POTASYUM: TARIHÇESI, YAPISI, ÖZELLIKLERI, REAKSIYONLARI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Potasyum , bir alkalin kimyasal sembol, atom numarası 19 ve periyodik tabloda sodyum altında yer alır K. olmasıdır. Bıçakla bile kesilebilen yumuşak bir metaldir. Ayrıca oldukça hafiftir ve şiddetli reaksiyona girerken sıvı su üzerinde yüzebilir.

Yeni kesilmiş, çok parlak gümüşi beyaz bir renge sahiptir, ancak havaya maruz kaldığında hızla oksitlenir ve parlaklığını kaybederek grimsi bir renk alır (aşağıdaki resimdeki gibi neredeyse mavimsi).

Mineral yağda depolanan kısmen oksitlenmiş potasyum parçaları. Kaynak: 2 × 910

Potasyum, su ile patlayarak reaksiyona girerek potasyum hidroksit ve hidrojen gazı oluşturur. Reaksiyonun patlamasından sorumlu olan tam da bu gazdır. Çakmakta yandığında, uyarılmış atomları alevi yoğun bir leylak rengine boyar; bu onun kalitatif testlerinden biridir.

Yerkabuğunda en çok bulunan yedinci metaldir ve ağırlığının% 2.6'sını temsil eder. Silvite (KCl) gibi minerallere ek olarak, esas olarak magmatik kayaçlarda, şeyllerde ve tortularda bulunur. Sodyumun aksine, deniz suyundaki konsantrasyonu düşüktür (0,39 g / L).

Potasyum 1807 yılında İngiliz kimyager Sir Humphrey Davy tarafından hidroksiti KOH çözeltisinin elektroliziyle izole edildi. Bu metal, elektrolizle izole edilen ilk metaldi ve Davy ona İngilizce potasyum adını verdi.

Almanya'da ise metale atıfta bulunmak için kalium adı kullanıldı. Potasyum için kimyasal bir sembol olarak kullanılan 'K' harfi tam da bu soyadından geliyor.

Metalin kendisinin çok az endüstriyel kullanımı vardır, ancak birçok yararlı bileşiğe yol açar. Biyolojik olarak ise vücudumuz için temel unsurlardan biri olduğu için çok daha önemlidir.

Örneğin bitkilerde ozmoz süreci olan fotosentezi destekler. Aynı zamanda protein sentezini teşvik ederek bitkilerin büyümesini destekler.

Tarih

Potas

Antik çağlardan beri insan, potasyumun varlığını göz ardı ederek potasın potasla olan ilişkisini yok sayarak gübre olarak kullanmıştır. Bu, su ilave edilen ve daha sonra buharlaştırılan ağaçların gövde ve yapraklarındaki küllerden hazırlandı.

Sebzeler çoğunlukla potasyum, sodyum ve kalsiyum içerir. Ancak kalsiyum bileşikleri suda çok az çözünür. Bu nedenle potas, potasyum bileşiklerinin bir konsantresiydi. Kelime, İngilizce 'pot' ve 'kül' kelimelerinin kısaltılmasından türetilmiştir.

1702'de G. Ernst Stahl, sodyum ve potasyum tuzları arasında bir fark olduğunu öne sürdü; Bu öneri 1736'da Henry Duhamel du Monceau tarafından doğrulandı. Tuzların tam bileşimi bilinmediğinden, Antoine Lavoiser (1789) alkalileri kimyasal elementler listesine dahil etmemeye karar verdi.

keşif

1797'de Alman kimyager Martin Klaproth, lösit ve lepidolit minerallerinde potas keşfetti ve bunun sadece bitkilerin bir ürünü olmadığı sonucuna vardı.

1806'da İngiliz kimyager Sir Humphrey Davy, bir bileşiğin elementleri arasındaki bağın doğasında elektriksel olduğunu keşfetti.

