Potassium

La majeure partie du potassium est présente dans les roches ignées, les schistes et les sédiments dans des minéraux tels que la muscovite et le feldspath orthoclase qui sont insolubles dans l’eau ; cela rend le potassium difficile à obtenir. Par conséquent, la plupart des composés de potassium commerciaux (souvent appelés de manière approximative potasse) sont obtenus par électrolyse à partir de composés de potassium solubles, tels que la carnallite (KMgCl3∙6H2O), la sylvite (chlorure de potassium, KCl), la polyhalite (K2Ca2Mg4∙2H2O) et la langbeinite (K2Mg23), que l’on trouve dans d’anciens lits de lacs et fonds marins.

Le potassium est produit par réduction au sodium du chlorure de potassium fondu, KCl, à 870 °C (1 600 °F). Le KCl fondu est introduit en continu dans une colonne de distillation garnie tandis que la vapeur de sodium remonte dans la colonne. Par la condensation du potassium, plus volatil, au sommet de la tour de distillation, la réaction Na + KCl → K + NaCl est forcée vers la droite. Les efforts pour concevoir un schéma de production électrolytique commerciale de potassium ont échoué parce qu’il existe peu d’additifs de sel qui peuvent réduire le point de fusion du chlorure de potassium à des températures où l’électrolyse est efficace.

Il y a peu de demande commerciale pour le potassium métal lui-même, et la plupart de celui-ci est converti par combustion directe dans l’air sec en superoxyde de potassium, KO2, qui est utilisé dans les appareils respiratoires parce qu’il libère de l’oxygène et élimine le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau. (Le superoxyde de potassium est un solide jaune composé d’ions K+et O2-. Il peut également se former par oxydation de l’amalgame de potassium avec de l’air sec ou de l’oxygène). Ce métal est également utilisé en alliage avec le sodium comme liquide métallique caloporteur. Le potassium réagit très vigoureusement avec l’eau, libérant de l’hydrogène (qui s’enflamme) et formant une solution d’hydroxyde de potassium, KOH.

L’alliage sodium-potassium (NaK) est utilisé de manière limitée comme fluide caloporteur dans certains réacteurs nucléaires à neutrons rapides et, à titre expérimental, dans les centrales électriques à turbine à gaz. L’alliage est également utilisé comme catalyseur ou agent réducteur en synthèse organique.

En plus des alliages du potassium avec le lithium et le sodium, on connaît des alliages avec d’autres métaux alcalins. Une miscibilité complète existe dans les systèmes binaires potassium-rubidium et potassium-césium. Ce dernier système forme un alliage fondant à environ -38 °C (-36 °F). La modification du système par l’ajout de sodium donne un eutectique ternaire fondant à environ -78 °C (-108 °F). La composition de cet alliage est de 3 % de sodium, 24 % de potassium et 73 % de césium. Le potassium est essentiellement immiscible avec tous les métaux alcalino-terreux, ainsi qu’avec le zinc, l’aluminium et le cadmium.

Le potassium (sous forme de K+) est nécessaire à tous les végétaux et animaux. Les plantes en ont besoin pour la photosynthèse, la régulation de l’osmose et de la croissance, et l’activation des enzymes. Chaque animal a un niveau de potassium étroitement maintenu et un rapport potassium-sodium relativement fixe. Le potassium est le principal cation inorganique à l’intérieur de la cellule vivante, et le sodium est le cation le plus abondant dans les fluides extracellulaires. Chez les animaux supérieurs, des complexants sélectifs pour Na+ et K+ agissent au niveau des membranes cellulaires pour assurer un « transport actif ». Ce transport actif transmet les impulsions électrochimiques dans les fibres nerveuses et musculaires et permet d’équilibrer l’activité d’absorption des nutriments et d’élimination des déchets des cellules. Une quantité trop faible ou trop importante de potassium dans l’organisme est fatale ; en revanche, la présence de potassium dans le sol assure la présence de cet élément indispensable dans les aliments.

La teneur en potassium des plantes varie considérablement, bien qu’elle se situe ordinairement entre 0,5 et 2 % du poids sec. Chez l’homme, le rapport du potassium entre la cellule et le plasma est d’environ 27:1. La teneur en potassium du tissu musculaire est d’environ 0,3 %, tandis que celle du sérum sanguin est d’environ 0,01-0,02 %. Les besoins alimentaires pour une croissance normale sont d’environ 3,3 grammes (0,12 once) de potassium par jour, mais l’ingestion de plus de 20 grammes (0,7 once) de potassium entraîne des effets physiologiques distincts. L’excès de potassium est excrété dans l’urine, et une quantité importante peut être perdue pendant la transpiration.

Le potassium naturel se compose de trois isotopes : le potassium-39 (93,26 %), le potassium-41 (6,73 %) et le potassium-40 radioactif (environ 0,01 %) ; plusieurs isotopes artificiels ont également été préparés. Le potassium-39 est normalement environ 13,5 fois plus abondant que le potassium-41. La radioactivité naturelle du potassium est due au rayonnement bêta de l’isotope potassium-40 (demi-vie de 109 ans). La désintégration du potassium-40 est utilisée dans les calculs d’âge géologique (voir datation au potassium-argon). Le potassium perd facilement l’électron unique 4s, de sorte qu’il a normalement un état d’oxydation de +1 dans ses composés, bien que des composés qui contiennent l’anion, K-, puissent également être fabriqués.