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Potasio

El potasio es un elemento químico ; tiene el símbolo K (del neolatín kalium ) y el número atómico 19. Es un metal blanco plateado lo suficientemente blando como para cortarlo ...

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El potasio es un elemento químico ; tiene el símbolo K (del neolatín kalium ) y el número atómico  19. Es un metal blanco plateado lo suficientemente blando como para cortarlo fácilmente con un cuchillo. [ 9 ] El potasio metálico reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico para formar peróxido de potasio blanco escamoso en solo segundos de exposición. Fue aislado por primera vez 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 electrónica externa, que se elimina fácilmente para crear un  ion con carga positiva (que se combina con aniones para formar sales ). En la naturaleza, el potasio se encuentra solo en sales iónicas. El potasio elemental reacciona vigorosamente con el agua, generando suficiente calor para encender el hidrógeno emitido en la reacción y ardiendo con una llama de color lila . Se encuentra disuelto en agua de mar (que contiene un 0,04 % de potasio en peso), [ 10 ] [ 11 ] y se presenta en muchos minerales como la ortoclasa , un componente común de los granitos y otras rocas ígneas . [ 12 ]

El potasio es químicamente muy similar al sodio , el elemento anterior del grupo 1 de la tabla periódica. Tienen una energía de primera ionización similar , lo que permite que cada átomo ceda su único electrón externo. En 1702 se sugirió por primera vez que eran elementos distintos que se combinan con los mismos aniones para formar sales similares, [ 13 ] lo cual se demostró en 1807 cuando se aisló por primera vez el potasio elemental mediante electrólisis . El potasio natural está compuesto por tres isótopos , de los cuales 40El K es radiactivo . Se han encontrado trazas de 40El isótopo K se encuentra en fuentes naturales de 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. El transporte de iones de potasio a través de las membranas de las células nerviosas es necesario para la transmisión nerviosa normal; tanto la deficiencia como el exceso de potasio pueden provocar numerosos signos y síntomas, como arritmias cardíacas y diversas anomalías electrocardiográficas . Las frutas y verduras frescas son buenas fuentes dietéticas de potasio. El organismo responde al aporte de potasio de la dieta aumentando su excreción por los riñones y almacenándolo en el hígado y los músculos para evitar cambios en los niveles de potasio sérico .

La mayoría de las aplicaciones industriales del potasio aprovechan la alta solubilidad de sus compuestos en agua, como el jabón de agua salada . La producción agrícola intensiva agota rápidamente el potasio del suelo, y esto puede remediarse con fertilizantes agrícolas que contienen potasio, los cuales representan el 95 % de la producción química mundial de potasio. [ 14 ]

Etimología

El nombre en inglés del elemento potasio proviene de la palabra potasa , que hace referencia a un método antiguo para extraer diversas sales de potasio: colocar en una olla la ceniza de madera quemada u hojas de árboles, añadir agua, calentar y evaporar la solución. Humphry Davy nombró al elemento potasio después de aislar el metal. [ 15 ]

El símbolo K proviene de kali , a su vez de la raíz de la palabra álcali , que a su vez proviene del árabe : القَلْيَه 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 vegetal, sino que en realidad contenía un nuevo elemento, al que propuso llamar kali . [ 16 ] En 1807, Humphry Davy produjo el elemento mediante electrólisis; en 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propuso el nombre Kalium para el "potasio" de Davy. [ 17 ] En 1814, el químico sueco Berzelius abogó por el nombre kalium para el potasio, con el símbolo químico K. [ 18 ]

Los países de habla inglesa y francesa adoptaron el nombre Potasio , preferido por Davy y los químicos franceses Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard , mientras que los demás países germánicos adoptaron el nombre Kalium de Gilbert y Klaproth . [ 19 ] El «Libro de Oro» de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ha designado el símbolo químico oficial como K. [ 20 ]

Descubrimiento

Señor Humphry Davy

El potasio metálico fue aislado por primera vez en 1807 por Humphry Davy, quien lo obtuvo mediante electrólisis de potasa cáustica fundida (KOH) con la pila voltaica recién descubierta . El potasio fue el primer metal aislado por electrólisis. [ 21 ] Más tarde, ese mismo año, Davy informó sobre la extracción del sodio metálico a partir de un derivado mineral ( sosa cáustica , NaOH o lejía) en lugar de una sal vegetal, mediante una técnica similar, demostrando que los elementos, y por lo tanto las sales, son diferentes. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Aunque la producción de potasio y sodio metálicos debería haber demostrado que ambos son elementos, pasó algún tiempo antes de que esta visión fuera universalmente aceptada. [ 23 ]

Propiedades

Trozos de metal potasio

El potasio es un sólido blando y plateado que se corta fácilmente con un cuchillo. [ 26 ] Debido a su sensibilidad al agua y al aire, normalmente se emplean técnicas libres de aire para manipularlo. Es inerte frente al nitrógeno y los hidrocarburos saturados como el aceite mineral o el queroseno . Se disuelve fácilmente en amoníaco líquido , hasta 480 g por cada 1000 g de amoníaco a 0  °C, para formar el electrido [ K(NH 3 ) 6 ] + e − , que presenta un electrón como anión . [ 27 ]

compuestos

Estructura del superóxido de potasio sólido ( KO₂ )