Davy daha sonra potasyum hidroksitin elektroliziyle potasyumu izole etti ve anotta biriken metalik parlaklık globüllerini gözlemledi. Metale İngilizce etimoloji kelimesi potasyum adını verdi.

1809'da Ludwig Wilhelm Gilbert, Davy'nin potasyumu için kalium (kalium) adını önerdi. Berzelius, potasyuma kimyasal sembol "K" atamak için kalium adını anımsattı.

Sonunda, 1840'ta Justus Liebig, potasyumun bitkiler için gerekli bir element olduğunu keşfetti.

Potasyumun yapısı ve elektron konfigürasyonu

Metalik potasyum, vücut merkezli kübik (bcc) yapıda normal koşullar altında kristalleşir. Bu, potasyumun özelliklerine uyan ince olmasıyla karakterizedir. Bir K atomu, bir küpün tam merkezinde ve köşelerde bulunan diğer K atomları ile sekiz komşuyla çevrilidir.

Bu aşama bcc ayrıca aşama KI (ilk) olarak adlandırılır. Basınç arttığında, kristal yapı yüz merkezli kübik (fcc) faza sıkıştırılır. Bununla birlikte, bu geçişin kendiliğinden gerçekleşmesi için 11 GPa'lık bir basınç gereklidir.

Bu daha yoğun fcc fazı K-II olarak bilinir. Daha yüksek basınçlarda (80 GPa) ve daha düşük sıcaklıklarda (-120 ºC'den az), potasyum üçüncü bir aşama elde eder: K-III. K-III, diğer atomları veya molekülleri kristalin boşlukları içinde barındırma yeteneği ile karakterize edilir.

Ayrıca daha yüksek basınçlarda iki kristal faz daha vardır: K-IV (54 GPa) ve KV (90 GPa). Çok soğuk sıcaklıklarda, potasyum bile amorf bir faz sergiler (düzensiz K atomları ile).

Oksidasyon sayısı

Potasyumun elektron konfigürasyonu:

4s ¹

4s orbitali en dıştadır ve bu nedenle tek değerlik elektronuna sahiptir. Teoride bu, bir kristali tanımlamak için K atomlarını bir arada tutan metalik bağdan sorumludur.

Aynı elektron konfigürasyonundan, potasyumun neden genellikle her zaman (veya neredeyse her zaman) + 1 oksidasyon sayısına sahip olduğunu anlamak kolaydır. K ⁺ katyonunu oluşturmak için bir elektron kaybettiğinde , asal gaz argonu, tam değerlik okteti ile izoelektronik hale gelir.

Türev bileşiklerinin çoğunda, potasyumun K ⁺ olduğu varsayılır (bağları tamamen iyonik olmasa bile).

Öte yandan, potasyum, daha az olası olmasına rağmen, 4s yörüngesinde iki elektron bulunan bir elektron kazanabilir. Böylece kalsiyum metali izoelektronik hale gelir:

4s ²

Daha sonra bir elektron kazandığı ve -1 negatif oksidasyon sayısına sahip olduğu söylenir. Bir bileşikte bu yükseltgenme sayısı hesaplandığında, potasyum anyonu, K ^{- '} nin varlığı varsayılır .

Özellikleri

Görünüm

Parlak beyaz gümüş metal.

Molar kütle

39.0983 g / mol.

Erime noktası

83.5 ° C

Kaynama noktası

759 ° C

Yoğunluk

-0,862 gr / cm ³ , oda sıcaklığında karıştırıldı.

-0,828 gr / cm ' ³ , en erime noktası (sıvı).

Çözünürlük

Su ile şiddetli tepki verir. Sıvı amonyak, etilendiamin ve anilinde çözünür. Alaşım oluşturmak için diğer alkali metallerde ve civa içinde çözünür.

Buhar yoğunluğu

1.4 1 olarak alınan hava ile ilgili olarak.

Buhar basıncı

432 ° C'de 8 mmHg

istikrar

Hava ve nemden korunuyorsa kararlıdır.

Aşındırıcılık

Metallerle temas halinde aşındırıcı olabilir. Temas halinde cilt ve göz yanıklarına neden olabilir.

Yüzey gerilimi

100 ° C'de 86 din / cm

Füzyon ısısı

2,33 kJ / mol.

Buharlaşma ısısı

76.9 kJ / mol.

Molar ısı kapasitesi

29.6 J / (mol · K).

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 0.82.

İyonlaşma enerjileri

İlk iyonlaşma seviyesi: 418,8 kJ / mol.

İkinci iyonlaşma seviyesi: 3.052 kJ / mol.

Üçüncü iyonizasyon seviyesi: 4,420 kJ / mol.

Atomik radyo

227.

Kovalent yarıçap

203 ± 12 pm.

Termal Genleşme

25 ° C'de 83,3 µm / (m · K)

Termal iletkenlik

102,5 W / (mK).

Elektriksel direnç

72 nΩ · m (25 ° C'de).

Sertlik

Mohs ölçeğinde 0,4.

Doğal izotoplar

Potasyum esas olarak üç izotop halinde oluşur: ³⁹ K (% 93,258), ⁴¹ K (% 6,73) ve ⁴⁰ K (% 0,012, radyoaktif β emisyonu)

terminoloji

Potasyum bileşikleri varsayılan olarak +1 oksidasyon numarasına sahiptir (çok özel istisnalar dışında). Bu nedenle, hisse senedi terminolojisinde adların sonundaki (I) işareti çıkarılmıştır; ve geleneksel isimlendirmede isimler -ico sonekiyle biter.

Örneğin KCl, potasyum (I) klorür değil, potasyum klorürdür. Sistematik terminolojiye göre geleneksel adı potasyum klorür veya potasyum monoklorürdür.

Geri kalanı için, çok yaygın isimler veya mineraller (silvin gibi) olmadıkça, potasyum etrafındaki isimlendirme oldukça basittir.

Şekiller

Potasyum, doğada metalik formda bulunmaz, ancak belirli kullanımlar için bu formda endüstriyel olarak elde edilebilir. Esas olarak canlılarda iyonik formda (K ⁺ ) bulunur. Genel olarak, ana hücre içi katyondur.

Potasyum, potasyum hidroksit, asetat veya klorür, vb. Gibi çeşitli bileşiklerde bulunur. Aynı zamanda silvit, alunit, karnalit vb. Dahil olmak üzere yaklaşık 600 mineralin bir parçasıdır.

Potasyum, sodyum, sezyum ve rubidyum gibi diğer alkali elementlerle alaşımlar oluşturur. Ayrıca ötektik füzyonlar yoluyla sodyum ve sezyum ile üçlü alaşımlar oluşturur.

Biyolojik rol

Bitkiler

Potasyum, azot ve fosfor ile birlikte üç ana bitki besin maddesini oluşturur. Potasyum, iyonik formdaki kökler tarafından emilir: yeterli nem, sıcaklık ve oksijenasyon koşullarının varlığı tarafından tercih edilen bir işlem.

Yaprak stomalarının açılıp kapanmasını düzenler: fotosentez sırasında suyla birleşerek glikoz ve oksijen oluşturan karbondioksit alımına izin veren aktivite; Bunlar canlıların ana enerji kaynağını oluşturan ATP üreten ajanlardır.

Enerji rezervi olan nişastanın yanı sıra bitki büyümesi ile ilgili bazı enzimlerin sentezini kolaylaştırır. Aynı zamanda ozmoza da müdahale eder: su ve minerallerin kök emilimi için gerekli bir süreç; ve ksilem yoluyla suyun yükselişinde.

Kloroz, bitkilerde potasyum eksikliğinin bir tezahürüdür. Yaprakların yeşilliklerini yitirip sarıya dönmeleri, yanık kenarları ile karakterizedir; ve son olarak, bitki büyümesinde bir gecikme ile yaprak dökümü meydana gelir.

Hayvanlar

Hayvanlarda, genel olarak, potasyum 140 mmol / L'lik bir konsantrasyona sahip ana hücre içi katyondur; hücre dışı konsantrasyon 3,8 ile 5,0 mmol / L arasında değişirken Vücudun potasyumunun% 98'i hücre içi bölmeyle sınırlıdır.

Potasyum alımı 40 ila 200 mmol / gün arasında değişebilmesine rağmen, hücre dışı konsantrasyonu renal atılımın düzenlenmesi ile sabit tutulur. Bunda toplayıcı ve distal tübüller seviyesinde potasyum salgılanmasını düzenleyen aldosteron hormonu rol oynar.

Potasyum, hücre içi ozmolaritenin korunmasından merkezi olarak sorumludur ve bu nedenle, hücresel bütünlüğün korunmasından sorumludur.

Plazma zarı potasyuma göreceli olarak geçirgen olsa da hücre içi konsantrasyonu, üç sodyum atomunu uzaklaştıran ve iki potasyum atomu veren Na, ATPase (sodyum ve potasyum pompası) enziminin aktivitesiyle korunur.

Hücre repolarizasyonu

Nöronlardan ve çizgili ve düz kas hücrelerinden oluşan uyarılabilir hücreler; ve iskelet ve kalp kası hücrelerinden oluşan çizgili kas hücrelerinin tümü aksiyon potansiyelleri oluşturabilir.

Uyarılabilir hücrelerin içi, hücrenin dışına göre negatif olarak yüklenir, ancak uygun şekilde uyarıldığında hücrelerin plazma zarının sodyuma geçirgenliği artar. Bu katyon plazma zarından geçer ve hücre içini pozitif hale getirir.

Ortaya çıkan fenomen, aralarında bir dizi özelliğe sahip olan aksiyon potansiyeli olarak adlandırılır ve nöron boyunca yayılabilir. Beyin tarafından verilen bir komut, belirli bir kasa hareket potansiyeli olarak kasılmasına neden olur.

Yeni bir aksiyon potansiyelinin oluşması için hücrenin iç kısmının negatif bir yüke sahip olması gerekir. Bunu yapmak için, hücre içinden bir potasyum çıkışı vardır ve onu orijinal olumsuzluğuna geri döndürür. Bu işleme, potasyumun ana işlevi olan repolarizasyon denir.

Bu nedenle, aksiyon potansiyellerinin oluşumu ve kas kasılmasının başlamasının, sodyum ve potasyumun ortak bir sorumluluğu olduğu söylenir.

Diğer fonksiyonlar

Potasyum, insanlarda damar tonusu, sistemik kan basıncının kontrolü ve gastrointestinal hareketlilik gibi diğer işlevlere hizmet eder.

Plazma potasyum konsantrasyonundaki bir artış (hiperkalemi), elektrokardiyogramda anksiyete, bulantı, kusma, karın ağrısı ve düzensizlikler gibi bir dizi semptom üretir. Ventriküler repolarizasyonla ilişkili T dalgası uzun ve geniştir.

Bu kayıt, potasyumun hücre dışı konsantrasyonu arttıkça hücre dışına daha yavaş çıkması, dolayısıyla ventriküler repolarizasyonun daha yavaş olması nedeniyle açıklanmaktadır.

Plazma potasyum konsantrasyonunda bir azalma (hipokalsemi), diğerleri arasında aşağıdaki semptomları gösterir: kas güçsüzlüğü, azalmış bağırsak hareketliliği, azalmış glomerüler filtrasyon, kardiyak aritmi ve elektrokardiyogramın T dalgasının düzleşmesi.

Potasyumun hücre dışı konsantrasyonu azaltılarak hücre dışına çıkışı kolaylaştırıldığından ve repolarizasyon süresi kısaldığından T dalgası kısalır.

