Potas

Właściwości, występowanie i zastosowania

Metal potasowy jest miękki i biały ze srebrnym połyskiem, ma niską temperaturę topnienia i jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Potas nadaje płomieniowi lawendowy kolor, a jego pary są zielone. Jest siódmym najbardziej obficie występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, stanowiąc 2,6 procent jej masy.

Zawartość potasu w Morzu Martwym szacuje się na około 1,7 procent chlorku potasu, a wiele innych słonych zbiorników wodnych jest bogatych w potas. Płyny odpadowe z niektórych warzelni soli mogą zawierać do 40 gramów na litr chlorku potasu i są wykorzystywane jako źródło potasu.

Większość potasu występuje w skałach iglastych, łupkach i osadach w minerałach takich jak muskowit i skalenie ortoklazowe, które są nierozpuszczalne w wodzie; to sprawia, że potas jest trudny do uzyskania. W rezultacie większość komercyjnych związków potasu (często luźno nazywanych potażem) jest otrzymywana w procesie elektrolizy z rozpuszczalnych związków potasu, takich jak karnalit (KMgCl3∙6H2O), sylwin (chlorek potasu, KCl), polihalit (K2Ca2Mg4∙2H2O) i langbeinit (K2Mg23), które znajdują się w dawnych pokładach jezior i dnach mórz.

Potas jest produkowany przez redukcję sodu stopionego chlorku potasu, KCl, w temperaturze 870 °C (1 600 °F). Stopiony KCl jest w sposób ciągły wprowadzany do kolumny destylacyjnej z wypełnieniem, podczas gdy pary sodu są przepuszczane przez kolumnę. W wyniku kondensacji bardziej lotnego potasu w górnej części kolumny destylacyjnej reakcja Na + KCl → K + NaCl jest wymuszana w prawo. Próby opracowania systemu elektrolitycznej produkcji potasu nie powiodły się, ponieważ istnieje niewiele dodatków do soli, które mogą obniżyć temperaturę topnienia chlorku potasu do temperatury, w której elektroliza jest skuteczna.

Popyt na sam metal potasu jest niewielki, a większość jest przekształcana przez bezpośrednie spalanie w suchym powietrzu do nadtlenku potasu, KO2, który jest stosowany w urządzeniach oddechowych, ponieważ uwalnia tlen i usuwa dwutlenek węgla i parę wodną. (Nadtlenek potasu jest żółtym ciałem stałym składającym się z jonów K+ i O2-. Może on również powstawać w wyniku utleniania amalgamatu potasowego suchym powietrzem lub tlenem). Metal ten jest również stosowany w stopie z sodem jako ciekły metaliczny nośnik ciepła. Potas reaguje bardzo gwałtownie z wodą, uwalniając wodór (który się zapala) i tworząc roztwór wodorotlenku potasu, KOH.

Stop sodowo-potasowy (NaK) jest stosowany w ograniczonym zakresie jako chłodziwo przenoszące ciepło w niektórych szybkich reaktorach jądrowych i eksperymentalnie w elektrowniach gazowo-turbinowych. Stop ten jest również stosowany jako katalizator lub reduktor w syntezie organicznej.

Oprócz stopów potasu z litem i sodem znane są stopy z innymi metalami alkalicznymi. Całkowita mieszalność istnieje w układach dwuskładnikowych potas-rubid i potas-ces. Ten ostatni układ tworzy stop topiący się w temperaturze około -38 °C (-36 °F). Modyfikacja układu przez dodanie sodu prowadzi do powstania trójskładnikowego eutektyku topiącego się w temperaturze około -78 °C (-108 °F). Skład tego stopu jest 3 procent sodu, 24 procent potasu i 73 procent cezu. Potas jest w zasadzie niemieszalny z wszystkimi metalami ziem alkalicznych, jak również z cynkiem, aluminium i kadmem.

Potas (jako K+) jest wymagany przez wszystkie rośliny i zwierzęta. Rośliny potrzebują go do fotosyntezy, regulacji osmozy i wzrostu oraz aktywacji enzymów. Każde zwierzę ma ściśle utrzymany poziom potasu i względnie stały stosunek potasu do sodu. Potas jest podstawowym kationem nieorganicznym w żywej komórce, a sód jest najobficiej występującym kationem w płynach pozakomórkowych. U zwierząt wyższych, selektywne kompleksanty dla Na+ i K+ działają na błonach komórkowych, zapewniając „aktywny transport”. Ten aktywny transport przekazuje impulsy elektrochemiczne we włóknach nerwowych i mięśniowych oraz w równoważeniu aktywności pobierania składników odżywczych i usuwania odpadów z komórek. Zbyt mała lub zbyt duża ilość potasu w organizmie jest śmiertelna, jednak potas w glebie zapewnia obecność tego niezbędnego pierwiastka w pożywieniu.

Zawartość potasu w roślinach jest bardzo zróżnicowana, jednak zwykle mieści się w zakresie 0,5-2 procent suchej masy. U ludzi stosunek potasu między komórką a osoczem wynosi około 27:1. Zawartość potasu w tkance mięśniowej wynosi około 0,3 procent, natomiast w surowicy krwi około 0,01-0,02 procent. Zapotrzebowanie na potas w diecie dla normalnego wzrostu wynosi około 3,3 grama (0,12 uncji) potasu dziennie, ale spożycie więcej niż 20 gramów (0,7 uncji) potasu powoduje wyraźne efekty fizjologiczne. Nadmiar potasu jest wydalany z moczem, a znaczna jego ilość może być tracona podczas pocenia się.

Naturalny potas składa się z trzech izotopów: potasu-39 (93,26 procent), potasu-41 (6,73 procent) i radioaktywnego potasu-40 (około 0,01 procent); kilka sztucznych izotopów zostało również przygotowanych. Potas-39 jest zwykle około 13,5 razy bardziej obfity niż potas-41. Naturalna radioaktywność potasu wynika z promieniowania beta izotopu potasu-40 (czas połowicznego rozpadu 109 lat). Rozpad potasu-40 jest wykorzystywany w geologicznych obliczeniach wieku (patrz datowanie potasowo-argonowe). Potas łatwo traci pojedynczy elektron 4s, dlatego w swoich związkach ma zwykle stan utlenienia +1, choć można też tworzyć związki zawierające anion, K-.