Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Potas

Wstęp

Potas jest pierwiastkiem chemicznym o liczbie atomowej 19, położonym w 1(IA) grupie układu okresowego (grupa litowców). Atomy litowców zawierają jeden elektron walencyjny w stanie normalnym na orbitalu s. Niska wartość pierwszej energii jonizacji świadczy o  tym, że elektron ten jest słabo związany. Z niską energią jonizacji i dużym promieniem atomowym związana jest mała wartość elektroujemności. Łatwość z jaką litowce oddają elektrony i przechodzą w stan jonowy ma odbicie także w silnie ujemnych potencjałach normalnych tych metali.


Symbol
K
Nazwa w jęz. angielskim
potassium
Nazwa w jęz. łacińskim
kalium
Stan skupienia
ciało stałe
Charakter chemiczny
metal
Liczba atomowa
19
Masa atomowa [u]
39,098
Numer grupy, okres, blok energetyczny
1 (IA), 4, s
Wartościowość
I
Konfiguracja elektronowa uproszczona
[Ar]4s1
Elektroujemność wg Paulinga
0,8
Temperatura topnienia [oC]
63,7
Temperatura wrzenia [oC]
760
Gęstość  [g/cm3]
0,86

Odkrycie

Związki potasu znane były już w starożytności w postaci produktu otrzymanego przez ługowanie popiołu drzewnego wodą, odparowanie roztworu i prażenie pozostałości (produkt zawierał głównie potaż K2CO3). Arabowie i średniowieczni alchemicy przerabiali potaż na potaż żrący KOH za pomocą zasady wapniowej:

\(K_2CO_3 + Ca(OH)_2  \rightarrow 2KOH + CaCO_3↓\)

W 1807 r. w postaci metalicznej potas otrzymał Humphry Davy podczas elektrolizy stopionego KOH.

Występowanie w przyrodzie

Nie występuje w stanie wolnym i jego zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 2,4%. Występuje głównie w postaci glinokrzemianów, np. ortoklazu K[AlSi3O8]. Najważniejsze minerały potasu to: karnalit KCl · MgCl2 · 6H2O, sylwin KCl, kainit KCl · MgSO4 · 3H2O, saletra potasowa (indyjska) KNO3, polihalit K2SO4 · MgSO4 ·  2CaSO4, langbeinit (langbainit) K2SO4 · 2MgSO4. Łatwo rozpuszczalne związki potasu, powstające w procesie powolnego rozkładu minerałów pod wpływem czynników atmosferycznych są adsorbowane przez glebę. Potas zawarty w glebie jest pobierany przez rośliny, dla których jest niezbędny do prawidłowego rozwoju. W wodzie morskiej jego zawartość wynosi ok. 400 ppm. Potas jest makroelementem niezbędnym do życia dla wszystkich organizmów żywych. W organizmie człowieka w formie związków chemicznych występuje ok. 150 g potasu.

Otrzymywanie

Metaliczny potas otrzymuje się w wyniku:
  • elektrolizy stopionych wodorotlenków lub stopionych bezwodnych soli (najczęściej chlorków),
  • prażenia karbidu (węglik wapnia) z fluorkiem potasowym,
  • działania sodem na ciekły KCl lub KOH.

Na skalę techniczną spośród litowców wytwarza się jedynie sód.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Potas jest najlżejszym ze znanych metali. Można go kroić nożem, a świeżo po przekrojeniu ma barwę srebrzystobiałą. Pary potasu barwią płomień na fioletowo (obserwację należy prowadzić przez szkło kobaltowe).

Potas jest jednowartościowym pierwiastkiem, wystepującym na stopniu utlenienia +1. Jest to jeden z najaktywniejszy metali, o silnych właściwościach redukujących. Reaguje bezpośrednio z wodorem, tworząc wodorek potasu, a także z fluorowcami i siarką. Z wodą reaguje gwałtownie wydzielając wodór i mocną zasadę:

\(K + H_2O \rightarrow 2KOH  + H_2↑\)

Spalany w nadmiarze tlenu tworzy żółty ponadtlenek potasu KO2. W temp. pokojowej na powietrzu pokrywa się warstwą K2O. Potas rozpuszcza się bardzo gwałtownie w kwasach tworząc odpowiednie sole z wydzieleniem wodoru. Należy go przechowywać w oleju parafinowym lub nafcie.

Zastosowanie

Zastosowanie potasu jest ograniczone ze względu na jego znaczną reaktywność oraz wysoką cenę. Ciekły potas znajduje zastosowanie jako ciecz chłodząca w reaktorach jądrowych oraz w syntezach organicznych jako reduktor. Izotop promieniotwórczy 40K znalazł zastosowanie w badaniach chemicznych i biologicznych.

Wodorotlenek potasu stosowany jest jako środek osuszający oraz do produkcji miękkich mydeł. Chlorek potasu jest podstawowym surowcem do otrzymywania innych związków potasu a także stosowany jako nawóz mineralny. Azotan potasu stanowi cenny nawóz mineralny oraz składnik prochu strzelniczego. Węglan potasu wykorzystuje się w przemyśle mydlarskim, w farbiarstwie oraz do produkcji trudno topliwego szkła potasowego. Wodorosiarczan potasu po ogrzaniu przechodzi w pirosiarczan, który jest dobrym rozpuszczalnikiem tlenków metali ciężkich.

