Le potassium est l'élément chimique de numéro atomique 19, de symbole K. C’est un métal alcalin mou, d’aspect blanc métallique, légèrement bleuté, que l’on trouve naturellement lié à d’autres éléments dans l’eau de mer et dans de nombreux minéraux. Il s’oxyde rapidement au contact de l’air et réagit violemment avec l’eau. Il ressemble chimiquement au sodium.

Histoire

Le potassium a été découvert en 1807 par Sir Humphry Davy, qui l’obtient par électrolyse d’hydroxyde de potassium ; c'est d'ailleurs le premier métal isolé par électrolyse. C'est aussi Davy qui forge le mot potassium, à partir du mot potasse (nom de l'hydroxyde de potassium à l'époque) et du suffixe -ium.

Le symbole K fait référence au latin kalium, lui-même forgé à partir de l’arabe al-qalyah — القَلْيَة (« cendre de plantes »). Potassium se dit aussi kalium en allemand et dans d’autres langues germaniques.

En analyse biologique

Le taux sanguin de potassium est appelé kaliémie. Dans le sang d'un adulte de poids moyen à jeun, il doit être compris entre 3,5 et 4,5 mmol/L

Caractéristiques

Caractéristiques chimiques

Perles de potassium dans de l'huile de paraffine.

Le potassium est un solide mou que l'on peut couper facilement à l’aide d’un couteau. Les surfaces fraîchement tranchées 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 de dihydrogène. Lorsqu’il est plongé dans l’eau, il réagit violemment en produisant du dihydrogène qui peut s’enflammer, voire détoner, en présence d’oxygène et d’une source de chaleur.

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

Caractéristiques physiques

Allié au sodium le potassium constitue le mélange NaK utilisé comme caloporteur dans les échanges thermiques. Le mélange 78 % K et 22 % Na a une température de fusion de -12,6 et bout à 785 °C facilitant ainsi l'exploitation de la boucle fluide et prévenant le risque de gel.

Coefficient de dilatation à 25 °C = 83×10 K

Évaluation de la masse volumique du solide: ρ = 890 /(1+0,000 083⋅(t-25)) ; avec ρ en kg/m et t en °C

Corrélation pour la masse volumique du liquide: ρ = 839,853 - 0,222 ⋅ t ; avec ρ en kg/m et t en °C ; applicable entre 100 et 600 °C

Corrélation pour la valeur de Cp du solide: Cp = 0,709 16 + 0,002 076 6 ⋅ t ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 0 et 60 °C

Corrélation pour la valeur de Cp du liquide: Cp = 0,950 054 - 0,000 488 51 ⋅ t + 0,000 000 314 284 ⋅ t ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 70 et 600 °C

Corrélation pour la viscosité dynamique du liquide: μ = - 0,000 000 013 350 779 ⋅ t + 0,000 014 391 07 ⋅ t - 0,005 149 607 1 ⋅ t + 0,8329122 ; avec μ en mkg/(m⋅s) et t en °C ; applicable entre 70 et 600 °C

Isotopes

Le potassium possède 24 isotopes connus de nombre de masse variant entre 32 et 55, ainsi que quatre isomères nucléaires.

Le potassium est présent dans la nature sous la forme de trois isotopes : K (93,26 %) et K (6,73 %) tous deux stables, et un radioisotope à longue durée de vie (demi-vie de 1,248 milliard d'années), K (0,01167 %). Les autres radioisotopes du potassium ont tous une demi-vie inférieure à une journée, et pour la plupart d'entre eux inférieure à une minute.

La masse atomique standard du potassium est de 39,0983(1) u

Le K se désintègre :

par émission β en Ca (88,8 %)

par capture électronique (11,2 %) et par émission β (très rare) en Ar ;

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

L'ion potassium

L'ion K est un gros cation (~140 pm) peu coordinant, et donc difficile à précipiter en solution aqueuse. Cependant le perchlorate de potassium KClO4 est peu soluble dans l'eau (7 g/L à 0 °C, 20 g/L à 25 °C). 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 sept éléments les plus abondants.

Le potassium n’est pas un élément natif. Il est obtenu principalement à partir de l’hydroxyde de potassium par un procédé d'électrolyse en voie sèche fondue dont le principe a très peu changé depuis sa découverte par Sir Davy.

Des minéraux tels que la carnallite KMgCl3·6H2O, la langbeinite K2Mg2(SO4)3, la polyhalite K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O, et la sylvine KCl, que l’on trouve au fond des anciens lacs et mers sont des minerais importants de potassium, et permettent son exploitation économique.

