آشنایی با پتاسیم

پتاسیم که با نماد K نشان داده می شود، یکی از فلزات قلیایی است. این عنصر نرم و دارای رنگ سفید نقره ای است. درست مانند سایر فلزات قلیایی، پتاسیم عمدتاً به شکل نمک است. علاوه بر این، یون های پتاسیم برای انتقال عصبی طبیعی در داخل سلول های زنده ضروری هستند.

ده حقیقت جالب و سرگرم کننده در مورد پتاسیم

1. پتاسیم ابتدا از پتاس جدا شد، خاکستر گیاهی که در گلدان با آب خیس شده بود. نام “پتاسیم” نیز از “پتاس” گرفته شده است.
2. دومین فلز کم چگال بعد از لیتیوم پتاسیم است.
3. اولین فلزی که با الکترولیز جدا شد پتاسیم بود.
4. چربی ها می توانند با هیدروکسید پتاسیم واکنش دهند و صابون تولید کنند.
5. پتاسیم دارای سه ایزوتوپ اصلی و یکی از ایزوتوپ ها است ⁴⁰K رادیواکتیو است. ⁴⁰K را می توان در تمام پتاسیم یافت و رایج ترین ایزوتوپ رادیویی در بدن انسان است.
6. سلول ها برای عملکرد صحیح به یون های پتاسیم متکی هستند.
7. هم کمبود و هم کمبود پتاسیم می تواند علائم شدیدی ایجاد کند.
8. موز منبع خوبی از پتاسیم است. پنج عدد چنار یا یازده موز مقدار کافی پتاسیم روزانه را تامین می کند. با این حال، موز خیلی زیادهمانطور که به عوارض جانبی وحشتناک نیز منجر خواهد شد.
9. استخراج تجاری نمک های پتاسیم از رسوبات تبخیری در کف دریاچه های باستانی، به عنوان مثال، دریای مرده است.
10. کودها از نمک های پتاسیم به عنوان منبع تغذیه گیاه استفاده می کنند.

پتاسیم در جدول تناوبی

در جدول تناوبی، پتاسیم (K) در گروه 1 و دوره 4 قرار دارد. این فلز قلیایی با عدد اتمی 19 است. آرایش الکترونی پتاسیم [Ar] 4s¹. مانند سایر فلزات قلیایی، دارای یک الکترون ظرفیت واحد است که به راحتی حذف می شود و یک کاتیون ایجاد می کند. شکل کاتیونی پتاسیم با آنیون های مختلف ترکیب می شود و نمک تشکیل می دهد.

پتاسیم – اثر سلامتی

پتاسیم برای عملکرد سلول های زنده ضروری است زیرا نقش حیاتی در عملکردهای عصبی و سیستم مایع انسان ایفا می کند. در سیستم عصبی، پتاسیم در شکل کاتیونی خود به ارسال پیام بین مغز و بدن کمک می کند. این پیام‌ها تکانه‌های عصبی هستند که ضربان قلب، انقباضات ماهیچه‌ای و سایر عملکردهای بدن را کنترل می‌کنند. پتاسیم از سلول خارج می شود و سدیم به داخل سلول تغییری در ولتاژ سلول ایجاد می کند که به نوبه خود این تکانه های عصبی را ایجاد می کند. بنابراین، دریافت پتاسیم کافی برای حفظ عملکرد عصبی سالم ضروری است.

مردم می توانند پتاسیم را از میوه ها و سبزیجات، از جمله سیب زمینی، موز، و لوبیا سفید دریافت کنند. با این حال، مهم است که سطح پتاسیم در محدوده سالم باقی بماند. پتاسیم بیش از حد در خون باعث کاهش فشار خون یا حتی حمله قلبی می شود. از سوی دیگر، کمبود پتاسیم منجر به علائمی مانند گرفتگی عضلات پا، فلج عضلات، ضربان قلب غیرطبیعی و غیره می‌شود. تحقیقات نشان می‌دهد که افزایش سطح پتاسیم در کاهش فشار خون افراد جامعه تأثیر بسزایی در کاهش فشار خون افراد دارد. . علاوه بر این، افزایش دریافت پتاسیم ممکن است اثرات مفید مستقیمی بر سیستم قلبی عروقی داشته باشد. بهترین راه برای افزایش دریافت پتاسیم افزایش مصرف میوه و سبزیجات است که مستقل از دریافت پتاسیم نیز اثرات مفیدی بر سلامتی دارد.

