Potassium - Définition

Histoire

Le potassium a été découvert en 1807 par sir Humphry Davy, qui l’obtient par électrolyse d’hydroxyde de potassium, et forge le mot à partir de l’anglais potash de pot ashes c’est-à-dire cendres au fond du pot résultant de cette électrolyse, potass « potasse » et du suffixe -ium. En allemand, comme dans d’autres langues germaniques, le potassium se traduit Kalium. En analyse biologique du sang le taux de potassium dans le sang est appelé kaliémie.

Le potassium fut le premier métal isolé par électrolyse.

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 électrique.

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. Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voir pompe Na-K).

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.

Caractéristiques

Le potassium est le second métal le plus léger (après le lithium), et le quatrième métal le plus réactif si l’on compte le francium. C’est un solide mou qui est facilement coupé 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.

Isotopes

On connaît l’existence de 24 isotopes du potassium :

Les valeurs marquées d’un # sont des valeurs de prédiction.
Les valeurs de spin à faible certitude ainsi que les incertitudes
pour les derniers chiffres sont indiqués en parenthèses.

La forme naturelle du potassium est composé des trois isotopes ³⁹K (93,26 %), ⁴⁰K (0,01167 %) et ⁴¹K (6,73 %).

Le ⁴⁰K se désintègre :

• par capture électronique et par émission ß⁺ en ⁴⁰Ar ;
• par émission ß^- en ⁴⁰Ca

La méthode de datation au potassium-argon (couple d’isotopes ⁴⁰K - ⁴⁰Ar) est communément utilisée pour la datation des roches.

L'ion potassium

C’est un gros cation (~140 pm) peu coordinant et donc difficile à précipiter en solution aqueuse. 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 par électrolyse de l’hydroxyde de potassium par un procédé qui a très peu changé depuis 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 Alsace, en Californie, en Allemagne, au Nouveau-Mexique et en Utah.

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.