Como reflejo de su baja primera energía de ionización de 418,8  kJ/mol, el potasio es un agente reductor fuerte, es decir, libera fácilmente un electrón al entrar en contacto con otros materiales. Con el grafito , el potasio metálico forma compuestos de intercalación de grafito . Uno de estos compuestos tiene la fórmula KC₈ , un sólido de color dorado que se describe como una sal de K⁺ de grafito con carga negativa. [ 28 ] El potasio puede reducir muchas sales al metal, como lo ilustra el método de Rieke para hacer polvo de magnesio a partir de cloruro de magnesio : [ 29 ]

MgCl₂ + 2 K → Mg + 2 KCl

La mayoría de los compuestos de potasio son iónicos. Debido a la alta energía de hidratación del ion K + , estas sales suelen presentar una excelente solubilidad en agua. Las principales especies en solución acuosa son los complejos acuosos [ K(H2O ) n ] + , donde n = 6 y 7. [ 30 ] Aunque generalmente insolubles en disolventes orgánicos, las sales de potasio se disuelven en disolventes orgánicos polares en presencia de éteres corona y criptandos . Estos ligandos orgánicos envuelven los iones K + , formando complejos de coordinación lipofílicos . Fenómenos de complejación similares se observan en algunos antibióticos que se unen a iones. [ 31 ]

compuestos binarios

El potasio forma muchos compuestos binarios, es decir, compuestos de potasio y otro elemento. El inventario es tan extenso que cabe mencionar una laguna: no se conoce ningún nitruro de potasio. El hidruro de potasio se forma directamente a partir de los elementos: [ 32 ]

2 K + H 2 → 2 KH

Es un sólido blanco y pirofórico que se utiliza como base.

Todas las sales de haluro son bien conocidas: fluoruro de potasio (KF), cloruro de potasio ( KCl), bromuro de potasio (KF) y yoduro de potasio (KI). Cuatro óxidos de potasio están bien estudiados: óxido de potasio ( K₂O ), peróxido de potasio ( K₂O₂ ), superóxido de potasio (KO₂ ) y ozónido de potasio ( KO₃ ). [ 33 ] Todas estas especies se hidrolizan (reaccionan con agua) para dar hidróxido de potasio. De manera similar , una amplia gama de sulfuros, seleniuros y telururos están bien caracterizados. Aunque estas sales simples suelen ser blancas y diamagnéticas , el KO₂ es una excepción, ya que es de color amarillo intenso y paramagnético . [ 34 ]

Compuestos ternarios y más complejos

Aunque raramente se encuentra en forma anhidra , el KOH es uno de los compuestos de potasio predominantes desde la perspectiva comercial. Es una base fuerte y altamente corrosiva. Como muestra de su carácter hidrófilo , hasta 1,21 kg de KOH pueden disolverse en un litro de agua. [ 35 ] [ 36 ] El KOH reacciona fácilmente con el dióxido de carbono ( CO 2 ) para producir carbonato de potasio ( K ​​2 CO 3 ), y en principio podría usarse para eliminar trazas de este gas del aire. Al igual que el hidróxido de sodio , estrechamente relacionado , el KOH reacciona con las grasas para producir jabones . Los jabones a base de potasio se utilizan en dispensadores de jabón porque son más solubles en agua que los jabones de sodio. [ 37 ]

El nitrato , el nitrito , el sulfato y varios fosfatos también forman sales de potasio, todos sólidos blancos, que se utilizan ampliamente. Como muestra de la estabilidad térmica típica de estos materiales, el nitrato de potasio , el nitrato de sodio y el nitrito de sodio forman un eutéctico que permanece líquido entre 142 y 600 °C. [ 38 ]

Las sales de sodio y potasio muestran propiedades prácticamente idénticas en solución acuosa, pero sus diferentes solubilidades tienen un valor práctico. La solubilidad distintiva del heptafluorotantalato de potasio ( K₂ [ TaF₇ ] ) permite la purificación del tantalio del contaminante persistente de niobio . [ 39 ] La solubilidad del compuesto K⁺ difiere notablemente de la del compuesto Na⁺ en los pares tetrafenilborato de sodio / tetrafenilborato de potasio , cobaltinitrito de sodio / cobaltinitrito de potasio y hexacloroplatinato de sodio / hexacloroplatinato de potasio . Estas diferencias son la base del análisis gravimétrico para K⁺ . [ 27 ] [ 40 ]

Varios reactivos que contienen potasio, denominados patrones primarios , tienen la ventaja de no ser higroscópicos, a diferencia de las sales de sodio correspondientes. Así, el oxidante dicromato de potasio , el ácido ftalato ácido de potasio y el reductor ferrocianuro de potasio pueden manipularse en el aire sin aumentar de peso por hidratación. [ 41 ] Las sales de potasio se producen a menudo a partir de sales de sodio, por ejemplo, cromato de sodio y permanganato de sodio , que se obtienen de forma más directa de los minerales. [ 42 ]

compuestos organopotásicos

Los compuestos organopotásicos son principalmente de interés académico. Presentan enlaces covalentes K–C altamente polares . [ 43 ] Un ejemplo es el difenilmetil potasio KCH(C 6 H 5 ) 2 . [ 44 ]

