igname, le persil, les abricots secs, le lait en poudre, le chocolat, toutes les noix (en particulier les amandes et les pistaches), les pommes de terre, les pousses de bambou, les bananes, les avocats, l'eau de coco, le soja et le son. Les abricots secs ont la concentration en poids de potassium la plus élevée de tous les aliments. De nombreux aliments transformés ne contiennent pas de potassium.
Apport optimal
Des études épidémiologiques indiquent qu'une alimentation riche en potassium peut réduire le risque d'hypertension et éventuellement d'accident vasculaire cérébral (par un mécanisme indépendant de la pression artérielle). Les lignes directrices de 2004 de l'Institute of Medicine précisent un apport alimentaire de référence (ANRE) de 4 700 mg de potassium (100 mEq) ; la plupart des Américains n’en consomment que la moitié par jour. De même, dans l’Union européenne, notamment en Allemagne et en Italie, un apport insuffisant en potassium est assez courant. Une méta-analyse a conclu qu'une augmentation de 1 640 mg de l'apport quotidien en potassium était associée à un risque d'accident vasculaire cérébral inférieur de 21 %.
Apport déficient
Les régimes pauvres en potassium peuvent entraîner une hypertension et une hypokaliémie.
Supplémentation
Les suppléments de potassium sont le plus largement utilisés en association avec des diurétiques qui bloquent la réabsorption du sodium et de l'eau en amont du tubule distal (thiazidiques et diurétiques de l'anse), car cela favorise une augmentation de la sécrétion tubulaire distale de potassium, avec pour conséquence une augmentation de l'excrétion de potassium. Une variété de suppléments sur ordonnance et en vente libre sont disponibles. Le chlorure de potassium peut être dissous dans l'eau, mais son goût salé/amer rend les suppléments liquides désagréables. Les doses typiques vont de 10 mmol (400 mg) à 20 mmol (800 mg). Le potassium est également disponible sous forme de comprimés ou de capsules, formulés pour permettre au potassium de s'échapper lentement d'une matrice, car des concentrations très élevées d'ions potassium présentes à proximité d'un comprimé solide peuvent endommager la muqueuse gastrique ou intestinale. Pour cette raison, la loi américaine limite les pilules de potassium en vente libre à un maximum de 99 mg de potassium.
Étant donné que les reins sont le site d'excrétion du potassium, les personnes souffrant d'insuffisance rénale courent un risque d'hyperkaliémie si le potassium alimentaire et les suppléments ne sont pas limités. Plus la déficience est grave, plus la restriction nécessaire pour éviter l’hyperkaliémie est sévère.
Applications
Engrais
Les ions potassium sont un composant essentiel de la nutrition des plantes et se trouvent dans la plupart des types de sols. Ils sont utilisés comme engrais en agriculture, horticulture et culture hydroponique sous forme de chlorure (KCl), de sulfate () ou de nitrate (). Les engrais agricoles consomment 95 % de la production chimique mondiale de potassium, et environ 90 % de ce potassium est fourni sous forme de KCl. La teneur en potassium de la plupart des plantes varie de 0,5 % à 2 % du poids récolté des cultures, conventionnellement exprimé en quantité de . L’agriculture moderne à haut rendement dépend des engrais pour remplacer le potassium perdu lors de la récolte. La plupart des engrais agricoles contiennent du chlorure de potassium, tandis que le sulfate de potassium est utilisé pour les cultures sensibles au chlorure ou nécessitant une teneur plus élevée en soufre. Le sulfate est produit principalement par décomposition des minéraux complexes kainite () et langbéinite (). Seuls quelques engrais contiennent du nitrate de potassium. En 2005, environ 93 % de la production mondiale de potassium était consommée par l’industrie des engrais.
Nourriture
Le cation potassium est un nutriment nécessaire à la vie et à la santé humaine. Le chlorure de potassium et le bicarbonate sont utilisés par ceux qui cherchent à contrôler l'hypertension. L'USDA répertorie la pâte de tomate, le jus d'orange, les feuilles de betterave, les haricots blancs, les pommes de terre, les bananes et de nombreuses autres sources alimentaires de potassium, classées par ordre décroissant en fonction de leur teneur en potassium.
Le tartrate de potassium et de sodium (sel de Rochelle) est le principal constituant de la levure chimique ; on l'utilise également dans l'argenture des miroirs. Le bromate de potassium () est un oxydant puissant (E924), utilisé pour améliorer la résistance de la pâte et la hauteur de levée. Le bisulfite de potassium () est utilisé comme conservateur alimentaire, par exemple dans la fabrication du vin et de la bière (mais pas dans la viande). Il est également utilisé pour blanchir les textiles et la paille, ainsi que pour le tannage des cuirs.
Industriel
Les principaux produits chimiques potassiques sont l’hydroxyde de potassium, le carbonate de potassium, le sulfate de potassium et le chlorure de potassium. Des mégatonnes de ces composés sont produites chaque année.
L'hydroxyde de potassium est une base forte utilisée dans l'industrie pour neutraliser les acides forts et faibles, pour contrôler le pH et pour fabriquer des sels de potassium. Il est également utilisé pour saponifier les graisses et les huiles, dans les nettoyants industriels et dans les réactions d'hydrolyse, par exemple des esters.
Le nitrate de potassium () ou salpêtre est obtenu à partir de sources naturelles telles que le guano et les évaporites ou fabriqué via le procédé Haber ; c'est l'oxydant de la poudre à canon (poudre noire) et un engrais agricole important. Le cyanure de potassium (KCN) est utilisé industriellement pour dissoudre le cuivre et les métaux précieux, notamment l'argent et l'or, en formant des complexes. Ses applications comprennent l'extraction de l'or, la galvanoplastie et l'électroformage de ces métaux ; il est également utilisé en synthèse organique pour fabriquer des nitriles. Le carbonate de potassium (ou potasse) est utilisé dans la fabrication du verre, du savon, des tubes TV couleur, des lampes fluorescentes, des colorants et pigments textiles. Le permanganate de potassium () est une substance oxydante, blanchissante et purifiante et est utilisé pour la production de saccharine. Le chlorate de potassium () est ajouté aux allumettes et aux explosions