Potassium

Le potassium est un élément chimique, de symbole K et de numéro atomique 19.


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Potassium
ArgonPotassiumCalcium
Na
  Structure cristalline cubique à corps centré

19
K
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
K
Rb
Table complèteTable étendue
Informations générales
Nom, Symbole, Numéro Potassium, K, 19
Série chimique Métal alcalin
Groupe, Période, Bloc 1 (IA) , 4, s
Masse volumique 0, 89 g·cm-3[1]
Dureté 0, 4
Couleur blanc argenté
N° CAS 7440-09-7
N° EINECS 231-119-8
Propriétés atomiques
Masse atomique 39, 0983 ± 0, 0001 u[1]
Rayon atomique (calc) 220 pm (243 pm)
Rayon de covalence 2, 03 ± 0, 12 Å[2]
Rayon de Van der Waals 275
Configuration électronique [Ar] 4s1
Électrons par niveau d'énergie 2, 8, 8, 1
État (s) d'oxydation 1
Oxyde base forte
Structure cristalline cubique centrée
Propriétés physiques
État ordinaire solide
Point de fusion 63, 5 °C[1]
Point d'ébullition 759 °C[1]
Énergie de fusion 2, 334 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation 79, 87 kJ·mol-1
Volume molaire 45, 94×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur 1, 06×10-4 Pa
Vitesse du son 2 000 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 0, 82
Chaleur massique 757 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique 13, 9×106 S·m-1
Conductivité thermique 102, 4 W·m-1·K-1
Énergies d'ionisation
1re : 4, 3406633 eV[3] 2e : 31, 63 eV [3]
3e : 45, 806 eV [3] 4e : 60, 91 eV [3]
5e : 82, 66 eV [3] 6e : 99, 4 eV [3]
7e : 117, 56 eV [3] 8e : 154, 88 eV [3]
9e : 175, 8174 eV [3] 10e : 503, 8 eV [3]
11e : 564, 7 eV [3] 12e : 629, 4 eV [3]
13e : 714, 6 eV [3] 14e : 786, 6 eV [3]
15e : 861, 1 eV [3] 16e : 968 eV [3]
17e : 1 033, 4 eV [3] 18e : 4 610, 8 eV [3]
19e : 4 934, 046 eV [3]
Isotopes les plus stables
iso AN Période MD Ed PD
MeV
39K 93, 26 % stable avec 20 neutrons
40K 0, 01167 % 1, 277×109 a 10, 48 % β+, ε
—-—
89, 52 % β-
1, 505
—-—
1, 3111
40Ar
—-—
40Ca
41K 6, 73 % stable avec 22 neutrons
Précautions
Directive 67/548/EEC[4]
Corrosif
C
Facilement inflammable
F
Phrases R : 14/15, 34,
Phrases S : 1/2, 5, 8, 45,
Transport[5]
423
   2257   
SIMDUT[6]
B6 : Matière réactive inflammableE : Matière corrosive
B6, E,
SGH[7]
SGH02 : InflammableSGH05 : Corrosif
Danger
H260, H314, EUH014,
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le potassium est un élément chimique, de symbole K (latin : kalium, de l'arabe : ????????? al-qalyah) et de numéro atomique 19.

C'est un métal alcalin mou, d'aspect blanc métallique (un peu bleuté) qu'on trouve naturellement lié à d'autres éléments dans l'eau de mer et dans de nombreux minéraux. Il s'oxyde rapidement au contact de l'air et réagit violemment avec l'eau. Il ressemble chimiquement au sodium.


Histoire

Le potassium a été découvert en 1807 par sir Humphry Davy, qui l'obtient par électrolyse d'hydroxyde de potassium, et forge le mot à partir de l'anglais potash de pot ashes c'est-à-dire cendres au fond du pot résultant de cette électrolyse, potass «potasse» et du suffixe -ium. En allemand, comme dans d'autres langues germaniques, le potassium se traduit Kalium. En analyse biologique du sang le taux de potassium dans le sang est nommé kaliémie.

Le potassium fut le premier métal isolé par électrolyse.

Caractéristiques

Le potassium est le second métal le plus léger (après le lithium), et le quatrième métal le plus réactif si on compte le francium. C'est un solide mou qui est aisément coupé avec un couteau. Les surfaces fraîchement tranchées ont un aspect métallique. Il s'oxyde rapidement à l'air et doit par conséquent être conservé dans l'huile.

Comme les autres métaux alcalins, l'eau se décompose à son contact avec formation de dihydrogène. Quand il est plongé dans l'eau, il réagit violemment[5] en produisant du dihydrogène qui peut s'enflammer, ou alors détoner, en présence d'oxygène et d'une source de chaleur.

Ses sels émettent une couleur violette quand ils sont exposés à une flamme.