isótopos

Existen 25 isótopos conocidos de potasio, tres de los cuales se presentan de forma natural: 39K (93,3%), 40K (0,0117%), y 41K (6,7%) (por fracción molar). De origen natural 40K tiene una vida media de1,250 × 10 9 años. Se desintegra en 40 estables.Ar por captura de electrones o emisión de positrones (11,2%) o a 40 establesCa por desintegración beta (88,8%). [ 45 ] Esta desintegración produce una concentración relativamente mayor de argón en la atmósfera. [ 46 ] : 40 La desintegración de 40K a 40El Ar es la base de un método común para datar rocas. El método convencional de datación potasio-argón depende de la suposición de que las rocas no contenían argón en el momento de su formación y que todo el argón radiogénico posterior ( 40El Ar ) se retuvo cuantitativamente. Los minerales se datan midiendo la concentración de potasio y la cantidad de 40 radiogénico.Ar que se ha acumulado. Los minerales más adecuados para la datación incluyen biotita , moscovita , hornblenda metamórfica y feldespato volcánico ; también se pueden datar muestras de roca entera de flujos volcánicos e intrusiones superficiales si no están alteradas. [ 45 ] [ 47 ] 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 [ 48 ] en la Tierra.

40El K se encuentra en el potasio natural (y, por lo tanto, en algunos sustitutos comerciales de la sal) en cantidad suficiente como para que grandes bolsas de esos sustitutos puedan usarse como fuente radiactiva para demostraciones en el aula. 40El K es el radioisótopo con mayor abundancia en el cuerpo humano . En animales y personas sanas, 40El K representa la mayor fuente de radiactividad, incluso mayor que el 14.C. En un cuerpo humano de 70 kg, hay aproximadamente 4400 núcleos de 40Desintegración de K por segundo. [ 49 ] La actividad del potasio natural es de 31 Bq /g. [ 50 ]

Historia

Potasa

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, su composición no se comprendía. Georg Ernst Stahl obtuvo evidencia experimental que lo llevó a sugerir la diferencia fundamental de las sales de sodio y potasio en 1702, [ 13 ] y Henri Louis Duhamel du Monceau pudo probar esta diferencia en 1736. [ 51 ] La composición química exacta de los compuestos de potasio y sodio, y el estatus 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. [ 22 ] [ 23 ] Durante mucho tiempo, las únicas aplicaciones significativas de la potasa fueron la producción de vidrio, lejía, jabón y pólvora como nitrato de potasio. [ 52 ] Los jabones de potasio de grasas animales y aceites vegetales eran especialmente apreciados porque tienden a ser más solubles en agua y de textura más suave, y por lo tanto se conocen como jabones suaves. [ 14 ] 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 [ 53 ] causó 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 contenían cloruro de potasio cerca de Staßfurt , Alemania, la producción de fertilizantes que contenían potasio comenzó a escala industrial. [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] Se descubrieron otros depósitos de potasa, y para la década de 1960 Canadá se convirtió en el productor dominante. [ 57 ] [ 58 ]

Aparición

El potasio se forma en las supernovas mediante nucleosíntesis a partir de átomos más ligeros. Se cree que el potasio se crea en las supernovas de tipo II a través de una reacción nuclear que consume oxígeno , probablemente durante la fase explosiva de la nova. [ 59 ] [ 60 ] 40El K también se forma en la nucleosíntesis del proceso s y en el proceso de combustión del neón . [ 61 ]

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. [ 62 ] La concentración de potasio en el agua de mar es de 0,39  g/L [ 10 ] (0,039 % p/v), aproximadamente una veintisieteava parte de la concentración de sodio. [ 63 ] [ 64 ]

Geología

Potasio en el feldespato

El potasio elemental no se encuentra en la naturaleza debido a su alta reactividad con el agua y el oxígeno. [ 27 ]

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 en la corteza terrestre. La silvita (KCl), la carnalita ( KCl · MgCl₂ · 6H₂O ) , la kainita ( MgSO₄ · KCl · 3H₂O ) y la langbeinita ( MgSO₄ · K₂SO₄ ) son los minerales que se encuentran en grandes depósitos de evaporitas en todo el mundo. Los depósitos suelen mostrar capas que comienzan con los minerales menos solubles en la parte inferior y los más solubles en la superior. [ 64 ] Los depósitos de nitrato ( nitrato de potasio ) se forman por la descomposición de materia orgánica en contacto con la atmósfera, principalmente en cuevas; debido a la buena solubilidad en agua del nitrato, la formación de depósitos más grandes requiere condiciones ambientales especiales. [ 65 ]

Producción comercial

Minería

Sylvite de Nuevo México
Monte Kali , un vertedero de residuos de la minería y el procesamiento de potasa en Hesse, Alemania , compuesto principalmente de cloruro de sodio.