Les principaux gisements de potassium sont situés en Saskatchewan, en Biélorussie, en Russie (voir la société Uralkali), au Nouveau-Mexique, en Californie et en Utah, ainsi qu'en Alsace et Allemagne.

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 chlorure de potassium (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).

L’alliage NaK est utilisé dans les transferts de chaleur : le potassium, comme le sodium, est un excellent conducteur 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 (voir Rôle du potassium dans la fertilisation). Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voir Pompe sodium-potassium).

Ses principaux composés :

l’hydroxyde de potassium plus connu sous le nom de potasse caustique ou potasse, et utilisé pour la fabrication de produits détergents ;

le chlorure de potassium est utilisé comme substitut du sel alimentaire, en perfusion à l’hôpital pour compenser une carence à l’origine de troubles du rythme cardiaque. À trop fortes doses, il peut arrêter le cœur : c’est le cas dans les injections à but létal ;

le nitrate de potassium est le salpêtre ou nitre, utilisé dans la poudre à canon ;

le carbonate de potassium est utilisé dans la fabrication du verre et est le principal constituant de la potasse (fertilisant) ;

dans les engrais NPK (azote-phosphore-potassium) ;

autres sels importants de potassium : le bromure de potassium, l’iodure de potassium, le phosphate de potassium, le sulfate de potassium, le bisulfite de potassium.

le bromure de potassium,

l’iodure de potassium,

le phosphate de potassium,

le sulfate de potassium,

le bisulfite de potassium.

Aspects médicaux

Précautions

Le potassium sous forme de métal réagit violemment avec l’eau. Sa réaction avec l’eau est d’ailleurs bien plus forte que celle du sodium dans un milieu aqueux. 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. Dans les échantillons destinés aux expériences de laboratoire scolaires et universitaires il est fourni en flacons sous forme d’olives pour éviter – en cas de doute sur une étiquette endommagée – de le confondre avec le sodium.

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 extracellulaire. 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 3,5 à 5,5 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. L'apport quotidien chez l'adulte se situe normalement entre 60 et 120 mmol par jour.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 :

les pois secs (930 mg/100 g)

les lentilles (837 mg/100 g)

le pruneau (732 mg/100 g)

les amandes (728 mg/100 g)

les châtaignes (600 mg/100 g)

le radis noir (554 mg/100g)

l’avocat (485 mg/100 g)

les épinards (466 mg/100 g)

la pomme de terre (379 mg/100 g)

les tubercules en général le céleri-rave le navet

le céleri-rave

le navet

la banane (358 mg/100 g)

le kiwi (270 mg/100 g)

la carotte (320 mg/100 g)

le melon (300 mg/100 g

la tomate (280 mg/100 g)

le potiron (223 mg/100 g)

le jus d’orange (200 mg/100 g).

Radioactivité dans le corps humain due au K

Dose toxique

Le potassium peut avoir des effets quand il est respiré. L’inhalation peut irriter les yeux, le nez, la gorge, les poumons avec l’éternuement, la toux et la gorge endolorie. Des expositions plus élevées peuvent causer une accumulation de liquide dans les poumons, ceci pouvant causer la mort. Le contact avec la peau et l’œil peut causer des brûlures graves menant à des dommages permanents.

Quand les reins fonctionnent mal, il y a une accumulation de potassium ce qui peut entraîner une perturbation des battements du cœur. Au-delà de 25 mg/kg de masse corporelle, le potassium est toxique. En intraveineuse, la dose létale pour un humain est d'environ 30 à 35 mg/kg. Un surdosage en potassium provoque l’hyperkaliémie, alors qu’une carence en potassium provoque l’hypokaliémie. L’hyperkaliémie découle le plus souvent des insuffisances rénales très avancées (le rein n’excrète plus le potassium, et il va donc augmenter) alors qu'il est quasi impossible d’avoir une hyperkaliémie quand les reins fonctionnent normalement. On traite l’hyperkaliémie par des perfusions de bicarbonates (on alcalinise le sang), jusqu’aux cas les plus extrêmes où l’on effectue une hémodialyse (rein artificiel)… Un arrêt cardiaque peut survenir surtout si les changements de la kaliémie ont été brusques. Il existe des manifestations avant-coureuses : des troubles du rythme cardiaque, des troubles digestifs (hypokaliémie seulement), des douleurs musculaires (hypokaliémie seulement).

