Potássio

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Potássio,  19 K
Potássio-2.jpg
Pérolas de potássio (em óleo de parafina, ~ 5 mm cada)
Potássio
Pronúncia/ P ə t Æ s i ə m / ( pə- TASS -ee-əm )
Aparênciacinza prateado
Peso atômico padrão A r, std (K) 39,0983 (1) [1]
Potássio na tabela periódica
Hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro Argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio Tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Índio Lata Antimônio Telúrio Iodo Xenon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Europium Gadolínio Térbio Disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio Lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio Rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astatine Radon
Francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio Americium Curium Berquélio Californium Einsteinium Fermium Mendelévio Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seabórgio Bohrium Hassium Meitnerium Darmstádio Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Na

K

Rb
argôniopotássiocálcio
Número atômico ( Z )19
Grupogrupo 1: hidrogênio e metais alcalinos
Períodoperíodo 4
Bloquear  bloco s
Configuração de elétron[ Ar ] 4s 1
Elétrons por camada2, 8, 8, 1
Propriedades físicas
Fase em  STPsólido
Ponto de fusão336,7  K (63,5 ° C, 146,3 ° F)
Ponto de ebulição1032 K (759 ° C, 1398 ° F)
Densidade (próximo à  rt )0,89 g / cm 3
quando líquido (em  mp )0,828 g / cm 3
Ponto crítico2223 K, 16 MPa [2]
Calor de fusão2,33  kJ / mol
Calor da vaporização76,9 kJ / mol
Capacidade de calor molar29,6 J / (mol · K)
Propriedades atômicas
Estados de oxidação-1, +1 (um óxido fortemente básico )
Eletro-negatividadeEscala de Pauling: 0,82
Energias de ionização
  • 1o: 418,8 kJ / mol
  • 2ª: 3052 kJ / mol
  • 3º: 4420 kJ / mol
  • ( mais )
Raio atômicoempírico: 227  pm
Raio covalente203 ± 12h
Raio de Van der Waals275 pm
Linhas de cores em uma faixa espectral
Linhas espectrais de potássio
Outras propriedades
Ocorrência naturalprimordial
Estrutura de cristalcúbica de corpo centrado (BCC)
Estrutura de cristal cúbico centrado no corpo para potássio
Velocidade do som haste fina2000 m / s (a 20 ° C)
Expansão térmica83,3 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Condutividade térmica102,5 W / (m⋅K)
Resistividade elétrica72 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Ordenação magnéticaparamagnético [3]
Suscetibilidade magnética molar+20,8 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [4]
Módulo de Young3,53 GPa
Módulo de cisalhamento1,3 GPa
Módulo de massa3,1 GPa
Dureza de Mohs0,4
Dureza Brinell0,363 MPa
Número CAS7440-09-7
História
Descoberta e primeiro isolamentoHumphry Davy (1807)
Símbolo"K": do novo latim kalium
Principais isótopos de potássio
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) Modo de decaimento produtos
39 K 93,258% estábulo
40 K 0,012% 1,248 × 10 9  y β - 40 Ca
ε 40 Ar
β + 40 Ar
41 K 6,730% estábulo
Categoria Categoria: Potássio
| referências

O potássio é um elemento químico com o símbolo K (do neolatino kalium ) e número atômico  19. O potássio é um metal branco prateado que é macio o suficiente para ser cortado com uma faca com pouca força. [5] O potássio metálico reage rapidamente com o oxigênio atmosférico para formar peróxido de potássio branco e escamoso em apenas alguns segundos de exposição. Foi isolado pela primeira vez do potássio , as cinzas das plantas, das quais deriva o seu nome. Na tabela periódica , o potássio é um dos metais alcalinos , todos com um único elétron de valênciana camada externa do elétron, que é facilmente removido para criar um íon com carga positiva - um cátion , que se combina com os ânions para formar sais . O potássio na natureza ocorre apenas em sais iônicos. Reage potássio elementares vigorosamente com água, gerando calor suficiente para inflamar hidrogénio emitido na reacção, e queimam-se com um lilás - colorido chama . É encontrado dissolvido na água do mar (que contém 0,04% de potássio por peso [6] [7] ) e ocorre em muitos minerais , como ortoclásio , um constituinte comum de granitos e outras rochas ígneas .[8]

O potássio é quimicamente muito semelhante ao sódio , o elemento anterior do grupo 1 da tabela periódica. Eles têm uma primeira energia de ionização semelhante , que permite a cada átomo abrir mão de seu único elétron externo. Suspeitou-se em 1702 que eles eram elementos distintos que se combinam com os mesmos ânions para formar sais semelhantes, [9] e foi provado em 1807 usando eletrólise . O potássio de ocorrência natural é composto por três isótopos , dos quais40
K
é radioativo . Traços de40
K
são encontrados em todo o potássio e é o radioisótopo mais comum no corpo humano.

Os íons de potássio são vitais para o funcionamento de todas as células vivas. A transferência de íons de potássio através das membranas das células nervosas é necessária para a transmissão nervosa normal; a deficiência e o excesso de potássio podem resultar em vários sinais e sintomas, incluindo um ritmo cardíaco anormal e várias anormalidades eletrocardiográficas . Frutas e vegetais frescos são boas fontes dietéticas de potássio. O corpo responde ao influxo de potássio na dieta, que aumenta os níveis de potássio sérico , com uma mudança de potássio de fora para dentro das células e um aumento na excreção de potássio pelos rins.