Las sales de potasio como la carnalita , la langbeinita , la polihalita y la silvita forman extensos depósitos de evaporitas en antiguos fondos de lagos y lechos marinos , [ 63 ] 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 , Kazajistán , Alemania , Israel , Estados Unidos, Jordania y otros lugares del mundo. [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ] Los primeros depósitos explotados se ubicaron cerca de Staßfurt, Alemania, pero los depósitos se extienden desde Gran Bretaña, pasando por Alemania, hasta Polonia. Se encuentran en el Zechstein y se depositaron en el Pérmico Medio a Tardío . Canadá lidera la producción mundial de potasa; los depósitos más fáciles de extraer se encuentran a 1000 metros (3300 pies) bajo la superficie de la provincia canadiense de Saskatchewan . [ 69 ] 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. [ 67 ] [ 68 ]

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, aprovechando las diferencias de solubilidad de las sales. En algunas minas también se emplea la separación electrostática de la mezcla de sales molidas. Los residuos de sodio y magnesio resultantes se almacenan bajo tierra o se acumulan en escorias . La mayor parte del mineral de potasio extraído se convierte en cloruro de potasio tras su procesamiento. La industria minera se refiere al cloruro de potasio como potasa, cloruro de potasio o simplemente MOP. [ 64 ]

El metal potasio se puede aislar mediante electrólisis de su hidróxido en un proceso que ha cambiado poco desde que fue utilizado por primera vez por Humphry Davy en 1807. [ 46 ] : 40 Aunque el proceso de electrólisis se desarrolló y se utilizó a escala industrial en la década de 1920, el método térmico, que hace reaccionar sodio con cloruro de potasio en una reacción de equilibrio químico,

Na + KCl → NaCl + K,

se convirtió en el método dominante en la década de 1950. [ 46 ] : 40 La producción de aleaciones de sodio-potasio se logra cambiando el tiempo de reacción y la cantidad de sodio utilizada en la reacción. El proceso Griesheimer, que emplea la reacción de fluoruro de potasio con carburo de calcio , también se utilizó para producir potasio. [ 64 ] [ 70 ]

2 KF + CaC 2 → 2 K + CaF 2 + 2 C

Identificación de cationes

La prueba de la llama del potasio

El potasio se puede detectar mediante una prueba de llama tradicional . Sus compuestos emiten un color lila con una longitud de onda de emisión máxima de 766,5 nanómetros. [ 71 ] El potasio se puede cuantificar mediante métodos espectroscópicos , incluyendo fotometría de llama y fluorescencia de rayos X. El análisis gravimétrico tradicional todavía se emplea en la industria de fertilizantes (el uso dominante del potasio). El principal reactivo analítico es el ácido hexacloroplatínico . [ 72 ] El tratamiento de una solución que contiene iones K + con un exceso de este compuesto de platino precipita cuantitativamente hexacloroplatinato de potasio , que se pesa fácilmente y no es higroscópico:

2 K + + H 2 [ PtCl 6 ] → K 2 [ PtCl 6 ] + 2 H +

Un procedimiento analítico similar produce un precipitado de tetrafenilborato de potasio a partir de tetrafenilborato de sodio .

Usos comerciales

Fertilizante

Fertilizante de sulfato de potasio/sulfato de magnesio

Los iones de potasio son un componente esencial de la nutrición vegetal y se encuentran en la mayoría de los tipos de suelo . [ 14 ] Se utilizan como fertilizante en la agricultura , la horticultura y el cultivo hidropónico en forma de cloruro (KCl), sulfato ( K ​​2 SO 4 ) o nitrato ( KNO 3 ), que representan la 'K' en 'NPK' . Los fertilizantes agrícolas consumen el 95% de la producción química mundial de potasio, y alrededor del 90% de este potasio se suministra como KCl. [ 14 ] 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 2 O . 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 utiliza para cultivos sensibles al cloruro o cultivos que necesitan un mayor contenido de azufre. El sulfato se produce principalmente por la descomposición de los minerales complejos kainita ( MgSO₄ · KCl · 3H₂O ) y langbeinita ( MgSO₄ · K₂SO₄ ) . Solo unos pocos fertilizantes contienen nitrato de potasio. [ 73 ] En 2005, aproximadamente el 93% de la producción mundial de potasio fue consumida por la industria de fertilizantes. [ 68 ] Además , el potasio puede desempeñar un papel clave en el ciclo de nutrientes al controlar la composición de la hojarasca. [ 74 ]

Uso médico

citrato de potasio

El citrato de potasio se utiliza para tratar una afección de cálculos renales llamada acidosis tubular renal . [ 75 ]

cloruro de potasio

El potasio, en forma de cloruro de potasio, se utiliza como medicamento para tratar y prevenir la hipopotasemia . [ 76 ] La hipopotasemia puede producirse debido a vómitos , diarrea o ciertos medicamentos. [ 77 ] Se administra mediante inyección intravenosa lenta o por vía oral. [ 78 ]

aditivos alimentarios

El tartrato de sodio y potasio ( KNaC₄H₄O₆ , sal de Rochelle ) es un componente principal de algunas variedades de levadura en polvo ; también se utiliza en el plateado de espejos. El bromato de potasio ( KBrO₃ ) es un oxidante fuerte (E924), utilizado para mejorar la fuerza y ​​el volumen de la masa . El bisulfito de potasio ( KHSO₃ ) se utiliza como conservante de alimentos, por ejemplo, en la elaboración de vino y cerveza (pero no en carnes). También se utiliza para blanquear textiles y paja, y en el curtido de cueros . [ 79 ] [ 80 ]

Industrial

Los principales compuestos químicos de potasio son el hidróxido de potasio, el carbonato de potasio, el sulfato de potasio y el cloruro de potasio. Anualmente se producen megatones de estos compuestos. [ 81 ]

