Potasio

El potasio es un elemento químico con el símbolo K (del neolatino kalium ) y número atómico  19. El potasio es un metal de color blanco plateado que es lo suficientemente suave como para cortarlo con un cuchillo con poca fuerza. [5] El metal de potasio reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico para formar peróxido de potasio blanco escamoso en solo unos segundos de exposición. Primero se aisló de la potasa , las cenizas de las plantas, de donde deriva su nombre. En la tabla periódica , el potasio es uno de los metales alcalinos , todos los cuales tienen un solo electrón de valencia.en la capa externa de electrones, que se elimina fácilmente para crear un ión con carga positiva, un catión que se combina con los aniones para formar sales . El potasio en la naturaleza se encuentra solo en las sales iónicas. Reacciona de potasio Elemental vigorosamente con agua, la generación de suficiente calor para encender hidrógeno emitida en la reacción, y la quema con una lila - llama de color . Se encuentra disuelto en agua de mar (que tiene un 0,04% de potasio en peso [6] [7] ) y se encuentra en muchos minerales como la ortoclasa , un componente común de los granitos y otras rocas ígneas .

Potasio,  19 K
Potasio-2.jpg
Perlas de potasio (en aceite de parafina, ~ 5 mm cada una)
Potasio
Pronunciación/ P ə t æ s i ə m / ​ ( pə- TAS -ee-əm )
Aparienciagris plateado
Peso atómico estándar A r, estándar (K) 39.0983 (1) [1]
Potasio en la tabla periódica
Hidrógeno Helio
Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón
Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón
Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón
Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón
Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astatine Radón
Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrencio Rutherfordio Dubnium Seaborgio Bohrium Hassium Meitnerio Darmstadtium Roentgenio Copérnico Nihonium Flerovio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
Na
↑
K
↓
Rb
argón ← potasio → calcio
Número atómico ( Z )19
Grupogrupo 1 : H y metales alcalinos
Períodoperíodo 4
Cuadra  bloque s
Configuración electronica[ Ar ] 4 s 1
Electrones por capa2, 8, 8, 1
Propiedades físicas
Fase en  STPsólido
Punto de fusion336,7  K (63,5 ° C, 146,3 ° F)
Punto de ebullición1032 K (759 ° C, 1398 ° F)
Densidad (cerca de  rt )0,89 g / cm 3
cuando es líquido (a  mp )0,828 g / cm 3
Punto crítico2223 K, 16 MPa [2]
Calor de fusión2,33  kJ / mol
Calor de vaporización76,9 kJ / mol
Capacidad calorífica molar29,6 J / (mol · K)
Propiedades atómicas
Estados de oxidación−1, +1 (un óxido fuertemente básico )
ElectronegatividadEscala de Pauling: 0,82
Energías de ionización
  • 1 °: 418,8 kJ / mol
  • 2do: 3052 kJ / mol
  • Tercero: 4420 kJ / mol
  • ( más )
Radio atómicoempírico: 227  pm
Radio covalente203 ± 12 pm
Radio de Van der Waals275 p. M.
Líneas de color en un rango espectral
Líneas espectrales de potasio
Otras propiedades
Ocurrencia naturalprimordial
Estructura cristalina ​cúbico centrado en el cuerpo (bcc)
Estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo para potasio
Velocidad de sonido varilla fina2000 m / s (a 20 ° C)
Expansión térmica83,3 µm / (m⋅K) (a 25 ° C)
Conductividad térmica102,5 W / (m⋅K)
Resistividad electrica72 nΩ⋅m (a 20 ° C)
Orden magnéticoparamagnético [3]
Susceptibilidad magnética molar+20,8 × 10 −6  cm 3 / mol (298 K) [4]
El módulo de Young3,53 GPa
Módulo de corte1,3 GPa
Módulo de volumen3,1 GPa
Dureza de Mohs0.4
Dureza Brinell0,363 MPa
Número CAS7440-09-7
Historia
Descubrimiento y primer aislamientoHumphry Davy (1807)
Isótopos principales de potasio
Isótopo Abundancia Vida media ( t 1/2 ) Modo de decaimiento Producto
39 K93,258% estable
40 K 0,012% 1,248 × 10 9  yβ - 40 Ca
ε 40 Ar
β + 40 Ar
41 K6,730% estable
Categoría Categoría: Potasio
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El potasio es químicamente muy similar al sodio , el elemento anterior del grupo 1 de la tabla periódica. Tienen una primera energía de ionización similar , lo que permite que cada átomo ceda su único electrón externo. En 1702 se sospechaba que eran elementos distintos que se combinaban con los mismos aniones para formar sales similares, [8] y se probó en 1807 mediante electrólisis . El potasio natural se compone de tres isótopos , de los cuales40K es radiactivo . Trazas de40
El K se encuentra en todo el potasio y es el radioisótopo más común en el cuerpo humano.

Los iones de potasio son vitales para el funcionamiento de todas las células vivas. La transferencia de iones de potasio a través de las membranas de las células nerviosas es necesaria para la transmisión nerviosa normal; La deficiencia y el exceso de potasio pueden dar lugar a numerosos signos y síntomas, incluido un ritmo cardíaco anormal y diversas anomalías electrocardiográficas . Las frutas y verduras frescas son buenas fuentes dietéticas de potasio. El cuerpo responde a la afluencia de potasio de la dieta, que eleva los niveles de potasio sérico , con un desplazamiento de potasio del exterior al interior de las células y un aumento de la excreción de potasio por los riñones.

