Potas

Potas, 19 K
Potassium-2.jpg
Perełki potasowe (w oleju parafinowym, ~5 mm każda)
Potas
Wymowa / p ə ˈ t ć s ja ə m / <a i=12>​( ( pə- TASS -ee-əm )
Wygląd srebrzystobiały, słabo niebieskawo-fioletowy odcień pod wpływem powietrza
Standardowa masa atomowa A r ° (K)
  • 39,0983 ± 0,0001
  • 39,098 ± 0,001 (skrócony)
Potas w układzie okresowym




Na K Rb
argon potas wapń
liczba atomowa ( Z ) 19
Grupa grupa 1: wodór i metale alkaliczne
Okres okres 4
Blok   blok s
Konfiguracja elektronów [ Ar ] 4s 1
Elektrony na powłokę 2, 8, 8, 1
Właściwości fizyczne
Faza w STP solidny
Temperatura topnienia 336,7 K (63,5 ° C, 146,3 ° F)
Temperatura wrzenia 1030,793 K (757,643 ° C, 1395,757 ° F)
Gęstość (blisko rt ) 0,89 g/cm 3
gdy ciecz (przy mp ) 0,82948 g/cm 3
Punkt krytyczny 2223 K, 16 MPa
Ciepło topnienia 2,33 kJ/mol
Ciepło parowania 76,9 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 29,6 J/(mol·K)
Właściwości atomowe
Stany utleniania −1, +1 (silnie zasadowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 0,82
Energie jonizacji
  • 1. miejsce: 418,8 kJ/mol
  • 2.: 3052 kJ/mol
  • 3.: 4420 kJ/mol
  • ( więcej )
Promień atomowy empirycznie: 227 godz
Promień kowalencyjny 203±12 godz
Promień Van der Waalsa 275 po południu
Color lines in a spectral range
Widmowe linie potasu
Inne właściwości
Występowanie naturalne pierwotny
Struktura krystaliczna sześcienny wyśrodkowany <a i=0>na ciele (bcc)
Body-centered cubic crystal structure for potassium
Prędkość dźwięku cienki pręt 2000 m/s (przy 20°C)
Rozszerzalność cieplna 83,3 µm / (m⋅K) (przy 25 ° C)
Przewodność cieplna 102,5 W/(m⋅K)
Rezystancja 72 nΩ⋅m (przy 20 ° C)
Zamawianie magnetyczne paramagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna +20,8 × 10-6 cm3 / mol (298 K )
Moduł Younga 3,53 GPa
Moduł ścinania 1,3 GPa
Moduł objętościowy 3,1 GPa
Twardość Mohsa 0,4
Twardość Brinella 0,363 MPa
Numer CAS 7440-09-7
Historia
Odkrycie i pierwsza izolacja Humphry'ego Davy'ego (1807)
Symbol „K”: z nowej łaciny kalium
Izotopy potasu
Główne izotopy Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
39 k 93,258% stabilny
40 tys 0,012% 1,248 × 10 9 y β- _ 40 Ok
ε 40 Ar
β + 40 Ar
41 k 6,730% stabilny
 
Kategoria: Potas | Bibliografia

  Potas to pierwiastek chemiczny o symbolu K (z neo-łac. kalium ) i liczbie atomowej 19. Jest to srebrzystobiały metal, który jest wystarczająco miękki, aby można go było łatwo ciąć nożem. Metaliczny potas reaguje szybko z tlenem atmosferycznym , tworząc płatkowaty biały nadtlenek potasu w ciągu zaledwie kilku sekund od ekspozycji. Po raz pierwszy został wyizolowany z potażu , popiołu roślinnego, od którego pochodzi jego nazwa. W układzie okresowym potas jest jednym z metali alkalicznych , z których wszystkie mają pojedynczy elektron walencyjny na zewnętrznej powłoce elektronowej, który można łatwo usunąć, tworząc jon o ładunku dodatnim (który łączy się z anionami , tworząc sole ). W naturze potas występuje tylko w solach jonowych. Potas elementarny energicznie reaguje z wodą, wytwarzając wystarczającą ilość ciepła do zapalenia wodoru emitowanego w reakcji i paląc się płomieniem w kolorze liliowym . Występuje rozpuszczony w wodzie morskiej (która zawiera 0,04% masy potasu) i występuje w wielu minerałach takie jak ortoklaz , powszechny składnik granitów i innych skał magmowych .

Potas jest chemicznie bardzo podobny do sodu , poprzedniego pierwiastka z grupy 1 układu okresowego. Mają podobną pierwszą energię jonizacji , co pozwala każdemu atomowi oddać swój jedyny zewnętrzny elektron. W 1702 roku podejrzewano, że są to różne pierwiastki, które łączą się z tymi samymi anionami, tworząc podobne sole, co udowodniono w 1807 roku za pomocą elektrolizy . Naturalnie występujący potas składa się z trzech izotopów , z których 40
K
jest radioaktywne . Ślady 40
K
znajdują się w całym potasie i jest to najczęstszy radioizotop w ludzkim ciele.

Jony potasu są niezbędne do funkcjonowania wszystkich żywych komórek. Przenoszenie jonów potasu przez błony komórek nerwowych jest niezbędne do prawidłowego przekaźnictwa nerwowego; niedobór i nadmiar potasu może powodować liczne objawy przedmiotowe i podmiotowe, w tym nieprawidłowy rytm serca i różne nieprawidłowości elektrokardiograficzne . Świeże owoce i warzywa są dobrym źródłem potasu w diecie. Organizm reaguje na napływ potasu z pożywienia, który podnosi w surowicy , przesuwając potas z zewnątrz do wnętrza komórek i zwiększając wydalanie potasu przez nerki.

Większość zastosowań przemysłowych potasu wykorzystuje wysoką rozpuszczalność jego związków w wodzie, takich jak mydło morskie . Ciężka produkcja roślin szybko wyczerpuje glebę w potas, czemu można zaradzić za pomocą nawozów rolniczych zawierających potas, które stanowią 95% światowej produkcji chemicznej potasu.

