Woda morska zawiera około 400 ppm potasu. Ma on tendencję do osadzania się i w konsekwencji trafia głównie do osadów. Rzeki zawierają zazwyczaj około 2-3 ppm potasu. Różnica ta wynika głównie z dużej koncentracji potasu w bazaltach oceanicznych. Bogate w wapń granity zawierają do 2,5% potasu. W wodzie pierwiastek ten występuje głównie w postaci jonów K+ (aq).
40K jest naturalnie obficie występującym radioaktywnym izotopem potasu. Woda morska zawiera naturalne stężenie około 4,5 . 10-5 g/L.
W jaki sposób i w jakiej postaci potas reaguje z wodą?
Potas gwałtownie i intensywnie reaguje z wodą, tworząc bezbarwny zasadowy roztwór wodorotlenku potasu i gazowy wodór, według następującego mechanizmu reakcji:
2K (s) + 2H2O (l) -> 2KOH (aq) + H2 (g)
Jest to reakcja egzotermiczna i potas ogrzewa się do tego stopnia, że pali się fioletowym płomieniem. Dodatkowo wydzielający się podczas reakcji wodór silnie reaguje z tlenem i zapala się. Potas reaguje z wodą wolniej niż rubid, który w układzie okresowym umieszczony jest pod potasem. Reaguje z wodą szybciej niż sód, który jest umieszczony wyżej w układzie okresowym.
Rozpuszczalność potasu i związków potasu
Potas nie jest rozpuszczalny w wodzie, ale reaguje z wodą, jak wyjaśniono wcześniej. Związki potasu mogą być rozpuszczalne w wodzie. Przykładami są dichromian potasu o rozpuszczalności w wodzie 115 g/L, nadmanganian potasu o rozpuszczalności w wodzie 76 g/L, jodek potasu o rozpuszczalności w wodzie 92 g/L i jodek potasu, którego nawet do 1480 g może być rozpuszczone w jednym litrze wody.
Dlaczego potas jest obecny w wodzie?
Potas występuje w różnych minerałach, z których może być rozpuszczony w procesach wietrzenia. Przykładem są skalenie (ortoklaz i mikroklin), które jednak nie mają większego znaczenia dla produkcji związków potasu, oraz minerały chlorkowe karnalit i sylwin, które są najbardziej korzystne dla celów produkcyjnych. Niektóre minerały ilaste zawierają potas. W wyniku naturalnych procesów trafia do wody morskiej, gdzie osadza się głównie w osadach.
Potas elementarny jest pozyskiwany z chlorku potasu, ale nie służy wielu celom ze względu na dużą moc reaktywną. Stosuje się go w stopach i w syntezie organicznej.
Liczne związki potasu, głównie azotan potasu, są popularnymi nawozami syntetycznymi.95% potasu stosowanego w handlu jest dodawane do nawozów syntetycznych. Regularnie stosuje się również sole potasowe oraz mieszaniny związków magnezu i wapnia. Regeneracja uwalnia ścieki, które są niebezpieczne, gdy są odprowadzane do wód powierzchniowych, i które są trudne do oczyszczenia.
Potas jest stosowany w produkcji szkła, aby uczynić je mocniejszym i bardziej trwałym. Szkło to jest stosowane głównie w ekranach telewizyjnych. Inne związki potasu są stosowane w produkcji mydła w płynie, dodawane do leków lub naparów, stosowane w fotografii lub garbarstwie. W większości przypadków potas nie jest składnikiem aktywnym, lecz raczej przylegającym anionem. Dotyczy to również zastosowania chloranu potasu w zapałkach i fajerwerkach oraz azotanu potasu w proszku. Ałuny potasowe są bazą dla kleju papierowego i są stosowane jako wypełniacz kauczuku syntetycznego.
Związki potasu są najbardziej reaktywnymi podstawowymi związkami chemicznymi, co dotyczy na przykład wodorotlenków i azotanów potasu. Wodorotlenek potasu tworzy żrący potaż i jest stosowany w detergentach, zmiękczaczach, zielonym mydle, odsiarczaniu ropy naftowej i pochłaniaczach dwutlenku węgla.
Inne przykłady zastosowania związków potasu obejmują jodek potasu do pomiarów pojemności utleniającej próbek odpadów, dichromian potasu do pomiarów pojemności utleniającej materii organicznej w gleboznawstwie i biologicznym oczyszczaniu ścieków oraz dicyjanomocznik potasu, który jest niezwykle toksycznym, rozpuszczalnym w wodzie związkiem złota stosowanym do pozłacania technicznego. Związki potasu mogą przedostawać się do ścieków z moczem. Nietypowym zastosowaniem jest zwiększanie ilości deszczu w suchych regionach przez chlorek potasu. Jest on uwalniany tuż pod chmurami z samolotów, unosi się w górę i podwaja ilość wilgoci w chmurach, powodując, że zaczyna mocniej padać.
Jako że uwalnianie potasu ze składowisk odpadów domowych jest zwykle wyjątkowo wysokie, związek ten może być stosowany jako wskaźnik innych toksycznych związków w wodach gruntowych.
Jakie są środowiskowe skutki obecności potasu w wodzie?
Potas jest niezbędny w diecie prawie wszystkich organizmów, z wyjątkiem wielu bakterii, ponieważ odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu nerwów.