La mayoría de las aplicaciones industriales del potasio aprovechan la alta solubilidad en agua de los compuestos de potasio, como los jabones de potasio . La producción de cultivos intensos agota rápidamente el potasio del suelo, y esto se puede remediar con fertilizantes agrícolas que contienen potasio, que representan el 95% de la producción química de potasio mundial. [9]

El nombre en inglés para el elemento potasio proviene de la palabra " potasa ", [10] que se refiere a un método temprano para extraer varias sales de potasio: colocar en una olla la ceniza de madera quemada u hojas de árboles, agregar agua, calentar y evaporar. la solución. Cuando Humphry Davy aisló por primera vez el elemento puro mediante electrólisis en 1807, lo llamó potasio , que derivó de la palabra potasa.

El símbolo "K" se deriva de kali , en sí de la palabra raíz de álcali , que a su vez viene del árabe : القليه al-qalyah "cenizas de plantas". En 1797, el químico alemán Martin Klaproth descubrió la "potasa" en los minerales leucita y lepidolita , y se dio cuenta de que la "potasa" no era un producto del crecimiento de las plantas, sino que en realidad contenía un nuevo elemento, al que propuso llamar kali . [11] En 1807, Humphry Davy produjo el elemento mediante electrólisis: en 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propuso el nombre Kalium para el "potasio" de Davy. [12] En 1814, el químico sueco Berzelius abogó por el nombre kalium para el potasio, con el símbolo químico "K". [13]

Los países de habla inglesa y francesa adoptaron el nombre de Potasio de Davy y Gay-Lussac / Thénard, mientras que los países germánicos adoptaron el nombre de Kalium de Gilbert / Klaproth. [14] El "Libro de Oro" de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ha designado el símbolo químico oficial como K . [15]

Físico

La prueba de llama del potasio.

El potasio es el segundo metal menos denso después del litio . Es un sólido blando con un punto de fusión bajo y se puede cortar fácilmente con un cuchillo. El potasio recién cortado tiene un aspecto plateado, pero comienza a empañarse hacia un color gris inmediatamente al exponerse al aire. [16] En una prueba de llama , el potasio y sus compuestos emiten un color lila con una longitud de onda de emisión máxima de 766,5 nanómetros. [17]

Los átomos de potasio neutros tienen 19 electrones, uno más que la configuración del gas noble argón . Debido a su baja energía de primera ionización de 418,8  kJ / mol, es mucho más probable que el átomo de potasio pierda el último electrón y adquiera una carga positiva, aunque el alcaluro K cargado negativamente-
Los iones no son imposibles. [18] Por el contrario, la segunda energía de ionización es muy alta (3052  kJ / mol).

Químico

El potasio reacciona con componentes de oxígeno, agua y dióxido de carbono en el aire. Con oxígeno forma peróxido de potasio . Con agua, el potasio forma hidróxido de potasio . La reacción del potasio con el agua puede ser violentamente exotérmica , especialmente porque el gas hidrógeno coproducido puede arder. Debido a esto, el potasio y la aleación líquida sodio-potasio ( NaK ) son potentes desecantes , aunque ya no se usan como tales. [19]

Compuestos

Estructura del superóxido de potasio sólido ( KO
2).

Tres óxidos de potasio están bien estudiados: óxido de potasio (K 2 O), peróxido de potasio (K 2 O 2 ) y superóxido de potasio (KO 2 ). [20] Los compuestos binarios de potasio-oxígeno binarios reaccionan con el agua formando hidróxido de potasio .

El hidróxido de potasio (KOH) es una base fuerte. Ilustrando su carácter hidrófilo, hasta 1,21 kg de KOH se pueden disolver en un solo litro de agua. [21] [22] Rara vez se encuentra KOH anhidro. El KOH reacciona fácilmente con el dióxido de carbono para producir carbonato de potasio y, en principio, podría usarse para eliminar las trazas del gas del aire. Al igual que el hidróxido de sodio estrechamente relacionado, el hidróxido de potasio reacciona con las grasas para producir jabones . 

En general, los compuestos de potasio son iónicos y, debido a la alta energía de hidratación del K+
ion, tiene una excelente solubilidad en agua. Las principales especies en solución acuosa son los complejos acuíferos [K (H
2O)
norte]+
donde n = 6 y 7. [23] El heptafluorotantalato de potasio es un producto intermedio en la purificación del tantalio del contaminante persistente del niobio. [24]

Los compuestos de organopotasio ilustran compuestos no iónicos de potasio. Presentan enlaces K --- C covalentes altamente polares. Los ejemplos incluyen bencil potasio . El potasio se intercala en grafito para dar una variedad de compuestos, incluido KC8 .

Isótopos

Hay 25 isótopos conocidos de potasio, tres de los cuales ocurren naturalmente:39
K (93,3%),40
K (0,0117%) y41
K (6,7%). De forma natural40K tiene una vida media de 1.250 × 10 9 años. Decae a estable40Ar por captura de electrones o emisión de positrones (11,2%) o estable40Ca por desintegración beta (88,8%). [25] La descomposición de40
K a40
Ar es la base de un método común para fechar rocas. El método convencional de datación por K-Ar depende del supuesto de que las rocas no contenían argón en el momento de la formación y que todo el argón radiogénico posterior (40
Ar ) se retuvo cuantitativamente. Los minerales se fechan midiendo la concentración de potasio y la cantidad de radiogénico.40
Ar que se ha acumulado. Los minerales más adecuados para la datación incluyen biotita , moscovita , hornblenda metamórfica y feldespato volcánico ; También se pueden fechar muestras de rocas enteras de flujos volcánicos e instrusivos poco profundos si no se alteran. [25] [26] Además de la datación, los isótopos de potasio se han utilizado como trazadores en estudios de meteorización y para estudios de ciclo de nutrientes porque el potasio es un macronutriente necesario para la vida . [27]