A maioria das aplicações industriais de potássio explora a alta solubilidade em água de compostos de potássio, como sabões de potássio . A produção de safras pesadas rapidamente esgota o potássio do solo, e isso pode ser remediado com fertilizantes agrícolas contendo potássio, respondendo por 95% da produção química global de potássio. [10]

Etimologia

O nome em inglês para o elemento potássio vem da palavra potássio , [11] que se refere a um método antigo de extração de vários sais de potássio: colocar em uma panela as cinzas de madeira queimada ou folhas de árvores, adicionar água, aquecer e evaporar a solução . Quando Humphry Davy isolou pela primeira vez o elemento puro usando eletrólise em 1807, ele o chamou de potássio , que derivou da palavra potássio .

O símbolo K decorre de kali ,-se da raiz da palavra alcalino , que por sua vez vem do árabe : القليه al-qalyah 'cinzas vegetais'. Em 1797, o químico alemão Martin Klaproth descobriu "potássio" nos minerais leucita e lepidolita e percebeu que "potássio" não era um produto do crescimento da planta, mas na verdade continha um novo elemento, que ele propôs chamar de kali . [12] Em 1807, Humphry Davy produziu o elemento por eletrólise: em 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propôs o nome Kaliumpara o "potássio" de Davy. [13] Em 1814, o químico sueco Berzelius defendeu o nome kalium de potássio, com o símbolo químico K . [14]

Os países de língua inglesa e francesa adotaram o nome de Davy e Gay-Lussac / Thénard's Potassium , enquanto os países germânicos adotaram o nome Kalium de Gilbert / Klaproth . [15] O "Livro de Ouro" da União Internacional de Química Pura e Aplicada designou o símbolo químico oficial como K . [16]

Propriedades

Fisica

O teste da chama do potássio.

O potássio é o segundo metal menos denso depois do lítio . É um sólido macio com baixo ponto de fusão e pode ser facilmente cortado com uma faca. O potássio recém-cortado tem uma aparência prateada, mas começa a se tornar cinza imediatamente ao ser exposto ao ar. [17] Em um teste de chama , o potássio e seus compostos emitem uma cor lilás com um pico de comprimento de onda de emissão de 766,5 nanômetros. [18]

Os átomos de potássio neutros têm 19 elétrons, um a mais que a configuração do gás nobre argônio . Por causa de sua baixa primeira energia de ionização de 418,8  kJ / mol, o átomo de potássio tem muito mais probabilidade de perder o último elétron e adquirir uma carga positiva, embora o alcaleto K de carga negativa-
íons não são impossíveis. [19] Em contraste, a segunda energia de ionização é muito alta (3052  kJ / mol).

Químico

O potássio reage com os componentes de oxigênio, água e dióxido de carbono do ar. Com o oxigênio, forma peróxido de potássio . Com a água, o potássio forma hidróxido de potássio . A reação do potássio com a água pode ser violentamente exotérmica , especialmente porque o gás hidrogênio coproduzido pode inflamar. Por causa disso, o potássio e a liga líquida de sódio-potássio ( NaK ) são dessecantes potentes , embora não sejam mais usados ​​como tal. [20]

Compostos

Estrutura do superóxido de potássio sólido ( KO
2
)

Três óxidos de potássio são bem estudados: óxido de potássio (K 2 O), peróxido de potássio (K 2 O 2 ) e superóxido de potássio (KO 2 ). [21] Os compostos binários de potássio-oxigênio binários reagem com a água formando hidróxido de potássio .

O hidróxido de potássio (KOH) é uma base forte. Ilustrando seu caráter hidrofílico, até 1,21 kg de KOH podem se dissolver em um único litro de água. [22] [23] KOH anidro é raramente encontrado. O KOH reage prontamente com o dióxido de carbono para produzir carbonato de potássio e, em princípio, pode ser usado para remover vestígios do gás do ar. Como o hidróxido de sódio intimamente relacionado, o hidróxido de potássio reage com as gorduras para produzir sabonetes .  

Em geral, os compostos de potássio são iônicos e, devido à alta energia de hidratação do K+
íon, têm excelente solubilidade em água. As principais espécies em solução aquosa são os complexos aquáticos [K (H
2
O)
n
]+
onde n = 6 e 7. [24] Heptafluorotantalato de potássio é um intermediário na purificação de tântalo do contaminante de outra forma persistente de nióbio. [25]

Os compostos organopotássicos ilustram os compostos não iônicos de potássio. Eles apresentam ligações covalentes K-C altamente polares. Os exemplos incluem benzil potássio . O potássio se intercala em grafite para dar uma variedade de compostos, incluindo KC8 .

Isótopos

Existem 25 isótopos de potássio conhecidos , três dos quais ocorrem naturalmente:39
K
(93,3%),40
K
(0,0117%), e41
K
(6,7%). Ocorrendo naturalmente40
K
tem meia-vida de 1,250 × 10 9 anos. Ele decai para estável40
Ar
por captura de elétrons ou emissão de pósitrons (11,2%) ou para estável40
Ca
por decaimento beta (88,8%). [26] A decadência de40
K
para40
Ar
é a base de um método comum de datação de rochas. O método de datação K-Ar convencional depende da suposição de que as rochas não continham argônio no momento da formação e que todo o argônio radiogênico subsequente (40
Ar
) foi retido quantitativamente. Os minerais são datados pela medição da concentração de potássio e da quantidade de radiogênico40
Ar
que se acumulou. Os minerais mais adequados para a datação incluem biotita , muscovita , hornblenda metamórfica e feldspato vulcânico ; amostras inteiras de rocha de fluxos vulcânicos e instrusivos rasos também podem ser datadas se não forem alteradas. [26] [27] Além da datação, os isótopos de potássio têm sido usados ​​como traçadores em estudos de intemperismo e para estudos de ciclagem de nutrientes porque o potássio é um macronutriente necessário para a vida . [28]