Etymologia

Angielska nazwa pierwiastka potas pochodzi od słowa potaż , które odnosi się do wczesnej metody pozyskiwania różnych soli potasowych: umieszczania w garnku popiołu ze spalonego drewna lub liści drzew, dodawania wody, podgrzewania i odparowywania roztworu. Kiedy Humphry Davy po raz pierwszy wyizolował czysty pierwiastek za pomocą elektrolizy w 1807 roku, nazwał go potasem , który wyprowadził od słowa potaż .

Symbol K wywodzi się od słowa kali , które samo w sobie pochodzi od rdzenia słowa alkalia , które z kolei pochodzi z języka arabskiego : القَلْيَه al-qalyah „popioły roślinne”. W 1797 roku niemiecki chemik Martin Klaproth odkrył „potaż” w minerałach leucyt i lepidolit i zdał sobie sprawę, że „potaż” nie jest produktem wzrostu roślin, ale w rzeczywistości zawiera nowy pierwiastek, który zaproponował nazwanie kali . W 1807 roku Humphry Davy wyprodukował pierwiastek poprzez elektrolizę: w 1809 roku Ludwig Wilhelm Gilbert zaproponował nazwę Kalium dla „potasu” Davy'ego. W 1814 roku szwedzki chemik Berzelius opowiadał się za nazwą kalium dla potasu, z symbolem chemicznym K .

Kraje anglojęzyczne i francuskojęzyczne przyjęły nazwę Davy i Gay-Lussac/Thénard Potassium , podczas gdy kraje germańskie przyjęły nazwę Gilbert/Klaproth Kalium . „Złota księga” Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej wyznaczyła oficjalny symbol chemiczny jako K .

Nieruchomości

Fizyczny

Potas jest drugim po litie najmniej gęstym metalem . Jest miękkim ciałem stałym o niskiej temperaturze topnienia i można go łatwo ciąć nożem. Świeżo ścięty potas ma srebrzysty wygląd, ale zaczyna matowieć na szaro natychmiast po wystawieniu na działanie powietrza. W teście płomienia potas i jego związki emitują liliowy kolor z maksymalną długością fali emisji 766,5 nanometrów.

    Obojętne atomy potasu mają 19 elektronów, o jeden więcej niż konfiguracja gazu szlachetnego argonu . Ze względu na niską pierwszą energię jonizacji wynoszącą 418,8 kJ / mol, atom potasu jest znacznie bardziej podatny na utratę ostatniego elektronu i uzyskanie ładunku dodatniego, chociaż ujemnie naładowane alkaliczne jony K - nie są niemożliwe. Natomiast druga energia jonizacji jest bardzo wysoka (3052 kJ/mol).

Chemiczny

Potas reaguje ze składnikami tlenu, wody i dwutlenku węgla w powietrzu. Z tlenem tworzy nadtlenek potasu . Z wodą potas tworzy wodorotlenek potasu (KOH). Reakcja potasu z wodą może być gwałtownie egzotermiczna , zwłaszcza że współwytworzony gazowy wodór może się zapalić. Z tego powodu potas i ciekły stop sodowo-potasowy ( NaK ) są silnymi środkami osuszającymi , chociaż nie są już używane jako takie.

związki

Struktura stałego nadtlenku potasu ( KO 2 ).

Cztery tlenki potasu są dobrze zbadane: tlenek potasu ( K 2 O ), nadtlenek potasu ( K 2 O 2 ), ponadtlenek potasu ( KO 2 ) i ozonek potasu ( KO 3 ). Dwuskładnikowe związki potasowo-tlenowe reagują z wodą tworząc KOH.

KOH jest mocną zasadą . Ilustrując jego hydrofilowy charakter, w jednym litrze wody można rozpuścić aż 1,21 kg KOH. Bezwodny KOH jest rzadko spotykany. KOH łatwo reaguje z dwutlenkiem węgla ( CO 2 ) tworząc węglan potasu ( K 2 CO 3 ) iw zasadzie może być stosowany do usuwania śladowych ilości gazu z powietrza. Podobnie jak blisko spokrewniony wodorotlenek sodu , KOH reaguje z tłuszczami , tworząc mydła .

Na ogół związki potasu są jonowe i dzięki dużej energii hydratacji jonu K + mają doskonałą rozpuszczalność w wodzie. Głównymi formami w roztworze wodnym są kompleksy wodne [K(H 2 O) n ] +, gdzie n = 6 i 7.

Heptafluorotantalan potasu ( K 2 [TaF 7 ] ) jest produktem pośrednim w oczyszczaniu tantalu z trwałego zanieczyszczenia niobu .

Związki potasoorganiczne ilustrują niejonowe związki potasu. Posiadają wysoce polarne wiązania kowalencyjne K – C. Przykłady KCH2C6H5 _ _ _ _ obejmują benzylopotas . Potas interkaluje w grafit , dając różne związki interkalacyjne grafitu , w tym KC 8 .

izotopy

Istnieje 25 znanych izotopów potasu, z których trzy występują naturalnie: 39
K
(93,3%), 40
K
(0,0117%) i 41
K
(6,7%) (w ułamku molowym). Naturalnie występujący 40
K
ma okres półtrwania 1,250 x 10 9 lat. Rozpada się do stabilnego 40
Ar
w wyniku wychwytu elektronów lub emisji pozytonów (11,2%) lub do stabilnego 40
Ca
w wyniku rozpadu beta (88,8%). Rozpad 40
K
do 40
Ar
jest podstawą powszechnej metody datowania skał. Konwencjonalna metoda datowania K-Ar opiera się na założeniu, że skały nie zawierały argonu w czasie formowania się i że cały później radiogeniczny argon ( 40
Ar
) został ilościowo zatrzymany. Minerały są datowane na podstawie pomiaru stężenia potasu i ilości nagromadzonego radiogennego 40
Ar .
Minerały najlepiej nadające się do datowania to biotyt , muskowit , hornblenda metamorficzna i skaleń wulkaniczny ; całe próbki skał z przepływów wulkanicznych i płytkich instrusives mogą być również datowane, jeśli są niezmienione. Oprócz datowania, izotopy potasu były używane jako wskaźniki w badaniach wietrzenia i badaniach obiegu składników odżywczych, ponieważ potas jest makroskładnikiem odżywczym niezbędnym do życia na Ziemi.