ایزوتوپ های پتاسیم

سه ایزوتوپ اصلی پتاسیم وجود دارد: ³⁹ک، ⁴⁰K، و ⁴¹ک. در میان آنها، فقط ⁴⁰K رادیواکتیو است. به طور کلی، ایزوتوپ رادیواکتیو ایزوتوپ است که هسته آن ناپایدار است و می تواند با انتشار خود به خود تابش به شکل پرتوهای آلفا، بتا و گاما انرژی تولید کند.

⁴⁰K بسیار مورد توجه دانشمندان است و 0.012٪ از کل مقدار پتاسیم موجود در طبیعت را تشکیل می دهد. پتاسیم به طور گسترده در طبیعت مانند گیاهان، حیوانات و مواد معدنی توزیع می شود که به معنی رادیواکتیو است. ⁴⁰K در بیشتر چیزهای اطراف ما وجود دارد، حتی در بدن انسان. با این حال، مقدار آن برای ایجاد آسیب کافی نیست.

رادیواکتیو ⁴⁰K موجود در مواد معدنی به اندازه گیری سن اجسام کمک می کند. اگر ماده معدنی حاوی هر گونه پتاسیم باشد، پوسیدگی ⁴⁰K یک ایزوتوپ از آرگون ایجاد می کند که در ماده معدنی محبوس می شود. نسبت بین ⁴⁰ک و ⁴⁰Ar، نشان دهنده زمان سپری شده از زمان تشکیل کانی است. هر چه سنگ قدیمی تر باشد، بیشتر است ⁴⁰Ar و کمتر ⁴⁰K آن را شامل می شود.

کاربردهای پتاسیم در دنیای امروز

پتاسیم که به طور گسترده در صنایع و کاربردهای بیولوژیکی به کار می رود، اهمیت خود را ثابت می کند.

کاربردهای صنعتی

آلیاژ پتاسیم / سدیم (NaK) به عنوان رسانه تبادل حرارت استفاده می شود. پایه قوی هیدروکسید پتاسیم (KOH) صابون را از چربی ها و روغن ها ایجاد می کند و در واکنش های هیدرولیز برای تولید استرها مفید است. کلرات پتاسیم (KClO₃) در مسابقات ایمنی ضروری است و همچنین در کشاورزی به عنوان یک علف کش موثر استفاده می شود.

به عنوان کود استفاده کنید

کودها از پتاسیم با پیوند یونی با کلرید، نیترات و سولفات استفاده می کنند. به حفظ عملکرد روزنه (تنظیم آب) در سلول های گیاهی و سایر آنزیم های ضروری کمک می کند. برعکس، گیاهان بدون پتاسیم قادر به مبارزه با دمای بالا نیستند. با کمال تعجب، کودهای کشاورزی 95 درصد پتاس مصرف کنید تولید می شود و حدود 90 درصد پتاس از KCl بدست می آید.

عنصر پتاسیم در بدن انسان

پتاسیم یک عنصر حیاتی برای بدن انسان است. به طور خاص، یون‌های پتاسیم در ارتباط با طیف گسترده‌ای از پروتئین‌ها و آنزیم‌ها وجود دارند. به حفظ سطح اسیدیته و فشار خون کمک می کند. این یون مثبت غالب در داخل سلول های انسانی است، سدیم یون مثبت اصلی خارج از سلول های انسانی است. تفاوت بین غلظت این دو یون در داخل و خارج می تواند تفاوتی در پتانسیل الکتریکی ایجاد کند که برای عملکردهای اساسی بدن مانند سیگنال دهی سلولی عصبی (انتقال عصبی)، عملکرد قلب و انقباض عضلانی ضروری است.

تاریخچه پتاسیم

پتاسیم اولین فلزی بود که با الکترولیز جدا شد. اولین بار توسط سر هامفری دیوی از انگلستان در سال 1807 کشف شد. او متوجه شد که یک قطره کوچک از فلز مایع در هنگام اعمال الکترولیز روی مقدار کمی از پتاس ذوب شده تشکیل شده است و او عنصر را “پتاسیم” بر اساس کلمه “پتاس” نامید.

