Le potassium est l'élément chimique de numéro atomique 19, de symbole K (du latin kalium). Il fait partie du premier groupe du tableau périodique et plus particulièrement des métaux alcalins. Ses propriétés chimiques sont voisines de celles du sodium. Sur Terre et dans les autres corps rocheux, il est généralement lié à d'autres éléments au sein de nombreux minéraux. Il est présent dans l'eau de mer à une teneur d'environ , sous la forme d'ions libres.
Dans les conditions normales de température et de pression, le corps simple est un métal mou, d'aspect blanc métallique mais légèrement bleuté. Il s'oxyde rapidement au contact de l'air et réagit violemment avec l'eau.
Histoire Le potassium a été découvert en 1807 par le chimiste Sir Humphry Davy, qui l’obtient par électrolyse d’hydroxyde de potassium ; c'est d'ailleurs le premier métal isolé par électrolyse. C'est aussi Davy qui forge le mot potassium, à partir de l’anglais potass, lui-même emprunté au français potasse (nom de l'hydroxyde de potassium à l'époque) et du suffixe -ium.
. Potassium se dit aussi en allemand et dans d’autres langues germaniques.
En analyse biologique Le taux sanguin de potassium est appelé kaliémie. Dans le sang d'un adulte de poids moyen à jeun, il doit être compris entre Cours de néphrologie ECN 219 (Désordres du potassium) de J. Fourcade, Faculté de Médecine Montpellier-Nîmes.
Caractéristiques Caractéristiques chimiques vignette|gauche|Perles de potassium dans de l'huile de paraffine. 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 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.
Caractéristiques physiques Allié au sodium le potassium constitue le mélange NaK utilisé comme caloporteur dans les échanges thermiques. Le mélange 78 % K et 22 % Na a une température de fusion de -12,6 et bout à facilitant ainsi l'exploitation de la boucle fluide et prévenant le risque de gel. Coefficient de dilatation à = Évaluation de la masse volumique du solide: ρ = 890 /(1+0,000 083⋅(t-25))3 ; avec ρ en kg/m et t en °C Corrélation pour la masse volumique du liquide: ρ = 839,853 - 0,222 ⋅ t ; avec ρ en kg/m et t en °C ; applicable entre 100 et . Une équation d'état de la masse volumique du liquide le long de l'isobare atmosphérique (i.e. entre 63.5 °C et 757.643 °C) est donnée dans la référence. Corrélation pour la valeur de Cp du solide: Cp = 0,709 16 + 0,002 076 6 ⋅ t ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 0 et Corrélation pour la valeur de Cp du liquide: Cp = 0,950 054 - 0,000 488 51 ⋅ t + 0,000 000 314 284 ⋅ t ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre Des équations d'état décrivant les propriétés le long de la courbe de pression de vapeur saturante (i.e. courbe de coexistence liquide-gaz) sont données dans la référence. Corrélation pour la viscosité dynamique du liquide: μ = - 0,000 000 013 350 779 ⋅ t + 0,000 014 391 07 ⋅ t - 0,005 149 607 1 ⋅ t + 0,8329122 ; avec μ en mkg/(m⋅s) et t en °C ; applicable entre . Des équations d'état décrivant la viscosité dynamique du liquide et du gaz sont données dans la référence. L'équation d'état décrivant le coefficient d'auto-diffusion du liquide le long de l'isobare atmosphérique est donnée dans la référence.
+ Quelques caractéristiques thermodynamiques du potassiumLes valeurs entre parenthèses correspondent à une autre détermination de la grandeur physique. Température (°C) Masse volumique ρ (kg/m) Viscosité dynamique μ (10 kg/(m⋅s)) Conductivité thermique λ (W/(m⋅K)) Capacité calorifique à pression constanteCp (kJ/(kg⋅K)) Commentaire −173,15 925,5 0,628 solide 0 890(860) 102,4 0,757(0,709) solide 25 884,5 102,5(99,0) 0,753(0,761) solide 63,5 876,00(solide)829,48(liquide) 0,539208 0,921(liquide) liquéfaction 100 817,7(819,0) 0,4588 0,905(0,8117) liquide 200 795,5(795,0) 0,3050 "8"Les valeurs entre guillemets sont entachées d'une incertitude importante 0,865(0,7895) liquide 300 773,3 0,2358 "11" 0,832(0,7924) liquide 400 751,1(747,0) 0,1947 "13" 0,805(0,7782) liquide
Isotopes
Le potassium possède 24 isotopes connus de nombre de masse variant entre 32 et 55, ainsi que quatre isomères nucléaires.
Le potassium est communément présent sur Terre sous la forme de trois isotopes dans des proportions fixes : 39K (93,26 %) et 41K (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 isotopes 39K, 40K, 41K peut être différente sur Terre dans certaines roches d'origine extraterrestre.
La masse atomique standard du potassium est de 39,0983(1) u
Le 40K se désintègre : par émission β− en 40Ca (89,28 %) par capture électronique (10,72 %) et par émission β+ (très rare) en 40Ar ;
La méthode de datation au potassium-argon (couple d’isotopes 40K - 40Ar) est communément utilisée pour la datation des roches.
La proportion des isotopes 39K, 40K, 41K dans une roche d'origine extraterrestre permet de déterminer son éventuelle origine météotit
L'ion potassium
L'ion K est un gros cation (~) peu coordinant, et donc difficile à précipiter en solution aqueuse. Cependant le perchlorate de potassium KClO est peu soluble dans l'eau ( à , à ). 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 l'un des sept éléments les plus abondants.
Le potassium n’est pas un élément 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 Sir 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 Russie (voir la société Uralkali), au Nouveau-Mexique, en Californie et en Utah, ainsi qu'en Alsace et Allemagne.
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 puis distillation.
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 de chaleur.
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 (voir Rôle du potassium dans la fertilisation).
Le potassium est vital pour le fonctionnement des cellules animales (voir Pompe sodium-potassium).
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, le bisulfite de potassium.
Aspects médicaux Nutrition et médecine Le potassium est un nutriment essentiel à l’alimentation humaine.
Le potassium sous sa forme de cation K+ est le principal ion intracellulaire de l’organisme. Il existe un gradient 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 les membranes cellulaires, en particulier la pompe sodium-potassium est responsable de l’existence d’un potentiel de repos négatif présent dans toutes les cellules vivantes.
La concentration de K+ plasmatique (ou kaliémie) est très finement régulée, en particulier au niveau du rein, de sorte que ce taux demeure dans une fourchette précise de . Les variations pathologiques de la kaliémie (hypokaliémie et surtout hyperkaliémie) sont des troubles sévères susceptibles d’entraîner des anomalies cardiaques 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’hypertensionJane Higdon, Victoria J. Drake et Jiang He, Potassium, , accès le 19 août 2009..
Les apports adéquats quotidiens pour les adultes et adolescents sont de 3500 mg selon l'EFSA et de 4700 mg selon la NAM. Il n'y a pas d'apports maximaux recommandés.
Les aliments les plus riches sont les fruits, les légumes et le chocolat. On trouve de bonnes quantités de potassium dans :
cacao en poudre non sucré (1 524 mg/100g) les pois secs (/) les lentilles (/) le pruneau (/) les amandes (/) les dattes (656mg/100g) les châtaignes (/) le radis noir (/) l’avocat (/) les épinards (/) la pomme de terre (/) les tubercules en général le céleri-rave le navet la banane (/) le piment (/) le kiwi (/) la carotte (/) le melon (/ la tomate (/) le potiron (/) le jus d’orange (/).
Carence Une carence en potassium peut entraîner une hypertension et une hypokaliémie.
Dose toxique 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.