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Potassium

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Données  v · d · m 
Argon - Potassium - Calcium
Na
K
Rb
 
 
 
 
19
K
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               

Table complète - Table étendue

Général
Nom, Symbole, Numéro Potassium, K, 19
Série chimique Métal alcalin
Groupe, Période, Bloc 1 (IA), 4, s
Masse volumique 856 kg/m3
Couleur blanc argenté
Propriétés atomiques
Masse atomique 39,0983 u
Rayon atomique (calc) 220 (243) pm
Rayon de covalence 196 pm
Rayon de van der Waals 275 pm
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
Température de fusion 336,53 K
Température de vaporisation 1032 K
Énergie de fusion 2,334 kJ/mol
Énergie de vaporisation 79,87 kJ/mol
Volume molaire 45,94×10-6 m3/mol
Pression de la vapeur 1,06×10-4 Pa
Vélocité du son 2000 m/s à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling) 0,82
Chaleur massique 757 J/(kg·K)
Conductivité électrique 13,9×106 S/m
Conductivité thermique 102,4 W/(m·K)
1er potentiel d'ionisation 418,8 kJ/mol
2e potentiel d'ionisation 3052 kJ/mol
3e potentiel d'ionisation 4420 kJ/mol
4e potentiel d'ionisation 5877 kJ/mol
5e potentiel d'ionisation 7975 kJ/mol
6e potentiel d'ionisation 9590 kJ/mol
7e potentiel d'ionisation 11343 kJ/mol
8e potentiel d'ionisation 14944 kJ/mol
9e potentiel d'ionisation 16963,7 kJ/mol
10e potentiel d'ionisation 48610 kJ/mol
Isotopes les plus stables
iso AN période MD Ed MeV PD
39K 93,26 % stable avec 20 neutrons
40K 0,01167 % 1,277×109 a 0,1048 ε
0,8952 β-
1,505
1,311
40Ar
40Ca
41K 6,73 % stable avec 22 neutrons
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le potassium est un élément chimique, de symbole K (du latin kalium) et de numéro atomique 19.

C'est un métal alcalin mou, d'aspect blanc métallique (légèrement bleuté) que l'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.

Sommaire


[modifier] 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, potass « potasse » et du suffixe -ium.

Le potassium fut le premier métal isolé par électrolyse.

[modifier] Caractéristiques

Le potassium est le deuxième plus léger des métaux, le 4ème métal le plus réactif si l'on compte le francium. C'est un solide mou qui est facilement coupé à l'aide d'un couteau. Les surfaces fraîchement coupées ont un aspect métallique. Il s'oxyde rapidement à l'air et doit donc être conservé dans l'huile.

Comme les autres métaux alcalins, l'eau se décompose à son contact avec formation d'hydrogène. Lorsqu'il est plongé dans l'eau, il réagit violemment en produisant de l'hydrogène qui peut s'enflammer, voire détoner, en présence d'oxygène et d'un point à température élevée.

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

[modifier] 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 ainsi que les incertitudes
pour les derniers chiffres sont indiqués en parenthèses.

La forme naturelle du potassium est composé des 3 isotopes 39K (93,26 %), 40K (0,01167 %) et 41K (6,73 %).

Le 40K se désintègre :

  • par capture électronique et par émission ß+ en 40Ar ;
  • par émission ß- en 40Ca

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

[modifier] L'ion potassium

C'est un gros cation (~140 pm) peu coordinant et donc difficile à précipiter en solution aqueuse. Il forme des complexes avec les éthers couronnes ce qui permet de solubiliser certains de ses sels en solution organique.

[modifier] Gisements

Cet élément représente environ 2,58 % du poids total de la croûte terrestre, dont il est un des 7 éléments les plus abondants.

Le potassium ne se trouve pas à l'état natif dans la nature. Il est obtenu principalement par électrolyse de l'hydroxyde de potassium par un procédé qui a très 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 sylvite KCl, que l'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 situés en Saskatchewan, en Biélorussie, en Alsace, en Californie, en Allemagne, au Nouveau-Mexique et en Utah.

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

[modifier] Synthèse du potassium

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

[modifier] Utilisation du potassium

[modifier] Applications du potassium métallique

  • Le potassium métallique est utilisé comme réactif dans de nombreuses réactions de chimie fine et de pharmacie, où on l'utilise en particulier pour ses propriétés de puissant réducteur (action similaire à celle du sodium métallique).
  • Le NaK est un alliage de sodium et de potassium utilisé dans les transferts de chaleur.

[modifier] Composés du potassium

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

Ses principaux composés :

[modifier] Aspects médicaux

[modifier] Précautions

Le potassium sous forme de métal réagit violemment avec l'eau. 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 donc être conservé à l'abri de l'eau et de toute atmosphère oxydante ou chargée d'humidité. Il est le plus souvent conservé immergé dans l'huile ou entouré de graisse.

[modifier] 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 situées dans les membranes cellulaires, en particulier la pompe sodium/potassium est responsable de l'existence d'un potentiel de repos négatif présent dans toutes les cellules vivantes.

La concentration de K+ plasmatique (ou kaliémie) est très finement régulée, en particulier au niveau du rein, de sorte que ce taux demeure dans une fourchette précise de 3 à 4,5 mmol/l. Les variations pathologiques de la kaliémie (hypokaliémie et surtout hyperkaliémie) sont des troubles sévères susceptibles d'entraîner des anomalies cardiaques fatales.

Une alimentation variée constitue 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 réduire les risques d'hypertension.

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

[modifier] Radioactivité dans le corps humain due au 40K

Connaissant (a) la quantié totale de potassium dans un corps humain, (b) l'abondance naturelle de 40K présent dans la biosphère et (c) la période radioactive de celui-ci, il est facile de calculer le nombre de désintégrations par seconde (Bq) qui y ont lieu.

(a) Quantité totale de potassium dans un corps humain. Celle-ci est en moyenne de 4216 ± 473 mmol (165 ± 18 g) pour un homme et de 4172 ± 540 mmol (163 ± 31 g) pour une femme, mais vu que d'autres paramètres tels que l'âge ou l'IMC peuvent affecter ces valeurs, une formule qui tient compte de ces facteurs a été développée[1] comme suit:

Pour un homme:

  KCT = (98.3 - 0.1594 x âge + 0.1431 x poids - 0.1848 x taille) x MNG

Pour une femme:

  KCT = (94.39 - 0.1735 x âge + 0.1169 x poids - 0.1567 x taille) x MNG

Où KCT est le potassium corporel total (en mmol), l'âge est en années, le poids en kg, la taille en cm et MNG est la masse non-grasse (par exemple, pour un corps de 80 kg constitué à 20% de graisse, la MNG vaut 0.8 x 80 = 64 kg)

(b) L'abondace naturelle du 40K est de 0,01167%, tel qu'indiqué plus haut.

(c) La période radioactive du 40K (1,277×109 ans) permet de calculer pour une quantité donnée de l'isotope (une mmol, soit 6.022 x 1020 atomes), le nombre de désintégrations par unité de temps (en Bq). En l'occurrence, une mmol de 40K produira:

 (6.022 x 1020 × ln2 / (1,277×109 × 365.25 × 24 × 60 × 60)= 1,036 × 104 Bq

Finalement, il suffit de multiplier KCT × 0,0001167 × 1,036 ×104 pour obtenir le nombre de Bq produits par le 40K dans un corps humain, ce qui en moyenne (valeurs minimales et maximales des KCT indiqués plus haut) donne donc entre 4390 et 5670 désintégrations par seconde (Bq). Ces valeurs sont à comparer à celles données en exemple dans la page du Becquerel, où les valeurs indiquées pour l'être humain tiennent compte de façon similaire des autres isotopes naturellement présents dans le corps.

À noter qu'il est inutile de vouloir mesurer cette radioactivité à l'aide d'un compteur Geiger : les rayonnements bêta moins du 40K ne traversent que très peu la matière telle que celle qui constitue les liquides corporels ou la peau et sont donc absorbés par les atomes des molécules environnantes, qui peuvent alors subir des ionisations. Cette mesure doit donc se faire par d'autres méthodes telles que l'homogénéisation de l'échantillon biologique suivie de la détection de son activité bêta moins par comptage de scintillation. Dans les cellules, l'ionisation de certains atomes due à la radioactivité du 40K peut provoquer la rupture de liaisons chimiques et aboutir à la formation de radicaux libres, qui sont généralement détoxifiés par une variété d'enzymes spécialisées. Si l'ionisation intervient sur des atomes qui constituent l'ADN des chromosomes, ceci peut parfois provoquer des mutations aux conséquences plus ou moins graves pour la cellule ou pour l'individu.

[modifier] Dose toxique

Au-delà de 25 g, le potassium est toxique. Un surdosage en potassium provoque l'hyperkaliémie, alors qu'une carence en potassium provoque l'hypokaliémie. L'hyperkaliémie entraîne le plus souvent des insuffisances rénales très avancées (le rein n'excrète plus le potassium, et il va donc augmenter). Il est quasi impossible d'avoir une hyperkaliémie sans insuffisance rénale. On traite l'hyperkaliémie par des perfusions de bicarbonates (on alcalinise le sang), jusqu'au cas les plus extrêmes où l'on effectue une hémodialyse (rein artificiel)... Un arrêt cardiaque peut survenir surtout si les changements de la kaliémie ont été brusques. Il existe des manifestations avant-coureuses : des troubles du rythme cardiaque, des troubles digestifs (hypokaliémie seulement), des douleurs musculaires (hypokaliémie seulement) mais il est quasi impossible d'avoir trop ou pas assez de potassium.

[modifier] Voir aussi

wikt:

Voir « potassium » sur le Wiktionnaire.

[modifier] Notes et références