40
O K
ocorre no potássio natural (e, portanto, em alguns substitutos comerciais do sal) em quantidade suficiente para que grandes sacos desses substitutos possam ser usados ​​como fonte radioativa para demonstrações em sala de aula.40
K
é o radioisótopo com maior abundância no corpo. Em animais e pessoas saudáveis,40
K
representa a maior fonte de radioatividade, maior ainda do que14
C
. Em um corpo humano de 70 kg de massa, cerca de 4.400 núcleos de40
Decadência K por segundo. [29] A atividade do potássio natural é 31 Bq / g. [30]

Formação e distribuição cósmica

Potássio em feldspato

O potássio é formado em supernovas por nucleossíntese de átomos mais leves. O potássio é criado principalmente nas supernovas do Tipo II por meio de um processo explosivo de queima de oxigênio . [31] 40
K
também é formado na nucleossíntese do processo s e no processo de queima do neon . [32]

O potássio é o 20º elemento mais abundante no sistema solar e o 17º elemento mais abundante em peso na Terra. Compõe cerca de 2,6% do peso da crosta terrestre e é o sétimo elemento mais abundante na crosta. [33] A concentração de potássio na água do mar é de 0,39  g / L [6] (0,039 wt / v%), cerca de um vigésimo sétimo da concentração de sódio. [34] [35]

Potassa

O potássio é principalmente uma mistura de sais de potássio porque as plantas têm pouco ou nenhum conteúdo de sódio, e o resto do principal conteúdo mineral de uma planta consiste em sais de cálcio de relativamente baixa solubilidade em água. Embora o potássio seja usado desde os tempos antigos, sua composição não era conhecida. Georg Ernst Stahl obtida evidência experimental de que o levou a sugerir a diferença fundamental dos sais de sódio e de potássio em 1702, [9] e Henri Louis Duhamel du Monceau foi capaz de provar que esta diferença de 1736. [36] A composio exacta de produtos químicos e de potássio compostos de sódio, e o status como elemento químico de potássio e sódio, não eram conhecidos então, e portanto Antoine Lavoisiernão incluiu o álcali em sua lista de elementos químicos em 1789. [37] [38] Por um longo tempo, as únicas aplicações significativas para o potássio foram a produção de vidro, alvejante, sabão e pólvora como nitrato de potássio. [39] Os sabonetes de potássio de gorduras animais e óleos vegetais eram especialmente apreciados porque tendem a ser mais solúveis em água e de textura mais macia, sendo, portanto, conhecidos como sabões macios . [10] A descoberta de Justus Liebig em 1840 que o potássio é um elemento necessário para as plantas e que a maioria dos tipos de solo carecem de potássio [40]causou um aumento acentuado na demanda por sais de potássio. A cinza de madeira de abetos foi inicialmente usada como fonte de sal de potássio para fertilizante, mas, com a descoberta em 1868 de depósitos minerais contendo cloreto de potássio perto de Staßfurt , Alemanha, a produção de fertilizantes contendo potássio começou em escala industrial. [41] [42] [43] Outros depósitos de potássio foram descobertos e, na década de 1960, o Canadá tornou-se o produtor dominante. [44] [45]

Metal

Pedaços de metal potássio

O potássio metálico foi isolado pela primeira vez em 1807 por Humphry Davy, que o derivou por eletrólise do KOH fundido com a pilha voltaica recém-descoberta . O potássio foi o primeiro metal isolado por eletrólise. [46] Mais tarde no mesmo ano, Davy relatou a extração do sódio metálico de um derivado mineral ( soda cáustica , NaOH ou soda cáustica) em vez de um sal vegetal, por uma técnica semelhante, demonstrando que os elementos e, portanto, os sais, são diferentes. [37] [38] [47] [48] Embora a produção de potássio e sódio metálico devesse ter mostrado que ambos são elementos, demorou algum tempo para que essa visão fosse universalmente aceita. [38]

Devido à sensibilidade do potássio à água e ao ar, técnicas sem ar são normalmente empregadas para o manuseio do elemento. Não reage ao nitrogênio e aos hidrocarbonetos saturados, como óleo mineral ou querosene . [49] Ele se dissolve prontamente em amônia líquida , até 480 g por 1000 g de amônia a 0  ° C. Dependendo da concentração, as soluções de amônia variam de azul a amarelo e sua condutividade elétrica é semelhante à dos metais líquidos. O potássio reage lentamente com a amônia para formar KNH
2
, mas esta reação é acelerada por pequenas quantidades de sais de metais de transição. [50] Como pode reduzir os sais ao metal, o potássio é frequentemente usado como redutor na preparação de metais finamente divididos a partir de seus sais pelo método de Rieke . [51] Ilustrativo é a preparação de magnésio:

MgCl
2
+ 2 K → Mg + 2 KCl

Geologia

O potássio elementar não ocorre na natureza devido à sua alta reatividade. Ele reage violentamente com a água (consulte a seção Precauções abaixo) [49] e também reage com o oxigênio. Ortoclase (feldspato potássico) é um mineral formador de rocha comum. O granito, por exemplo, contém 5% de potássio, o que está bem acima da média da crosta terrestre. Silvita (KCl), carnalita (KCl · MgCl
2
· 6 (H
2
O))
, cainita (MgSO
4
· KCl · 3H
2
O)
e langbeinito (MgSO
4
· K
2
TÃO
4
)
são os minerais encontrados em grandes depósitos de evaporito em todo o mundo. Os depósitos geralmente mostram camadas começando com a menos solúvel na parte inferior e a mais solúvel na parte superior. [35] Depósitos de nitro ( nitrato de potássio ) são formados pela decomposição de matéria orgânica em contato com a atmosfera, principalmente em cavernas; devido à boa solubilidade do nitro em água, a formação de depósitos maiores requer condições ambientais especiais. [52]