Isotopes

On connaît l'existence de 24 isotopes du potassium :

No. symbole
du nucléide
Z (p) N (n)  
masse de
l'isotope (u)  
demi-vie spin
nucléaire
composition
isotopique
(fraction molaire)
énergie d'excitation
1 32K 19 13 32.02192 (54) # 1+#
32mK 950 (100) # keV  ? 4+#
2 33K 19 14 33.00726 (21) # <25 ns (3/2+) #
3 34K 19 15 33.99841 (32) # <40 ns 1+#
4 35K 19 16 34.988010 (21) 178 (8) ms 3/2+
5 36K 19 17 35.981292 (8) 342 (2) ms 2+
6 37K 19 18 36.97337589 (10) 1.226 (7) s 3/2+
7 38K 19 19 37.9690812 (5) 7.636 (18) min 3+
38m1K 130.50 (28) keV 924.2 (3) ms 0+
38m2K 3458.0 (2) keV 21.98 (11) µs (7+), (5+)
8 39K 19 20 38.96370668 (20) STABLE 3/2+ 0.932581 (44)
9 40K 19 21 39.96399848 (21) 1.248 (3) E+9 a 4- 0.000117 (1)
40mK 1643.639 (11) keV 336 (12) ns 0+
10 41K 19 22 40.96182576 (21) STABLE 3/2+ 0.067302 (44)
11 42K 19 23 41.96240281 (24) 12.360 (12) h 2-
12 43K 19 24 42.960716 (10) 22.3 (1) h 3/2+
13 44K 19 25 43.96156 (4) 22.13 (19) min 2-
14 45K 19 26 44.960699 (11) 17.3 (6) min 3/2+
15 46K 19 27 45.961977 (17) 105 (10) s 2 (-)
16 47K 19 28 46.961678 (9) 17.50 (24) s 1/2+
17 48K 19 29 47.965514 (26) 6.8 (2) s (2-)
18 49K 19 30 48.96745 (8) 1.26 (5) s (3/2+)
19 50K 19 31 49.97278 (30) 472 (4) ms (0-, 1, 2-)
20 51K 19 32 50.97638 (54) # 365 (5) ms 3/2+#
21 52K 19 33 51.98261 (75) # 105 (5) ms (2-) #
22 53K 19 34 52.98712 (75) # 30 (5) ms (3/2+) #
23 54K 19 35 53.99420 (97) # 10 (5) ms 2-#
24 55K 19 36 54.99971 (107) # 3# ms 3/2+#

Les valeurs marquées d'un # sont des valeurs de prédiction.
Les valeurs de spin à faible certitude mais aussi les incertitudes
pour les derniers chiffres sont indiqués en parenthèses.

La forme naturelle du potassium se compose des trois isotopes 39K (93, 26 %), 40K (0, 01167 %) et 41K (6, 73 %).

Le 40K se désintègre :

La méthode de datation au potassium-argon (couple d'isotopes 40K - 40Ar) est couramment utilisée pour la datation des roches.

L'ion potassium

L'ion K+ est un gros cation (∼140 pm) peu coordinant et par conséquent complexe à précipiter en solution aqueuse. Il forme des complexes avec les éthers couronnes, ce qui sert à solubiliser certains de ses sels en solution organique.

Gisements

Cet élément représente à peu près 2, 58 % du poids total de la croûte terrestre, dont il est un des sept éléments les plus abondants.

Le potassium n'est pas un élément natif. Il est obtenu essentiellement par électrolyse de l'hydroxyde de potassium par un procédé qui a particulièrement peu changé depuis Davy.

Des minéraux tels que la carnallite KMgCl3·6H2O, la langbeinite K2Mg2 (SO4) 3, la polyhalite K2Ca2Mg (SO4) 4·2H2O, et la sylvine KCl, qu'on trouve au fond des anciens lacs et mers sont des minerais importants de potassium, et permettent son exploitation économique.

Les principaux gisements de potassium sont localisés en Saskatchewan, en Biélorussie, en Alsace, en Californie, en Allemagne, au Nouveau-Mexique et en Utah.

Les océans forment une réserve importante de potassium, mais sa concentration y est plus faible que celle du sodium (cf. eau de mer).

Synthèse du potassium

Le potassium est produit par réduction de chlorure de potassium (KCl) liquide par de la vapeur de sodium à 870 °C puis distillation.

Utilisation du potassium

Applications du potassium métallique

Composés du potassium

Le potassium est un élément essentiel pour la croissance des plantes ; on le trouve (sous forme de composés) dans la majorité des sols. Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voir pompe Na-K).

