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Potassium

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Potassium
Image illustrative de l’article Potassium
ArgonPotassiumCalcium
Na
 Structure cristalline cubique centrée
 
19
K
 
        
        
                  
                  
                                
                                
  
                      
K
Rb
Tableau completTableau étendu
Position dans letableau périodique
SymboleK
NomPotassium
Numéro atomique19
Groupe1
Période4e période
BlocBloc s
Famille d'élémentsMétal alcalin
Configuration électronique[Ar] 4s1
Électrons parniveau d’énergie2, 8, 8, 1
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique39,098 3 ± 0,000 1 u[1]
Rayon atomique(calc)220 pm (243 pm)
Rayon de covalence203 ± 12 pm[2]
Rayon de van der Waals275 pm
État d’oxydation1
Électronégativité(Pauling)0,82
OxydeBase forte
Énergies d’ionisation[3]
1re :4,340 663 3 eV2e :31,63 eV
3e :45,806 eV4e :60,91 eV
5e :82,66 eV6e :99,4 eV
7e :117,56 eV8e :154,88 eV
9e :175,817 4 eV10e :503,8 eV
11e :564,7 eV12e :629,4 eV
13e :714,6 eV14e :786,6 eV
15e :861,1 eV16e :968 eV
17e :1 033,4 eV18e :4 610,8 eV
19e :4 934,046 eV
Isotopes les plus stables
IsoANPériodeMDEdPD
MeV
39K93,26 %stable avec 20neutrons
40K116,7 ppm1,248×109 a10,48 %β+,ε
—-—
89,52 % β-
1,505
—-—
1,3111
40Ar
—-—
40Ca
41K6,73 %stable avec 22neutrons
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinairesolide
Masse volumique0,89 g·cm-3[1]
Système cristallinCubique centré
Dureté(Mohs)0,4
Couleurblanc argenté
Point de fusion63,5 °C[1]
Point d’ébullition759 °C[1],757,643 °C[4]
Enthalpie de fusion2,334 kJ·mol-1
Enthalpie de vaporisation79,87 kJ·mol-1
Volume molaire45,94×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur1,20×10-4 Pa à63,5 °C[4]
Vitesse du son2 000 m·s-1 à20 °C
Chaleur massique757 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique13,9×106 S·m-1
Conductivité thermique102,4 W·m-1·K-1
Divers
No CAS7440-09-7
No ECHA100.028.290
No CE231-119-8
Précautions
SGH[5],[6]
SGH02 : InflammableSGH05 : Corrosif
Danger
H260,H314,EUH014,P223,P231,P232,P280,P305,P338,P351,P370,P378 etP422
H260 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément
H314 : Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires
EUH014 : Réagit violemment au contact de l'eau
P223 : Éviter tout contact avec l’eau, à cause du risque de réaction violente et d’inflammation spontanée.
P231 : Manipuler sous gaz inerte.
P232 : Protéger de l’humidité.
P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage.
P305 : En cas de contact avec les yeux :
P338 : Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer.
P351 : Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes.
P370 : En cas d’incendie :
P378 : Utiliser … pour l’extinction.
P422 : Stocker le contenu sous …
SIMDUT[7]
B6 : Matière réactive inflammableE : Matière corrosive
B6,E,
B6 : Matière réactive inflammable
dégage un gaz inflammable au contact de l’eau : hydrogène
E : Matière corrosive
forme au contact de l’eau une substance corrosive : hydroxyde de potassium

Divulgation à 1,0 % selon les critères de classification
NFPA 704[8]
Transport[9]
Code Kemler :
423 : matière solide réagissant avec l'eau en dégageant des gaz inflammables
Numéro ONU :
2257 : POTASSIUM
Classe :
4.3
Étiquette :
pictogramme ADR 4.3
4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables
Emballage :
Groupe d'emballageI : matières très dangereuses ;

Unités duSI &CNTP, sauf indication contraire.
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Lepotassium est l'élément chimique denuméro atomique 19, de symbole K (du latin kalium). Il fait partie dupremier groupe dutableau périodique et plus particulièrement desmétaux alcalins. Ses propriétés chimiques sont voisines de celles dusodium. Sur Terre et dans les autrescorpsrocheux, il est généralement lié à d'autres éléments au sein de nombreuxminéraux. Il est présent dans l'eau de mer à uneteneur d'environ 0,4 g/kg, sous la forme d'ions libres.