40
K
występuje w naturalnym potasie (a więc w niektórych komercyjnych substytutach soli) w ilości wystarczającej, aby duże worki tych substytutów mogły być użyte jako źródło promieniotwórcze podczas demonstracji w klasie. 40
K
to radioizotop występujący w największej ilości w organizmie człowieka . U zdrowych zwierząt i ludzi 40
K
stanowi największe źródło promieniotwórczości, większe nawet niż 14
C
. W ciele człowieka o masie 70 kg w ciągu sekundy rozpada się około 4400 jąder o temperaturze 40
K.
Aktywność naturalnego potasu wynosi 31 Bq /g.

Tworzenie i dystrybucja kosmiczna

Potas w skaleniu

Potas powstaje w supernowych w wyniku nukleosyntezy z lżejszych atomów. Potas powstaje głównie w supernowych typu II w wybuchowym procesie spalania tlenu . (Są to fuzji ; nie mylić ze spalaniem chemicznym między potasem a tlenem). 40
K
powstaje również w nukleosyntezie procesu s i procesie spalania neonu .

  Potas jest 20. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w Układzie Słonecznym i 17. najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem na Ziemi. Stanowi około 2,6% masy skorupy ziemskiej i jest siódmym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie. Stężenie potasu w wodzie morskiej wynosi 0,39 g/l (0,039% wag./obj.), czyli około jednej dwudziestej siódmej stężenia sodu.

Potaż

Potaż jest przede wszystkim mieszaniną soli potasowych, ponieważ rośliny mają niewielką zawartość sodu lub nie zawierają go wcale, a reszta głównych składników mineralnych rośliny składa się z soli wapnia o stosunkowo niskiej rozpuszczalności w wodzie. Chociaż potaż był używany od czasów starożytnych, jego skład nie został poznany. Georg Ernst Stahl uzyskał dowody eksperymentalne, które doprowadziły go do zasugerowania fundamentalnej różnicy między solami sodowymi i potasowymi w 1702 r., a Henri Louis Duhamel du Monceau był w stanie udowodnić tę różnicę w 1736 r. Dokładny skład chemiczny związków potasu i sodu oraz status pierwiastka chemicznego potasu i sodu nie był wówczas znany, dlatego Antoine Lavoisier nie umieścił zasady na swojej liście pierwiastki chemiczne w 1789 r. Przez długi czas jedynymi znaczącymi zastosowaniami potażu była produkcja szkła, wybielacza, mydła i prochu strzelniczego w postaci azotanu potasu. Mydła potasowe z tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych były szczególnie cenione, ponieważ są bardziej rozpuszczalne w wodzie i mają bardziej miękką konsystencję, dlatego są znane jako mydła miękkie. Odkrycie wg Justusa Liebiga w 1840 r., że potas jest pierwiastkiem niezbędnym dla roślin, a brak potasu w większości rodzajów gleb spowodował gwałtowny wzrost zapotrzebowania na sole potasowe. Popiół drzewny z jodły był początkowo używany jako źródło soli potasowej do nawozów, ale wraz z odkryciem w 1868 r. Złóż mineralnych zawierających chlorek potasu w pobliżu Staßfurtu w Niemczech rozpoczęto produkcję nawozów zawierających potas na skalę przemysłową. Odkryto inne złoża potażu, a do lat 60. XX wieku Kanada stała się dominującym producentem.

Metal

Kawałki metalicznego potasu

Potas metaliczny został po raz pierwszy wyizolowany w 1807 roku przez Humphry'ego Davy'ego, który uzyskał go przez elektrolizę stopionego KOH za pomocą nowo odkrytego stosu galwanicznego . Potas był pierwszym metalem, który został wyizolowany przez elektrolizę. Później w tym samym roku Davy poinformował o ekstrakcji metalicznego sodu z pochodnej mineralnej ( sody kaustycznej , NaOH lub ług) zamiast soli roślinnej, za pomocą podobnej techniki, wykazując, że pierwiastki, a tym samym sole, są różne. Chociaż produkcja metalicznego potasu i sodu powinna była wykazać, że oba są pierwiastkami, minęło trochę czasu, zanim pogląd ten został powszechnie zaakceptowany.

  Ze względu na wrażliwość potasu na wodę i powietrze, do obchodzenia się z pierwiastkiem zwykle stosuje się techniki bez powietrza . Jest niereaktywny w stosunku do azotu i węglowodorów nasyconych, takich jak olej mineralny czy nafta . Łatwo rozpuszcza się w ciekłym amoniaku , do 480 g na 1000 g amoniaku w temperaturze 0 °C. W zależności od stężenia roztwory amoniaku mają kolor od niebieskiego do żółtego, a ich przewodnictwo elektryczne jest zbliżone do przewodnictwa ciekłych metali. KNH2
,
tworząc , ale ta reakcja jest przyspieszana przez niewielkie ilości soli metali przejściowych. Ponieważ może redukować sole do metalu, potas jest często stosowany jako reduktor w wytwarzaniu drobno rozdrobnionych metali z ich soli metodą Rieke . Ilustracją jest przygotowanie magnezu:

MgCl2 KCl + 2 K → Mg + 2

Geologia

Potas pierwiastkowy nie występuje w przyrodzie ze względu na jego wysoką reaktywność. Reaguje gwałtownie z wodą (patrz sekcja Środki ostrożności poniżej), a także reaguje z tlenem. Ortoklaz (skaeń potasowy) jest powszechnie występującym minerałem skałotwórczym. Na przykład granit zawiera 5% potasu, czyli znacznie powyżej średniej w skorupie ziemskiej. Sylwit (KCl), karnalit ( KCl·MgCl 2 ·6H 2 O ), kainit ( MgSO 4 ·KCl·3H 2 O ) i langbeinit ( MgSO 4 ·K 2 SO 4 ) to minerały występujące w dużych złożach ewaporatów na całym świecie. Osady często mają warstwy, zaczynając od najmniej rozpuszczalnej na dole i najbardziej rozpuszczalnej na górze. Złoża azotanu ( azotanu potasu ) powstają w wyniku rozkładu materii organicznej w kontakcie z atmosferą, głównie w jaskiniach; ze względu na dobrą rozpuszczalność saletry w wodzie powstawanie większych osadów wymaga specjalnych warunków środowiskowych.