40
El K se encuentra en el potasio natural (y, por lo tanto, en algunos sustitutos de la sal comerciales) en cantidad suficiente para que se puedan utilizar grandes bolsas de esos sustitutos como fuente radiactiva para demostraciones en el aula.40
K es el radioisótopo con mayor abundancia en el cuerpo. En animales y personas sanas,40
K representa la mayor fuente de radiactividad, mayor incluso que14C . En un cuerpo humano de 70 kg de masa, alrededor de 4400 núcleos de40
K decaimiento por segundo. [28] La actividad del potasio natural es de 31 Bq / g. [29]

Potasio en feldespato

El potasio se forma en supernovas por nucleosíntesis de átomos más ligeros. El potasio se crea principalmente en supernovas de tipo II a través de un proceso explosivo de combustión de oxígeno . [30] 40
K también se forma en la nucleosíntesis del proceso s y el proceso de combustión del neón . [31]

El potasio es el vigésimo elemento más abundante en el sistema solar y el decimoséptimo elemento más abundante en peso en la Tierra. Constituye aproximadamente el 2,6% del peso de la corteza terrestre y es el séptimo elemento más abundante en la corteza. [32] La concentración de potasio en el agua de mar es de 0,39  g / L [6] (0,039% p / v), aproximadamente un vigésimo séptimo de la concentración de sodio. [33] [34]

La potasa es principalmente una mezcla de sales de potasio porque las plantas tienen poco o ningún contenido de sodio, y el resto del contenido mineral principal de una planta consiste en sales de calcio de solubilidad relativamente baja en agua. Si bien la potasa se ha utilizado desde la antigüedad, no se entendía su composición. Georg Ernst Stahl obtuvo evidencia experimental que lo llevó a sugerir la diferencia fundamental de las sales de sodio y potasio en 1702, [8] y Henri Louis Duhamel du Monceau pudo probar esta diferencia en 1736. [35] La composición química exacta del potasio y compuestos de sodio, y el estado como elemento químico del potasio y el sodio, no se conocían entonces, y por lo tanto Antoine Lavoisier no incluyó el álcali en su lista de elementos químicos en 1789. [36] [37] Durante mucho tiempo, el único elemento significativo Las aplicaciones de la potasa fueron la producción de vidrio, lejía, jabón y pólvora como nitrato de potasio. [38] Los jabones de potasio de grasas animales y aceites vegetales fueron especialmente apreciados porque tienden a ser más solubles en agua y de textura más suave, por lo que se conocen como jabones blandos . [9] El descubrimiento de Justus Liebig en 1840 de que el potasio es un elemento necesario para las plantas y que la mayoría de los tipos de suelo carecen de potasio [39] provocó un fuerte aumento en la demanda de sales de potasio. La ceniza de madera de abetos se utilizó inicialmente como fuente de sal de potasio para fertilizantes, pero, con el descubrimiento en 1868 de depósitos minerales que contienen cloruro de potasio cerca de Staßfurt , Alemania, la producción de fertilizantes que contienen potasio comenzó a escala industrial. [40] [41] [42] Se descubrieron otros depósitos de potasa y, en la década de 1960, Canadá se convirtió en el productor dominante. [43] [44]

Sir Humphry Davy
Piezas de potasio metálico

El metal potasio fue aislado por primera vez en 1807 por Humphry Davy, quien lo derivó por electrólisis de KOH fundido con la pila voltaica recién descubierta . El potasio fue el primer metal que se aisló por electrólisis. [45] Más tarde en el mismo año, Davy informó la extracción del sodio metálico de un derivado mineral ( soda cáustica , NaOH o lejía) en lugar de una sal vegetal, mediante una técnica similar, lo que demuestra que los elementos, y por lo tanto las sales, son diferentes. [36] [37] [46] [47] Aunque la producción de potasio y sodio metálico debería haber demostrado que ambos son elementos, pasó algún tiempo antes de que esta opinión fuera universalmente aceptada. [37]

Debido a la sensibilidad del potasio al agua y al aire, normalmente se emplean técnicas sin aire para manipular el elemento. No reacciona con el nitrógeno y los hidrocarburos saturados como el aceite mineral o el queroseno . [48] Se disuelve fácilmente en amoníaco líquido , hasta 480 g por 1000 g de amoníaco a 0  ° C. Dependiendo de la concentración, las soluciones de amoníaco son de azul a amarillo y su conductividad eléctrica es similar a la de los metales líquidos. El potasio reacciona lentamente con el amoníaco para formar KNH2, pero esta reacción se acelera con cantidades minúsculas de sales de metales de transición. [49] Debido a que puede reducir las sales al metal, el potasio se usa a menudo como reductor en la preparación de metales finamente divididos a partir de sus sales por el método de Rieke . [50] Es ilustrativa la preparación de magnesio:

MgCl2 + 2 K → Mg + 2 KCl

El potasio elemental no se encuentra en la naturaleza debido a su alta reactividad. Reacciona violentamente con el agua (consulte la sección Precauciones a continuación) [48] y también reacciona con el oxígeno. La ortoclasa (feldespato potásico) es un mineral común formador de rocas. El granito, por ejemplo, contiene un 5% de potasio, muy por encima del promedio de la corteza terrestre. Silvita (KCl), carnalita (KCl · MgCl
2· 6 (H
2O)) , kainita (MgSO
4· KCl · 3H
2O) y langbeinita (MgSO
4· K
2ENTONCES
4) son los minerales que se encuentran en grandes depósitos de evaporita en todo el mundo. Los depósitos a menudo muestran capas que comienzan con la menos soluble en la parte inferior y la más soluble en la parte superior. [34] Los depósitos de niter ( nitrato de potasio ) se forman por descomposición de material orgánico en contacto con la atmósfera, principalmente en cuevas; Debido a la buena solubilidad en agua del nitrógeno, la formación de depósitos más grandes requiere condiciones ambientales especiales. [51]

El potasio es el octavo o noveno elemento más común en masa (0,2%) en el cuerpo humano, por lo que un  adulto de 60 kg contiene un total de aproximadamente 120  g de potasio. [52] El cuerpo tiene tanto potasio como azufre y cloro, y solo el calcio y el fósforo son más abundantes (con la excepción de los elementos CHON omnipresentes ). [53] Los iones de potasio están presentes en una amplia variedad de proteínas y enzimas. [54]

Función bioquímica

Los niveles de potasio influyen en múltiples procesos fisiológicos, incluidos [55] [56] [57]

  • potencial de membrana celular en reposo y la propagación de potenciales de acción en tejido neuronal, muscular y cardíaco. Debido a las propiedades electrostáticas y químicas, K+
    los iones son más grandes que el Na+
    Los iones y los canales de iones y las bombas en las membranas celulares pueden diferenciar entre los dos iones, bombeando activamente o pasando pasivamente uno de los dos iones mientras bloquean el otro. [58]
  • secreción y acción de hormonas
  • tono vascular
  • control de la presión arterial sistémica
  • motilidad gastrointestinal
  • homeostasis ácido-base
  • metabolismo de la glucosa y la insulina
  • acción mineralocorticoide
  • capacidad de concentración renal
  • equilibrio de líquidos y electrolitos

Homeostasis

La homeostasis del potasio denota el mantenimiento del contenido corporal total de potasio, el nivel de potasio plasmático y la relación entre las concentraciones de potasio intracelular y extracelular dentro de límites estrechos, ante la ingesta pulsátil (comidas), la excreción renal obligatoria y los cambios entre intracelular y extracelular compartimentos.

Niveles plasmáticos

El potasio plasmático se mantiene normalmente entre 3,5 y 5,0 milimoles (mmol) [o miliequivalentes (mEq)] por litro mediante múltiples mecanismos. Los niveles fuera de este rango se asocian con una tasa creciente de muerte por múltiples causas, [59] y algunas enfermedades cardíacas, renales, [60] y pulmonares progresan más rápidamente si los niveles séricos de potasio no se mantienen dentro del rango normal.

Una comida promedio de 40 a 50  mmol presenta al cuerpo más potasio que el presente en todo el plasma (20 a 25  mmol). Sin embargo, este pico hace que el potasio plasmático aumente sólo un 10% como máximo como resultado de una eliminación rápida y eficaz por mecanismos tanto renales como extrarrenales. [61]

La hipopotasemia , una deficiencia de potasio en el plasma, puede ser fatal si es grave. Las causas comunes son una mayor pérdida gastrointestinal ( vómitos , diarrea ) y una mayor pérdida renal ( diuresis ). [62] Los síntomas de deficiencia incluyen debilidad muscular, íleo paralítico , anomalías en el ECG, disminución de la respuesta refleja; y en casos graves, parálisis respiratoria, alcalosis y arritmia cardíaca . [63]

Mecanismos de control

El contenido de potasio en el plasma está estrictamente controlado por cuatro mecanismos básicos, que tienen varios nombres y clasificaciones. Los cuatro son 1) un sistema reactivo de retroalimentación negativa, 2) un sistema reactivo de retroalimentación, 3) un sistema predictivo o circadiano y 4) un sistema de transporte interno o de membrana celular. En conjunto, los tres primeros a veces se denominan "sistema de homeostasis del potasio externo"; [64] y los dos primeros, el "sistema reactivo de homeostasis del potasio".

  • El sistema de retroalimentación negativa reactiva se refiere al sistema que induce la secreción renal de potasio en respuesta a un aumento del potasio plasmático (ingestión de potasio, desplazamiento de células o infusión intravenosa).
  • El sistema de retroalimentación reactiva se refiere a un sistema que no se comprende completamente y que induce la secreción renal de potasio en respuesta a la ingestión de potasio antes de cualquier aumento del potasio plasmático. Esto probablemente se inicia por los receptores de potasio de las células intestinales que detectan el potasio ingerido y desencadenan señales aferentes vagales a la glándula pituitaria.
  • El sistema predictivo o circadiano aumenta la secreción renal de potasio durante las horas de comida (p. Ej., Durante el día para los seres humanos, durante la noche para los roedores) independientemente de la presencia, cantidad o ausencia de ingestión de potasio. Está mediado por un oscilador circadiano en el núcleo supraquiasmático del cerebro (reloj central), que hace que el riñón (reloj periférico) secrete potasio de esta manera rítmica circadiana.
    La acción de la bomba de sodio-potasio es un ejemplo de transporte activo primario . Las dos proteínas transportadoras incrustadas en la membrana celular de la izquierda utilizan ATP para sacar el sodio de la célula contra el gradiente de concentración; Las dos proteínas de la derecha utilizan un transporte activo secundario para mover el potasio al interior de la célula. Este proceso da como resultado la reconstitución de ATP.
  • El sistema de transporte de iones mueve el potasio a través de la membrana celular mediante dos mecanismos. Uno es activo y bombea sodio y potasio a la célula. El otro es pasivo y permite que el potasio se escape de la célula. Los cationes de potasio y sodio influyen en la distribución de líquidos entre los compartimentos intracelular y extracelular mediante fuerzas osmóticas . El movimiento de potasio y sodio a través de la membrana celular está mediado por la bomba de Na + / K + -ATPasa . [65] Esta bomba de iones utiliza ATP para bombear tres iones de sodio fuera de la celda y dos iones de potasio dentro de la celda, creando un gradiente electroquímico y fuerza electromotriz a través de la membrana celular. Los canales de iones de potasio altamente selectivos (que son tetrámeros ) son cruciales para la hiperpolarización dentro de las neuronas después de que se activa un potencial de acción, por citar un ejemplo. El canal de iones de potasio descubierto más recientemente es KirBac3.1, que hace un total de cinco canales de iones de potasio (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP y MthK) con una estructura determinada. Los cinco son de especies procariotas . [66]

Filtración, reabsorción y excreción renal

La manipulación renal del potasio está estrechamente relacionada con la manipulación del sodio. El potasio es el catión principal (ión positivo) dentro de las células animales [150  mmol / L, (4,8  g)], mientras que el sodio es el catión principal del líquido extracelular [150  mmol / L, (3,345  g)]. En los riñones,  se filtran alrededor de 180 litros de plasma a través de los glomérulos y hacia los túbulos renales por día. [67] Este filtrado implica aproximadamente 600  g de sodio y 33  g de potasio. Dado que es probable que sólo 1 a 10  g de sodio y 1 a 4  g de potasio sean reemplazados por la dieta, el filtrado renal debe reabsorber eficazmente el resto del plasma.