El 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 emplea para saponificar grasas y aceites , en limpiadores industriales y en reacciones de hidrólisis, por ejemplo, de ésteres . [ 82 ] [ 83 ]

El nitrato de potasio ( KNO₃ ) o salitre se obtiene de fuentes naturales como el guano y los evaporitas o se fabrica mediante el proceso Haber ; es el oxidante en 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 , mediante la formación de complejos . Sus aplicaciones incluyen la minería de oro , la galvanoplastia y la electroformación de estos metales ; también se utiliza en síntesis orgánica para hacer nitrilos . El carbonato de potasio ( K₂CO₃ o potasa ) se utiliza en la fabricación de vidrio, jabón, tubos de televisión a color, lámparas fluorescentes, tintes y pigmentos textiles. [ 84 ] El permanganato de potasio ( KMnO₄ ) es una sustancia oxidante, blanqueadora y purificadora y se utiliza para la producción de sacarina . El clorato de potasio ( KClO₃ ) se añade a las cerillas y explosivos . El bromuro de potasio (KBr) se utilizaba antiguamente como sedante y en fotografía. [ 14 ]

Aunque el cromato de potasio ( K₂CrO₄ ) se utiliza en la fabricación de una gran variedad de productos comerciales , como tintas , colorantes , tintes para madera (al reaccionar con el ácido tánico de la madera), explosivos , fuegos artificiales , papel matamoscas y cerillas de seguridad , [ 85 ] así como en el curtido del cuero, todos estos usos se deben a la química del ion cromato y no a la del ion potasio. [ 86 ]

Usos específicos

Existen miles de usos para diversos compuestos de potasio. Un ejemplo es el superóxido de potasio , KO₂ , un sólido naranja que actúa como fuente portátil de oxígeno y absorbente de dióxido de carbono. Se utiliza ampliamente en sistemas de respiración en minas, submarinos y naves espaciales, ya que ocupa menos volumen que el oxígeno gaseoso. [ 87 ] [ 88 ]

4 KO 2 + 2 CO 2 → 2 K 2 CO 3 + 3 O 2

Otro ejemplo es el cobaltinitrito de potasio , K 3 [ Co(NO 2 ) 6 ] , que se utiliza como pigmento artístico con el nombre de aureolina o amarillo cobalto. [ 89 ]

Los isótopos estables del potasio pueden enfriarse mediante láser y utilizarse para investigar problemas fundamentales y tecnológicos en física cuántica . Los dos isótopos bosónicos poseen resonancias de Feshbach convenientes para permitir estudios que requieren interacciones ajustables, mientras que 40El K es uno de los dos únicos fermiones estables entre los metales alcalinos. [ 90 ]

Usos de laboratorio

La 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 libres de aire . También puede utilizarse en la destilación reactiva . [ 91 ] La aleación ternaria de 12 % Na, 47 % K y 41 % Cs tiene el punto de fusión más bajo de −78  °C de cualquier compuesto metálico. [ 26 ]

El potasio metálico se utiliza en varios tipos de magnetómetros . [ 92 ]

Función biológica

Plantas

El potasio es crucial para diversas especies vegetales. Desempeña un papel vital en el mantenimiento de la savia celular y la presión interna de las raíces, necesarias para el crecimiento de la planta. El potasio aumenta el metabolismo vegetal y la absorción de dióxido de carbono. [ 46 ] : 48

Fisiología humana

El potasio es el octavo o noveno elemento más común en masa (0,2 %) en el cuerpo humano, de modo que un  adulto de 60 kg contiene un total de aproximadamente 120  g de potasio. [ 93 ] El cuerpo tiene aproximadamente la misma cantidad de potasio que de azufre y cloro, y solo el calcio y el fósforo son más abundantes (con la excepción de los omnipresentes elementos CHON ). [ 94 ] Los iones de potasio están presentes en una amplia variedad de proteínas y enzimas. [ 95 ] El 98 % del potasio en un cuerpo humano se encuentra dentro de las células individuales. [ 96 ]

Función bioquímica

Los niveles de potasio influyen en múltiples procesos fisiológicos, incluidos [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]

  • Potencial de membrana celular en reposo y propagación de potenciales de acción en tejido neuronal, muscular y cardíaco. Debido a sus propiedades electrostáticas y químicas, los iones K + son más grandes que los iones Na + , y los canales iónicos y las bombas en las membranas celulares pueden diferenciar entre ambos iones, bombeando activamente o dejando pasar pasivamente uno de ellos mientras bloquean el otro. [ 100 ]
  • secreción y acción hormonal
  • 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
  • niveles locales de norepinefrina, serotonina y dopamina monoaminérgicas corticales, y a través de ellas, el equilibrio sueño/vigilia y la actividad espontánea. [ 101 ]

Homeostasis

Casi todas las células poseen una bomba de sodio-potasio que transporta iones de sodio hacia afuera e iones de potasio hacia adentro, manteniendo un equilibrio en un rango estrecho de concentraciones esencial para la función celular. Este mecanismo de homeostasis interna requiere un mecanismo de homeostasis externa para mantener la concentración de iones de potasio en el plasma en el espacio intercelular. La homeostasis externa la proporcionan principalmente los riñones. [ 102 ]

La acción de la bomba de sodio-potasio es un ejemplo de transporte activo primario . Las dos proteínas transportadoras incrustadas en la membrana celular, a la izquierda, utilizan ATP para expulsar el sodio de la célula en contra del gradiente de concentración; las dos proteínas de la derecha utilizan transporte activo secundario para introducir el potasio en la célula. Este proceso da como resultado la reconstitución del ATP.