Rola biologiczna

   Potas jest ósmym lub dziewiątym najbardziej powszechnym pierwiastkiem (0,2%) w organizmie człowieka, więc osoba dorosła o masie ciała 60 kg zawiera łącznie około 120 g potasu. Ciało ma mniej więcej tyle samo potasu, co siarki i chloru, a tylko wapnia i fosforu jest więcej (z wyjątkiem wszechobecnych CHON ). Jony potasu są obecne w wielu różnych białkach i enzymach.

Funkcja biochemiczna

Poziom potasu wpływa na wiele procesów fizjologicznych, m.in

  • spoczynkowy potencjał błony komórkowej i propagacja potencjałów czynnościowych w tkance nerwowej, mięśniowej i sercowej. Ze względu na właściwości elektrostatyczne i chemiczne K + są większe niż jony Na + , a kanały jonowe i pompy w błonach komórkowych mogą rozróżniać te dwa jony, aktywnie pompując lub pasywnie przepuszczając jeden z dwóch jonów, blokując drugi.
  • wydzielanie i działanie hormonów
  • napięcie naczyniowe
  • ogólnoustrojowa kontrola ciśnienia krwi
  • motoryka przewodu pokarmowego
  • homeostaza kwasowo-zasadowa
  • metabolizm glukozy i insuliny
  • działanie mineralokortykoidów
  • zdolność koncentracji nerek
  • równowagę płynów i elektrolitów

Homeostaza

Homeostaza potasu oznacza utrzymanie całkowitej zawartości potasu w organizmie, poziomu potasu w osoczu oraz stosunku wewnątrzkomórkowego do pozakomórkowego stężenia potasu w wąskich granicach, w obliczu pulsacyjnego przyjmowania (posiłków), obowiązkowego wydalania przez nerki oraz przesunięć między komórkami i zewnątrzkomórkami przedziały.

Poziomy w osoczu

Stężenie potasu w osoczu jest zwykle utrzymywane na poziomie od 3,5 do 5,5 milimoli (mmol) [lub miliekwiwalentów (mEq)] na litr dzięki wielu mechanizmom. Poziomy poza tym zakresem są związane z rosnącą śmiertelnością z wielu przyczyn, a niektóre choroby serca, nerek i płuc postępują szybciej, jeśli poziomy potasu w surowicy nie są utrzymywane w normalnym zakresie.

   Przeciętny posiłek 40-50 mmol dostarcza organizmowi więcej potasu niż całe osocze (20-25 mmol). Ten gwałtowny wzrost powoduje wzrost stężenia potasu w osoczu do 10% przed jego usunięciem przez mechanizmy nerkowe i pozanerkowe.

Hipokaliemia , niedobór potasu w osoczu, może być śmiertelna, jeśli jest ciężka. Częstymi przyczynami są zwiększona utrata pokarmu z przewodu pokarmowego ( wymioty , biegunka ) i zwiększona utrata moczu przez nerki ( diureza ). Objawy niedoboru obejmują osłabienie mięśni, porażenną niedrożność jelit , nieprawidłowości w EKG, zmniejszoną odpowiedź odruchową; aw ciężkich przypadkach porażenie oddechowe, zasadowica i zaburzenia rytmu serca .

Mechanizmy kontrolne

Zawartość potasu w osoczu jest ściśle kontrolowana przez cztery podstawowe mechanizmy, które mają różne nazwy i klasyfikacje. Cztery z nich to 1) reaktywny system ujemnego sprzężenia zwrotnego, 2) reaktywny system sprzężenia zwrotnego, 3) system predykcyjny lub okołodobowy oraz 4) system transportu wewnętrznego lub błony komórkowej. Łącznie pierwsze trzy są czasami określane jako „zewnętrzny system homeostazy potasu”; a pierwsze dwa, „reaktywny system homeostazy potasu”.

  • Reaktywny system ujemnego sprzężenia zwrotnego odnosi się do systemu, który indukuje wydzielanie potasu przez nerki w odpowiedzi na wzrost stężenia potasu w osoczu (spożycie potasu, przesunięcie z komórek lub wlew dożylny).
  • Reaktywny system sprzężenia zwrotnego odnosi się do nie do końca poznanego systemu, który indukuje wydzielanie potasu przez nerki w odpowiedzi na spożycie potasu przed jakimkolwiek wzrostem stężenia potasu w osoczu. Jest to prawdopodobnie inicjowane przez receptory potasu w komórkach jelitowych, które wykrywają spożyty potas i wyzwalają aferentne sygnały nerwu błędnego do przysadki mózgowej.
  • Układ prognostyczny lub okołodobowy zwiększa wydzielanie potasu przez nerki w godzinach posiłków (np. w ciągu dnia u ludzi, w nocy u gryzoni) niezależnie od obecności, ilości lub braku spożycia potasu. Pośredniczy w nim oscylator okołodobowy w jądrze nadskrzyżowaniowym mózgu (zegar centralny), który powoduje, że nerka (zegar obwodowy) wydziela potas w rytmiczny sposób okołodobowy.
    Działanie pompy sodowo-potasowej jest przykładem pierwotnego transportu aktywnego . Dwa białka nośnikowe osadzone w błonie komórkowej po lewej wykorzystują ATP do wyprowadzania sodu z komórki wbrew gradientowi stężeń; Dwa białka po prawej stronie wykorzystują wtórny transport aktywny do przenoszenia potasu do komórki. Proces ten powoduje rekonstytucję ATP.
  • System transportu jonów przenosi potas przez błonę komórkową za pomocą dwóch mechanizmów. Jeden jest aktywny i pompuje sód z komórki, a potas do niej. Drugi jest pasywny i umożliwia wyciek potasu z komórki. Kationy potasu i sodu wpływają na dystrybucję płynów między przedziałami wewnątrz- i zewnątrzkomórkowymi poprzez siły osmotyczne . W ruchu potasu i sodu przez błonę komórkową pośredniczy pompa Na⁺/K⁺-ATPaza . Ta pompa jonowa wykorzystuje ATP wypompować trzy jony sodu z komórki i dwa jony potasu do komórki, tworząc gradient elektrochemiczny i siłę elektromotoryczną w poprzek błony komórkowej. Wysoce selektywne kanały jonowe potasu (które są tetramerami ) są kluczowe dla hiperpolaryzacji wewnątrz neuronów po wyzwoleniu potencjału czynnościowego, by przytoczyć jeden przykład. Ostatnio odkrytym kanałem jonowym potasu jest KirBac3.1, który tworzy łącznie pięć kanałów jonowych potasu (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP i MthK) o określonej strukturze. Cała piątka pochodzi od prokariotów gatunek.