Dans lesconditions normales de température et de pression, lecorps simple est unmétal mou, d'aspectblanc métallique mais légèrement bleuté. Il s'oxyde rapidement au contact de l'air et réagit violemment avec l'eau.

Histoire

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Le potassium a été découvert en1807 par le chimiste SirHumphry Davy, qui l’obtient parélectrolyse d’hydroxyde de potassium ; c'est d'ailleurs le premier métal isolé par électrolyse. C'est aussi Davy qui forge le motpotassium, à partir de l’anglaispotass, lui-même emprunté au françaispotasse[10] (nom de l'hydroxyde de potassium à l'époque) et du suffixe-ium.

Le symbole K fait référence au latinkalium, lui-même forgé à partir de l’arabeal-qalyah — القَلْيَة (« cendre desalicorne »), plante riche en potassium[réf. nécessaire].Potassium se dit aussikalium en allemand et dans d’autres langues germaniques.

En analyse biologique

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Le taux sanguin de potassium est appelékaliémie.Dans le sang d'un adulte de poids moyen à jeun, il doit être compris entre 3,5 et 4,5 mmol/l[11].

Caractéristiques

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Caractéristiques chimiques

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Perles de potassium dans de l'huile deparaffine.

Le potassium est un solide mou que l'on peut couper facilement 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 dedihydrogène. Lorsqu’il est plongé dans l’eau, il réagit violemment[9] 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.

Caractéristiques physiques

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Quelques caractéristiques thermodynamiques du potassium[4],[Note 1],[1]
Température
(°C)
Masse
volumique
ρ
(kg/m3)
Viscosité
dynamique
μ
(10−3 kg/(m⋅s))
Conductivité
thermique
λ
(W/(m⋅K))
Capacité
calorifique
à pression
constante
Cp
(kJ/(kg⋅K))
Commentaire
−173,15925,50,628solide
0890
(860)
102,40,757
(0,709)
solide
25884,5102,5
(99,0)
0,753
(0,761)
solide
63,5876,00
(solide)
829,48[4]
(liquide)
0,539208[4]0,921
(liquide)
liquéfaction
100817,7
(819,0)
0,45880,905
(0,8117)
liquide
200795,5
(795,0)
0,3050"8"[12]0,865
(0,7895)
liquide
300773,30,2358"11"[12]0,832
(0,7924)
liquide
400751,1
(747,0)
0,1947"13"[12]0,805
(0,7782)
liquide

Isotopes

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Article détaillé :Isotopes du potassium.
Article détaillé :Potassium 40.

Le potassium possède 24isotopes connus denombre de masse variant entre 32 et 55, ainsi que quatreisomères nucléaires.

Le potassium est communément présent sur Terre sous la forme de trois isotopes dans des proportions fixes :39K (93,26 %) et41K (6,73 %) tous deux stables, et un radioisotope à longue durée de vie (demi-vie de 1,248 milliard d'années),40K (0,01167 %). Les autres radioisotopes du potassium ont tous une demi-vie inférieure à une journée, et pour la plupart d'entre eux inférieure à une minute.

La proportion des isotopes39K,40K,41K peut être différente sur Terre dans certaines roches d'origine extraterrestre[13].

Lamasse atomique standard du potassium est de 39,0983(1)u

Le40K se désintègre :

La méthode dedatation au potassium-argon (couple d’isotopes40K -40Ar) est communément utilisée pour ladatation des roches.

La proportion des isotopes39K,40K,41K dans une roche d'origine extraterrestre permet de déterminer son éventuelle origine météotit

L'ion potassium

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Article détaillé :Ion potassium.

L'ion K+ est un groscation (~140 pm) peucoordinant, et donc difficile àprécipiter en solution aqueuse. Cependant leperchlorate de potassium KClO4 est peu soluble dans l'eau (7 g/L à°C,20 g/L à25 °C). Il forme descomplexes avec leséthers couronnes, ce qui permet de solubiliser certains de ses sels en solution organique.

Gisements

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Cet élément représente environ 2,58 % du poids total de lacroûte terrestre, dont il est un des sept éléments les plus abondants.

Le potassium n’est pas unélément natif. Il est obtenu principalement à partir de l’hydroxyde de potassium par un procédé d'électrolyse en voie sèche fondue dont le principe a très peu changé depuis sa découverte par SirDavy.

Des minéraux tels que lacarnallite KMgCl3·6H2O, la langbeinite K2Mg2(SO4)3, lapolyhalite K2Ca2Mg(SO4)4·2H2O, et lasylvine 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 enSaskatchewan, enBiélorussie, en Russie (voir la sociétéUralkali), auNouveau-Mexique, enCalifornie et enUtah, ainsi qu'enAlsace etAllemagne.

Les océans constituent une réserve importante de potassium, mais saconcentration y est plus faible que celle du sodium (cf.eau de mer).

Synthèse du potassium

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Le potassium est produit par réduction dechlorure de potassium (KCl) liquide par de la vapeur de sodium à870 °C puisdistillation.

Utilisation du potassium

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Applications du potassium métallique

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  • 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 puissantréducteur (action similaire à celle dusodium métallique).
  • L’alliageNaK est utilisé dans les transferts de chaleur : le potassium, comme lesodium, est un excellent conducteur de chaleur.

Composés du potassium

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Le potassium est un élément essentiel pour la croissance des plantes ; on le trouve, sous forme de composés, dans la plupart des sols (voirRôle du potassium dans la fertilisation).

Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voirPompe sodium-potassium).

Ses principaux composés :

Aspects médicaux

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Nutrition et médecine

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Le potassium est unnutriment essentiel à l’alimentation humaine.

Le potassium sous sa forme decation K+ est le principalion intracellulaire de l’organisme. Il existe ungradient de concentration en faveur de la sortie de l’ion depuis le compartiment intracellulaire vers le compartiment extracellulaire. Ce gradient est entretenu par des pompes situées dans lesmembranes cellulaires, en particulier lapompe sodium-potassium est responsable de l’existence d’unpotentiel de repos négatif présent dans toutes les cellules vivantes.

La concentration de K+plasmatique (oukaliémie) est très finement régulée, en particulier au niveau durein, de sorte que ce taux demeure dans une fourchette précise de3,5 à 5,5 mmol·l-1. Les variations pathologiques de la kaliémie (hypokaliémie et surtouthyperkaliémie) sont des troubles sévères susceptibles d’entraîner des anomaliescardiaques fatales.

Une alimentation variée constitue le meilleur moyen d’avoir un bon taux de potassium dans l’organisme. Des recherches ont mis en évidence qu’un régime riche en potassium peut réduire les risques d’hypertension[14].

Les apports adéquats quotidiens pour les adultes et adolescents sont de 3500 mg selon l'EFSA et de 4700 mg selon laNAM[15],[16]. Il n'y a pas d'apports maximaux recommandés.

Les aliments les plus riches sont les fruits, les légumes et le chocolat[17]. On trouve de bonnes quantités de potassium dans :

Carence

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Une carence en potassium peut entraîner unehypertension et unehypokaliémie[20].

Dose toxique

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Le potassium peut avoir des effets quand il est respiré. L’inhalation peut irriter les yeux, le nez, la gorge, les poumons avec l’éternuement, la toux et la gorge endolorie. Des expositions plus élevées peuvent causer une accumulation de liquide dans les poumons, ceci pouvant causer la mort. Le contact avec la peau et l’œil peut causer des brûlures graves menant à des dommages permanents.

Quand les reins fonctionnent mal, il y a une accumulation de potassium ce qui peut entraîner une perturbation des battements du cœur. Au-delà de 25 mg/kg de masse corporelle, le potassium est toxique. En intraveineuse, la dose létale pour un humain est d'environ30 à 35 mg/kg[21]. Un surdosage en potassium provoque l’hyperkaliémie, alors qu'un sous-dosage en potassium provoque l’hypokaliémie. L’hyperkaliémie découle le plus souvent des insuffisances rénales très avancées (le rein n’excrète plus le potassium, et il va donc augmenter) alors qu'il est quasi impossible d’avoir une hyperkaliémie quand les reins fonctionnent normalement. On traite l’hyperkaliémie par des perfusions de bicarbonates (on alcalinise le sang), jusqu’aux cas les plus extrêmes où l’on effectue une hémodialyse (rein artificiel)… Un arrêt cardiaque peut survenir surtout si les changements de la kaliémie ont été brusques. Il existe des manifestations avant-coureuses : des troubles du rythme cardiaque, des troubles digestifs (hypokaliémie seulement), des douleurs musculaires (hypokaliémie seulement).

