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.
Caractéristiques
Le potassium est le deuxième plus léger, le plus réactif, le plus électropositif des métaux.
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.
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.
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.
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 situées en Californie, Allemagne, Nouveau-Mexique, Utah, Saskatchewan.
Les océans constituent une réserve importante de potassium, mais sa concentration y est plus faible que celle du sodium (cf eau de mer).
synthèse du potassium
Le potassium est produit par réduction de KCl liquide par de la vapeur de sodium à 870°C puis distillation.
Utilisation du potassium
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.
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 :
Aspects médicaux
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.
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 terres (379 mg/100g) et les tubercule 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).
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[http://ajpendo.physiology.org/cgi/content/full/284/2/E416] 
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 ×10
4 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 telle que par 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.
Voir aussi
Notes et références
Kalium
Kalium
Kalium
Kalium
