Wstęp
Odkrycie
Występowanie w przyrodzie
Otrzymywanie
Na skalę techniczną spośród litowców wytwarza się jedynie sód.
Właściwości fizyczne i chemiczne
Związki potasu
Sole potasu
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.
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:
\(2K + H_2 \rightarrow 2KH\)
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 K2CO3 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:
\(2KHSO_4 \rightarrow K_2S_2O_7 + H_2O\)
\(K_2S_2O_7 \rightarrow K_2SO_4 + SO_3\)
\(K_2S_2O_7 \rightarrow K_2SO_4 + SO_3\)
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.:
\(3K_2S_2O_7 +Cr_2O_3 \rightarrow 3K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3\)
Potas Wasze opinie
Fajna strona pomogła mi na chemi POLECAM :)