Potasyum nerede bulunur ve üretimi

Pratik olarak potasyum klorürden oluşan silvit kristali. Kaynak: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Potasyum esas olarak magmatik kayalarda, şeyllerde ve tortularda bulunur. Ayrıca suda çözünmeyen muskovit ve ortoklaz gibi minerallerde. Ortoklaz, genellikle magmatik kayaçlarda ve granitte oluşan bir mineraldir.

Potasyum ayrıca kuru göl yataklarında ve deniz tabanında bulunan karnalit (KMgCl ₃ · 6H ₂ O), silvit (KCl) ve landbeinit gibi suda çözünür mineral bileşiklerinde de bulunur.

Ek olarak, potasyum tuzlu sularda ve potas üretimi için kullanılan bir işlemde bitki gövdelerinin ve yapraklarının yakılmasının bir ürünü olarak bulunur. Deniz suyundaki konsantrasyonu düşük olmasına rağmen (0.39 g / L) potasyum elde etmek için de kullanılmaktadır.

Potasyum, Kanada, Saskatchewan'daki gibi, mineral silvit (KCl) açısından zengin ve dünyadaki potasyum tüketiminin% 25'ini üretme kapasitesine sahip olduğu gibi büyük yataklarda mevcuttur. Tuzlu atık sıvılar önemli miktarda KCl formunda potasyum içerebilir.

Elektroliz

Potasyum iki yöntemle üretilir: elektroliz ve termal. Elektrolizde, Davy'nin potasyumu izole etmek için kullandığı yöntem, büyük değişiklikler yapılmadan izlendi.

Bununla birlikte, endüstriyel bakış açısından bu yöntem, erimiş potasyum bileşiklerinin yüksek erime noktasının düşürülmesi gerektiğinden verimli olmamıştır.

Potasyum hidroksit elektroliz yöntemi 1920'lerde endüstriyel olarak kullanılmış, ancak termal yöntem onun yerini almış ve 1950'den sonra bu metalin üretiminde baskın yöntem haline gelmiştir.

Termal yöntem

Termal yöntemde potasyum, erimiş potasyum klorürün 870 ºC'de indirgenmesi ile üretilir. Bu, sürekli olarak tuzla dolu bir damıtma kolonuna beslenir. Bu arada sodyum buharı, potasyum klorürün indirgenmesini sağlamak için kolondan geçer.

Potasyum, reaksiyonun en uçucu bileşenidir ve sürekli olarak toplandığı damıtma kolonunun tepesinde birikir. Metalik potasyumun termal yöntemle üretimi aşağıdaki kimyasal denklemde özetlenebilir:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

Potasyum florürün kalsiyum karbür ile reaksiyonunu kullanan Griesheimer işlemi, potasyum üretiminde de kullanılır:

2 KF + CaC ₂ => 2 K + CaF ₂ + 2 C

Tepkiler

İnorganik

Potasyum, oksijenle hızla reaksiyona girerek üç oksit oluşturan oldukça reaktif bir elementtir: potasyum oksit (K ₂ O), peroksit (K ₂ O ₂ ) ve süperoksit (KO ₂ ).

Potasyum güçlü bir indirgeyici elementtir, bu yüzden çoğu metalden daha hızlı oksitlenir. Metal tuzlarını azaltmak, potasyumu tuzdaki metale dönüştürmek için kullanılır. Bu yöntem, saf metallerin elde edilmesini sağlar:

MgCl ₂ + 2 K => Mg + 2 KCl

Potasyum, su ile güçlü reaksiyona girerek potasyum hidroksit oluşturur ve patlayıcı hidrojen gazı açığa çıkarır (aşağıdaki resim):

Metalik potasyum, OH iyonları ortama salındığında mor-kırmızıya dönüşen sulu bir fenolftalein çözeltisi ile reaksiyona girer. Hidrojen gazı oluşumuna dikkat edin. Kaynak: Ozone aurora ve Philip Evans, Wikipedia.

Potasyum hidroksit, potasyum karbonat üretmek için karbondioksit ile reaksiyona girebilir.

Potasyum, patlayıcı bir karbonil (K ₆ C ₆ O ₆ ) üretmek için 60 ° C'lik bir sıcaklıkta karbon monoksit ile reaksiyona girer . Ayrıca 350ºC'de hidrojen ile reaksiyona girerek bir hidrit oluşturur. Ayrıca halojenlerle oldukça reaktiftir ve sıvı brom ile temas ettiğinde patlar.

Patlamalar ayrıca potasyum hidroklorik asit gibi halojenlenmiş asitlerle reaksiyona girdiğinde ve karışım vurulduğunda veya şiddetle sallandığında meydana gelir. Erimiş potasyum ayrıca sülfür ve hidrojen sülfür ile reaksiyona girer.

Organik

Aktif gruplar içeren organik bileşiklerle reaksiyona girer, ancak alifatik ve aromatik hidrokarbonlara karşı inerttir. Potasyum, potasomin (KNH ₂ ) oluşturmak için amonyakla yavaş reaksiyona girer .

Sodyumun aksine, potasyum karbon ile grafit şeklinde reaksiyona girerek bir dizi laminar bileşik oluşturur. Bu bileşikler karbon-potasyum atomik oranlarına sahiptir: 8, 16, 24, 36, 48, 60 veya 1; örneğin KC ₆₀ .

Uygulamalar

Metalik potasyum

Metalik potasyum için çok endüstriyel talep yoktur. Çoğu, oksijen saldığı ve karbondioksit ve su buharını ortadan kaldırdığı için solunum cihazlarında kullanılan potasyum süperoksite dönüştürülür.

NaK alaşımı büyük bir ısı emme kapasitesine sahiptir, bu nedenle bazı nükleer reaktörlerde soğutucu olarak kullanılır. Aynı şekilde türbinlerde buharlaştırılmış metal kullanılmıştır.

Bileşikler

klorid

KCl tarımda gübre olarak kullanılmaktadır. Aynı zamanda potasyum hidroksit gibi diğer potasyum bileşiklerinin üretiminde de hammadde olarak kullanılır.

Hidroksit

Kostik potas olarak da bilinen KOH, sabun ve deterjan üretiminde kullanılır.

İyotla reaksiyonu potasyum iyodür üretir. Bu tuz sofra tuzuna (NaCl) eklenir ve iyot eksikliğine karşı korumak için beslenir. Alkalin pillerin üretiminde potasyum hidroksit kullanılır.

Nitrat

Güherçile olarak da bilinen KNO ₃ gübre olarak kullanılır. Ayrıca havai fişeklerin hazırlanmasında kullanılır; gıda koruyucu olarak ve sertleştirici camda.

Kromat

Gübre üretiminde ve potasyum şap üretiminde kullanılır.

Karbonat

Özellikle televizyon imalatında kullanılanlar olmak üzere cam imalatında kullanılmaktadır.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya . (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Vikipedi. (2019). Potasyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. McKeehan LW (1922). Potasyumun Kristal Yapısı. Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri, 8 (8), 254–255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
4. Masafumi Sakata vd. (2017). Potasyumun yüksek basınç ve düşük sıcaklık koşullarında yapısal faz geçişi. J. Phys .: Conf., Seri 950 042020.
5. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Potasyum. PubChem Veritabanı., CID = 5462222. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (3 Mayıs 2019). Potasyum. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
7. Kraliyet Kimya Derneği. (2019). Potasyum. Rsc.org'dan kurtarıldı
8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 Ocak 2019). 10 Potasyum Gerçekleri. Kurtarıldı: thinkco.com
9. Best & Taylor. (2003). Tıbbi uygulamanın fizyolojik temeli. (İspanyolca 13. Baskı). Editoryal Médica Panamericana.
10. Karaağaç Axayacatl. (2 Mart 2018). Kültür bitkilerinde potasyumun (K) önemi. Kurtulduğu: blogagricultura.com
11. Lenntech BV (2019). Potasyum. Kurtarıldı: lenntech.com