L’acqua di mare contiene circa 400 ppm di potassio. Tende a depositarsi e di conseguenza finisce soprattutto nei sedimenti. I fiumi contengono generalmente circa 2-3 ppm di potassio. Questa differenza è principalmente causata da una grande concentrazione di potassio nei basalti oceanici. Il granito ricco di calcio contiene fino al 2,5% di potassio. In acqua questo elemento e’ principalmente presente come ioni K+ (aq).
40K e’ un isotopo di potassio radioattivo naturalmente abbondante. L’acqua di mare contiene una concentrazione naturale di circa 4,5 . 10-5 g/L.
In che modo e in che forma il potassio reagisce con l’acqua?
Il potassio reagisce rapidamente e intensamente con l’acqua, formando una soluzione incolore di idrossido di potassio basico e idrogeno gassoso, secondo il seguente meccanismo di reazione:
2K (s) + 2H2O (l) -> 2KOH (aq) + H2 (g)
Questa è una reazione esotermica e il potassio è riscaldato a tal punto che brucia una fiamma viola. Inoltre, l’idrogeno rilasciato durante la reazione reagisce fortemente con l’ossigeno e si infiamma. Il potassio reagisce con l’acqua più lentamente del rubidio, che si trova sotto il potassio nella tavola periodica. Reagisce con l’acqua piu’ rapidamente del sodio, che e’ posto piu’ in alto nella tavola periodica.
Solubilita’ del potassio e dei composti di potassio
Il potassio non e’ solubile in acqua, ma reagisce con l’acqua come e’ stato spiegato prima. I composti di potassio possono essere solubili in acqua. Esempi sono il bicromato di potassio con una solubilità in acqua di 115 g/L, il permanganato di potassio con una solubilità in acqua di 76 g/L, lo ioduro di potassio con una solubilità in acqua di 92 g/L, e lo ioduro di potassio, di cui anche fino a 1480 g possono essere dissolti in un litro d’acqua.
Perché il potassio è presente nell’acqua?
Il potassio si trova in vari minerali, dai quali può essere dissolto attraverso i processi atmosferici. Esempi sono i feldspati (ortoclasio e microclino), che tuttavia non sono molto significativi per la produzione di composti di potassio, e i minerali di cloro carnalite e silvite, che sono più favorevoli ai fini della produzione. Alcuni minerali di argilla contengono potassio. Finisce nell’acqua di mare attraverso processi naturali, dove si deposita principalmente nei sedimenti.
Il potassio elementare è estratto dal cloruro di potassio, ma non serve a molti scopi a causa del suo ampio potere reattivo. È applicato nelle leghe e nella sintesi organica.
Un certo numero di composti di potassio, principalmente nitrato di potassio, sono fertilizzanti sintetici popolari.95% del potassio applicato commercialmente è aggiunto ai fertilizzanti sintetici. Anche i sali di potassio e le miscele di composti di magnesio e calcio sono applicati regolarmente. La rigenerazione rilascia acque reflue che sono pericolose se scaricate nelle acque di superficie, e che sono difficili da purificare.
Il potassio è applicato nella produzione del vetro per renderlo più forte e solido. Questo vetro è applicato principalmente negli schermi televisivi. Altri composti di potassio sono applicati nella produzione di sapone fluido, aggiunti a medicine o infusioni, o applicati nella fotografia o nella concia. Nella maggior parte dei casi il potassio non è l’ingrediente attivo, ma piuttosto l’anione adiacente. Questo vale anche per l’applicazione del clorato di potassio nei fiammiferi e nei fuochi d’artificio, e per il nitrato di potassio in polvere. Gli allumi di potassio sono basi per la colla della carta e sono applicati come riempitivo della gomma sintetica.
I composti di potassio sono i composti chimici di base più reattivi, il che vale per esempio per gli idrossidi e i nitrati di potassio. L’idrossido di potassio forma la potassa caustica e viene applicato in detergenti, ammorbidenti, sapone verde, de-solforazione del petrolio e assorbitori di anidride carbonica.
Altri esempi di applicazione dei composti di potassio includono lo ioduro di potassio per le misure della capacità ossidativa dei campioni di rifiuti, il bicromato di potassio per le misure della capacità ossidativa della materia organica nella scienza del suolo e nel trattamento biologico delle acque reflue, e il dicano aureato di potassio, che è un composto d’oro solubile in acqua estremamente tossico che viene applicato per la doratura tecnica. I composti di potassio possono finire nelle acque reflue attraverso l’urina. Un’applicazione insolita è l’aumento della quantità di pioggia nelle regioni aride tramite il cloruro di potassio. Viene rilasciato appena sotto le nuvole dagli aerei, sale e raddoppia la quantità di umido nelle nuvole, facendo iniziare a piovere più forte.
Poiché il rilascio di potassio dalle discariche per rifiuti domestici è di solito eccezionalmente alto, questo composto può essere applicato come indicatore per altri composti tossici nelle acque sotterranee.
Quali sono gli effetti ambientali del potassio nell’acqua?
Il potassio è un requisito dietetico per quasi tutti gli organismi, tranne un certo numero di batteri, perché gioca un ruolo importante nelle funzioni nervose.
Il potassio gioca un ruolo centrale nella crescita delle piante, e spesso la limita. Il potassio proveniente da piante morte e materiale animale è spesso legato ai minerali di argilla nei terreni, prima che si dissolva in acqua. Di conseguenza, è prontamente ripreso dalle piante. L’aratura può disturbare questo processo naturale. Di conseguenza, i fertilizzanti di potassio sono spesso aggiunti ai terreni agricoli. Le piante contengono in media circa il 2% di potassio (massa secca), ma i valori possono variare dallo 0,1 al 6,8%. Le larve di zanzara contengono tra lo 0,5 e lo 0,6% di potassio, e i coleotteri tra lo 0,6 e lo 0,9% di potassio (massa secca). I sali di potassio possono uccidere le cellule delle piante a causa dell’alta attività osmotica.
Il potassio è debolmente pericoloso in acqua, ma si diffonde abbastanza rapidamente, a causa della sua mobilità relativamente alta e del basso potenziale di trasformazione. La tossicità del potassio è solitamente causata da altri componenti in un composto, per esempio il cianuro nel cianuro di potassio.
Il valore LD50 per i ratti è 5 mg/kg. Per il bromato di potassio è 321 mg/kg, e per il fluoruro di potassio è 245 mg/kg. Esempi di valori LD50 per gli organismi acquatici includono 132 mg/L per i pesci e 1,16 mg/L per la dafnia.
Uno dei tre isotopi di potassio presenti in natura è 40K, che è radioattivo. Si sospetta che questo composto causi modifiche ai geni delle piante e degli animali. Tuttavia, non ha una classe di radiotossicità, a causa della sua origine naturale. C’è un totale di dodici isotopi instabili del potassio.
Quali sono gli effetti sulla salute del potassio nell’acqua?
Il potassio è un requisito dietetico per noi, e assumiamo circa 1-6 g al giorno con un requisito di 2-3,5 g al giorno. La quantità totale di potassio nel corpo umano è compresa tra 110 e 140 g e dipende principalmente dalla massa muscolare. I muscoli contengono la maggior parte del potassio dopo i globuli rossi e il tessuto cerebrale.
Mentre il suo avversario, il sodio, è presente nei fluidi intracellulari, il potassio è presente principalmente nelle cellule. Conserva la pressione osmotica. Il rapporto tra il potassio nelle cellule e il potassio nel plasma è di 27:1, ed è regolato da pompe sodio-potassio.
Le funzioni vitali del potassio includono il suo ruolo nello stimolo nervoso, nelle contrazioni muscolari, nella regolazione della pressione sanguigna e nella dissoluzione delle proteine. Protegge il cuore e le arterie e può persino prevenire le malattie cardiovascolari. Il rapporto tra sodio e potassio una volta era di 1:16, e ora è di circa 3:1, il che previene principalmente l’assorbimento di sodio elevato.
Le carenze di potassio sono relativamente rare, ma possono portare a depressione, debolezza muscolare, disturbi del ritmo cardiaco e confusione. La perdita di potassio può essere una conseguenza della diarrea cronica o della malattia renale, perché l’equilibrio fisico del potassio è regolato dai reni. Quando i reni funzionano in modo insufficiente, l’assunzione di potassio deve essere limitata per evitare perdite maggiori.
Il contatto della pelle con i metalli di potassio provoca la corrosione caustica del potassio. Questa è più pericolosa della corrosione acida, perché continua illimitatamente. Le gocce di potassio caustico sono molto dannose per gli occhi.
L’assunzione di una serie di composti di potassio può essere particolarmente dannosa. Ad alte dosi il cloruro di potassio interferisce con gli impulsi nervosi, il che interrompe praticamente tutte le funzioni corporee e colpisce soprattutto il funzionamento del cuore. L’allume di potassio può causare disturbi di stomaco e nausea a concentrazioni di soli 2 g, e può essere corrosivo e persino letale in concentrazioni più alte. Il carbonato di potassio è letale per gli adulti a dosi superiori a 15 g. Lo stesso vale per il tartrato di potassio a 1 g, e per il cianuro di potassio a soli 50 mg. Il bicromato di potassio è letale tra i 6 e gli 8 g, e 30 g di nitrato di potassio causano una grave intossicazione, che può portare alla morte. A causa del suo meccanismo fortemente corrosivo, concentrazioni di idrossido di potassio tra 10 e 12 ml in una caustica al 15% possono essere letali. Il permanganato di potassio è applicato nei candeggianti e nella disinfezione, ed è letale tra 5 e 8 g.
Quali tecnologie di purificazione dell’acqua possono essere applicate per rimuovere il potassio dall’acqua?
Il potassio può essere rimosso dall’acqua per mezzo di osmosi inversa.
Il potassio è applicato nella purificazione dell’acqua. Per esempio, il permanganato di potassio è applicabile per l’ossidazione dei composti dell’acqua, come per la rimozione del ferro o del manganese, e la disinfezione. Tuttavia, questo non è generalmente raccomandato. L’applicazione del permanganato di potassio permette di determinare la capacità ossidativa della materia organica nell’acqua. Generalmente questa supera il BOD. Il dicromato di potassio è applicato per la determinazione del COD.
Letteratura e gli altri elementi e la loro interazione con l’acqua