Homeostasis interna (celular)

El sistema de transporte de iones mueve el potasio a través de la membrana celular mediante dos mecanismos. Uno es activo y bombea sodio hacia fuera de la célula y potasio hacia dentro. El otro es pasivo y permite que el potasio se filtre fuera de la célula. Los cationes de potasio y sodio influyen en la distribución de fluidos entre los compartimentos intracelulares y extracelulares mediante fuerzas osmóticas . El movimiento de potasio y sodio a través de la membrana celular está mediado por la bomba Na⁺/K⁺-ATPasa . [ 103 ] Esta bomba de iones utiliza ATP para bombear tres iones de sodio fuera de la célula y dos iones de potasio hacia dentro, creando un gradiente electroquímico y una 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 desencadena un potencial de acción, por citar un ejemplo. El canal iónico de potasio descubierto más recientemente es KirBac3.1, lo que hace un total de cinco canales iónicos de potasio (KcsA, KirBac1.1, KirBac3.1, KvAP y MthK) con una estructura determinada. Los cinco pertenecen a especies procariotas . [ 104 ]

El potasio puede almacenarse en el hígado y los músculos. Este potasio puede liberarse al plasma extracelular entre comidas para mantener los niveles de potasio. [ 102 ]

Niveles plasmáticos

El potasio plasmático se mantiene normalmente entre 3,5 y 5,5 milimoles (mmol) [o miliequivalentes (mEq)] por litro mediante múltiples mecanismos. [ 105 ] Se requieren rangos aún más estrechos para reducir la mortalidad en pacientes con infarto agudo de miocardio . [ 106 ]

Una comida promedio de 40–50  mmol aporta al organismo más potasio del que está presente en todo el plasma (20–25  mmol). Los mecanismos renales y extrarrenales de homeostasis externa limitan el aumento del potasio plasmático a menos del 10 %. [ 107 ]

La hipopotasemia , una deficiencia de potasio en el plasma, puede ser mortal si es grave. Las causas comunes son el aumento de la pérdida gastrointestinal ( vómitos , diarrea ) y el aumento de la pérdida renal ( diuresis ). [ 108 ] 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 . [ 109 ]

Homeostasis externa (a nivel plasmático)

El contenido de potasio en el plasma está estrictamente controlado por tres mecanismos básicos: [ 102 ]

  1. un sistema reactivo de retroalimentación negativa,
  2. un sistema de realimentación reactiva y
  3. un sistema predictivo o circadiano ,

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 fuera de las células o infusión intravenosa). [ 102 ]

El sistema de retroalimentación reactiva se refiere a un sistema aún no completamente comprendido que induce la secreción renal de potasio en respuesta a la ingesta de potasio antes de cualquier aumento en el potasio plasmático. Probablemente, esto se inicia mediante receptores de potasio en las células intestinales que detectan el potasio ingerido y activan señales aferentes vagales hacia la glándula pituitaria. [ 102 ]

El sistema predictivo o circadiano aumenta la secreción renal de potasio durante las horas de las comidas (por ejemplo, durante el día en humanos y durante la noche en roedores), independientemente de la presencia, cantidad o ausencia de ingesta de potasio. Está mediado por un oscilador circadiano en el núcleo supraquiasmático del cerebro (reloj central), que provoca que el riñón (reloj periférico) secrete potasio de esta manera rítmica circadiana. [ 102 ]

Filtración, reabsorción y excreción renal

Los iones de potasio se reabsorben del plasma sanguíneo que ingresa a los glomérulos y al túbulo renal de los riñones. Solo una pequeña cantidad de potasio llega a la nefrona distal . [ 110 ]

El manejo renal del potasio está estrechamente relacionado con el manejo del sodio. El potasio es el catión principal (ión positivo) dentro de las células animales (150  mmol/L, 4,8  g/L), mientras que el sodio es el catión principal del líquido extracelular (150  mmol/L, 3,345  g/L). En los riñones, aproximadamente 180  litros de plasma se filtran a través de los glomérulos y hacia los túbulos renales por día. [ 111 ] El sodio se reabsorbe para mantener el volumen extracelular, la presión osmótica y la concentración sérica de sodio dentro de límites estrechos. El potasio se reabsorbe para mantener la concentración sérica de potasio dentro de límites estrechos. [ 112 ] Las bombas de sodio en los túbulos renales operan para reabsorber sodio. El potasio debe conservarse, pero debido a que la cantidad de potasio en el plasma sanguíneo es muy pequeña y el reservorio 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 [ 113 ] [ 114 ] en contracorriente con el sodio en respuesta a un equilibrio de Donnan aparente (pero no real) , [ 115 ] la orina nunca puede descender por debajo de la concentración de potasio en el suero, excepto a veces mediante la excreción activa de agua al final del proceso. El potasio se excreta dos veces y se reabsorbe tres veces antes de que la orina llegue a los túbulos colectores. [ 116 ]

Sin ingesta de potasio, se excreta a razón de unos 200  mg por día hasta que, en aproximadamente una semana, el potasio en el suero disminuye a un nivel de deficiencia leve de 3,0–3,5  mmol/L. [ 117 ] Si se sigue negando el potasio, la concentración continúa disminuyendo hasta que una deficiencia grave provoca la muerte. [ 118 ]

El potasio se mueve pasivamente a través de los poros de la membrana celular. Cuando los iones se mueven a través de los transportadores de iones (bombas), hay una compuerta en las bombas a ambos lados de la membrana celular y solo una compuerta puede estar abierta a la vez. Como resultado, aproximadamente 100 iones son forzados a pasar por segundo. Los canales iónicos tienen una sola compuerta, y solo un tipo de ion puede fluir a través de ella, a una velocidad de 10 millones a 100 millones de iones por segundo. [ 119 ] El calcio es necesario para abrir los poros, [ 120 ] aunque el calcio puede funcionar a la inversa bloqueando al menos uno de los poros. [ 121 ] Los grupos carbonilo dentro del poro en los aminoácidos imitan la hidratación del agua que tiene lugar en solución acuosa [ 122 ] por la naturaleza de las cargas electrostáticas en cuatro grupos carbonilo dentro del poro. [ 123 ]

Nutrición

Recomendaciones dietéticas

América del norte

La Academia Nacional de Medicina de EE. UU. (NAM), en nombre de EE. UU. y Canadá, establece las ingestas de referencia dietéticas , que incluyen los requerimientos promedio estimados (EAR) y las ingestas dietéticas recomendadas (RDA), o ingestas adecuadas (AI) cuando no hay suficiente información para establecer los EAR y las RDA. Para niños y niñas menores de 9 años, las AI de 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 2300  mg de potasio para niños de 4 a 8 años. Para varones de 9 años de edad en adelante, las IA de potasio son: 2500  mg de potasio para varones de 9 a 13 años, 3000  mg de potasio para varones de 14 a 18 años y 3400  mg para varones de 19 años de edad en adelante. Para mujeres de 9 años de edad en adelante, las IA de potasio son: 2300  mg de potasio para mujeres de 9 a 18 años y 2600  mg de potasio para mujeres de 19 años de edad en adelante. Para mujeres embarazadas y lactantes, las IA de potasio son: 2600  mg de potasio para mujeres embarazadas de 14 a 18 años, 2900  mg para mujeres embarazadas de 19 años de edad en adelante; Además, se recomienda una ingesta de 2500  mg de potasio para mujeres lactantes de entre 14 y 18 años, y de 2800  mg para mujeres lactantes de 19 años o más. En cuanto a la seguridad, la NAM también establece niveles máximos de ingesta tolerables (UL) para vitaminas y minerales, pero para el potasio la evidencia fue insuficiente, por lo que no se estableció ningún UL. [ 124 ] [ 125 ]

En 2004, la mayoría de los adultos estadounidenses consumían menos de 3000  mg. [ 126 ]

Europa

Asimismo, en la Unión Europea, en particular en Alemania e Italia, la ingesta insuficiente de potasio es bastante común. [ 127 ] El Servicio Nacional de Salud del Reino Unido recomienda que "los adultos (de 19 a 64 años) necesitan3500  mg por día" y que cantidades excesivas pueden causar problemas de salud como dolor de estómago y diarrea . [ 128 ]

Fuentes de alimentos

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 albaricoques secos , la leche , el chocolate , todos los frutos secos (especialmente las almendras y los pistachos ), las patatas , los brotes de bambú , los plátanos , los aguacates , el agua de coco , la soja y el salvado . [ 129 ]

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos también enumera la pasta de tomate , el jugo de naranja , las hojas de remolacha , las judías blancas , los plátanos y muchas otras fuentes dietéticas de potasio, clasificadas en orden descendente según su contenido de potasio. La cantidad diaria recomendada de potasio se encuentra en 5 plátanos o 11 bananas. [ 130 ]

ingesta deficiente

Aunque la hipopotasemia leve no causa síntomas distintivos, es un factor de riesgo para la hipertensión [ 131 ] [ 132 ] y la arritmia cardíaca . [ 133 ] La hipopotasemia grave generalmente se presenta con hipertensión , arritmia , calambres musculares , fatiga , debilidad y estreñimiento . [ 133 ] Las causas de la hipopotasemia incluyen vómitos, diarrea , medicamentos como furosemida y esteroides , diálisis renal , diabetes insípida , hiperaldosteronismo e hipomagnesemia . [ 133 ]

Suplementación

El tratamiento o la prevención de la hipopotasemia, un desequilibrio electrolítico común que se observa en el 20 % de los pacientes hospitalizados, requiere suplementos de potasio. Existen muchas causas de hipopotasemia, pero en el ámbito clínico, los diuréticos que bloquean la reabsorción de sodio y agua son la causa farmacológica más frecuente. [ 134 ]