Filtracja nerkowa, reabsorpcja i wydalanie

          Obchodzenie się z potasem przez nerki jest ściśle związane z obchodzeniem się z sodem. Potas jest głównym kationem (jonem dodatnim) wewnątrz komórek zwierzęcych [150 mmol/l, (4,8 g)], podczas gdy sód jest głównym kationem płynu zewnątrzkomórkowego [150 mmol/l, (3,345 g)]. W nerkach około 180 litrów osocza jest filtrowane przez kłębuszki i do kanalików nerkowych dziennie. To filtrowanie obejmuje około 600 g sodu i 33 g potasu. Ponieważ tylko 1–10 g sodu i 1–4 g potasu można zastąpić dietą, filtracja nerkowa musi skutecznie wchłonąć pozostałą część z osocza.

Sód jest ponownie wchłaniany w celu utrzymania objętości zewnątrzkomórkowej, ciśnienia osmotycznego i stężenia sodu w surowicy w wąskich granicach. Potas jest ponownie wchłaniany, aby utrzymać stężenie potasu w surowicy w wąskich granicach. Pompy sodowe w kanalikach nerkowych działają w celu ponownego wchłaniania sodu. Potas musi być konserwowany, ale ponieważ ilość potasu w osoczu krwi jest bardzo mała, a pula potasu w komórkach jest około 30 razy większa, sytuacja dla potasu nie jest tak krytyczna. Ponieważ potas jest przemieszczany biernie w przeciwprądzie do sodu w odpowiedzi na pozorną (ale nie rzeczywistą) równowagę Donnana , mocz nigdy nie może spaść poniżej stężenia potasu w surowicy, z wyjątkiem przypadków aktywnego wydalania wody pod koniec przetwarzania. Potas jest dwukrotnie wydalany i trzykrotnie ponownie wchłaniany, zanim mocz dotrze do kanalików zbiorczych. W tym momencie mocz ma zwykle mniej więcej takie samo stężenie potasu jak osocze. Pod koniec przetwarzania potas jest ponownie wydzielany, jeśli poziom w surowicy jest zbyt wysoki. [ potrzebne źródło ]

   Bez przyjmowania potasu jest on wydalany w ilości około 200 mg dziennie, aż po około tygodniu stężenie potasu w surowicy spadnie do poziomu łagodnego niedoboru 3,0–3,5 mmol/l. Jeśli potas jest nadal wstrzymywany, stężenie nadal spada, aż poważny niedobór spowoduje ostateczną śmierć.

Potas przemieszcza się biernie przez pory w błonie komórkowej. Kiedy jony przemieszczają się przez transportery jonów (pompy), w pompach po obu stronach błony komórkowej znajduje się bramka i tylko jedna bramka może być otwarta jednocześnie. W rezultacie około 100 jonów jest przepuszczanych na sekundę. Kanał jonowy ma tylko jedną bramkę, przez którą może przepływać tylko jeden rodzaj jonów z prędkością od 10 do 100 milionów jonów na sekundę. Wapń jest potrzebny do otwierania porów, chociaż wapń może działać odwrotnie, blokując co najmniej jeden z porów. Grupy karbonylowe wewnątrz porów na aminokwasach naśladują uwodnienie wody, które zachodzi w roztworze wodnym dzięki charakterowi ładunków elektrostatycznych na czterech grupach karbonylowych wewnątrz porów.

Odżywianie

Zalecenia dietetyczne

Amerykańska Narodowa Akademia Medyczna (NAM), w imieniu zarówno Stanów Zjednoczonych, jak i Kanady, ustala dietetyczne referencyjne wartości spożycia, w tym szacowane średnie zapotrzebowanie (EAR) i zalecane dzienne spożycie (RDA) lub odpowiednie spożycie (AI), gdy nie ma wystarczających informacji do ustawienia EAR i RDA.

     Zarówno dla mężczyzn, jak i kobiet w wieku poniżej 9 lat, AI dla potasu to: 400 mg potasu dla niemowląt w wieku 0-6 miesięcy, 860 mg potasu dla niemowląt w wieku 7-12 miesięcy, 2000 mg potasu dla dzieci w wieku 1-3 lat i 2300 mg potasu dla dzieci w wieku 4-8 lat.

    Dla mężczyzn w wieku 9 lat i starszych, AI dla potasu to: 2500 mg potasu dla mężczyzn w wieku 9-13 lat, 3000 mg potasu dla mężczyzn w wieku 14-18 lat i 3400 mg dla mężczyzn, którzy są 19 lat i więcej.

   Dla kobiet w wieku 9 lat i starszych AI dla potasu to: 2300 mg potasu dla kobiet w wieku 9-18 lat i 2600 mg potasu dla kobiet w wieku 19 lat i starszych.

     W przypadku kobiet w ciąży i karmiących, AI dla potasu to: 2600 mg potasu dla ciężarnych kobiet w wieku 14-18 lat, 2900 mg dla ciężarnych kobiet w wieku 19 lat i starszych; ponadto 2500 mg potasu dla karmiących samic w wieku 14-18 lat i 2800 mg dla karmiących samic w wieku 19 lat i starszych. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo, NAM określa również tolerowane górne poziomy spożycia (UL) dla witamin i minerałów, ale dla potasu dowody były niewystarczające, więc nie ustalono UL.