Izotopy

Naturalny potas składa się z trzech izotopów: 39K (93,2581%), 40K (0,0117%), 41K (6,7302%). Izotop 40K jest słabo promieniotwórczy (T1/2=1,32 · 109 lat) i rozpada się w dwojaki sposób: 88% atomów ulega rozpadowi β- tworząc 40Ca, rozpad 12% atomów polega na wychwycie K i utworzeniu 40Ar. Spośród sztucznych izotopów promieniotwórczych największe znaczenie ma izotop 42K (T1/2=12,52 lat) stosowany w chemii, medycynie i biologii jako wskaźnik promieniotwórczy.

Związki potasu

Z wodorem potas tworzy wodorek potasu KH, który jest dość trudno topliwy:

\(2K + H_2 \rightarrow 2KH\)

verdana,geneva; font-size: 10pt;">Wodorek potasu reaguje z dwutlenkiem węgla, fluorowcami, na powietrzu pali się energicznie, zaś w stanie rozdrobnienia zapala się samorzutnie.

Wodorotlenek potasu KOH jest białym ciałem stałym, silnie higroskopijnym, bardzo dobrze rozpuszczalnym w wodzie (97 g KOH w 100 g H2O w temp. OoC), łatwo rozpuszcza się w alkoholu. Obecnie otrzymuje się go wyłącznie metodą elektrolizy roztworów chlorku potasu. Stały ług potasowy oraz jego wodne roztwory dobrze chłoną dwutlenek węgla z powietrza oraz innych gazów.

Spośród fluorowców reaguje z chlorem tworząc chlorek potasu KCl, który jest substancją stałą, bezbarwną, krystaliczną, o słonym smaku, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Występuje w przyrodzie w minerałach: sylwinie, kainicie, karnalicie i innych. KCl otrzymuje się w procesie przeróbki mienerałów (karnalit, kainit).

Litowce z siarką tworzą wodorosiarczki, siarczki i wielosiarczki. Siarczek potasu K2S w stanie czystym jest substancją bezbarwną, zanieczyszczony wielosiarczkami  przybiera barwę żółtą, brunatną oraz czerwoną. K2S można otrzymać dodając do roztworu wodorosiarczku potasu odmierzoną ilość wodrotlenku alkalicznego lub redukując siarczan węglem w wysokich temp.:

\(KHS + KOH \rightarrow K_2S + H_2O\)


\(K_2SO_4 + 4C \rightarrow K_2S + 4 CO\)

W wyniku działania tlenu atmosferycznego siarczki alkaliczne utleniają się do tiosiarczanów:

\(2K_2S + 2O_2 + H_2O \rightarrow K_2S_2O_3 + 2KOH\)

Wodorosiarczek potasu KHS powstaje w wyniku nasycenia roztworu wodorotlenku potasu gazowym siarkowodorem:

\(KOH + H_2S \rightarrow KHS + H_2O\)

Podczas gotowania siarczków z siarką elementarną powstają wielosiarczki, zawierające zygzakowate łańcuchy złożone z kilku atomów siarki.

Sole potasu

Azotan potasu KNO3 czyli saletra indyjska, występuje w postaci minerału - nitrokalitu w niewielkich ilościach w krajach tropikalnych o bardzo suchym klimacie. Związek ten otrzymuje się w procesie konwersji saletry chilijskiej polegającym na reakcji podwójnej wymiany:

\(NaNO_3 + KCl \rightarrow KNO_3 + NaCl\)

KNO3 wykazuje silne właściwości utleniające. Ogrzewany oddaje tlen i przechodzi w azotyn:

\(2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2\)

Jeszcze silniejsze ogrzewanie powoduje rozkład azotynu na tlen, azot i tlenek potasu.

Węglan potasu K2CO jest to sól silnie higroskopijna, bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (w 25oC 100 g wody rozpuszcza 113,5 g K2CO3). Otrzymywany jest najczęściej przez nasycenie roztworu wodorotlenku potasu dwutlenkiem węgla:

\(2KOH + CO_2 \rightarrow K_2CO_3 + H_2O\)


\(K_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightarrow 2KHCO_3\)

Siarczan (VI) potasu K2SO4 w temperaturze pokojowej tworzy bezbarwne kryształy rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w alkoholu. 

Wodorosiarczan (VI) potasu pod wpływem ogrzewania traci wodę i przechodzi w pirosiarczan potasu, rozkładający się w toku dalszego ogrzewania z odszczepieniem SO3:

\(2KHSO_4 \rightarrow K_2S_2O_7 + H_2O\)

\(K_2S_2O_7 \rightarrow K_2SO_4 + SO_3\)

Dzięki zdolności do oddawania SO3 stopiony pirosiarczan potasu przeprowadza w temp. kilkuset stopni trudno rozpuszczalne tlenki niektórych metali ciężkich, np. Cr2O3 i TiO2, tytaniany, tlenki lantanowców w łatwo rozpuszczalne siarczany, np.:

\(3K_2S_2O_7 +Cr_2O_3 \rightarrow 3K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3\)


760

\(K_2S_O_7 \rightarrow K_2SO_4 + SO_3\)