Potassio

Il contenuto di potassio del Mar Morto è stimato a circa l’1,7% di cloruro di potassio, e molti altri corpi idrici salati sono ricchi di potassio. I liquidi di scarto di alcune saline possono contenere fino a 40 grammi per litro di cloruro di potassio e sono utilizzati come fonte di potassio.

La maggior parte del potassio è presente in rocce ignee, scisti e sedimenti in minerali come la muscovite e il feldspato ortoclasio che sono insolubili in acqua; questo rende il potassio difficile da ottenere. Di conseguenza, la maggior parte dei composti di potassio commerciali (spesso chiamati vagamente potassa) sono ottenuti per elettrolisi da composti di potassio solubili, come la carnallite (KMgCl3∙6H2O), la silvite (cloruro di potassio, KCl), la polialite (K2Ca2Mg4∙2H2O) e la langbeinite (K2Mg23), che si trovano in antichi letti di lago e fondali marini.

Il potassio viene prodotto per riduzione del sodio del cloruro di potassio fuso, KCl, a 870 °C (1.600 °F). Il KCl fuso viene continuamente alimentato in una colonna di distillazione imballata, mentre il vapore di sodio sale attraverso la colonna. Per condensazione del potassio più volatile in cima alla torre di distillazione, la reazione Na + KCl → K + NaCl è forzata a destra. Gli sforzi per ideare uno schema per la produzione elettrolitica commerciale di potassio non hanno avuto successo perché ci sono pochi additivi salini che possono ridurre il punto di fusione del cloruro di potassio a temperature in cui l’elettrolisi è efficiente.

C’è poca domanda commerciale per il metallo di potassio in sé, e la maggior parte di esso è convertito per combustione diretta in aria secca in superossido di potassio, KO2, che è usato nelle apparecchiature respiratorie perché libera ossigeno e rimuove l’anidride carbonica e il vapore acqueo. (Il superossido di potassio è un solido giallo composto da ioni K+e O2-. Può anche essere formato dall’ossidazione dell’amalgama di potassio con aria secca o ossigeno). Il metallo è anche usato come lega con il sodio come liquido metallico di trasferimento di calore. Il potassio reagisce molto vigorosamente con l’acqua, liberando idrogeno (che si infiamma) e formando una soluzione di idrossido di potassio, KOH.

La lega sodio-potassio (NaK) è usata in misura limitata come refrigerante per il trasferimento di calore in alcuni reattori nucleari fast-breeder e sperimentalmente in centrali a turbina a gas. La lega è anche usata come catalizzatore o agente riducente nella sintesi organica.

Oltre alle leghe di potassio con litio e sodio, sono note leghe con altri metalli alcalini. La completa miscibilità esiste nei sistemi binari potassio-rubidio e potassio-cesio. Quest’ultimo sistema forma una lega che fonde a circa -38 °C (-36 °F). La modifica del sistema con l’aggiunta di sodio risulta in un eutettico ternario che fonde a circa -78 °C (-108 °F). La composizione di questa lega è 3 per cento di sodio, 24 per cento di potassio e 73 per cento di cesio. Il potassio è essenzialmente immiscibile con tutti i metalli alcalino-terrosi, così come con zinco, alluminio e cadmio.

Il potassio (come K+) è richiesto da tutte le piante e gli animali. Le piante ne hanno bisogno per la fotosintesi, la regolazione dell’osmosi, la crescita e l’attivazione degli enzimi. Ogni animale ha un livello di potassio strettamente mantenuto e un rapporto potassio-sodio relativamente fisso. Il potassio è il principale catione inorganico all’interno della cellula vivente, e il sodio è il catione più abbondante nei fluidi extracellulari. Negli animali superiori, i complessanti selettivi per Na+ e K+ agiscono sulle membrane cellulari per fornire un “trasporto attivo”. Questo trasporto attivo trasmette gli impulsi elettrochimici nelle fibre nervose e muscolari e nel bilanciare l’attività di assunzione dei nutrienti e la rimozione dei rifiuti dalle cellule. Troppo poco o troppo potassio nel corpo è fatale; tuttavia, il potassio nel suolo assicura la presenza di questo elemento indispensabile nel cibo.

Il contenuto di potassio delle piante varia considerevolmente, sebbene sia ordinariamente nell’intervallo dello 0,5-2 per cento del peso secco. Negli esseri umani il rapporto di potassio tra la cellula e il plasma è di circa 27:1. Il contenuto di potassio del tessuto muscolare è circa lo 0,3%, mentre quello del siero del sangue è circa lo 0,01-0,02%. Il fabbisogno dietetico per una crescita normale è di circa 3,3 grammi (0,12 once) di potassio al giorno, ma l’ingestione di più di 20 grammi (0,7 once) di potassio provoca effetti fisiologici distinti. Il potassio in eccesso viene espulso nelle urine, e una quantità significativa può essere persa durante la sudorazione.

Il potassio naturale consiste di tre isotopi: potassio-39 (93,26%), potassio-41 (6,73%), e potassio-40 radioattivo (circa 0,01%); sono stati preparati anche diversi isotopi artificiali. Il potassio-39 è normalmente circa 13,5 volte più abbondante del potassio-41. La radioattività naturale del potassio è dovuta alla radiazione beta dell’isotopo potassio-40 (109 anni di emivita). La disintegrazione del potassio-40 è usata nel calcolo dell’età geologica (vedi datazione potassio-argon). Il potassio perde facilmente il singolo elettrone 4s, quindi normalmente ha uno stato di ossidazione di +1 nei suoi composti, sebbene si possano fare anche composti che contengono l’anione, K-.