Existe una variedad de suplementos con y sin receta disponibles. [ 135 ] El cloruro de potasio puede disolverse en agua, pero su sabor salado/amargo hace que los suplementos líquidos resulten desagradables. [ 136 ] [ 137 ] El potasio también está disponible en tabletas o cápsulas, formuladas para permitir que se libere lentamente de la matriz. [ 78 ] El mecanismo de acción del potasio involucra diversos tipos de transportadores y canales que facilitan su movimiento a través de las membranas celulares. Este proceso puede provocar un aumento en el bombeo de iones de hidrógeno. Esto, a su vez, puede incrementar la producción de ácido gástrico, contribuyendo potencialmente al desarrollo de úlceras gástricas. [ 138 ] Una normativa de la FDA en EE. UU. exige que se advierta sobre este problema en cualquier píldora de potasio sin receta que contenga más de 99  mg de potasio. [ 139 ]

Los estudios sobre la ingesta de potasio en la dieta muestran que una mayor ingesta se correlaciona con una menor presión arterial. [ 140 ] Los estudios sobre los suplementos de potasio para mitigar el impacto de la hipertensión, reduciendo así el riesgo cardiovascular, arrojan conclusiones contradictorias. Algunos estudios informan de un "impacto modesto pero significativo". [ 141 ] Otros no encuentran efectos. El cloruro de potasio y el bicarbonato de potasio pueden ser útiles para controlar la hipertensión leve . [ 142 ] En 2020, el potasio fue el 33.º medicamento más recetado en los EE. UU., con más de 17  millones de recetas. [ 143 ] [ 144 ]

Otros usos de los suplementos de potasio incluyen la prevención de la formación de cálculos renales, una afección que puede provocar complicaciones renales si no se trata. El potasio desempeña un papel importante en la salud ósea. Contribuye al equilibrio ácido-base del organismo y ayuda a proteger el tejido óseo. Para las personas con diabetes tipo 2, la suplementación con potasio puede ser necesaria: el potasio es esencial para la secreción de insulina por las células beta pancreáticas, lo que ayuda a regular los niveles de glucosa. [ 138 ]

La ingesta excesiva de potasio puede tener efectos adversos, como molestias gastrointestinales y alteraciones del ritmo cardíaco. [ 138 ] Los comprimidos de cloruro de potasio se asocian específicamente con la esofagitis inducida por comprimidos. [ 145 ]

Detección por las 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 leche y zumos, mientras que las concentraciones más altas se vuelven cada vez más amargas/alcalinas y, finalmente, también saladas. El amargor y la salinidad combinados de las soluciones con alto contenido de potasio hacen que la suplementación con altas dosis de potasio mediante bebidas líquidas sea un desafío para la palatabilidad. [ 136 ] [ 146 ] Como aditivo alimentario, el cloruro de potasio tiene un sabor salado. Las personas que deseen aumentar su ingesta de potasio o disminuir su ingesta de sodio, después de consultar con un profesional de la salud para asegurarse de que es seguro hacerlo, pueden sustituir parte o la totalidad del cloruro de sodio (sal de mesa) utilizado para cocinar y en la mesa por cloruro de potasio. [ 147 ]

Precauciones

El potasio metálico puede reaccionar violentamente con el agua produciendo KOH e hidrógeno gaseoso.

2 K(s) + 2 H 2 O(l) → 2 KOH(aq) + H 2 (g)↑
Reacción del potasio metálico con agua. Se produce hidrógeno, que, junto con el vapor de potasio, arde con una llama rosa o lila. En solución, se forma hidróxido de potasio, una sustancia fuertemente alcalina.

Esta reacción es exotérmica y libera suficiente calor para encender el hidrógeno resultante en presencia de oxígeno. El potasio finamente pulverizado se inflama en el aire a temperatura ambiente. El metal en estado sólido se inflama en el aire si se calienta. Debido a su densidad de 0,89  g/cm³ , el potasio en combustión flota en el agua que lo expone al oxígeno atmosférico. Muchos agentes extintores comunes, incluido 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 (ceniza de sosa) y el dióxido de silicio (arena) son eficaces si están secos. Algunos extintores de polvo seco de Clase D diseñados para incendios de metales también son eficaces. Estos agentes privan al fuego de oxígeno y enfrían el potasio metálico. [ 149 ]

Durante el almacenamiento, el potasio forma peróxidos y superóxidos. Estos peróxidos pueden reaccionar violentamente con compuestos orgánicos como los aceites. Tanto los peróxidos como los superóxidos pueden reaccionar explosivamente con el potasio metálico. [ 150 ]

Debido a que el potasio reacciona con el vapor de agua del aire, generalmente se almacena bajo aceite mineral anhidro o queroseno. A diferencia del litio y el sodio, el potasio no debe almacenarse bajo aceite durante más de seis meses, a menos que se encuentre en una atmósfera inerte (libre de oxígeno) o al vacío. Tras un almacenamiento prolongado al aire libre, pueden formarse peróxidos peligrosos y sensibles a los golpes en el metal y debajo de la tapa del recipiente, los cuales pueden detonar al abrirlo. [ 151 ]

La ingestión de grandes cantidades de compuestos de potasio, ciertos fármacos y la insuficiencia homeostática pueden provocar hiperpotasemia , lo que conlleva diversas bradiarritmias y taquiarritmias que pueden ser fatales. [ 152 ] [ 153 ] [ 154 ] En Estados Unidos, el cloruro de potasio se utiliza para las ejecuciones mediante inyección letal . [ 152 ]

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