Potas (K)

Potas
Potas, oznaczany literą K, jest pierwiastkiem chemicznym należącym do pierwszej grupy czwartego okresu układu okresowego, leży w bloku s. Liczba atomowa tego pierwiastka jest równa 19, należy do litowców.
Potas należy do grupy metali alkalicznych (czyli takich które wraz z wodą tworzą silnie zasadowe wodorotlenki, w tym przypadku KOH). Ze względu na swoją aktywność, potas jest pierwiastkiem nietrwałym, nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym.

Właściwości i charakterystyka potasu
Potas jest metalem miękkim, lekkim, srebrzystobiałym (jednak w kontakcie z powietrzem i wobec wilgoci ulega szeregom reakcji chemicznych pokrywając się wodorotlenkiem potasu- KOH i węglanem potasu- K2CO3). Jest to pierwiastek bardzo aktywny, reaguje z wodą, zapalając się fioletowym płomieniem, tworząc wodorotlenek potasu i wodór, zgodnie z równaniem:
2K + 2H2O —>2KOH + H2
oraz z tlenem, tworząc ponadtlenek potasu, zgodnie z równaniem:
K +O2→KO2
(jeżeli jego powierzchnia nie jest spasowana).
Ze względu na swoją aktywność, potas powinien być przechowywany w nafcie lub parafinie. Jedną z najciekawszych właściwości potasu jest zdolność do chemiluminescencji, czyli emitowania fal świetlnych, świecenia, w wyniku reakcji chemicznych, w przypadku potasu w trakcie powolnego utleniania.
W związkach chemicznych potas występuje na plus pierwszym stopniu utlenienia, jest silnym reduktorem. Potencjał standardowy układu K+/K jest równy -2,93. Potas reaguje z kwasami, produktem jest sól potasu i wodór. Sole potasu są w większości łatwo rozpuszczalne. Pary potasu zabarwiają płomienie na fioletowo-różowo. Konfiguracja elektronowa potasu to:
[Ar] 4s1
Zatem posiada on, w stanie normalnym, jeden elektron walencyjny na orbitalu s; niska wartość pierwszej energii jonizacji dowodzi, że ten elektron jest słabo związany. Promień atomowy atomu tego pierwiastka jest równy 220 pikometrów (jest stosunkowo duży ze względu na położenie potasu w pierwszej grupie układu okresowego). W związku z dużym promieniem atomowym i niską wartością pierwszej energii jonizacji atomy tego pierwiastka chętnie oddają elektrony i stają się kationami, a potas ma niewielką wartość elektroujemności 0,9 w skali Paulinga.

Występowanie potasu
W przyrodzie potas występuje najczęściej formie dwóch izotopów: 39K i 41K. Izotop potasu 40K jest promieniotwórczy, a jego czas połowicznego rozpadu wynosi ponad 1 000 000 000 lat.
Istnieje izotopowa metoda datowania, wykorzystywana między innymi w datowaniu skał, opierające się na tym rozpadzie promieniotwórczym, nazywana metodą potasowo-argonową. Minerałami zawierającymi potas są np.: karnalit, sylwinit, sylwin, oraz niektóre glinokrzemiany.

Historia potasu
Związki potasu były znane i wykorzystywane już w starożytności, wytwarzało się je wtedy przez odparowywanie i prażenie produktów ługowania popiołu drzewnego. Były one wykorzystywane jako nawóz. W średniowieczu alchemicy europejscy i arabscy znali i byli w stanie wytwarzać węglan oraz wodorotlenek potasu, oczywiście w zanieczyszczonej postaci (nazywany wtedy odpowiednio potażem i potażem żrącym). Co ciekawe Polska dość długo, była znaczącym eksporterem potażu, co miało pozytywny wpływ na gospodarkę i ekonomię państwa, szczególnie w XVII i XVIII wieku. Świadectwem tego wpływu jest na przykład jedna z fraszek XVIII wiecznego poety Krasickiego:
„Gdyby nie było potażu
Nie byłoby ekwipażu;
Skarb to nie dość wielbiony
Z popiołów mamy galony.”
Rzemieślnicy zajmujący się wytwarzaniem potażu byli nazywani budnikami, a miejsca w którym go wyrabiano, potaszniami lub potażarniami. Wytwarzanie potażu miało wpływ na etymologię wielu polskich nazw geograficznych jak na przykład Potażnia, Potasze.
Potas po raz pierwszy został wyodrębniony przez znanego chemika, odkrywcę wielu pierwiastków sir Humpry’ego Davy’ego w 1807 r. przez podczas eksperymentu polegającego na przepuszczaniu przez stopiony wodorotlenek potasu prądu elektrycznego. Stopiony wodorotlenek potasu jest nazywany żrącym potażem, dlatego sir Humpry Davy nadał temu pierwiastku nazwę potash. Polska nazwa- potas została zaproponowana przez chemika Filipa Waltera.
Łacińska nazwa tego pierwiastka brzmi kalium, stąd oznaczenie literowe K.

Zastosowania i znaczenie biologiczne potasu
Potas, jako pierwiastek, znajduje zastosowanie między innymi w przemyśle chemicznym, leczniczym i w energetyce jądrowej (jako ciecz chłodząca w reaktorach jądrowych) jednak korzysta się głównie ze związków chemicznych potasu ze względu na jego cenę i wysoką aktywność chemiczną. Jeden z ważnych związków potasu znajdujących powszechne zastosowanie jest azotan potasu, tak zwana saletra potasowa: jest ona jednym ze składników prochu strzelniczego i innych wyrobów pirotechnicznych (np. proszków błyskowych), oraz nawozów mineralnych, jest także konserwantem spożywczym, używanym w przetwórstwie mięsa. Z kolei preparaty zawierające chlorek potasu są wykorzystywane w medycynie (szczególnie w przypadku niedoborów tego pierwiastka), i do wykonywania eutanazji u zwierząt oraz wyroków śmierci. Kolejny często wykorzystywany związek chemiczny potasu, to węglan potasu wykorzystywane w przemyśle fotograficznym, chemicznym, malarskim, szklarskim (do produkcji szkła potasowego, które wyróżnia się wysoką temperaturą topnienia), ceramicznym, oraz do wyrobu środków chemii gospodarczej. Ostatnim wartym wspomnienia związkiem potasu jest wodorosiarczan potasu, wykorzystywany jako dodatek do żywności, oraz w przemyśle chemicznym (do wytwarzania tak zwanego pirosiarczanu, który rozpuszcza metale ciężkie).

Z promieniotwórczego izotopu potasu korzysta się w badaniach chemicznych jak i biologicznych.

Potas jest jednym z kluczowych pierwiastków dla funkcjonowania ludzkiego organizmu, należy do grupy 10 głównych pierwiastków budujących ludzki organizm (według masy), oraz ośmiu głównych pierwiastków budujących skorupę ziemską (również według masy). Jest makroelementem, a dzienne zapotrzebowanie osoby dorosłej na ten pierwiastek to około 3000-4000 mg. Duże ilości potasu zawierają owoce i warzywa, szczególnie suszone jabłka, morele i rodzynki.
Potas ma ogromny wpływ na funkcjonowanie układu nerwowego i krwionośnego (szczególnie mięśnia sercowego); w organizmie człowieka potas:
jest aktywatorem niektórych enzymów,
bierze udział w przewodzeniu impulsów nerwowych,
utrzymuje potencjał czynnościowy błon komórkowych,
jest składnikiem cytoplazmy, rybosomów, płynów pozakomórkowych, ATP-azy
ma wpływ na pracę mięśni,
ma wpływ na transport substancji odżywczych i tlenu,
bierze udział w gospodarce wodnej
bierze udział w przemianie węglowodanów, syntezie białek
ma wpływ na przebieg części procesów enzymatycznych
obniża ryzyko występowania zmian neurodegeneracyjnych i udarów mózgu
może obniżać nadciśnienie tętnicze
obniża ryzyko wystąpienia osteoporozy, pozytywnie wpływa na układ kostny.

Głównymi objawami niedoboru potasu są przewlekłe bóle głowy, problemy ze snem, koncentracją, problemy z pracą serca, oraz ogólne osłabienie mięśni i organizmu. Chociaż niedobory jego mogą również nie powodować dostrzegalnych objawów. Przyczyną niedoboru potasu może być nieprawidłowa dieta, stosowanie używek, jak i części leków takich jak środki przeczyszczające i moczopędne. Z kolei nadmiar potasu w organizmie człowieka stanowi obciążenie, a nawet zagrożenie dla układu wydalniczego i nerek, które opowiadają za regulację stężenia tego pierwiastka. Prawidłowe stężenie potasu w surowicy krwi dorosłego człowieka to ok. 3-5 milimoli na litr.

Wykrywanie potasu
Do wykrywania kationów potasu można użyć szeregu reakcji charakterystycznych, należą do nich między innymi reakcję z kwasem winowym; wodorowinianem sodu; heksanitro(III)kobaltanem(III) sodu; oraz alkoholowym roztworem tritiosiarczanobizmutanu(III) sodu- jest to reakcja Carnota. Oprócz tego często wykorzystywany w wykrywaniu potasu jest fakt, że jego pary barwią płomień na kolor jasnofioletowy. Zabarwienie to może być maskowane przez pary soli sodu, rozwiązaniem jest wtedy użycie do obserwacji szkiełka kobaltowego w kolorze niebieskim.

Najważniejsze związki chemiczne potasu
Saletra potasowa, nazywana też saletra indyjską, czyli azotan(V) potasu to nieorganiczny związek chemiczny, należący do azotanów. Jest to sól kwasu azotowego i potasu. W naturze występuje pod postacią minerału nitrokalitu, szczególnie w krajach o gorącym klimacie takich jak Indie (stąd czasami stosowana jest nazwa saletra indyjska). Można ją wytworzyć poprzez reakcję podwójnej wymiany między chlorkiem potasu i azotanem sodu. Produktami tej reakcji są azotan potasu i chlorek sodu. W warunkach normalnych azotan potasu jest krystalicznym, bezbarwnym ciałem stałym. Temperatura topnienia tego związku chemicznego wynosi 334°C, po ogrzaniu do temperatury wyższej niż 400 stopni Celsjusza saletra rozkłada się na azotan potasu i tlen. Saletra potasowa jest substancją toksyczną, działa drażniąco na przewód pokarmowy, drogi oddechowe, oczy i skórę. Najniższa znana dawka śmiertelna tej substancji chemicznej to, w przypadku człowieka, 54 mg na kilogram masy ciała.
Wodorotlenek potasu to nieorganiczny związek chemiczny, należący do grupy wodorotlenków, jest to niezwykle silna zasada. Można ją wytworzyć poprzez kaustyfikację węglanu potasu, lub elektrolizę chlorku potasu. W warunkach normalnych wodorotlenek potasu jest krystalicznym, bezbarwnym ciałem stałym. Ta substancja chemiczna ma właściwości higroskopijne. Wodorotlenek potasu jest substancją silnie żrącą, a proces rozpuszczania jej w wodzie jest procesem egzoenergetycznym i egzotermicznym.
Chlorek potasu to nieorganiczny związek chemiczny, należący do grupy chlorków. Jest to sól kwasu solnego i potasu. W naturze występuje pod postacią minerałów: sylwinu, karnalitu i kainitu. W warunkach normalnych chlorek potasu jest krystalicznym, bezbarwnym, higroskopijnym ciałem stałym. Czasami stosuje się go do posypywania dróg, aby zapewnić bezpieczeństwo pieszym i kierowcom.
Węglan potasu to nieorganiczny związek chemiczny, należący do grupy węglanów. Jest to sól kwasu węglowego i potasu. Węglan potasu może być uzyskany z popiołu drzewnego, a także poprzez reakcje dwutlenku węgla z wodorotlenkiem potasu, produktami takiej reakcji są węglan potasu i woda. W warunkach normalnych węglan potasu jest krystalicznym, bezbarwnym, higroskopijnym ciałem stałym. Temperatura topnienia tego związku chemicznego wynosi około 895°C. Sól ta tworzy hydraty.
Wodorosiarczan potasu to nieorganiczny związek chemiczny. Jest to sól kwasu siarkowego i potasu. Jest otrzymywany poprzez reakcje kwasu siarkowego i azotanu potasu, substratami tej reakcji są wodorosiarczan potasu i kwas azotowy.
Tlenek potasu to nieorganiczny związek chemiczny, należący do grupy tlenków zasadowych. Jest to tlenek potasu na pierwszym stopniu utlenienia. Jest otrzymywane poprzez reakcje nadtlenku potasu i metalicznego potasu, lub reakcje metalicznego potasu z azotanem potasu, produktem takiej reakcji jest tlenek potasu i azotu. W warunkach normalnych tlenek potasu jest szarym, higroskopijnym, krystalicznym ciałem stałym.
Wodorek potasu jest nieorganicznym związkiem chemicznym. Można go otrzymać poprzez reakcja potasu z wodorem. W warunkach normalnych wodorek potasu jest białym, krystalicznym ciałem stałym, występuje w postaci proszku lub igieł.
Nadtlenek potasu jest nieorganicznym związkiem chemicznym. Można go otrzymać poprzez reakcje tlenku azotu z metalicznym potasem, utleniania tlenem potasu w amoniaku lub spalania metalicznego potasu w kontrolowanej ilości powietrza. W warunkach normalnych jest żółtym, krystalicznym ciałem amorficznym.
Ponadtlenek potasu jest nieorganicznym związkiem chemicznym, należącym do grupy tlenków zasadowych. Można go otrzymać poprzez reakcje spalania metalicznego potasu w tlenie. W warunkach normalnych jest żółtym, krystalicznym ciałem stałym.
Niezwykle ciekawą substancją jest ozonek potasu, należy on do grupy tlenków zasadowych. Można go otrzymać poprzez reakcję ozonowania metalicznego potasu, ponadtlenku potasu lub wodorotlenku potasu. W warunkach normalnych jest niestabilnym, wybuchowym, czerwonym ciałem stałym.