  Od 2004 roku większość dorosłych Amerykanów spożywa mniej niż 3000 mg.

  Podobnie w Unii Europejskiej, zwłaszcza w Niemczech i we Włoszech, dość powszechne jest niedostateczne spożycie potasu. Brytyjska Narodowa Służba Zdrowia zaleca podobne spożycie, twierdząc, że dorośli potrzebują 3500 mg dziennie, a nadmiar może powodować problemy zdrowotne, takie jak ból brzucha i biegunka .

W 2019 roku Narodowe Akademie Nauk, Inżynierii i Medycyny skorygowały odpowiednie spożycie potasu do 2600 mg dziennie dla kobiet w wieku 19 lat i starszych, które nie są w ciąży ani nie karmią piersią, oraz 3400 mg dziennie dla mężczyzn w wieku 19 lat. I starszy.

Źródła jedzenia

Potas jest obecny we wszystkich owocach, warzywach, mięsie i rybach. Pokarmy o wysokim stężeniu potasu obejmują ignam , pietruszkę , suszone morele , mleko , czekoladę , wszystkie orzechy (zwłaszcza migdały i pistacje ), ziemniaki , pędy bambusa , banany , awokado , wodę kokosową , soję i otręby .

Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych wymienia koncentrat pomidorowy , sok pomarańczowy , zielone buraki , białą fasolę , ziemniaki , banany , banany , morele i wiele innych dietetycznych źródeł potasu, uporządkowanych malejąco według zawartości potasu. Dzienna wartość potasu znajduje się w 5 bananach lub 11 bananach.

Niedostateczne spożycie

Dieta uboga w potas może prowadzić do nadciśnienia i hipokaliemii .

Suplementacja

Suplementy potasu są najczęściej stosowane w połączeniu z lekami moczopędnymi , które blokują reabsorpcję sodu i wody w górę od dystalnego kanalika ( tiazydy i diuretyki pętlowe ), ponieważ sprzyja to zwiększonemu wydzielaniu potasu w kanalikach dystalnych, z wynikającym z tego zwiększonym wydalaniem potasu. [ Potrzebny cytat medyczny ] Dostępnych jest wiele suplementów na receptę i bez recepty. [ potrzebne źródło ]      Chlorek potasu można rozpuścić w wodzie, ale słony/gorzki smak sprawia, że ​​płynne suplementy są niesmaczne. Typowe dawki mieszczą się w zakresie od 10 mmol (400 mg) do 20 mmol (800 mg). [ potrzebne źródło medyczne ] Potas jest również dostępny w tabletkach lub kapsułkach, których formuła umożliwia powolne wypłukiwanie potasu z matrycy, ponieważ bardzo wysokie stężenia jonów potasu, które występują obok stałej tabletki, mogą uszkodzić błonę śluzową żołądka lub jelit. [ wymagany cytat medyczny ]   Z tego powodu pigułki z potasem bez recepty są ograniczone przez prawo w USA do maksymalnie 99 mg potasu. [ potrzebne źródło ]

   Metaanaliza wykazała, że ​​zwiększenie dziennego spożycia potasu o 1640 mg wiązało się z 21% niższym ryzykiem udaru mózgu . Chlorek potasu i wodorowęglan potasu mogą być przydatne do kontrolowania łagodnego nadciśnienia . W 2020 roku potas był 33. najczęściej przepisywanym lekiem w Stanach Zjednoczonych z ponad 17 milionami recept.

Wykrywanie przez kubki smakowe

Potas można wykryć smakiem, ponieważ wyzwala trzy z pięciu rodzajów wrażeń smakowych, w zależności od stężenia. Rozcieńczone roztwory jonów potasu smakują słodko, pozwalając na umiarkowane stężenia w mleku i sokach, podczas gdy wyższe stężenia stają się coraz bardziej gorzkie/zasadowe, aw końcu także słone w smaku. Połączona gorycz i słoność roztworów o wysokiej zawartości potasu sprawia, że ​​suplementacja dużymi dawkami potasu w płynnych napojach stanowi wyzwanie smakowe.

Produkcja komercyjna

Górnictwo

Sylvite z Nowego Meksyku
Monte Kali , hałda odpadów wydobycia i wzbogacania potażu w Hesji w Niemczech , składająca się głównie z chlorku sodu .

Sole potasu, takie jak karnalit , langbeinit , polihalit i sylwit , tworzą rozległe osady ewaporatów na dnie starożytnych jezior i dna morskiego , dzięki czemu wydobycie soli potasowych w tych środowiskach jest opłacalne komercyjnie. Główne źródło potasu – potaż – wydobywa się w Kanadzie , Rosji , Białorusi , Kazachstanie , Niemczech , Izraelu , USA, Jordanii i innych miejscach na całym świecie. Pierwsze wydobywane złoża znajdowały się w pobliżu Staßfurtu w Niemczech, ale złoża rozciągają się od Wielkiej Brytanii przez Niemcy do Polski. Znajdują się one w cechsztynie i zostały zdeponowane w środkowym i późnym permie . Największe złoża, jakie kiedykolwiek znaleziono, leżą 1000 metrów pod powierzchnią kanadyjskiej prowincji Saskatchewan . Złoża zlokalizowane są w grupie Elk Point Group , powstałej w dewonie środkowym . Saskatchewan, gdzie od lat 60. XX wieku działało kilka dużych kopalni, zapoczątkowało technikę zamrażania mokrych piasków (formacja Blairmore) w celu napędzania przez nie szybów kopalnianych. Główną firmą wydobywczą potażu w Saskatchewan aż do jej fuzji była Potash Corporation of Saskatchewan , obecnie Nutrien . Wody Morza Martwego są wykorzystywane przez Izrael i Jordanię jako źródło potasu, podczas gdy stężenie w normalnych oceanach jest zbyt niskie do komercyjnej produkcji po obecnych cenach.