Potas odgrywa główną rolę we wzroście roślin i często go ogranicza. Potas z martwego materiału roślinnego i zwierzęcego jest często związany z minerałami ilastymi w glebie, zanim rozpuści się w wodzie. W związku z tym jest on łatwo pobierany przez rośliny. Orka może zakłócić ten naturalny proces. Z tego powodu do gleb rolnych często dodawane są nawozy potasowe. Rośliny zawierają średnio ok. 2% potasu (w suchej masie), ale wartości te mogą się wahać od 0,1 do 6,8%. Larwy komarów zawierają od 0,5 do 0,6% potasu, a chrząszcze od 0,6 do 0,9% potasu (w suchej masie). Sole potasu mogą zabijać komórki roślinne ze względu na wysoką aktywność osmotyczną.
Potas jest słabo niebezpieczny w wodzie, ale rozprzestrzenia się dość szybko, ze względu na stosunkowo dużą mobilność i niski potencjał transformacji. Toksyczność potasu jest zwykle spowodowana innymi składnikami związku, na przykład cyjankiem w cyjanku potasu.
Wartość LD50 dla szczurów wynosi 5 mg/kg. Dla bromianu potasu jest to 321 mg/kg, a dla fluorku potasu 245 mg/kg. Przykładowe wartości LD50 dla organizmów wodnych to 132 mg/L dla ryb i 1,16 mg/L dla rozwielitek.
Jednym z trzech naturalnie występujących izotopów potasu jest 40K, który jest radioaktywny. Podejrzewa się, że związek ten powoduje modyfikacje genów roślin i zwierząt. Nie posiada on jednak klasy toksyczności radiowej, ze względu na swoje naturalne pochodzenie. Łącznie istnieje dwanaście niestabilnych izotopów potasu.
Jaki wpływ na zdrowie ma potas w wodzie?
Potas jest dla nas niezbędny w diecie, a przyjmujemy go około 1-6 g dziennie przy zapotrzebowaniu 2-3,5 g na dobę. Całkowita ilość potasu w organizmie człowieka mieści się między 110 a 140 g i zależy głównie od masy mięśniowej. Mięśnie zawierają najwięcej potasu po czerwonych krwinkach i tkance mózgowej.
Gdy jego przeciwnik sód jest obecny w płynach wewnątrzkomórkowych, potas jest obecny głównie wewnątrz komórek. Utrzymuje on ciśnienie osmotyczne. Stosunek potasu w komórkach do potasu w osoczu wynosi 27:1 i jest regulowany za pomocą pomp sodowo-potasowych.
Witalne funkcje potasu obejmują jego rolę w pobudzaniu nerwów, skurczach mięśni, regulacji ciśnienia krwi i rozpuszczaniu białek. Chroni on serce i tętnice, a nawet może zapobiegać chorobom układu krążenia. Stosunek sodu do potasu wynosił kiedyś 1:16, a obecnie wynosi około 3:1, co głównie zapobiega wysokiemu poborowi sodu.
Niedobory potasu występują stosunkowo rzadko, ale mogą prowadzić do depresji, osłabienia mięśni, zaburzeń rytmu serca i dezorientacji. Utrata potasu może być konsekwencją przewlekłej biegunki lub choroby nerek, ponieważ fizyczna równowaga potasu jest regulowana przez nerki. Gdy nerki działają niewystarczająco, spożycie potasu musi być ograniczone, aby zapobiec większym stratom.
Kontakt skóry z metalami potasowymi powoduje żrącą korozję potażu. Jest ona bardziej niebezpieczna niż korozja kwasowa, ponieważ trwa w nieskończoność. Żrące krople potasu są bardzo szkodliwe dla oczu.
Zażywanie wielu związków potasu może być szczególnie szkodliwe. W dużych dawkach chlorek potasu zakłóca impulsy nerwowe, co przeszkadza praktycznie we wszystkich funkcjach organizmu, a głównie wpływa na pracę serca. Ałun potasowy już w stężeniu 2 g może powodować dolegliwości żołądkowe i mdłości, w wyższych stężeniach może być żrący, a nawet śmiertelny. Węglan potasu jest śmiertelny dla dorosłych w dawkach powyżej 15 g. To samo dotyczy winianu potasu w dawce 1 g oraz cyjanku potasu w dawce zaledwie 50 mg. Dichromian potasu jest śmiertelny w dawce od 6 do 8 g, a 30 g azotanu potasu powoduje silne zatrucie, które może zakończyć się śmiercią. Ze względu na silnie żrący mechanizm działania wodorotlenku potasu śmiertelne mogą być stężenia od 10 do 12 ml w 15% żrącym roztworze. Nadmanganian potasu jest stosowany w wybielaczach i dezynfekcji i jest śmiertelny w stężeniu od 5 do 8 g.
Jakie technologie oczyszczania wody mogą być stosowane do usuwania potasu z wody?
Potas może być usuwany z wody za pomocą odwróconej osmozy.
Potas jest stosowany w oczyszczaniu wody. Na przykład, nadmanganian potasu jest stosowany do utleniania związków występujących w wodzie, takich jak usuwanie żelaza lub manganu, oraz do dezynfekcji. Nie jest to jednak ogólnie zalecane. Zastosowanie nadmanganianu potasu pozwala na określenie zdolności utleniania substancji organicznych w wodzie. Z reguły jest ona wyższa niż BZT. Dichromian potasu jest stosowany do oznaczania ChZT.
Literatura i inne pierwiastki oraz ich interakcja z wodą
.