K · Elemento 19 · Metallo alcalino
Un metallo così reattivo da dover essere tenuto lontano dall'aria e così essenziale che nessuna cellula del vostro corpo funziona senza di esso.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca potassio tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 227 pm — cioè 0,227 nm, quindi ne servirebbero circa 2,2 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Potassio è liquido in un intervallo di 695 K, da 337 K a 1032 K.
La storia
Metallo tenero che reagisce violentemente con l'acqua. Nutriente essenziale.
Nel 1807, un chimico britannico di 29 anni di nome Humphry Davy era ossessionato da una nuova tecnica rivoluzionaria chiamata elettrolisi. Al lavoro presso la Royal Institution di Londra, Davy aveva già conquistato la fama grazie alle sue spettacolari dimostrazioni pubbliche di chimica, ma stava per compiere una delle scoperte più pericolose nella storia della scienza.
L'invenzione della batteria elettrica da parte di Alessandro Volta nel 1800 aveva aperto possibilità completamente nuove per la chimica. Davy comprese che questo potente strumento avrebbe potuto decomporre sostanze che avevano resistito a tutti i precedenti tentativi di analisi.
L'obiettivo: la potassa (carbonato di potassio), un misterioso alcali ottenuto dalla cenere di legna che aveva lasciato per secoli perplessi i chimici. Era un composto o un elemento? I precedenti tentativi basati sul calore e sulle reazioni chimiche erano falliti completamente.
La preparazione: Davy fuse la potassa in un cucchiaio di platino e inserì fili di platino collegati a una potente batteria voltaica. Quando la corrente elettrica attraversò l'alcali fuso, accadde qualcosa di straordinario all'elettrodo negativo.
Il momento della scoperta: «Non dimenticherò mai la gioia estatica che provai», scrisse Davy, «quando le goccioline del nuovo metallo emersero sotto la superficie dell'alcali». Comparvero minuscole sfere metalliche, che però presero immediatamente fuoco al contatto con l'aria, producendo una luce violetta brillante.
Il pericolo: Queste goccioline metalliche erano così reattive da esplodere quando entravano in contatto con l'umidità dell'aria. Davy aveva isolato il primo metallo alcalino - potassio - ma manipolarlo rischiò di costargli la vita in diverse occasioni.
Proprietà incredibili: Davy scoprì che questo nuovo metallo era più leggero dell'acqua (galleggiava!), più morbido della cera (poteva tagliarlo con un coltello) e così reattivo da dover essere conservato sotto olio per prevenirne l'esplosione.
Il nome: Davy lo chiamò «potassium», dalla parola inglese «potash». È interessante notare che nella maggior parte delle altre lingue si usa «kalium» (dall'arabo «qali», che significa alcali), motivo per cui il simbolo è «K».
Impatto immediato: Solo pochi giorni dopo, Davy utilizzò la stessa tecnica per isolare il sodio, dimostrando che quelle che i chimici ritenevano sostanze semplici erano in realtà composti di questi metalli incredibilmente reattivi.
Difficoltà legate alla sicurezza: Per mesi, Davy e i suoi assistenti subirono ustioni ed esplosioni mentre imparavano a manipolare il potassio. Scoprirono che doveva essere tagliato sotto paraffina liquida e che non poteva mai entrare in contatto con l'acqua (esplode violentemente).
Eredità: La scoperta di Davy rivoluzionò la chimica, dimostrando che le forze elettriche potevano decomporre sostanze precedentemente ritenute elementari. Questo aprì la strada all'isolamento di molti altri elementi e affermò l'elettrochimica come scienza fondamentale.
Il premio di Napoleone: Sebbene Gran Bretagna e Francia fossero in guerra, nel 1808 Napoleone assegnò a Davy una medaglia d'oro per la scoperta del potassio e del sodio, dichiarando che il successo scientifico superava i confini nazionali.
Rilevanza moderna: Gli esperimenti pericolosi di Davy gettarono le basi dell'elettrochimica moderna, comprese le batterie ricaricabili, la galvanostegia e la produzione di alluminio, oggi settori dal valore di miliardi di dollari.
Applicazioni
Il potassio è assolutamente essenziale per la crescita delle piante e costituisce la base dell'agricoltura moderna. Come uno dei tre macronutrienti principali (N-P-K), il potassio regola l'equilibrio idrico, l'attivazione degli enzimi e la fotosintesi nelle piante.
Processo di produzione dei fertilizzanti: Il cloruro di potassio (KCl) viene estratto da depositi sotterranei mediante dissoluzione mineraria. L'acqua riscaldata scioglie i depositi salini, creando una salamoia che viene pompata in superficie ed evaporata in enormi bacini di cristallizzazione. I cristalli rosati risultanti sono composti per il 95-99% da KCl.
Forme utilizzate: Solfato di potassio (K₂SO₄) per colture sensibili al cloruro, come tabacco e patate, nitrato di potassio (KNO₃) per colture di alto valore che richiedono sia potassio sia azoto, e fosfato di potassio per l'agricoltura di precisione.
Produzione di saponi e detergenti: L'idrossido di potassio (KOH), noto come potassa caustica, viene prodotto mediante elettrolisi della salamoia di cloruro di potassio. Questo processo produce KOH al catodo e gas di cloro all'anodo. Il KOH produce saponi più morbidi e solubili rispetto alle alternative a base di sodio.
Industria del vetro: Il carbonato di potassio (K₂CO₃) agisce come fondente nella produzione del vetro, abbassando il punto di fusione della silice e creando un vetro più duro e brillante. Per questo il vetro cristallo di alta qualità contiene spesso potassio invece di sodio.
Produzione della polvere da sparo: Il nitrato di potassio (salnitro) funge da ossidante nella polvere nera, fornendo ossigeno per la combustione. Le moderne polveri senza fumo utilizzano ancora composti del potassio per controllare la velocità di combustione e ridurre il lampo alla volata.
Chimica dei fuochi d'artificio: Diversi composti del potassio producono colori specifici: il clorato di potassio produce bianchi brillanti, il perclorato di potassio rossi intensi e il fluoruro di alluminio e potassio tonalità viola. Lo ione potassio brucia con una caratteristica fiamma violetta.
Sistemi di trasferimento del calore: Le leghe liquide sodio-potassio (NaK) vengono utilizzate come refrigeranti nei reattori nucleari e nelle applicazioni spaziali grazie alle loro eccellenti proprietà di trasferimento del calore e alla bassa pressione di vapore ad alte temperature.
Fotografia: Il bromuro di potassio e il ferricianuro di potassio sono essenziali nel trattamento tradizionale delle fotografie in bianco e nero, poiché controllano il contrasto e consentono uno sviluppo preciso delle immagini.
Da dove proviene
20900 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 94% degli elementi
Il potassio è il 7º elemento più abbondante nella crosta terrestre (2.09% in massa), ed è quindi più comune del sodio nonostante la maggiore presenza visibile del sodio negli oceani. Questa abbondanza riflette il ruolo del potassio nei minerali fondamentali che formano le rocce del nostro pianeta.
Principali fonti minerali:
Saskatchewan, Canada: Contiene le più grandi riserve mondiali di potassa, formatesi 400 milioni di anni fa, quando il bacino di Williston era un mare poco profondo. La miniera di Esterhazy si estende per 1 chilometro sottoterra.
Mar Morto, Israele/Giordania: La salamoia contiene 1.4% di potassio, estratto attraverso bacini di evaporazione solare che creano un arcobaleno di colori dovuto alle diverse concentrazioni minerali.
Monti Urali, Russia: Gli antichi strati evaporitici forniscono il 20% della produzione mondiale; alcune miniere sono attive dall'epoca sovietica.
Carlsbad, Nuovo Messico: Il bacino permiano contiene estesi strati di potassa formatisi quando gli antichi mari evaporarono 250 milioni di anni fa.
Concentrazione nell'acqua marina: Gli oceani moderni contengono circa 380 parti per milione di potassio, mantenute dall'equilibrio tra l'apporto dei fiumi e l'assorbimento da parte degli organismi marini e dei minerali argillosi.
Great Salt Lake: Contiene salamoie concentrate di potassio, estratte commercialmente insieme a sodio e magnesio.
Nucleosintesi: Il potassio-39 si forma durante la combustione dell'ossigeno nelle stelle massicce, quando il silicio-28 cattura particelle alfa. Il processo richiede temperature superiori a 1.5 miliardi di Kelvin.
Produzione nelle supernove: Il potassio-40, l'isotopo radioattivo, si forma durante la nucleosintesi esplosiva nelle supernove e contribuisce al calore interno della Terra attraverso il decadimento radioattivo.
meteoriti: Le meteoriti condritiche contengono potassio nei minerali feldspatici, fornendo indizi sulla composizione del primo sistema solare e sulla formazione dei pianeti rocciosi.
Formazione del suolo: L'alterazione degli feldspati e della mica libera ioni potassio disponibili per le piante. I minerali argillosi possono intrappolare e rilasciare lentamente questo potassio nel tempo.
Assorbimento da parte delle piante: Gli apparati radicali trasportano attivamente il potassio contro i gradienti di concentrazione, concentrandolo 1000 volte rispetto alle soluzioni del suolo. Questo processo richiede una notevole energia metabolica.
Manipolazione
Livello di rischio: ALTO - Il potassio metallico è estremamente pericoloso e richiede procedure di manipolazione specializzate.
Potassio metallico: Deve essere conservato sotto olio minerale o cherosene, in contenitori sigillati con atmosfera inerte. Non conservarlo mai vicino a fonti d'acqua o agenti ossidanti.
Composti del potassio: Conservare in luoghi asciutti e freschi, lontano da acidi e ossidanti. Tenere i contenitori ben chiusi per impedire l'assorbimento di umidità.
Requisiti di separazione: Tenere i composti del potassio lontani dai sali di ammonio, che possono formare miscele esplosive quando vengono riscaldati.
OSHA PEL (limite di esposizione ammissibile): Nessun limite specifico per il potassio metallico (troppo reattivo per l'esposizione ordinaria)
Potassio alimentare: Gli adulti necessitano di 3,500-4,700mg al giorno. La maggior parte delle persone assume una quantità insufficiente di potassio (~2,600mg in media)
Soglia di tossicità: L'iperkaliemia (eccesso di potassio) si verifica oltre 5.5 mEq/L nel sangue e può causare anomalie del ritmo cardiaco
Contatto della pelle con il metallo: Lavare immediatamente con abbondanti quantità d'acqua per almeno 15 minuti. Rimuovere gli indumenti contaminati. In caso di ustioni, richiedere immediatamente assistenza medica.
Contatto con gli occhi: Lavare gli occhi con acqua per almeno 15 minuti, tenendo aperte le palpebre. Rimuovere le lenti a contatto, se possibile. Richiedere immediatamente assistenza medica.
Inalazione di polveri o fumi: Portare immediatamente la persona all'aria aperta. In caso di difficoltà respiratorie, somministrare ossigeno e richiedere assistenza medica.
Ingestione: NON indurre il vomito. Sciacquare la bocca con acqua. Dare da bere piccole quantità d'acqua. Richiedere immediatamente assistenza medica.
Incendi di potassio: NON usare MAI l'acqua. Utilizzare un estintore di classe D (sabbia asciutta, cloruro di sodio o soppressori specializzati per incendi di metalli)
Gestione delle fuoriuscite: Evacuare l'area. Ventilare l'ambiente. Coprire il potassio fuoriuscito con sabbia asciutta o olio. Impedire qualsiasi contatto con l'umidità.
Rischio di esplosione: Se il potassio entra in contatto con l'acqua, si forma gas idrogeno esplosivo. Eliminare immediatamente tutte le fonti di ignizione.
Risposte rapide
Potassio (simbolo K) è l'elemento 19 nella tavola periodica, appartenente a Metallo alcalino nel periodo 4, gruppo 1. Un metallo così reattivo da dover essere tenuto lontano dall'aria e così essenziale che nessuna cellula del vostro corpo funziona senza di esso. A temperatura ambiente è un solido.
[Ar] 4s¹, con 4 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 8, 1.Potassio fonde a 336.5 K (63.4 °C) ed entra in ebollizione a 1032 K (758.9 °C).
La massa atomica standard di Potassio è 39.098 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Potassio ha una densità di 0.89 g/cm³. L'acqua ha una densità di 1.0 g/cm³, quindi un blocco di Potassio galleggia.
Potassio ha un'elettronegatività di Pauling pari a 0.82. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). Un valore così basso significa che cede facilmente i suoi elettroni esterni, formando ioni positivi.
Potassio è stato scoperto nel 1807 da Humphry Davy. Prende il nome da dall'inglese potash; il simbolo deriva dal latino kalium.
Potassio costituisce informazioni 2.09% della crosta terrestre: è uno degli elementi più abbondanti che esistano.