Ekstrakcja chemiczna

Do oddzielania soli potasu od związków sodu i magnezu stosuje się kilka metod. Najczęściej stosowaną metodą jest wytrącanie frakcyjne z wykorzystaniem różnic rozpuszczalności soli. W niektórych kopalniach stosowana jest również elektrostatyczna separacja zmielonej mieszaniny soli. Powstałe odpady sodu i magnezu są albo składowane pod ziemią, albo składowane na hałdach . Większość wydobywanego minerału potasowego kończy się po przetworzeniu jako chlorek potasu. Przemysł mineralny odnosi się do chlorku potasu jako potażu, murianu potażu lub po prostu MOP.

Czysty metaliczny potas można wyizolować przez elektrolizę jego wodorotlenku w procesie, który niewiele się zmienił od czasu jego pierwszego zastosowania przez Humphry'ego Davy'ego w 1807 r. Chociaż proces elektrolizy został opracowany i stosowany na skalę przemysłową w latach dwudziestych XX wieku, metoda termiczna polegająca na reakcji sodu z chlorkiem potasu w równowagowej reakcji chemicznej stała się metodą dominującą w latach pięćdziesiątych XX wieku.

Na + KCl → NaCl + K

Produkcja stopów sodowo-potasowych odbywa się poprzez zmianę czasu reakcji i ilości sodu użytego w reakcji. Do produkcji potasu stosowano również proces Griesheimera polegający na reakcji fluorku potasu z węglikiem wapnia .

2 KF + CaC 2 → 2 K + CaF 2 + 2 C

Odczynnikowy potas metaliczny kosztuje około 10,00 USD za funt (22 USD / kg ) w 2010 r. przy zakupie na tony . Metal o niższej czystości jest znacznie tańszy. Rynek jest niestabilny, ponieważ długoterminowe przechowywanie metalu jest trudne. Musi być przechowywany w suchej gazu obojętnego lub bezwodnego oleju mineralnego, aby zapobiec tworzeniu się powierzchniowej warstwy ponadtlenku potasu , wrażliwego na ciśnienie materiału wybuchowego , który wybucha kiedy porysowany. Wynikająca z tego eksplozja często wywołuje trudny do ugaszenia pożar.

Identyfikacja kationów

Potas jest obecnie oznaczany ilościowo za pomocą technik jonizacji, ale kiedyś był oznaczany ilościowo za pomocą analizy grawimetrycznej .

Odczynniki stosowane do wytrącania soli potasowych obejmują tetrafenyloboran sodu , kwas heksachloroplatynowy i azotyn kobaltynu sodu odpowiednio do tetrafenyloboranu potasu , heksachloroplatynianu potasu i azotynu kobaltynu potasu . Przykładem jest reakcja z azotynem kobaltynu sodu :

3 K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] → K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + 3 Na +

Otrzymuje się azotyn kobaltynopotasowy w postaci żółtej substancji stałej.

Zastosowania komercyjne

Nawóz

Nawóz siarczan potasu/siarczan magnezu

Jony potasu są niezbędnym składnikiem odżywiania roślin i występują w większości typów gleb . Stosowane są jako nawóz w rolnictwie , ogrodnictwie i uprawach hydroponicznych w postaci chlorku (KCl), siarczanu ( K 2 SO 4 ) lub azotanu ( KNO 3 ), reprezentujących „K” w „NPK” . Nawozy rolnicze zużywają 95% światowej produkcji chemicznej potasu, a około 90% tego potasu jest dostarczane jako KCl. Zawartość potasu w większości roślin waha się od 0,5% do 2% masy zebranych plonów, umownie wyrażonej jako ilość K 2 O . Nowoczesne wysokowydajne rolnictwo jest uzależnione od nawozów zastępujących potas utracony podczas zbiorów. Większość nawozów rolniczych zawiera chlorek potasu, podczas gdy siarczan potasu jest stosowany w uprawach wrażliwych na chlor lub uprawach wymagających wyższej zawartości siarki. Siarczan jest wytwarzany głównie w wyniku rozkładu złożonego minerału kainitu ( MgSO4 K2SO4 · 3H2O . _ MgSO4 · i · KCl ) langbeinit ( ) Tylko nieliczne nawozy zawierają azotan potasu. W 2005 roku około 93% światowej produkcji potasu było konsumowane przez przemysł nawozowy. Ponadto potas może odgrywać kluczową rolę w obiegu składników odżywczych poprzez kontrolowanie składu ściółki.

Zastosowanie medyczne

Cytrynian potasu

Cytrynian potasu jest stosowany w leczeniu kamicy nerkowej zwanej kwasicą kanalików nerkowych .

Chlorek potasu

Potas w postaci chlorku potasu jest stosowany jako lek do leczenia i zapobiegania niskiemu poziomowi potasu we krwi . Niski poziom potasu we krwi może wystąpić z powodu wymiotów , biegunki lub niektórych leków. Podaje się go w powolnym wstrzyknięciu do żyły lub doustnie.

Dodatki do żywności

Winian sodowo-potasowy ( KNaC 4 H 4 O 6 , sól Rochelle ) jest głównym składnikiem niektórych odmian proszku do pieczenia ; jest również używany do srebrzenia luster. Bromian potasu ( KBrO 3 ) jest silnym utleniaczem (E924), stosowanym w celu poprawy wytrzymałości ciasta i wzrostu. Wodorosiarczyn potasu ( KHSO 3 ) jest stosowany jako środek konserwujący żywność, na przykład w winie i piwie -wytwarzanie (ale nie w mięsie). Stosowany jest również do bielenia tekstyliów i słomy oraz do garbowania skór .

Przemysłowy

Główne związki chemiczne potasu to wodorotlenek potasu, węglan potasu, siarczan potasu i chlorek potasu. Corocznie produkowane są megatony tych związków.

KOH jest mocną zasadą używaną w przemyśle do neutralizacji mocnych i słabych kwasów , do kontroli pH oraz do produkcji soli potasowych . Stosowany jest również do zmydlania tłuszczów i olejów , w przemysłowych środkach czyszczących oraz w reakcjach hydrolizy, np. estrów .

Azotan potasu ( KNO 3 ) lub saletra pozyskiwana jest ze źródeł naturalnych, takich jak guano i ewaporaty , lub wytwarzana w procesie Habera ; jest utleniaczem w prochu strzelniczym ( proch czarny ) i ważnym nawozem rolniczym. Cyjanek potasu (KCN) jest stosowany przemysłowo do rozpuszczania miedzi i metali szlachetnych, w szczególności srebra i złota , poprzez tworzenie kompleksów . Jego zastosowania to m.in wydobycie złota , galwanizacja i galwanoplastyka tych metali ; jest również stosowany w syntezie organicznej do wytwarzania nitryli . Węglan potasu ( K 2 CO 3 lub potaż) jest używany do produkcji szkła, mydła, kolorowych lamp telewizyjnych, świetlówek, barwników tekstylnych i pigmentów. Nadmanganian potasu ( KmnO 4 ) jest substancją utleniającą, wybielającą i oczyszczającą, wykorzystywany do produkcji sacharyny . chloran potasu ( KClO 3 ) dodaje się do zapałek i materiałów wybuchowych. Bromek potasu (KBr) był dawniej używany jako środek uspokajający iw fotografii.

Podczas gdy chromian potasu ( K 2 CrO 4 ) jest używany do produkcji wielu różnych produktów handlowych, takich jak atramenty , barwniki , bejce do drewna ( poprzez reakcję z kwasem garbnikowym w drewnie), materiały wybuchowe , fajerwerki , lep na muchy i zapałki bezpieczeństwa , jak również w garbowaniu skóry, wszystkie te zastosowania wynikają raczej z chemii jonu chromianowego niż z jonu potasu.

Zastosowania niszowe

Istnieją tysiące zastosowań różnych związków potasu. Jednym z przykładów jest ponadtlenek potasu , KO 2 , pomarańczowe ciało stałe, które działa jako przenośne źródło tlenu i pochłaniacz dwutlenku węgla. Jest szeroko stosowany w systemach oddechowych w kopalniach, łodziach podwodnych i statkach kosmicznych, ponieważ zajmuje mniej objętości niż gazowy tlen.

4 KO 2 + 2 CO 2 → 2 K 2 CO 3 + 3 O 2

Innym przykładem jest azotyn potasowo-kobaltynowy K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] , który jest używany jako pigment artystyczny pod nazwą Aureolin lub Żółcień Kobaltowa.

Stabilne izotopy potasu można chłodzić laserowo i wykorzystywać do badania podstawowych i technologicznych problemów fizyki kwantowej . Dwa bozonowe posiadają dogodne rezonanse Feshbacha , aby umożliwić badania wymagające przestrajalnych interakcji, podczas gdy 40
K
jest jednym z zaledwie dwóch stabilnych fermionów wśród metali alkalicznych.

Zastosowania laboratoryjne

  Stop sodu i potasu, NaK jest cieczą stosowaną jako nośnik ciepła i środek osuszający do produkcji suchych i pozbawionych powietrza rozpuszczalników . Może być również stosowany w destylacji reaktywnej . Trójskładnikowy stop 12% Na, 47% K i 41% Cs ma najniższą temperaturę topnienia -78 ° C spośród wszystkich związków metalicznych.

Metaliczny potas jest używany w kilku typach magnetometrów .

Środki ostrożności

Potas
Zagrożenia
Oznakowanie GHS :
GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
Niebezpieczeństwo
H260 , H314
P223 , P231+P232 , P280 , P305+P351+P338 , P370+P378 , P422
NFPA 704 (ognisty diament)
3
3
2

Metaliczny potas może gwałtownie reagować z wodą, wytwarzając KOH i gazowy wodór.

2 K(s) + 2 H2O ( l) → 2 KOH(aq) + H2 ( g)↑
Reakcja metalicznego potasu z wodą. Powstaje wodór, który wraz z oparami potasu spala się różowym lub liliowym płomieniem. W roztworze powstaje silnie zasadowy wodorotlenek potasu.

  Ta reakcja jest egzotermiczna i uwalnia wystarczającą ilość ciepła do zapalenia powstałego wodoru w obecności tlenu. Drobno sproszkowany potas zapala się w powietrzu w temperaturze pokojowej. Masowy metal zapala się w powietrzu po podgrzaniu. Ponieważ jego gęstość wynosi 0,89 g/cm 3 , spalający się potas unosi się w wodzie, co wystawia go na działanie tlenu atmosferycznego. Wiele powszechnych środków gaśniczych, w tym woda, albo jest nieskutecznych, albo pogarsza pożar potasu. Azot , argon , chlorek sodu (sól kuchenna), węglan sodu (soda kalcynowana) i dwutlenek krzemu (piasek) są skuteczne, jeśli są suche. Skuteczne są również niektóre gaśnice proszkowe klasy D przeznaczone do gaszenia metali. Środki te pozbawiają ogień tlenu i chłodzą metaliczny potas.

Podczas przechowywania potas tworzy nadtlenki i nadtlenki. Nadtlenki te mogą gwałtownie reagować ze związkami organicznymi, takimi jak oleje. Zarówno nadtlenki, jak i ponadtlenki mogą reagować wybuchowo z metalicznym potasem.

Ponieważ potas reaguje z parą wodną w powietrzu, jest zwykle przechowywany pod bezwodnym olejem mineralnym lub naftą. W przeciwieństwie do litu i sodu, potasu nie należy przechowywać w oleju dłużej niż sześć miesięcy, chyba że w obojętnej (beztlenowej) atmosferze lub w próżni. Po dłuższym przechowywaniu w powietrzu na metalu i pod pokrywą pojemnika mogą tworzyć się niebezpieczne, wrażliwe na wstrząsy nadtlenki, które mogą eksplodować po otwarciu.

Spożycie dużych ilości związków potasu może prowadzić do hiperkaliemii , silnie wpływając na układ sercowo-naczyniowy. Chlorek potasu jest używany w USA do śmiercionośnych egzekucji.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne

  • „Potas” . Portal informacyjny o lekach . Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych.