البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع بوتاسيوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 227 pm — that is 0.227 nm, so about 2203 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
بوتاسيوم is liquid over a 695 K window, from 337 K to 1032 K.
القصة
فلز لين يتفاعل بعنف مع الماء. عنصر غذائي أساسي.
في عام 1807، كان الكيميائي البريطاني البالغ من العمر 29 عامًا همفري ديفي مهووسًا بتقنية ثورية جديدة تُسمى التحليل الكهربائي. وأثناء عمله في المعهد الملكي في لندن، كان ديفي قد اكتسب شهرة بفضل عروضه الكيميائية العامة المثيرة، لكنه كان على وشك تحقيق أحد أخطر الاكتشافات في تاريخ العلم.
كان اختراع أليساندرو فولتا للبطارية الكهربائية عام 1800 قد فتح إمكانات جديدة تمامًا أمام الكيمياء. وأدرك ديفي أن هذه الأداة القوية الجديدة قد تفكك مواد قاومت جميع محاولات التحليل السابقة.
كان الهدف: البوتاس (كربونات البوتاسيوم)، وهو قلوي غامض يُستخرج من رماد الخشب وقد حيّر الكيميائيين قرونًا. أكان مركبًا أم عنصرًا؟ لقد فشلت المحاولات السابقة باستخدام الحرارة والتفاعلات الكيميائية فشلًا كاملًا.
الإعداد: صهر ديفي البوتاس في ملعقة من البلاتين وأدخل أسلاكًا من البلاتين موصولة ببطارية فولطية قوية. وعندما مر التيار الكهربائي عبر القلوي المنصهر، حدث أمر استثنائي عند القطب السالب.
لحظة الاكتشاف: كتب ديفي: "لن أنسى أبدًا الفرح النشواني الذي شعرت به عندما ارتفعت كريات الفلز الجديد تحت سطح القلوي." ظهرت كريات فلزية صغيرة، لكنها اشتعلت فورًا بلهب بنفسجي ساطع عند ملامستها الهواء.
الخطر: كانت هذه الكريات الفلزية شديدة التفاعل إلى درجة أنها انفجرت عند ملامسة الرطوبة في الهواء. لقد عزل ديفي أول فلز قلوي - البوتاسيوم - لكن تداوله كاد يودي بحياته في مناسبات عديدة.
خصائص مذهلة: اكتشف ديفي أن هذا الفلز الجديد أخف من الماء (فكان يطفو!)، وألين من الشمع (إذ كان يستطيع قطعه بسكين)، وشديد التفاعل إلى درجة وجوب تخزينه تحت الزيت لمنع انفجاره.
الاسم: سماه ديفي "potassium" اشتقاقًا من الكلمة الإنجليزية "potash". ومن المثير للاهتمام أن معظم اللغات الأخرى تستخدم "kalium" (من العربية "القلي"، أي القلوي)، ولهذا فإن الرمز هو "K".
الأثر المباشر: بعد أيام قليلة فقط، استخدم ديفي التقنية نفسها لعزل الصوديوم، مثبتًا أن ما اعتقد الكيميائيون أنه مواد بسيطة كان في الحقيقة مركبات لهذه الفلزات شديدة التفاعل.
صعوبات السلامة: عانى ديفي ومساعدوه حروقًا وانفجارات لأشهر أثناء تعلمهم تداول البوتاسيوم. واكتشفوا أنه يجب قطعه تحت البارافين السائل، وألا يلامس الماء أبدًا (فهو ينفجر بعنف).
الإرث: أحدث اكتشاف ديفي ثورة في الكيمياء بإثبات أن القوى الكهربائية يمكنها تفكيك مواد كان يُعتقد سابقًا أنها عناصر. ومهّد ذلك الطريق لعزل العديد من العناصر الأخرى ورسّخ الكيمياء الكهربائية علمًا أساسيًا.
جائزة نابليون: رغم أن بريطانيا وفرنسا كانتا في حالة حرب، منح نابليون ديفي ميدالية ذهبية عام 1808 لاكتشافه البوتاسيوم والصوديوم، معلنًا أن الإنجاز العلمي يتجاوز الحدود الوطنية.
الأهمية الحديثة: أرست تجارب ديفي الخطرة أساس الكيمياء الكهربائية الحديثة، بما في ذلك البطاريات القابلة لإعادة الشحن والطلاء الكهربائي وإنتاج الألومنيوم - وهي صناعات تبلغ قيمتها اليوم مليارات الدولارات.
الاستخدامات
البوتاسيوم ضروري تمامًا لنمو النباتات ويشكل أساس الزراعة الحديثة. وبصفته واحدًا من المغذيات الكبرى الأساسية الثلاثة (N-P-K)، ينظم البوتاسيوم توازن الماء وتنشيط الإنزيمات والبناء الضوئي في النباتات.
عملية تصنيع الأسمدة: يُستخرج كلوريد البوتاسيوم (KCl) من الرواسب الجوفية عبر التعدين بالمحاليل. يذيب الماء الساخن رواسب الملح، مكوّنًا محلولًا ملحيًا يُضخ إلى السطح ويُبخّر في أحواض تبلور ضخمة. وتكون البلورات الناتجة ذات اللون الوردي نقية بنسبة 95-99% من KCl.
الأشكال المستخدمة: كبريتات البوتاسيوم (K₂SO₄) للمحاصيل الحساسة للكلوريد مثل التبغ والبطاطس، ونترات البوتاسيوم (KNO₃) للمحاصيل عالية القيمة التي تحتاج إلى البوتاسيوم والنيتروجين معًا، وفوسفات البوتاسيوم للزراعة الدقيقة.
إنتاج الصابون والمنظفات: يُصنّع هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، المعروف باسم البوتاس الكاوي، عبر التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد البوتاسيوم الملحي. تُنتج هذه العملية KOH عند المهبط وغاز الكلور عند المصعد. وينتج KOH صابونًا أكثر ليونة وقابلية للذوبان مقارنة بالبدائل القائمة على الصوديوم.
صناعة الزجاج: تعمل كربونات البوتاسيوم (K₂CO₃) كمادة صهارة في تصنيع الزجاج، إذ تخفض نقطة انصهار السيليكا وتنتج زجاجًا أصلب وأكثر لمعانًا. ولهذا غالبًا ما يحتوي زجاج الكريستال عالي الجودة على البوتاسيوم بدلًا من الصوديوم.
تصنيع البارود: تعمل نترات البوتاسيوم (البارود) كمادة مؤكسدة في البارود الأسود، إذ توفر الأكسجين للاحتراق. ولا تزال المساحيق الحديثة عديمة الدخان تستخدم مركبات البوتاسيوم للتحكم في معدلات الاحتراق وتقليل وميض الفوهة.
كيمياء الألعاب النارية: تنتج مركبات البوتاسيوم المختلفة ألوانًا محددة - كلورات البوتاسيوم للأبيض اللامع، وبيركلورات البوتاسيوم للأحمر المكثف، وفلوريد البوتاسيوم والألومنيوم للدرجات البنفسجية. ويحترق أيون البوتاسيوم نفسه بلهب بنفسجي مميز.
أنظمة نقل الحرارة: تُستخدم سبائك البوتاسيوم والصوديوم السائلة (NaK) كمبردات في المفاعلات النووية وتطبيقات الفضاء بسبب خصائصها الممتازة في نقل الحرارة وضغط بخارها المنخفض عند درجات الحرارة العالية.
التصوير الفوتوغرافي: يُعد بروميد البوتاسيوم وفيري سيانيد البوتاسيوم أساسيين في معالجة الصور التقليدية بالأبيض والأسود، إذ يتحكمان في التباين ويتيحان إظهار الصورة بدقة.
مصدره
20900 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 94% of elements
يحتل البوتاسيوم المرتبة 7 بين أكثر العناصر وفرة في قشرة الأرض (2.09% من حيث الكتلة)، مما يجعله أكثر شيوعًا من الصوديوم رغم وضوح وجود الصوديوم بدرجة أكبر في المحيطات. وتعكس هذه الوفرة دور البوتاسيوم في المعادن الأساسية المكوّنة للصخور التي بنت كوكبنا.
المصادر المعدنية الأساسية:
ساسكاتشوان، كندا: تحتوي على أكبر احتياطيات البوتاس في العالم، تكونت قبل 400 مليون سنة عندما كان حوض ويليستون بحرًا ضحلًا. ويمتد منجم إسترهاضي لمسافة 1 كيلومتر تحت الأرض.
البحر الميت، إسرائيل/الأردن: يحتوي المحلول الملحي على 1.4% من البوتاسيوم، ويُستخرج عبر أحواض التبخر الشمسي التي تُنشئ ألوانًا قوس قزح من تراكيز المعادن المختلفة.
جبال الأورال، روسيا: توفر طبقات المتبخرات القديمة 20% من الإنتاج العالمي، وتعمل بعض المناجم منذ الحقبة السوفيتية.
كارلسباد، نيو مكسيكو: يحتوي حوض بيرميان على طبقات واسعة من البوتاس تكونت عندما تبخرت البحار القديمة قبل 250 مليون سنة.
تركيز مياه البحر: تحتوي المحيطات الحديثة على نحو 380 جزءًا في المليون من البوتاسيوم، ويحافظ على هذا التركيز التوازن بين تدفق الأنهار وامتصاص الكائنات البحرية ومعادن الطين له.
البحيرة المالحة الكبرى: تحتوي على محاليل ملحية مركزة من البوتاسيوم تُستخرج تجاريًا إلى جانب الصوديوم والمغنيسيوم.
التخليق النووي: يتكون بوتاسيوم-39 عبر احتراق الأكسجين في النجوم الضخمة عندما تلتقط نواة السيليكون-28 جسيمات ألفا. وتتطلب العملية درجات حرارة تتجاوز 1.5 مليار كلفن.
إنتاج المستعرات العظمى: يتكون بوتاسيوم-40، وهو النظير المشع، أثناء التخليق النووي الانفجاري في المستعرات العظمى، ويسهم في حرارة الأرض الداخلية عبر التحلل الإشعاعي.
النيازك: تحتوي النيازك الكوندريتية على البوتاسيوم في معادن الفلسبار، مما يوفر أدلة عن تركيب النظام الشمسي المبكر وتكوّن الكواكب الصخرية.
تكوّن التربة: يؤدي تجوية الفلسبار والميكا إلى إطلاق أيونات البوتاسيوم التي تصبح متاحة للنباتات. ويمكن لمعادن الطين احتجاز هذا البوتاسيوم وإطلاقه ببطء مع مرور الوقت.
امتصاص النباتات: تنقل أنظمة الجذور البوتاسيوم بنشاط عكس تدرجات التركيز، فتركّزه بمقدار 1000 ضعف مقارنة بمحاليل التربة. وتتطلب هذه العملية طاقة أيضية كبيرة.
التعامل
مستوى الخطر: مرتفع - فلز البوتاسيوم شديد الخطورة ويتطلب إجراءات تداول متخصصة.
فلز البوتاسيوم: يجب تخزينه تحت الزيت المعدني أو الكيروسين في حاويات محكمة الإغلاق ذات جو خامل. لا تخزنه أبدًا بالقرب من مصادر الماء أو العوامل المؤكسدة.
مركبات البوتاسيوم: تُخزّن في أماكن جافة وباردة بعيدًا عن الأحماض والمؤكسدات. حافظ على إحكام إغلاق الحاويات لمنع امتصاص الرطوبة.
متطلبات الفصل: أبقِ مركبات البوتاسيوم بعيدًا عن أملاح الأمونيوم، التي قد تكوّن مخاليط متفجرة عند تسخينها.
حد التعرض المسموح به وفق OSHA (PEL): لا يوجد حد محدد لفلز البوتاسيوم (لأنه شديد التفاعل بحيث لا يناسب التعرض الروتيني)
البوتاسيوم الغذائي: يحتاج البالغون إلى 3,500-4,700mg يوميًا. ويحصل معظم الناس على كمية غير كافية من البوتاسيوم (~2,600mg في المتوسط)
عتبة السمية: يحدث فرط بوتاسيوم الدم (زيادة البوتاسيوم) عند تجاوز 5.5 mEq/L في الدم، وقد يسبب اضطرابات في نظم القلب
ملامسة الفلز للجلد: اغسل فورًا بكميات كبيرة من الماء لمدة 15+ دقيقة. انزع الملابس الملوثة. اطلب عناية طبية فورية للحروق.
ملامسة العينين: اغسل العينين بالماء لمدة 15+ دقيقة مع إبقاء الجفنين مفتوحين. انزع العدسات اللاصقة إن أمكن. اطلب عناية طبية فورية.
استنشاق الغبار/الأبخرة: انقل المصاب إلى الهواء النقي فورًا. إذا حدثت صعوبات في التنفس، فزوّده بالأكسجين واطلب العناية الطبية.
الابتلاع: لا تحفّز القيء. اغسل الفم بالماء. أعطِ المصاب كميات صغيرة من الماء للشرب. اطلب عناية طبية فورية.
حرائق البوتاسيوم: لا تستخدم الماء أبدًا. استخدم مطفأة حريق من الفئة D (الرمل الجاف أو كلوريد الصوديوم أو مواد إخماد حرائق الفلزات المتخصصة)
الاستجابة للانسكاب: أخلِ المنطقة. هوِّ المكان. غطِّ البوتاسيوم المنسكب بالرمل الجاف أو الزيت. لا تسمح بملامسة أي رطوبة.
خطر الانفجار: إذا لامس البوتاسيوم الماء، يتكوّن غاز هيدروجين متفجر. أزل جميع مصادر الاشتعال فورًا.
إجابات سريعة
بوتاسيوم (symbol K) is element 19 on the periodic table, a فلز قلوي in period 4, group 1. A metal so reactive it must be kept away from air, and so essential that no cell in your body works without it. At room temperature it is a solid.
[Ar] 4s¹, giving 4 occupied shells holding 2, 8, 8, 1 electrons respectively.بوتاسيوم melts at 336.5 K (63.4 °C) and boils at 1032 K (758.9 °C).
The standard atomic weight of بوتاسيوم is 39.098 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
بوتاسيوم has a density of 0.89 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of بوتاسيوم floats.
بوتاسيوم has a Pauling electronegativity of 0.82. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this low means it readily gives its outer electrons away, forming positive ions.
بوتاسيوم was discovered in 1807 by Humphry Davy. It is named after english potash; symbol from Latin kalium.
بوتاسيوم makes up about 2.09% of the Earth's crust — one of the most abundant elements there is.