Papel biológico

O potássio é o oitavo ou nono elemento mais comum em massa (0,2%) no corpo humano, de modo que um  adulto de 60 kg contém um total de cerca de 120  g de potássio. [53] O corpo tem tanto potássio quanto enxofre e cloro, e apenas cálcio e fósforo são mais abundantes (com exceção dos onipresentes elementos CHON ). [54] Os íons de potássio estão presentes em uma ampla variedade de proteínas e enzimas. [55]

Função bioquímica

Os níveis de potássio influenciam vários processos fisiológicos, incluindo [56] [57] [58]

  • potencial de membrana celular em repouso e a propagação de potenciais de ação no tecido neuronal, muscular e cardíaco. Devido às propriedades eletrostáticas e químicas, K+
    íons são maiores do que Na+
    íons e canais de íons e bombas nas membranas celulares podem diferenciar entre os dois íons, bombeando ativamente ou passando passivamente um dos dois íons enquanto bloqueia o outro. [59]
  • secreção de hormônio e ação
  • tônus ​​vascular
  • controle de pressão arterial sistêmica
  • motilidade gastrointestinal
  • homeostase ácido-base
  • metabolismo de glicose e insulina
  • ação mineralocorticóide
  • capacidade de concentração renal
  • balanço de fluidos e eletrólitos

Homeostase

A homeostase do potássio denota a manutenção do teor de potássio corporal total, nível de potássio plasmático e a proporção das concentrações de potássio intracelular para extracelular dentro de limites estreitos, em face da ingestão pulsátil (refeições), excreção renal obrigatória e mudanças entre intracelular e extracelular compartimentos.

Níveis de plasma

O potássio plasmático é normalmente mantido em 3,5 a 5,0 milimoles (mmol) [ou miliequivalentes (mEq)] por litro por múltiplos mecanismos. Níveis fora dessa faixa estão associados a uma taxa crescente de morte por causas múltiplas, [60] e algumas doenças cardíacas, renais [61] e pulmonares progridem mais rapidamente se os níveis de potássio sérico não forem mantidos dentro da faixa normal.

Uma refeição média de 40–50  mmol apresenta ao corpo mais potássio do que o presente em todo o plasma (20–25  mmol). No entanto, esse pico faz com que o potássio plasmático suba apenas 10%, no máximo, como resultado da eliminação rápida e eficiente por mecanismos renais e extra-renais. [62]

A hipocalemia , uma deficiência de potássio no plasma, pode ser fatal se for grave. As causas comuns são aumento da perda gastrointestinal ( vômitos , diarreia ) e aumento da perda renal ( diurese ). [63] Os sintomas de deficiência incluem fraqueza muscular, íleo paralítico , anormalidades de ECG, diminuição da resposta reflexa; e em casos graves, paralisia respiratória, alcalose e arritmia cardíaca . [64]

Mecanismos de controle

O conteúdo de potássio no plasma é rigidamente controlado por quatro mecanismos básicos, que têm vários nomes e classificações. Os quatro são 1) um sistema de feedback negativo reativo, 2) um sistema de feed-forward reativo, 3) um sistema preditivo ou circadiano e 4) um sistema de transporte interno ou de membrana celular. Coletivamente, os três primeiros às vezes são chamados de "sistema externo de homeostase do potássio"; [65] e os dois primeiros, o "sistema reativo de homeostase do potássio".

  • O sistema de feedback negativo reativo refere-se ao sistema que induz a secreção renal de potássio em resposta a um aumento no potássio plasmático (ingestão de potássio, deslocamento das células ou infusão intravenosa).
  • O sistema de feed-forward reativo refere-se a um sistema não completamente compreendido que induz a secreção renal de potássio em resposta à ingestão de potássio antes de qualquer aumento no potássio plasmático. Isso provavelmente é iniciado pelos receptores de potássio das células intestinais que detectam o potássio ingerido e disparam sinais aferentes vagais para a glândula pituitária.
  • O sistema preditivo ou circadiano aumenta a secreção renal de potássio durante as refeições (por exemplo, durante o dia para humanos, noite para roedores), independentemente da presença, quantidade ou ausência de ingestão de potássio. É mediado por um oscilador circadiano no núcleo supraquiasmático do cérebro (relógio central), que faz com que o rim (relógio periférico) secrete potássio dessa forma circadiana rítmica.
    A ação da bomba sódio-potássio é um exemplo de transporte ativo primário . As duas proteínas transportadoras embutidas na membrana celular à esquerda estão usando ATP para mover o sódio para fora da célula contra o gradiente de concentração; As duas proteínas à direita estão usando o transporte ativo secundário para mover o potássio para a célula. Este processo resulta na reconstituição do ATP.
  • O sistema de transporte de íons move o potássio através da membrana celular usando dois mecanismos. Um é ativo e bombeia sódio e potássio para dentro da célula. O outro é passivo e permite que o potássio saia da célula. Os cátions de potássio e sódio influenciam a distribuição de fluidos entre os compartimentos intracelular e extracelular por forças osmóticas . O movimento do potássio e do sódio através da membrana celular é mediado pela bomba Na + / K + -ATPase . [66] Esta bomba de íons usa ATP para bombear três íons de sódio para fora da célula e dois íons de potássio para dentro da célula, criando um gradiente eletroquímico e força eletromotriz através da membrana celular. Os canais de íon potássio altamente seletivos(que são tetrâmeros ) são cruciais para a hiperpolarização dentro dos neurônios depois que um potencial de ação é disparado, para citar um exemplo. O canal iônico de potássio mais recentemente descoberto é KirBac3.1, que perfaz um total de cinco canais iônicos de potássio (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP e MthK) com uma estrutura determinada. Todos os cinco são de espécies procarióticas . [67]

Filtração, reabsorção e excreção renal

O manuseio renal do potássio está intimamente ligado ao manuseio do sódio. O potássio é o principal cátion (íon positivo) dentro das células animais [150  mmol / L, (4,8  g)], enquanto o sódio é o principal cátion do fluido extracelular [150  mmol / L, (3,345  g)]. Nos rins, cerca de 180  litros de plasma são filtrados pelos glomérulos e para os túbulos renais por dia. [68] Esta filtragem envolve cerca de 600  g de sódio e 33  g de potássio. Uma vez que apenas 1–10  g de sódio e 1–4  g de potássio provavelmente serão substituídos pela dieta, a filtragem renal deve reabsorver com eficiência o restante do plasma.