شیمی پتاسیم – ترکیبات، واکنش ها، حالت های اکسیداسیون

خواص شیمیایی پتاسیم

درست مانند سایر فلزات قلیایی، پتاسیم بسیار واکنش پذیر است. می تواند به شدت با آب واکنش داده و هیدروژن تولید کند (H₂) گاز. گرمای بیش از حد تولید شده توسط این واکنش همراه با H₂ به عنوان یک محصول، می تواند انفجاری باشد. پتاسیم همچنین می تواند با هوا واکنش داده و لایه های اکسیدی را تشکیل دهد. هنگامی که پتاسیم در هوا سوزانده می شود، می تواند سوپر اکسید پتاسیم نارنجی را به شکل KO تشکیل دهد.₂. پتاسیم همچنین می تواند به سرعت با همه هالوژن ها واکنش نشان دهد (F₂، کل₂، من₂) برای تشکیل هالیدهای پتاسیم (KF، KCl، KBr).

ترکیبات پتاسیم

کلرید پتاسیم (KCl) مهمترین ترکیب پتاسیم است. کودهای مصنوعی بیشترین استفاده را از این ترکیب می کنند. بی بو است، ظاهر کریستالی سفید/بی رنگ دارد و می تواند به راحتی در آب حل شود. سایر ترکیبات پتاسیم نیز از نظر تجاری مهم هستند:

• ک₂بنابراین₄: سولفات پتاسیم یک کریستال سفید و سخت است. غیر قابل اشتعال و محلول در آب است اما در الکل نیست. همچنین به عنوان کود عمل می کند که به رشد بهتر گیاهان کمک می کند.
• KHCO₃: جوش شیرینیا بی کربنات پتاسیم را می توان به عنوان بیکینگ پودر، آنتی اسید (برای ناراحتی معده) و افزودنی در نوشابه استفاده کرد.
• KHSO₃: بی سولفیت پتاسیم در نگهداری مواد غذایی، سفید کردن منسوجات و دباغی چرم استفاده می شود. بی سولفیت پتاسیم یک مخلوط شیمیایی با فرمول شیمیایی تقریبی KHSO است₃. این یک ترکیب واقعی نیست بلکه مخلوطی از نمک است که محلول هایی متشکل از یون های پتاسیم و بی سولفیت می دهد.
• KBr: برومات پتاسیم در حکاکی و به عنوان یک افزودنی نان. این کریستال سفید رنگ و محلول در آب است. در محلول آبی رقیق، برومید پتاسیم طعم شیرینی دارد. در غلظت های بالاتر، طعم چندان خوشایندی ندارد.
• ک₂SiF₆: فلوروسیلیکات پتاسیم برای شیشه ها و سرامیک های تخصصی استفاده می شود.
• KOH: هیدروکسید پتاسیمکه به آن پتاس سوز آور نیز می گویند، کاربردهای صنعتی زیادی از جمله پاک کننده رنگ، ساخت صابون های تخصصی، سلول های سوختی و باتری ها دارد. علاوه بر این، مانند NaOH، به عنوان منبع OH عمل می کند^–، یک آنیون بسیار هسته دوست که به پیوندهای قطبی در مواد آلی حمله می کند.
• KNO₃: نیترات پتاسیم در مواد منفجره، آتش بازی، کبریت و سوخت موشک وجود دارد.

جداسازی پتاسیم

نمک های پتاسیم در رسوبات تبخیری در کف دریاچه های باستانی و بستر دریاها قرار دارند. استخراج نمک های پتاسیم از این منابع گسترده از نظر اقتصادی مقرون به صرفه است. انواع اصلی منبع پتاسیم کارنالیت ها هستند که حاوی 45-85٪ کارنالیت و 18-50٪ هالیت با مقادیر کمی سیلویت، انیدریت، کانی های رسی و کربنات ها هستند. سیلوینیت شامل 95 تا 98 درصد سیلویت و هالیت است که باقیمانده باقیمانده نامحلول است. و نمک سخت، حاوی 8-25٪ سیلویت، 18-30٪ کیزریت، 40-60٪ هالیت، و 0.5-2.0٪ کربنات، انیدریت، و کانی های رسی. اکثر منابع شناخته شده در اتحاد جماهیر شوروی در اورال (Solikamsk، استان پرم)، غرب قزاقستان، غرب اوکراین، و بلاروس متمرکز شده است. ذخایر مهم خارجی شامل ذخایر خارجی در جمهوری دموکراتیک آلمان (استاسفورت)، جمهوری فدرال آلمان (هانوفر، هارتز، هسن، بادن)، ایالات متحده آمریکا (منطقه کارلزباد در نیومکزیکو؛ دریاچه سرلز در کالیفرنیا)، کانادا (ساسکاچوان) است. ، فرانسه (آلزاس) و ایتالیا (سیسیل).