钾（拉丁语：Kalium，化学符号：K）是原子序数为19的化学元素，银白色有光泽的1A族碱金属元素，质软，和钠的化学性质相似但更活泼。

性质

钾的熔点、硬度低，比钠更活泼，在空气中很快氧化。钾的密度小于水，大于煤油。钾和水会产生剧烈反应（产生高温使自己熔成一个银白色的球，释放大量氢，使金属球在水面高速移动，氢气燃烧，可以看到紫蓝色的火焰）生成氢氧化钾。钾可以和卤族、氧族元素反应，还可以使其他金属的盐类还原（熔融状态下），对有机物有很强的还原作用。 容易与氧反应 在表面形成紫色的氧化钾 钾为爆炸性和易燃的物质，一般以汽油或煤油封存。

发现

1807年由英国化学家戴维首次用电解法从熔融氢氧化钾中制得金属钾，并定名。

名称由来

拉丁语：kalium，这个单字不存在于古典拉丁语中，这是由永斯·贝采利乌斯创造的新拉丁文名词。这个名词起源于阿拉伯语：القَلْيَه‎（al-qalyah），本义为植物灰烬。qaly是刺沙蓬一类的植物，古人焚烧这种植物，从灰烬中可以的得到不纯的钾盐和钠盐混合物，进而和石灰水反映可以得到强碱溶液。这个阿拉伯名词传入欧洲后，被拼为alkali，意为碱。永斯·贝采利乌斯以此命名钾为kalium。 钾英文名「potassium」则由「Potash」衍生而来。当时的人们焚烧木材，其灰烬用水浸泡，取上清液，在铜锅里煮沸除去水分，可得不纯的钾盐混合物，称为Potash（Pot-Ashes：pot锅，ash灰烬）。戴维使用的氢氧化钾就是从Potash转化而来的，因此将钾命名为potassium。

分布

钾在自然界中只以化合物形式存在。在云母、钾长石等硅酸盐中都富含钾。钾在地壳中的含量约为2.09%，居第八位。在海水中以钾离子的形式存在，含量约为0.1%。钾在海水中含量比钠离子少的原因是由于被土壤和植物吸收多。在动植物体内也含有钾。正常人体内约含钾175克，其中98%的钾贮存于细胞液内，是细胞内最主要的阳离子。

制备

这种元素通过将其常见的氢氧化物进行电解而得到。将氢氧化钾与卤化物进行熔融电解，再经真空蒸馏制得。 早期，由法国化学家给吕萨克和泰纳尔发明的隔绝空气加强热于碳酸钾、碳粉、铁粉、明矾混合物的方法也被用于制备粗钾，并被用于当时的一种打火机中。

同位素

已发现的钾的同位素共有16种，包括钾35至钾50，其中只有钾39和钾41是稳定的，其他同位素都带有放射性。

应用

钾主要用作还原剂及用于合成中。钾的化合物在工业上用途很广。钾盐可以用于制造化肥及肥皂。钾对动植物的生长和发育起很大作用，是植物生长的三大营养元素之一。 钾金属在工业上可作为较强的还原剂。钠钾合金在一些特殊冷却设备中作为热传导的媒介。

对人体的影响

家族性低血钾周期性无力症（familial hypokalemic periodic paralysis），为自体显性遗传疾病，相当罕见。突变的基因CACNL1A3是一种钙离子信道。疾病的特征是突然发生的肌肉麻痹与血清钾浓度<2.5meq/L。血钾减少的原因可能是大量摄取碳水化合物或钠离子而诱发，会在24小时内自然消退，但有时会引起致命性心率不整。

李德尔氏综合征（Liddle's syndrome）为隐性遗传疾病。此遗传异常会因为矿物皮质醛酮增高，影响到肾脏离子输送活性，刺激集尿管细胞对钠离子的再吸收，造成代谢性碱中毒和低血钾。

巴特氏症候群（Bartter's syndrome）为亨利氏环（loop of Henle）和近曲小管的钠运输蛋白（chloride-associated sodium transporters）失去活性或功能。

吉特曼氏综合症（Gitelman's syndrome）是肾脏远曲小管（distal convoluted tubule）钠运输蛋白失去活性或功能。

LCCN: sh85105593

GND: 4139553-0

BNF: cb121440770（数据）

NDL: 00565080

↑ 夏征农、陈至立 (编). 《辞海》第六版彩图本. 上海: 上海辞书出版社. 2009年: 第3227页. ISBN 9787532628599.

↑ Institute of Medicine（2005）Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 186-268. National Academy Press, ISBN 978-0-309-53049-1

↑ http://www.cgb.com.tw/j2j0/cus/cus1/hel/hel4/40003.jsp

↑ http://www.labmed.org.tw/publish02_1.ASP?mno=280

↑ http://www.cgb.com.tw/j2j0/cus/cus1/hel/hel4/40003.jsp

↑

↑