O sódio é reabsorvido para manter o volume extracelular, a pressão osmótica e a concentração sérica de sódio dentro de limites estreitos. O potássio é reabsorvido para manter a concentração sérica de potássio dentro de limites estreitos. [69] As bombas de sódio nos túbulos renais operam para reabsorver o sódio. O potássio deve ser conservado, mas como a quantidade de potássio no plasma sanguíneo é muito pequena e o pool de potássio nas células é cerca de 30 vezes maior, a situação não é tão crítica para o potássio. Uma vez que o potássio é movido passivamente [70] [71] em contrafluxo para o sódio em resposta a um equilíbrio de Donnan aparente (mas não real) , [72]a urina nunca pode descer abaixo da concentração de potássio no soro, exceto às vezes pela excreção ativa de água no final do processamento. O potássio é excretado duas vezes e reabsorvido três vezes antes que a urina alcance os túbulos coletores. [73] Nesse ponto, a urina geralmente tem aproximadamente a mesma concentração de potássio que o plasma. Ao final do processamento, o potássio é secretado mais uma vez se os níveis séricos estiverem muito elevados. [ citação necessária ]

Sem ingestão de potássio, é excretado em cerca de 200  mg por dia até que, em cerca de uma semana, o potássio no soro declina para um nível levemente deficiente de 3,0–3,5  mmol / L. [74] Se o potássio ainda for retido, a concentração continua a cair até que uma deficiência grave cause a morte. [75]

O potássio se move passivamente pelos poros da membrana celular. Quando os íons se movem através dos transportadores de íons (bombas), há uma porta nas bombas em ambos os lados da membrana celular e apenas uma porta pode ser aberta por vez. Como resultado, aproximadamente 100 íons são forçados por segundo. O canal de íons tem apenas uma porta, e apenas um tipo de íon pode passar, de 10 a 100 milhões de íons por segundo. [76] O cálcio é necessário para abrir os poros, [77] embora o cálcio possa funcionar ao contrário, bloqueando pelo menos um dos poros. [78] Grupos carbonila dentro do poro nos aminoácidos imitam a hidratação da água que ocorre na solução aquosa [79]pela natureza das cargas eletrostáticas em quatro grupos carbonila dentro do poro. [80]

Nutrição

Recomendações dietéticas

A Academia Nacional de Medicina dos EUA (NAM), em nome dos EUA e do Canadá, define os requisitos médios estimados (EARs) e as permissões dietéticas recomendadas (RDAs), ou ingestão adequada (AIs) para quando não há informações suficientes para definir os EARs e RDAs. Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Ingestão Dietética de Referência .

Para homens e mulheres com menos de 9 anos de idade, os IAs para potássio são: 400  mg de potássio para bebês de 0-6 meses, 860  mg de potássio para bebês de 7-12 meses, 2.000  mg de potássio para Crianças de 1-3 anos e 2.300  mg de potássio para crianças de 4-8 anos.

Para homens de 9 anos de idade ou mais, os IAs para potássio são: 2.500  mg de potássio para homens de 9 a 13 anos, 3.000  mg de potássio para homens de 14 a 18 anos e 3.400  mg para homens que são 19 anos de idade e mais velhos.

Para mulheres de 9 anos de idade ou mais, os IAs para potássio são: 2.300  mg de potássio para mulheres de 9 a 18 anos e 2.600  mg de potássio para mulheres com 19 anos de idade ou mais.

Para mulheres grávidas e lactantes, os IAs para potássio são: 2.600  mg de potássio para mulheres grávidas de 14-18 anos, 2.900  mg para mulheres grávidas com 19 anos de idade ou mais; além disso, 2.500  mg de potássio para mulheres lactantes de 14-18 anos e 2.800  mg para mulheres lactantes com 19 anos de idade ou mais. Quanto à segurança, o NAM também define níveis de ingestão superior toleráveis (ULs) para vitaminas e minerais, mas para o potássio a evidência foi insuficiente, portanto, nenhum UL foi estabelecido. [81] [82]

Em 2004, a maioria dos adultos americanos consumia menos de 3.000  mg. [83]

Da mesma forma, na União Europeia , em particular na Alemanha e na Itália , a ingestão insuficiente de potássio é algo comum. [84] O Serviço Nacional de Saúde Britânico recomenda uma ingestão semelhante, dizendo que os adultos precisam de 3.500  mg por dia e que quantidades excessivas podem causar problemas de saúde, como dor de estômago e diarreia. [85]

Anteriormente, a ingestão adequada para adultos era fixada em 4.700 mg por dia. Em 2019, as Academias Nacionais de Ciências, Engenharia e Medicina revisaram o IA para potássio para 2.600 mg / dia para mulheres com 19 anos ou mais e 3.400 mg / dia para homens com 19 anos ou mais. [86]

Fontes de alimentos

O potássio está presente em todas as frutas, vegetais, carnes e peixes. Alimentos com altas concentrações de potássio incluem inhame , salsa , damasco seco , leite , chocolate , todas as nozes (especialmente amêndoas e pistache ), batata , broto de bambu , banana , abacate , água de coco , soja e farelo . [87]

O USDA lista extrato de tomate , suco de laranja , folhas de beterraba , feijão branco , batata , banana , banana , damasco e muitas outras fontes dietéticas de potássio, classificados em ordem decrescente de acordo com o teor de potássio. O potássio de um dia está em 5 plátanos ou 11 bananas. [88]

Ingestão deficiente

Dietas com baixo teor de potássio podem causar hipertensão [89] e hipocalemia .

Suplementação

Suplementos de potássio são mais amplamente usados ​​em conjunto com diuréticos que bloqueiam a reabsorção de sódio e água a montante do túbulo distal ( tiazidas e diuréticos de alça ), porque isso promove aumento da secreção tubular de potássio distal, com consequente aumento da excreção de potássio. Uma variedade de suplementos de prescrição e de venda livre estão disponíveis. O cloreto de potássio pode ser dissolvido em água, mas o sabor salgado / amargo torna os suplementos líquidos intragáveis. [90] Doses típicas variam de 10  mmol (400  mg) a 20  mmol (800 mg). O potássio também está disponível em comprimidos ou cápsulas, que são formulados para permitir que o potássio se escoe lentamente para fora de uma matriz, uma vez que concentrações muito altas de íon potássio que ocorrem adjacentes a um comprimido sólido podem lesar a mucosa gástrica ou intestinal. Por esse motivo, as pílulas de potássio sem receita são limitadas por lei nos Estados Unidos a um máximo de 99  mg de potássio. [ citação necessária ]

Uma vez que os rins são o local de excreção de potássio, os indivíduos com função renal prejudicada correm o risco de hipercalemia se o potássio e os suplementos dietéticos não forem restritos. Quanto mais grave o comprometimento, mais grave é a restrição necessária para evitar a hipercalemia. [ citação necessária ]

Uma meta-análise concluiu que um  aumento de 1640 mg na ingestão diária de potássio foi associado a um risco 21% menor de acidente vascular cerebral. [91] O cloreto de potássio e o bicarbonato de potássio podem ser úteis para controlar a hipertensão leve . [92] Em 2017, o potássio era o 37º medicamento mais comumente prescrito nos Estados Unidos, com mais de 19 milhões de prescrições. [93] [94]

Detecção por papilas gustativas

O potássio pode ser detectado pelo paladar porque desencadeia três dos cinco tipos de sensações gustativas, de acordo com a concentração. Soluções diluídas de íons de potássio têm gosto doce, permitindo concentrações moderadas no leite e sucos, enquanto concentrações mais altas tornam-se cada vez mais amargas / alcalinas e, finalmente, também salgadas ao paladar. O amargor e o sal combinados das soluções com alto teor de potássio tornam a suplementação de potássio em altas doses por bebidas líquidas um desafio de palatabilidade. [90] [95]

Produção comercial

Mineração

Sylvite do Novo México
Monte Kali , uma pilha de resíduos de mineração e beneficiamento de potássio em Hesse, Alemanha , consistindo principalmente de cloreto de sódio .

Os sais de potássio tais como carnalite , langbeinite , polyhalite , e silvite forma extensiva evaporíticos depósitos no fundo de lagos antigos e fundos marinhos , [34] fazendo a extracção de sais de potássio nestes ambientes comercialmente viáveis. A principal fonte de potássio - potássio - é extraído em Canadá , Rússia , Belarus , Cazaquistão , Alemanha , Israel , Estados Unidos , Jordânia e em outros lugares ao redor do mundo. [96] [97][98] Os primeiros depósitos minerados estavam localizados perto de Staßfurt, Alemanha, mas os depósitos abrangem desde a Grã - Bretanha, passandopela Alemanha e chegando à Polônia. Eles estão localizados no Zechstein e foram depositados no médio ao final do Permiano . Os maiores depósitos já encontrados encontram-se 1.000 metros (3.300 pés) abaixo da superfície da província canadense de Saskatchewan . Os depósitos estão localizados no Elk Point Group, produzido no Devoniano Médio . Saskatchewan, onde várias grandes minas operaram desde 1960, foi pioneira na técnica de congelamento de areias úmidas (a formação Blairmore) para conduzir poços de mina através delas. A principal empresa de mineração de potássio em Saskatchewan até sua fusão era aPotash Corporation of Saskatchewan , agora Nutrien . [99] A água do Mar Morto é usada por Israel e Jordânia como fonte de potássio, enquanto a concentração nos oceanos normais é muito baixa para a produção comercial a preços atuais. [97] [98]

Extração química

Vários métodos são usados ​​para separar os sais de potássio dos compostos de sódio e magnésio. O método mais usado é a precipitação fracionada usando as diferenças de solubilidade dos sais. A separação eletrostática da mistura de sal moído também é usada em algumas minas. Os resíduos de sódio e magnésio resultantes são armazenados no subsolo ou empilhados em pilhas de escória . A maior parte do mineral de potássio extraído acaba na forma de cloreto de potássio após o processamento. A indústria mineral se refere ao cloreto de potássio como potássio, muriato de potássio ou simplesmente MOP. [35]

O potássio metálico puro pode ser isolado por eletrólise de seu hidróxido em um processo que mudou pouco desde que foi usado pela primeira vez por Humphry Davy em 1807. Embora o processo de eletrólise tenha sido desenvolvido e usado em escala industrial na década de 1920, o método térmico pela reação de sódio com cloreto de potássio em uma reação de equilíbrio químico tornou-se o método dominante na década de 1950.

A produção de ligas de sódio e potássio é realizada alterando o tempo de reação e a quantidade de sódio utilizada na reação. O processo Griesheimer que emprega a reação de fluoreto de potássio com carboneto de cálcio também foi usado para produzir potássio. [35] [100]

Na + KCl → NaCl + K (método térmico)                    
2 KF + CaC
2
→ 2 K + CaF
2
+ 2 C (processo Griesheimer)   

O potássio metálico grau reagente custa cerca de US $ 10,00 / libra (US $ 22 / kg ) em 2010 quando comprado por tonelada . O metal de menor pureza é consideravelmente mais barato. O mercado é volátil porque o armazenamento de longo prazo do metal é difícil. Deve ser armazenado em uma atmosfera de gás inerte seco ou óleo mineral anidro para evitar a formação de uma camada superficial de superóxido de potássio , um explosivo sensível à pressão que detona quando riscado. A explosão resultante geralmente inicia um incêndio difícil de extinguir. [101] [102]

Identificação de cátions

O potássio agora é quantificado por técnicas de ionização, mas antes era quantificado por análise gravimétrica .

Os reagentes usados ​​para precipitar os sais de potássio incluem tetrafenilborato de sódio , ácido hexacloroplatínico e cobaltinitrito de sódio em, respectivamente , tetrafenilborato de potássio , hexacloroplatinato de potássio e cobaltinitrito de potássio . [49] A reação com cobaltinitrito de sódio é ilustrativa:

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

O cobaltinitrito de potássio é obtido como um sólido amarelo.

Usos comerciais

Fertilizante

Sulfato de potássio / fertilizante de sulfato de magnésio

Os íons de potássio são um componente essencial da nutrição das plantas e são encontrados na maioria dos tipos de solo . [10] Eles são usados ​​como fertilizantes na agricultura , horticultura e cultura hidropônica na forma de cloreto (KCl), sulfato ( K
2
TÃO
4
), ou nitrato ( KNO
3
), representando o 'K' em 'NPK' . Os fertilizantes agrícolas consomem 95% da produção química global de potássio e cerca de 90% desse potássio é fornecido como KCl. [10] O teor de potássio da maioria das plantas varia de 0,5% a 2% do peso colhido das safras, convencionalmente expresso como quantidade de K
2
O
. A agricultura moderna de alto rendimento depende de fertilizantes para repor o potássio perdido na colheita. A maioria dos fertilizantes agrícolas contém cloreto de potássio, enquanto o sulfato de potássio é usado para plantações sensíveis a cloreto ou que precisam de maior teor de enxofre. O sulfato é produzido principalmente pela decomposição dos minerais complexos cainita ( MgSO
4
· KCl · 3H
2
O
) e langbeinito ( MgSO
4
· K
2
TÃO
4
) Apenas alguns fertilizantes contêm nitrato de potássio. [103] Em 2005, cerca de 93% da produção mundial de potássio foi consumida pela indústria de fertilizantes. [98] Além disso, o potássio pode desempenhar um papel fundamental na ciclagem de nutrientes, controlando a composição da cama. [104]

Uso médico

O potássio, na forma de cloreto de potássio, é usado como medicamento para tratar e prevenir o nível baixo de potássio no sangue . [105] Potássio baixo no sangue pode ocorrer devido a vômitos , diarreia ou certos medicamentos. [106] É administrado por injeção lenta na veia ou pela boca. [107]

Aditivos alimentares

Tartarato de sódio e potássio ( KNaC
4
H
4
O
6
, Sal de Rochelle ) é um constituinte principal de algumas variedades de fermento em pó ; também é usado no prateamento de espelhos. Bromato de potássio ( KBrO
3
) é um oxidante forte (E924), usado para melhorar a resistência da massa e a altura de crescimento. Bissulfito de potássio ( KHSO
3
) é usado como conservante de alimentos, por exemplo, na fabricação de vinho e cerveja (mas não em carnes). Também é utilizado no branqueamento de tecidos e palha e no curtimento de couros . [108] [109]

Industrial

Os principais produtos químicos de potássio são hidróxido de potássio, carbonato de potássio, sulfato de potássio e cloreto de potássio. Megatons desses compostos são produzidos anualmente. [110]

O hidróxido de potássio KOH é uma base forte, usada na indústria para neutralizar ácidos fortes e fracos , controlar o pH e fabricar sais de potássio . Também é usado para saponificar gorduras e óleos , em limpadores industriais e em reações de hidrólise , por exemplo de ésteres . [111] [112]

Nitrato de potássio ( KNO
3
) ou o salitre é obtido a partir de fontes naturais, como guano e evaporitos, ou fabricado pelo processo Haber ; é o oxidante da pólvora ( pólvora negra ) e um importante fertilizante agrícola. O cianeto de potássio (KCN) é usado industrialmente para dissolver cobre e metais preciosos, em particular prata e ouro , formando complexos . Suas aplicações incluem mineração de ouro , galvanoplastia e eletroformação desses metais ; também é usado emsíntese orgânica para fazer nitrilos . Carbonato de potássio ( K
2
CO
3
ou potássio) é utilizado na fabricação de vidro, sabão, tubos de TV em cores, lâmpadas fluorescentes, tintas têxteis e pigmentos. [113] Permanganato de potássio ( KMnO
4
) é uma substância oxidante, branqueadora e purificadora, utilizada para a produção de sacarina . Clorato de potássio ( KClO
3
) é adicionado a fósforos e explosivos. O brometo de potássio (KBr) era usado antigamente como sedativo e na fotografia. [10]

Cromato de potássio ( K
2
CrO
4
) é usado em tintas , corantes , manchas (cor vermelho-amarelado brilhante); em explosivos e fogos de artifício ; no curtimento de couro, em papel mosca e fósforos de segurança , [114] mas todos esses usos se devem à química do íon cromato , e não ao íon potássio. [115]