چندین روش را می توان برای جداسازی نمک های پتاسیم از ترکیبات Na- و Mn به کار برد. به ویژه، رسوب کسری یک روش پرکاربرد برای جداسازی این نمک های محلول است. و بیشتر پتاسیم به صورت کلرید پتاسیم (KCl) به دست می آید و به عنوان کود استفاده می شود.

اولین روش جداسازی

سر همفری دیوی برای اولین بار پتاسیم خالص را از طریق یک آزمایش ساده شیمی مبتنی بر آزمایشگاه در سال 1807 جدا کرد. به طور خاص، او الکتریسیته را به خاکستر چوب ذوب شده در فرآیندی به نام الکترولیز اعمال کرد. در الکترولیز خاکستر چوب، ابتدا با قرار دادن خاکستر چوب در یک ظرف فلزی و حرارت دادن خاکستر با مشعل بونسن، محلولی تهیه می شود. خاکستر حاوی غلظت بالایی از هیدروکسید پتاسیم (KOH) ذوب می شود. سپس، یک سیم به هر الکترود باتری متصل می‌شود و سیم‌های باتری در خاکستر مذاب قرار می‌گیرند تا زمانی که فلز پتاسیم مایع در نزدیکی آند تشکیل شود. سیم روی ترمینال مثبت به عنوان آند عمل می کند و سیم روی ترمینال منفی کاتد است. در آند، فلز پتاسیم انباشته می شود.

این فرآیند الکترولیز در دهه 1920 در صنایع نیز مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، فرآیند حرارتی واکنش سدیم با کلرید پتاسیم در یک واکنش تعادل شیمیایی به روش صنعتی غالب تبدیل شد.

حالت های اکسیداسیون پتاسیم

پیکربندی الکترونی پتاسیم است [Ar]4s¹. رایج ترین حالت اکسیداسیون K است⁺¹.

خواص فیزیکی پتاسیم

پتاسیم یک فلز قلیایی نرم با رنگ سفید نقره ای است. می تواند با آب و اکسیژن واکنش دهد.

• نماد پتاسیم: K
• عدد اتمی: 19
• جرم اتمی: 39.0983 amu
• نقطه ذوب: 312.46 K
• نقطه جوش: 961 K
• چگالی: 1.53 گرم بر سانتی متر³
• الکترونگاتیوی: 0.8
• انرژی یونیزاسیون: 4.341 eV
• حالت اکسیداسیون: +1
• طبقه بندی: فلز قلیایی، فلز گروه اول
• فراوانی طبیعی 2.6٪ در پوسته زمین
• پیکربندی پوسته الکترونی: [Ar]4s¹
• ایزوتوپ ها – پتاسیم دارای 3 ایزوتوپ اصلی است: ³⁹ک، ⁴⁰ک، ⁴¹ک

از کجا پتاسیم بخرم؟

تامین کنندگان منظم مواد شیمیایی پتاسیم را می فروشند. قیمت بسته به خلوص تغییر می کند (معمولاً 2 تا 5 دلار در گرم). خلوص کمتر فلز پتاسیم ارزان تر است. با این حال، ذخیره طولانی مدت فلز پتاسیم پیچیده است. گاز یا روغن معدنی غیر واکنشی خشک عنصر را احاطه کرده است تا از تشکیل یک لایه سوپراکسید پتاسیم جلوگیری کند.

علاوه بر این، از آنجایی که پتاسیم برای سلامت انسان ضروری است، اکثر فروشگاه های عمومی پتاسیم را برای افرادی که پتاسیم کافی در رژیم غذایی روزانه خود ندارند یا به دلیل بیماری دچار کمبود پتاسیم هستند، می فروشند.

بیشتر کاوش کنید