El sodio se reabsorbe para mantener el volumen extracelular, la presión osmótica y la concentración de sodio sérico dentro de límites estrechos. El potasio se reabsorbe para mantener la concentración sérica de potasio dentro de límites estrechos. [68] Las bombas de sodio en los túbulos renales funcionan para reabsorber el sodio. El potasio debe conservarse, pero debido a que la cantidad de potasio en el plasma sanguíneo es muy pequeña y la reserva de potasio en las células es aproximadamente 30 veces mayor, la situación no es tan crítica para el potasio. Dado que el potasio se mueve pasivamente [69] [70] en contracorriente al sodio en respuesta a un aparente (pero no real) equilibrio de Donnan , [71] la orina nunca puede descender por debajo de la concentración de potasio en suero, excepto a veces mediante la excreción activa de agua al final del procesamiento. El potasio se excreta dos veces y se reabsorbe tres veces antes de que la orina llegue a los túbulos colectores. [72] En ese momento, la orina suele tener aproximadamente la misma concentración de potasio que el plasma. Al final del procesamiento, el potasio se secreta una vez más si los niveles séricos son demasiado altos. [ cita requerida ]

Sin ingesta de potasio, se excreta en alrededor de 200  mg por día hasta que, en aproximadamente una semana, el potasio en el suero disminuye a un nivel levemente deficiente de 3.0 a 3.5  mmol / L. [73] Si aún se retiene el potasio, la concentración continúa disminuyendo hasta que una deficiencia grave causa la muerte. [74]

El potasio se mueve pasivamente a través de los poros de la membrana celular. Cuando los iones se mueven a través de transportadores de iones (bombas), hay una compuerta en las bombas a ambos lados de la membrana celular y solo se puede abrir una compuerta a la vez. Como resultado, se fuerzan aproximadamente 100 iones por segundo. Los canales de iones tienen solo una puerta, y solo un tipo de iones puede fluir a través de él, a una velocidad de 10 a 100 millones de iones por segundo. [75] Se requiere calcio para abrir los poros, [76] aunque el calcio puede funcionar a la inversa al bloquear al menos uno de los poros. [77] Los grupos carbonilo dentro del poro en los aminoácidos imitan la hidratación del agua que tiene lugar en la solución acuosa [78] por la naturaleza de las cargas electrostáticas en cuatro grupos carbonilo dentro del poro. [79]

Recomendaciones dietéticas

La Academia Nacional de Medicina de EE. UU. (NAM), en nombre de EE. UU. Y Canadá, establece los requisitos promedio estimados (EAR) y las asignaciones dietéticas recomendadas (RDA), o ingestas adecuadas (IA) para cuando no hay información suficiente para establecer las EAR y RDA. En conjunto, los EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia .

Tanto para hombres como para mujeres menores de 9 años, los IA para el potasio son: 400  mg de potasio para bebés de 0 a 6 meses, 860  mg de potasio para bebés de 7 a 12 meses, 2000  mg de potasio para Niños de 1 a 3 años y 2,300  mg de potasio para niños de 4 a 8 años.

Para los hombres de 9 años o más, los IA para el potasio son: 2500  mg de potasio para los hombres de 9 a 13 años, 3000  mg de potasio para los hombres de 14 a 18 años y 3400  mg para los hombres que son 19 años o más.

Para las mujeres de 9 años o más, los IA para el potasio son: 2,300  mg de potasio para las mujeres de 9 a 18 años y 2,600  mg de potasio para las mujeres de 19 años o más.

Para las mujeres embarazadas y en período de lactancia, los IA para el potasio son: 2600  mg de potasio para las mujeres embarazadas de 14 a 18 años, 2900  mg para las mujeres embarazadas de 19 años de edad o más; además, 2500  mg de potasio para mujeres lactantes de 14 a 18 años y 2800  mg para mujeres lactantes de 19 años o más. En cuanto a la seguridad, la NAM también establece niveles tolerables de ingesta máxima (UL) para vitaminas y minerales, pero para el potasio la evidencia fue insuficiente, por lo que no se estableció ningún UL. [80] [81]

A partir de 2004, la mayoría de los adultos estadounidenses consumen menos de 3000  mg. [82]

Asimismo, en la Unión Europea , en particular en Alemania e Italia , la ingesta insuficiente de potasio es algo común. [83] El Servicio Nacional de Salud Británico recomienda una ingesta similar, diciendo que los adultos necesitan 3500  mg por día y que cantidades excesivas pueden causar problemas de salud como dolor de estómago y diarrea. [84]

Anteriormente, la ingesta adecuada para adultos se establecía en 4.700 mg por día. En 2019, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina revisaron la IA de potasio a 2.600 mg / día para mujeres de 19 años o más y 3.400 mg / día para hombres de 19 años o más. [85]

Fuentes de comida

El potasio está presente en todas las frutas, verduras, carnes y pescados. Los alimentos con altas concentraciones de potasio incluyen el ñame , el perejil , los orejones , la leche , el chocolate , todas las nueces (especialmente las almendras y los pistachos ), las papas , los brotes de bambú , los plátanos , los aguacates , el agua de coco , la soja y el salvado . [86]

El USDA enumera pasta de tomate , jugo de naranja , hojas de remolacha , frijoles blancos , papas , plátanos , plátanos , albaricoques y muchas otras fuentes dietéticas de potasio, clasificadas en orden descendente según el contenido de potasio. El valor de potasio de un día se encuentra en 5 plátanos u 11 plátanos. [87]

Ingesta deficiente

Las dietas bajas en potasio pueden provocar hipertensión [88] e hipopotasemia .

Suplementacion

Los suplementos de potasio se utilizan con mayor frecuencia junto con diuréticos que bloquean la reabsorción de sodio y agua aguas arriba del túbulo distal ( tiazidas y diuréticos de asa ), porque promueven una mayor secreción de potasio en los túbulos distales , con el consiguiente aumento de la excreción de potasio. Se encuentran disponibles una variedad de suplementos recetados y de venta libre. El cloruro de potasio se puede disolver en agua, pero el sabor salado / amargo hace que los suplementos líquidos sean desagradables. [89] Las dosis típicas oscilan entre 10  mmol (400  mg) y 20  mmol (800  mg). El potasio también está disponible en tabletas o cápsulas, que están formuladas para permitir que el potasio se filtre lentamente de una matriz, ya que concentraciones muy altas de iones de potasio que se encuentran junto a una tableta sólida pueden dañar la mucosa gástrica o intestinal. Por esta razón, las píldoras de potasio de venta libre están limitadas por ley en los EE. UU. A un máximo de 99  mg de potasio. [ cita requerida ]

Dado que los riñones son el sitio de excreción de potasio, las personas con insuficiencia renal corren riesgo de hiperpotasemia si no se restringen el potasio y los suplementos en la dieta. Cuanto más grave es el deterioro, más grave es la restricción necesaria para evitar la hiperpotasemia. [ cita requerida ]

Un metaanálisis concluyó que un  aumento de 1640 mg en la ingesta diaria de potasio se asoció con un 21% menos de riesgo de accidente cerebrovascular. [90] El cloruro de potasio y el bicarbonato de potasio pueden ser útiles para controlar la hipertensión leve . [91] En 2017, el potasio fue el 37º medicamento recetado con más frecuencia en los Estados Unidos, con más de 19 millones de recetas. [92] [93]

Detección por papilas gustativas

El potasio se puede detectar por el gusto porque desencadena tres de los cinco tipos de sensaciones gustativas, según la concentración. Las soluciones diluidas de iones de potasio tienen un sabor dulce, lo que permite concentraciones moderadas en la leche y los jugos, mientras que las concentraciones más altas se vuelven cada vez más amargas / alcalinas y, finalmente, también saladas al gusto. El amargor y la salinidad combinados de las soluciones con alto contenido de potasio hacen que la suplementación de potasio en dosis altas con bebidas líquidas sea un desafío para la palatabilidad. [89] [94]

Minería

Sylvite de Nuevo México
Monte Kali , un montón de desechos de extracción y beneficio de potasa en Hesse, Alemania , que consiste principalmente en cloruro de sodio .

Las sales de potasio como la carnalita , langbeinita , polihalita y silvita forman extensos depósitos de evaporita en los fondos de los lagos y fondos marinos antiguos , [33] lo que hace que la extracción de sales de potasio en estos entornos sea comercialmente viable. La principal fuente de potasio, la potasa , se extrae en Canadá , Rusia , Bielorrusia , Kazajstán , Alemania , Israel , Estados Unidos , Jordania y otros lugares del mundo. [95] [96] [97] Los primeros depósitos minados se ubicaron cerca de Staßfurt, Alemania, pero los depósitos se extienden desde Gran Bretaña sobre Alemania hasta Polonia. Están ubicados en el Zechstein y fueron depositados en el Pérmico Medio a Tardío . Los depósitos más grandes jamás encontrados se encuentran a 1.000 metros (3.300 pies) por debajo de la superficie de la provincia canadiense de Saskatchewan . Los depósitos están ubicados en Elk Point Group producido en el Devónico Medio . Saskatchewan, donde han operado varias minas grandes desde la década de 1960, fue pionera en la técnica de congelación de arenas húmedas (la formación Blairmore) para conducir los pozos de la mina a través de ellas. La principal empresa minera de potasa en Saskatchewan hasta su fusión era Potash Corporation of Saskatchewan , ahora Nutrien . [98] Israel y Jordania utilizan el agua del Mar Muerto como fuente de potasa, mientras que la concentración en los océanos normales es demasiado baja para la producción comercial a los precios actuales. [96] [97]

Extracción química

Se utilizan varios métodos para separar las sales de potasio de los compuestos de sodio y magnesio. El método más utilizado es la precipitación fraccionada utilizando las diferencias de solubilidad de las sales. En algunas minas también se utiliza la separación electrostática de la mezcla de sal molida. Los residuos de sodio y magnesio resultantes se almacenan bajo tierra o se apilan en montones de escoria . La mayor parte del mineral de potasio extraído termina como cloruro de potasio después del procesamiento. La industria de los minerales se refiere al cloruro de potasio como potasio, muriato de potasio o simplemente como MOP. [34]

El metal de potasio puro se puede aislar por electrólisis de su hidróxido en un proceso que ha cambiado poco desde que fue utilizado por primera vez por Humphry Davy en 1807. Aunque el proceso de electrólisis se desarrolló y utilizó a escala industrial en la década de 1920, el método térmico por reacción de sodio con cloruro de potasio en una reacción de equilibrio químico se convirtió en el método dominante en la década de 1950.

La producción de aleaciones de sodio y potasio se logra cambiando el tiempo de reacción y la cantidad de sodio utilizada en la reacción. El proceso de Griesheimer que emplea la reacción de fluoruro de potasio con carburo de calcio también se usó para producir potasio. [34] [99]

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

El metal de potasio de grado reactivo cuesta alrededor de $ 10.00 / libra ($ 22 / kg ) en 2010 cuando se compra por tonelada . El metal de menor pureza es considerablemente más barato. El mercado es volátil porque el almacenamiento a largo plazo del metal es difícil. Debe almacenarse en una atmósfera de gas inerte seco o aceite mineral anhidro para evitar la formación de una capa superficial de superóxido de potasio , un explosivo sensible a la presión que detona cuando se rasca. La explosión resultante a menudo provoca un incendio difícil de extinguir. [100] [101]

El potasio ahora se cuantifica mediante técnicas de ionización, pero en un momento se cuantificó mediante análisis gravimétrico .

Los reactivos utilizados para las sales de potasio precipitado incluyen tetrafenilborato de sodio , ácido hexacloroplatínico , y cobaltinitrite de sodio en respectivamente tetrafenilborato de potasio , hexacloroplatinato de potasio , y cobaltinitrite potasio . [48] La reacción con cobaltinitrito de sodio es ilustrativa:

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

El cobaltinitrito de potasio se obtiene como un sólido amarillo.

Fertilizante

Fertilizante de sulfato de potasio / sulfato de magnesio

Los iones de potasio son un componente esencial de la nutrición de las plantas y se encuentran en la mayoría de los tipos de suelo . [9] Se utilizan como fertilizante en agricultura , horticultura y cultivo hidropónico en forma de cloruro (KCl), sulfato ( K
2ENTONCES
4) o nitrato ( KNO
3), que representa la 'K' en 'NPK' . Los fertilizantes agrícolas consumen el 95% de la producción química mundial de potasio, y aproximadamente el 90% de este potasio se suministra como KCl. [9] El contenido de potasio de la mayoría de las plantas oscila entre el 0,5% y el 2% del peso cosechado de los cultivos, expresado convencionalmente como cantidad de K
2O . La agricultura moderna de alto rendimiento depende de los fertilizantes para reemplazar el potasio perdido en la cosecha. La mayoría de los fertilizantes agrícolas contienen cloruro de potasio, mientras que el sulfato de potasio se usa para cultivos sensibles al cloruro o cultivos que necesitan un mayor contenido de azufre. El sulfato se produce principalmente por descomposición de los minerales complejos kainita ( MgSO
4· KCl · 3H
2O ) y langbeinita ( MgSO
4· K
2ENTONCES
4). Solo unos pocos fertilizantes contienen nitrato de potasio. [102] En 2005, alrededor del 93 por ciento de la producción mundial de potasio fue consumida por la industria de fertilizantes. [97] Además, el potasio puede desempeñar un papel clave en el ciclo de los nutrientes al controlar la composición de la cama. [103]

Uso medico

El potasio, en forma de cloruro de potasio, se usa como medicamento para tratar y prevenir los niveles bajos de potasio en sangre . [104] El potasio en sangre bajo puede ocurrir debido a vómitos , diarrea o ciertos medicamentos. [105] Se administra mediante una inyección lenta en una vena o por vía oral. [106]

Aditivos alimentarios

Tartrato de potasio y sodio ( KNaC
4H
4O
6, Sal de Rochelle ) es un componente principal de algunas variedades de levadura en polvo ; también se utiliza en el plateado de espejos. Bromato de potasio ( KBrO
3) es un oxidante fuerte (E924), que se utiliza para mejorar la resistencia de la masa y la altura de subida. Bisulfito de potasio ( KHSO
3) se utiliza como conservante de alimentos, por ejemplo, en la elaboración de vino y cerveza (pero no en carnes). También se utiliza para blanquear tejidos y paja, y en el curtido de cueros . [107] [108]

Industrial

Los principales productos químicos de potasio son el hidróxido de potasio, el carbonato de potasio, el sulfato de potasio y el cloruro de potasio. Anualmente se producen megatoneladas de estos compuestos. [109]

El hidróxido de potasio KOH es una base fuerte que se utiliza en la industria para neutralizar ácidos fuertes y débiles , controlar el pH y fabricar sales de potasio . También se utiliza para saponificar grasas y aceites , en limpiadores industriales y en reacciones de hidrólisis , por ejemplo de ésteres . [110] [111]

Nitrato de potasio ( KNO
3) o el salitre se obtiene de fuentes naturales como el guano y las evaporitas o se fabrica mediante el proceso Haber ; es el oxidante de la pólvora ( pólvora negra ) y un importante fertilizante agrícola. El cianuro de potasio (KCN) se utiliza industrialmente para disolver cobre y metales preciosos, en particular plata y oro , formando complejos . Sus aplicaciones incluyen minería de oro , galvanoplastia y electroformado de estos metales ; también se utiliza en síntesis orgánica para producir nitrilos . Carbonato de potasio ( K
2CO
3o potasa) se utiliza en la fabricación de vidrio, jabón, tubos de televisión en color, lámparas fluorescentes, tintes y pigmentos textiles. [112] Permanganato de potasio ( KMnO
4) es una sustancia oxidante, blanqueadora y purificadora y se utiliza para la producción de sacarina . Clorato de potasio ( KClO
3) se agrega a fósforos y explosivos. El bromuro de potasio (KBr) se usaba anteriormente como sedante y en fotografía. [9]

Cromato de potasio ( K
2CrO
4) se utiliza en tintas , tintes , tintes (color rojo amarillento brillante); en explosivos y pirotecnia ; en el curtido del cuero, en papel mosca y fósforos de seguridad , [113] pero todos estos usos se deben a la química del ion cromato , más que al ion potasio. [114]

Usos de nicho

Hay miles de usos de varios compuestos de potasio. Un ejemplo es el superóxido de potasio , KO
2, un sólido naranja que actúa como fuente portátil de oxígeno y absorbente de dióxido de carbono. Es ampliamente utilizado en sistemas de respiración en minas, submarinos y naves espaciales, ya que requiere menos volumen que el oxígeno gaseoso. [115] [116]

4 KO 
2+ 2 CO 
2→ 2 K 
2CO
3+ 3 O 
2

Otro ejemplo es el cobaltinitrito de potasio , K
3[Co (NO
2)
6] , que se utiliza como pigmento de artista con el nombre de Aureolin o Cobalt Yellow. [117]

Los isótopos estables de potasio se pueden enfriar con láser y utilizar para sondear problemas fundamentales y tecnológicos de la física cuántica . Los dos isótopos bosónicos poseen resonancias de Feshbach convenientes para permitir estudios que requieran interacciones sintonizables, mientras que 40 K es uno de los dos únicos fermiones estables entre los metales alcalinos. [118]

Usos de laboratorio

Una aleación de sodio y potasio, NaK es un líquido que se utiliza como medio de transferencia de calor y desecante para producir disolventes secos y sin aire . También se puede utilizar en destilación reactiva . [119] La aleación ternaria de 12% de Na, 47% de K y 41% de Cs tiene el punto de fusión más bajo de -78  ° C de todos los compuestos metálicos. [dieciséis]

El potasio metálico se utiliza en varios tipos de magnetómetros . [120]

Potasio
Peligros
Pictogramas GHS GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
Palabra de señal GHS Peligro
Declaraciones de peligro GHS
H260 , H314
Consejos de prudencia del SGA
P223 , P231 + 232 , P280 , P305 + 351 + 338 , P370 + 378 , P422 [121]
NFPA 704 (diamante de fuego)
3
3
2
W

El potasio metálico puede reaccionar violentamente con agua produciendo hidróxido de potasio (KOH) e hidrógeno gaseoso.

2 K (s) + 2 H2O (l) → 2 KOH (ac) + H
2↑ (g)
"> Reproducir medios
Una reacción de potasio metálico con agua. Se produce hidrógeno y, con el vapor de potasio, arde con una llama rosada o lila. Se forma hidróxido de potasio fuertemente alcalino en solución.

Esta reacción es exotérmica y libera suficiente calor para encender el hidrógeno resultante en presencia de oxígeno. El potasio finamente pulverizado se enciende en el aire a temperatura ambiente. El metal a granel se enciende en el aire si se calienta. Debido a que su densidad es de 0,89  g / cm 3 , el potasio quemado flota en el agua que lo expone al oxígeno atmosférico. Muchos agentes extintores de incendios comunes, incluida el agua, son ineficaces o empeoran un incendio de potasio. El nitrógeno , el argón , el cloruro de sodio (sal de mesa), el carbonato de sodio ( carbonato de sodio) y el dióxido de silicio (arena) son eficaces si están secos. Algunos extintores de polvo seco Clase D diseñados para incendios de metales también son efectivos. Estos agentes privan al fuego de oxígeno y enfrían el potasio metálico. [122]

Durante el almacenamiento, el potasio forma peróxidos y superóxidos. Estos peróxidos pueden reaccionar violentamente con compuestos orgánicos como aceites. Tanto los peróxidos como los superóxidos pueden reaccionar explosivamente con el potasio metálico. [123]

Debido a que el potasio reacciona con el vapor de agua en el aire, generalmente se almacena bajo aceite mineral anhidro o queroseno. Sin embargo, a diferencia del litio y el sodio, el potasio no debe almacenarse en aceite durante más de seis meses, a menos que esté en una atmósfera inerte (sin oxígeno) o al vacío. Después de un almacenamiento prolongado en el aire, se pueden formar peróxidos peligrosos sensibles a los golpes en el metal y debajo de la tapa del recipiente, y pueden detonar al abrirlo. [124]

La ingestión de grandes cantidades de compuestos de potasio puede provocar hiperpotasemia , lo que influye fuertemente en el sistema cardiovascular. [125] [126] El cloruro de potasio se utiliza en los Estados Unidos para ejecuciones por inyección letal . [125]

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    La dénomination de Potasche (potasse) que la nouvelle nomenclature françoise a consacrée comme nom de tout le genre, ne sauroit faire fortune auprès des chimistes allemands, qui sentent à quel point la dérivation étymologique en est vicieuse. Elle est Prize en effet de ce qu'anciennement on se servoit pour la calcination des lessives concentrées des cendres, de pots de fer ( pott en dialecte de la Basse-Saxe) auxquels en un sustituto depuis des fours à calciner.
    Je propos donc ici, de substituer aux mots usités jusqu'ici d'alcali des plantes, alcali végétal, potasse, & c. celui de kali , & de revenir à l'ancienne dénomination de natron , au lieu de dire alcali minéral, soude & c. "
    (Este álcali [es decir, potasa] - [que] por lo tanto ya no puede verse como un producto del crecimiento de las plantas - ocupa un lugar apropiado en la serie originalmente simple del reino mineral, y se hace necesario asignarle un nombre que se adapta mejor a su naturaleza.
    El nombre de "potasa" ( potasa ), que la nueva nomenclatura francesa ha otorgado como el nombre de toda la especie [es decir, sustancia], no encontraría aceptación entre los químicos alemanes, que sienten hasta cierto punto [que] la derivación etimológica de la misma es defectuosa. De hecho, se toma de [los recipientes] el que se usaba anteriormente para tostar el detergente en polvo concentrado de las cenizas: ollas de hierro ( pott en el dialecto de Baja Sajonia), para las cuales tostar los hornos han sido sustituidos desde entonces.
    Así que ahora propongo sustituir las palabras hasta ahora comunes de "álcali vegetal", "álcali vegetal", "potasa", etc., por la de kali  ; y volver al antiguo nombre de natrón en lugar de decir "álcali mineral", "refresco", etc.)
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