Ses principaux composés :

Aspects médicaux

Précautions

Le potassium sous forme de métal réagit violemment avec l'eau. Sa réaction avec l'eau est d'ailleurs énormément plus forte que celle du sodium dans un milieu aqueux. Le potassium peut aussi réagir violemment avec son propre oxyde ; par exemple un choc sur une coulée de potassium oxydé peut provoquer une explosion. Ce métal doit par conséquent être conservé à l'abri de l'eau et de toute atmosphère oxydante ou chargée d'humidité. Il est le plus fréquemment conservé immergé dans l'huile ou entouré de graisse. Dans les échantillons destinés aux expériences de laboratoire scolaires et universitaires il est apporté en flacons sous forme d'olives pour éviter -en cas de doute sur une étiquette endommagée- de le confondre avec le sodium.

Nutrition et médecine

Le potassium est un micronutriment essentiel à l'alimentation humaine.

Le potassium sous sa forme de cation K+ est le principal ion intracellulaire de l'organisme. Il existe un gradient de concentration en faveur de la sortie de l'ion depuis le compartiment intracellulaire vers le compartiment extra-cellulaire. Ce gradient est entretenu par des pompes localisées dans les membranes cellulaires, surtout la pompe sodium/potassium est responsable de l'existence d'un potentiel de repos négatif présent dans l'ensemble des cellules vivantes.

La concentration de K+ plasmatique (ou kaliémie) est particulièrement finement régulée, surtout au niveau du rein, de sorte que ce taux demeure dans une fourchette précise de 3, 5 à 5, 5 mmol·l-1. Les variations pathologiques de la kaliémie (hypokaliémie et en particulier hyperkaliémie) sont des troubles sévères susceptibles d'entraîner des anomalies cardiaques fatales.

Une alimentation variée forme le meilleur moyen d'avoir un bon taux de potassium dans l'organisme. Des recherches ont mis en évidence qu'un régime riche en potassium peut diminuer les risques d'hypertension[8].

On trouve de bonnes quantités de potassium dans le pruneau (732 mg/100 g), les châtaignes (600 mg/100 g), l'avocat (485 mg/100 g), les épinards (466 mg/100 g), la pomme de terre (379 mg/100 g) et les tubercules généralement (le céleri-rave, le navet), la banane (358 mg/100 g), la carotte (320 mg/100 g), le melon (300 mg/100 g), la tomate (280 mg/100 g) et le jus d'orange (200 mg/100 g).

Radioactivité dans le corps humain due au 40K

Article détaillé : Potassium 40.

Dose toxique

Le potassium peut avoir des effets lorsqu'il est respiré. L'inhalation peut irriter les yeux, le nez, la gorge, les poumons avec l'éternuement, la toux et la gorge endolorie. Des expositions plus élevées peuvent causer une accumulation de liquide dans les poumons, ceci pouvant causer la mort. Le contact avec la peau et l'œil peut causer des brûlures graves menant à des dommages permanents.

Lorsque les reins fonctionnent mal, il y a une accumulation de potassium. Ce qui peut entraîner une perturbation des battements du cœur. Au-delà de 25 g, le potassium est toxique. Un surdosage en potassium provoque l'hyperkaliémie, tandis qu'une carence en potassium provoque l'hypokaliémie. L'hyperkaliémie découle le plus fréquemment des insuffisances rénales particulièrement avancées (le rein n'excrète plus le potassium, et il va par conséquent augmenter) tandis qu'il est quasi impossible d'avoir une hyperkaliémie lorsque les reins fonctionnent normalement. On traite l'hyperkaliémie par des perfusions de bicarbonates (on alcalinise le sang), jusqu'aux cas les plus extrêmes où on effectue une hémodialyse (rein artificiel) … Un arrêt cardiaque peut survenir en particulier si les changements de la kaliémie ont été brusques. Il existe des manifestations avant-coureuses : des troubles du rythme cardiaque, des troubles digestifs (hypokaliémie uniquement), des douleurs musculaires (hypokaliémie uniquement) mais il est quasi impossible d'avoir trop ou pas suffisament de potassium[précision nécessaire] ![réf.  nécessaire].

Voir aussi

Notes et références

  1. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, 2009, 90e éd. , Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-420-09084-0)  .
  2. (en) Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, «Covalent radii revisited», dans Dalton Transactions, 2008, p.  2832 - 2838 lien DOI ] .
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC, 2006, 87e éd. (ISBN 0849304873) , p.  10-202 .
  4. ESIS. Consulté le 1er février 2009.
  5. Entrée du numéro CAS «7440-09-7» dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la BGIA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 1er février 2009 (JavaScript indispensable) .
  6. «Potassium» dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  7. Numéro index 019-001-00-2 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE no 1272/2008 [pdf] (16 décembre 2008).
  8. Jane Higdon, Victoria J. Drake et Jiang He, Potassium, Linus Pauling Institute Micronutrient Information Center, accès le 19 août 2009.


  s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1 H He
2 Li Be B C N O F Ne
3 Na Mg Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
6 Cs Ba   La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
7 Fr Ra   Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho
   
  g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18  
  * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto  


Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares
Métaux alcalins  Métaux alcalino-terreux  Métaux de transition Métaux pauvres
Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés

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