Précautions

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Le potassium sous forme de métal réagit violemment avec l’eau. Sa réaction avec l’eau est d’ailleurs bien plus forte que celle du sodium dans un milieu aqueux. Le potassium peut aussi réagir violemment avec son propre oxyde ; par exemple un choc sur une coulée de potassium oxydé peut provoquer une explosion. Ce métal doit donc être conservé à l’abri de l’eau et de toute atmosphère oxydante ou chargée d’humidité. Il est le plus souvent conservé immergé dans l’huile ou entouré de graisse. Dans les échantillons destinés aux expériences de laboratoire scolaires et universitaires il est fourni en flacons sous forme d’olives pour éviter – en cas de doute sur une étiquette endommagée – de le confondre avec le sodium.

Radioactivité dans le corps humain due au40K

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Article détaillé :Potassium 40.

Notes et références

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Notes

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  1. Les valeurs entre parenthèses correspondent à une autre détermination de la grandeur physique.

Références

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  1. abcd ete(en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc,,90e éd., 2804 p., Relié(ISBN 978-1-420-09084-0).
  2. (en)Beatriz Cordero, Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés, Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia Barragán et Santiago Alvarez, « Covalent radii revisited »,Dalton Transactions,‎,p. 2832 - 2838(DOI 10.1039/b801115j).
  3. (en) David R. Lide,CRC Handbook of Chemistry and Physics, TF-CRC,,87e éd.(ISBN 0849304873),p. 10-202.
  4. abcdefgh eti(en) F.Aitken et F.Volino, « New equations of state describing both the dynamic viscosity and self-diffusion coefficient for potassium and thallium in their fluid phases »,Physics of Fluids,vol. 34,no 1,‎,p. 017112(ISSN 1070-6631 et1089-7666,DOI 10.1063/5.0079944,lire en ligne, consulté le)
  5. Numéro index019-001-00-2 dans le tableau 3.1 de l’annexeVI durèglement CEno 1272/2008[PDF] (16 décembre 2008).
  6. SIGMA-ALDRICH
  7. « Potassium » dans la base de données de produits chimiquesReptox de laCSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
  8. (en) « POTASSIUM », surcameochemicals.noaa.gov.
  9. a etbEntrée du numéro CAS « 7440-09-7 » dans la base de données de produits chimiquesGESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand,anglais), accès le1er février 2009(JavaScript nécessaire).
  10. Oscar Bloch etWalther von Wartburg (préf. Antoine Meillet),Dictionnaire étymologique de la langue française, P.U.F.,,4e éd.,p. 502.
  11. Cours de néphrologie ECN 219 (Désordres du potassium) de J. Fourcade, Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes
  12. ab etcLes valeurs entre guillemets sont entachées d'une incertitude importante
  13. « Sous nos pieds, les traces d'une Terre disparue »,Sciences et Avenir,no 945,‎,p. 6
  14. Jane Higdon, Victoria J. Drake et Jiang He,Potassium,Linus Pauling Institute Micronutrient Information Center, accès le 19 août 2009.
  15. « Valeurs nutritionnelles de référence pour le potassium », surEuropean Food Safety Authority,(consulté le)
  16. (en)Read "Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate" at NAP.edu(lire en ligne)
  17. « Trop de potassium dans le sang : quelles conséquences? », sursante.lefigaro.fr(consulté le)
  18. « Food Composition Databases Show Foods -- Cocoa, dry powder, unsweetened », surndb.nal.usda.gov(consulté le)
  19. « Food Composition Databases Show Foods -- Dates, deglet noor », surndb.nal.usda.gov(consulté le)
  20. (en) Michael J.Klag, DeanFollmann, Lawrence J.Appel et Frederick L.Brancati, « Effects of Oral Potassium on Blood Pressure: Meta-analysis of Randomized Controlled Clinical Trials »,JAMA,vol. 277,no 20,‎,p. 1624–1632(ISSN 0098-7484,DOI 10.1001/jama.1997.03540440058033,lire en ligne, consulté le)
  21. (en) V D Joglekar, « Fatal poisoning by potassium in human and rabbit - PubMed »,Forensic science,vol. 9,no 1,‎,p. 33–36(ISSN 0300-9432,PMID 838413,DOI 10.1016/0300-9432(77)90062-0,lire en ligne, consulté le).

Voir aussi

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Articles connexes

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Liens externes

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