Nicho usa

Existem milhares de usos de vários compostos de potássio. Um exemplo é o superóxido de potássio , KO
2
, um sólido laranja que atua como uma fonte portátil de oxigênio e um absorvedor de dióxido de carbono. É amplamente utilizado em sistemas de respiração em minas, submarinos e espaçonaves por consumir menos volume do que o oxigênio gasoso. [116] [117]

4 KO 
2
+ 2 CO 
2
→ 2 K 
2
CO
3
+ 3 O 
2

Outro exemplo é cobaltinitrito de potássio , K
3
[Co (NÃO
2
)
6
]
, que é usado como pigmento artístico sob o nome de Aureolin ou Amarelo Cobalto. [118]

Os isótopos estáveis ​​de potássio podem ser resfriados a laser e usados ​​para sondar problemas fundamentais e tecnológicos da física quântica . Os dois isótopos bosônicos possuem ressonâncias de Feshbach convenientes para permitir estudos que requerem interações sintonizáveis, enquanto 40 K é um dos únicos dois férmions estáveis entre os metais alcalinos. [119]

Usos de laboratório

Uma liga de sódio e potássio, o NaK é um líquido usado como meio de transferência de calor e um dessecante para a produção de solventes secos e sem ar . Também pode ser usado na destilação reativa . [120] A liga ternária de 12% Na, 47% K e 41% Cs tem o ponto de fusão mais baixo de -78  ° C de qualquer composto metálico. [17]

O potássio metálico é usado em vários tipos de magnetômetros . [121]

Precauções

Potássio
Perigos
Pictogramas GHS GHS02: InflamávelGHS05: Corrosivo
Palavra-sinal GHS Perigo
H260 , H314
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422 [122]
NFPA 704 (diamante de fogo)
3
3
2

O potássio metálico pode reagir violentamente com a água, produzindo hidróxido de potássio (KOH) e gás hidrogênio .

2 K (s) + 2 H
2
O
(l) → 2 KOH (aq) + H
2
↑ (g)
Uma reação de potássio metálico com água. O hidrogênio é produzido e, com o vapor de potássio, queima uma chama rosa ou lilás. O hidróxido de potássio fortemente alcalino é formado em solução.

Esta reação é exotérmica e libera calor suficiente para inflamar o hidrogênio resultante na presença de oxigênio. O potássio em pó fino inflama no ar à temperatura ambiente. O metal a granel se inflama no ar se aquecido. Como sua densidade é de 0,89  g / cm 3 , a queima do potássio flutua na água que o expõe ao oxigênio atmosférico. Muitos agentes extintores de incêndio comuns, incluindo água, são ineficazes ou agravam o incêndio com potássio. Nitrogênio , argônio , cloreto de sódio (sal de cozinha), carbonato de sódio (carbonato de sódio) e dióxido de silício (areia) são eficazes se estiverem secos. Alguma Classe Dextintores de pó seco projetados para incêndios em metais também são eficazes. Esses agentes privam o fogo de oxigênio e resfriam o potássio metálico. [123]

Durante o armazenamento, o potássio forma peróxidos e superóxidos. Esses peróxidos podem reagir violentamente com compostos orgânicos , como óleos. Tanto os peróxidos quanto os superóxidos podem reagir de forma explosiva com o potássio metálico. [124]

Como o potássio reage com o vapor de água no ar, ele geralmente é armazenado sob óleo mineral anidro ou querosene. Ao contrário do lítio e do sódio, no entanto, o potássio não deve ser armazenado em óleo por mais de seis meses, a menos que em uma atmosfera inerte (sem oxigênio) ou sob vácuo. Após armazenamento prolongado no ar, peróxidos perigosos e sensíveis ao choque podem se formar no metal e sob a tampa do recipiente, e podem detonar ao abrir. [125]

A ingestão de grandes quantidades de compostos de potássio pode levar à hipercalemia , influenciando fortemente o sistema cardiovascular. [126] [127] O cloreto de potássio é usado nos Estados Unidos para execuções por injeção letal . [126]

Veja também

Referências

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    La dénomination de Potasche(potasse) que la nouvelle nomenclature françoise a consacrée comme nom de tout le gênero, ne sauroit faire fortune auprès des chimistes allemands, qui sentent à quel point la dérivation étymologique en est vicieuse. Elle prémio est en effet de ce qu'anciennement em si servoit pour la calcinação des lessives concentrées des cendres, de panelas de fer ( pott en dialecte de la Basse-Saxe) auxquels sobre um substitué depuis des quatros um calcinador.
    Je propõe donc ici, de substituer aux mots usités jusqu'ici d'alcali des plantes, alcali végétal, potasse, etc. celui de kali , e de revenir à l'ancienne dénomination de natron , au lieu de dire alcali mineral, soude & c."
    (Este álcali [isto é, potássio] - [que], portanto, não pode mais ser visto como um produto do crescimento das plantas - ocupa um lugar adequado na série originalmente simples do reino mineral, e torna-se necessário atribuir-lhe um nome que é mais adequado à sua natureza.
    O nome de "potássio" ( potasse ), que a nova nomenclatura francesa concedeu como o nome de toda a espécie [ou seja, substância], não encontraria aceitação entre os químicos alemães, que acreditam até certo ponto [que] a derivação etimológica dele é falha. Na verdade, é tirado [dos vasos] aquele anteriormente usado para a torrefação de sabão em pó concentrado de cinzas: potes de ferro ( pott no dialeto da Baixa Saxônia), para os quais torrefação fornos foram substituídos desde então.
    Assim, agora proponho substituir as palavras até agora comuns de "álcali vegetal", "álcali vegetal", "potássio", etc., por kali  ; e voltar ao antigo nome de natrão em vez de dizer "mineral alcalino", "refrigerante", etc.)
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Bibliografia

links externos

  • "Potássio" . Portal de informações sobre medicamentos . Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA.