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Potasio

El potasio es un elemento químico ; tiene símbolo K (del neolatino kalium ) y número atómico  19. Es un metal blanco plateado que es lo suficientemente blando como para cortarlo fácilmente con un cuchillo. [8] El potasio metálico reacciona rápidamente con el oxígeno atmosférico para formar peróxido de potasio blanco en escamas en sólo unos segundos de exposición. Se aisló 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 único 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 sólo en sales iónicas. El potasio elemental reacciona vigorosamente con el agua, generando calor suficiente 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 0,04% de potasio en peso) [9] [10] y se encuentra en muchos minerales como la ortoclasa , un constituyente común de los granitos y otras rocas ígneas . [11]

El potasio es químicamente muy similar al sodio , el elemento anterior del grupo 1 de la tabla periódica. Tienen una primera energía de ionización similar , lo que permite que cada átomo ceda su único electrón externo. Se sugirió por primera vez en 1702 que eran elementos distintos que se combinaban con los mismos aniones para formar sales similares, [12] lo que se demostró en 1807 cuando se aisló por primera vez el potasio elemental mediante electrólisis . El potasio natural se compone de tres isótopos , de los cuales40K es radiactivo . Trazas de40
El K se encuentra en todo el 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. La transferencia de iones de potasio a través de las membranas de las células nerviosas es necesaria para la transmisión nerviosa normal; La deficiencia y el exceso de potasio pueden provocar numerosos signos y síntomas, incluido un ritmo cardíaco anormal y diversas anomalías electrocardiográficas . Las frutas y verduras frescas son buenas fuentes dietéticas de potasio. El cuerpo responde al influjo de potasio de la dieta, que eleva los niveles séricos de potasio, transfiriendo el potasio del exterior al interior de las células y aumentando la excreción de potasio por los riñones.

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 intensa de cultivos agota rápidamente el potasio del suelo, y esto se puede remediar con fertilizantes agrícolas que contengan potasio, que representan el 95% de la producción química mundial de potasio. [13]

Etimología

El nombre en inglés del elemento potasio proviene de la palabra potasa , [14] que se refiere a un método antiguo de extraer varias sales de potasio: colocar en una olla la ceniza de madera u hojas de árboles quemadas, agregar agua, calentar y evaporar la solución. . Cuando Humphry Davy aisló por primera vez el elemento puro mediante electrólisis en 1807, lo llamó potasio , que derivó de la palabra potasa .

El símbolo K proviene de kali , a su vez de la raíz 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 de las plantas sino que en realidad contenía un nuevo elemento, al que propuso llamar kali . [15] En 1807, Humphry Davy produjo el elemento mediante electrólisis: en 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert propuso el nombre Kalium para el "potasio" de Davy. [16] En 1814 , el químico sueco Berzelius abogó por el nombre kalium para el potasio, con el símbolo químico K. [17]

Los países de habla inglesa y francesa adoptaron el nombre Potasio , que fue favorecido por Davy y los químicos franceses Joseph Louis Gay-Lussac y Louis Jacques Thénard , mientras que los otros países germánicos adoptaron el nombre Kalium de Gilbert y Klaproth . [ 18] El "Libro de Oro" de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada ha designado el símbolo químico oficial como K. [19]

Propiedades

Físico

La prueba de llama del potasio.

El potasio es el segundo metal menos denso después del litio . Es un sólido blando con un punto de fusión bajo y se puede cortar fácilmente con un cuchillo. El potasio tiene un aspecto plateado, pero comienza a tornarse gris inmediatamente al exponerse al aire. [20] En una prueba de llama , el potasio y sus compuestos emiten un color lila con una longitud de onda de emisión máxima de 766,5 nanómetros. [21]

Los átomos neutros de potasio tienen 19 electrones, uno más que la configuración del gas noble argón . Debido a su baja energía de primera ionización de 418,8  kJ/mol, es mucho más probable que el átomo de potasio pierda el último electrón y adquiera una carga positiva, aunque no es imposible tener iones alcalinos K − cargados negativamente. [22] Por el contrario, la segunda energía de ionización es muy alta (3052  kJ/mol).

Químico

El potasio reacciona con los componentes de oxígeno, agua y dióxido de carbono del aire. Con el oxígeno forma peróxido de potasio . Con agua el potasio forma hidróxido de potasio (KOH). La reacción del potasio con el agua puede ser violentamente exotérmica , especialmente porque el gas hidrógeno coproducido puede inflamarse. Debido a esto, el potasio y la aleación líquida de sodio y potasio ( NaK ) son potentes desecantes , aunque ya no se utilizan como tales. [23]

Compuestos

Estructura del superóxido de potasio sólido ( KO 2 ).

Cuatro óxidos de potasio están bien estudiados: óxido de potasio ( K 2 O ), peróxido de potasio ( K 2 O 2 ), superóxido de potasio ( KO 2 ) [24] y ozonuro de potasio ( KO 3 ). Los compuestos binarios de potasio y oxígeno reaccionan con el agua formando KOH.

KOH es una base fuerte . Para ilustrar su carácter hidrofílico , se pueden disolver hasta 1,21 kg de KOH en un solo litro de agua. [25] [26] Rara vez se encuentra KOH anhidro. El KOH reacciona fácilmente con dióxido de carbono ( CO 2 ) para producir carbonato de potasio ( K ​​2 CO 3 ) y, en principio, podría usarse para eliminar trazas del gas del aire. Al igual que el hidróxido de sodio , estrechamente relacionado , el KOH reacciona con las grasas para producir jabones .

En general, los compuestos de potasio son iónicos y, debido a la alta energía de hidratación del ion K + , tienen una excelente solubilidad en agua. Las principales especies en solución acuosa son los complejos acuosos [K(H 2 O) n ] + donde n = 6 y 7. [27]

El heptafluorotantalato de potasio ( K 2 [TaF 7 ] ) es un intermediario en la purificación del tantalio del contaminante persistente del niobio . [28]

Los compuestos organopotasicos ilustran compuestos no iónicos de potasio. Presentan enlaces covalentes K-C altamente polares . Los ejemplos incluyen bencilpotasio KCH2C6H5 . _ _ _ El potasio se intercala en el grafito para dar una variedad de compuestos de intercalación de grafito , incluido el KC 8 .

Isótopos

Hay 25 isótopos conocidos de potasio, tres de los cuales se encuentran de forma natural:39
K (93,3%),40
K (0,0117%), y41
K (6,7%) (por fracción molar). De forma natural40K tiene una vida media de1.250 × 10 9 años. Se descompone hasta estabilizarse40Ar por captura de electrones o emisión de positrones (11,2%) o estable40Ca por desintegración beta (88,8%). [29] La decadencia de40
k a40
Ar es la base de un método común para datar rocas. El método de datación K-Ar convencional depende de la suposición de que las rocas no contenían argón en el momento de la formación y que todo el argón radiogénico posterior (40
Ar ) se mantuvo cuantitativamente. Los minerales se datan midiendo la concentración de potasio y la cantidad de radiogénicos.40
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 rocas enteras de flujos volcánicos e intrusivos poco profundos si no están alteradas. [29] [30] 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 [31] en la Tierra.

40
El K se encuentra en el potasio natural (y, por tanto, en algunos sustitutos comerciales de la sal) en cantidad suficiente para que grandes bolsas de esos sustitutos puedan usarse como fuente radiactiva para demostraciones en las aulas.40
K es el radioisótopo con mayor abundancia en el cuerpo humano . En animales y personas sanas,40
K representa la mayor fuente de radiactividad, mayor incluso que14C . En un cuerpo humano de 70 kg, alrededor de 4.400 núcleos de40
K decae por segundo. [32] La actividad del potasio natural es de 31 Bq /g. [33]

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, no se comprendía su composición. Georg Ernst Stahl obtuvo evidencia experimental que lo llevó a sugerir la diferencia fundamental entre las sales de sodio y potasio en 1702, [12] y Henri Louis Duhamel du Monceau pudo probar esta diferencia en 1736. [34] La composición química exacta del potasio y Los compuestos de sodio y el estatus como elemento químico del potasio y el sodio no se conocían entonces, por lo que Antoine Lavoisier no incluyó el álcali en su lista de elementos químicos en 1789. [35] [36] Durante mucho tiempo, el único elemento significativo Las aplicaciones de la potasa fueron la producción de vidrio, lejía, jabón y pólvora como nitrato de potasio. [37] Los jabones potásicos obtenidos de grasas animales y aceites vegetales fueron especialmente apreciados porque tienden a ser más solubles en agua y de textura más suave, por lo que se les conoce como jabones blandos. [13] 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 [38] provocó un fuerte aumento en la demanda de sales de potasio. La ceniza de madera de los 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, comenzó la producción de fertilizantes que contenían potasio a escala industrial. [39] [40] [41] Se descubrieron otros depósitos de potasa y, en la década de 1960, Canadá se convirtió en el productor dominante. [42] [43]

Metal

Señor Humphry Davy
Trozos de potasio metálico.

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. [44] 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 tanto las sales, son diferentes. [35] [36] [45] [46] Aunque la producción de potasio y sodio metálico debería haber demostrado que ambos son elementos, pasó algún tiempo antes de que esta opinión fuera universalmente aceptada. [36]

Debido a la sensibilidad del potasio al agua y al aire, normalmente se emplean técnicas sin aire para manipular el elemento. No reacciona con el nitrógeno ni con los hidrocarburos saturados como el aceite mineral o el queroseno . [47] Se disuelve fácilmente en amoníaco líquido , hasta 480 g por 1000 g de amoníaco a 0  °C. Dependiendo de la concentración, las soluciones de amoníaco son de color azul a amarillo y su conductividad eléctrica es similar a la de los metales líquidos. El potasio reacciona lentamente con el amoníaco para formar KNH.
2, pero esta reacción se acelera con cantidades mínimas de sales de metales de transición. [48] ​​Debido a que puede reducir las sales al metal, el potasio se usa a menudo como reductor en la preparación de metales finamente divididos a partir de sus sales mediante el método de Rieke . [49] Es ilustrativa la preparación de magnesio:

MgCl 2 + 2 K → Mg + 2 KCl

Ocurrencia

Potasio en feldespato.

El potasio se forma en las supernovas mediante nucleosíntesis a partir de átomos más ligeros. El potasio se crea principalmente en las supernovas de tipo II mediante un proceso explosivo de quema de oxígeno . [50] Estas son reacciones de fusión nuclear , que no deben confundirse con la quema química de potasio en oxígeno.40
K también se forma en la nucleosíntesis del proceso s y en el proceso de combustión de neón . [51]

El potasio es el vigésimo elemento más abundante en el sistema solar y el decimoséptimo elemento más abundante por 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 terrestre. [52] La concentración de potasio en el agua de mar es 0,39  g/L [9] (0,039 peso/v%), aproximadamente una vigésima séptima parte de la concentración de sodio. [53] [54]

Geología

El potasio elemental no se encuentra en la naturaleza debido a su alta reactividad. Reacciona violentamente con el agua [47] y también reacciona con el oxígeno. La ortoclasa (feldespato potásico) es un mineral común que forma rocas. El granito, por ejemplo, contiene un 5% de potasio, muy por encima del promedio de la corteza terrestre. La silvita (KCl), la carnalita ( KCl·MgCl 2 ·6H 2 O ), la kainita ( MgSO 4 ·KCl·3H 2 O ) y la langbeinita ( MgSO 4 ·K 2 SO 4 ) son los minerales que se encuentran en grandes depósitos de evaporita en todo el mundo. Los depósitos suelen mostrar capas que comienzan con la menos soluble en la parte inferior y la más soluble en la parte superior. [54] Los depósitos de nitro ( nitrato de potasio ) se forman por descomposición de material orgánico en contacto con la atmósfera, principalmente en cuevas; Debido a la buena solubilidad del nitro en agua, la formación de depósitos más grandes requiere condiciones ambientales especiales. [55]

Producción comercial

Minería

Sylvita de Nuevo México
Monte Kali , un montón de residuos de extracción y beneficio de potasa en Hesse, Alemania , compuesto principalmente de cloruro de sodio .

Las sales de potasio como la carnalita , langbeinita , la polihalita y la silvita forman extensos depósitos de evaporita en fondos de lagos y fondos marinos antiguos , [53] lo que hace que la extracción de sales de potasio en estos entornos sea comercialmente viable. La principal fuente de potasio (potasa) se extrae en Canadá , Rusia , Bielorrusia , Kazajstán , Alemania , Israel , Estados Unidos, Jordania y otros lugares del mundo. [56] [57] [58] Los primeros depósitos minados se ubicaron cerca de Staßfurt, Alemania, pero los depósitos se extienden desde Gran Bretaña , pasando por Alemania, hasta Polonia. Se encuentran en Zechstein y fueron depositados entre el Pérmico medio y tardío . Los depósitos más grandes jamás encontrados se encuentran a 1.000 metros (3.300 pies) debajo de la superficie de la provincia canadiense de Saskatchewan . Los depósitos están ubicados en el Grupo Elk Point producido en el Devónico Medio . Saskatchewan, donde han operado varias minas grandes desde la década de 1960, fue pionera en la técnica de congelación de arenas húmedas (la formación Blairmore) para impulsar pozos mineros a través de ellas. La principal empresa minera de potasa en Saskatchewan hasta su fusión era Potash Corporation of Saskatchewan , ahora Nutrien . [59] 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. [57] [58]

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 utilizando las diferencias de solubilidad de las sales. En algunas minas también se utiliza la separación electrostática de la mezcla de sal molida. Los residuos de sodio y magnesio resultantes se almacenan bajo tierra o se amontonan en escombreras . La mayor parte del mineral de potasio extraído termina como cloruro de potasio después del procesamiento. La industria minera se refiere al cloruro de potasio como potasa, muriato de potasa o simplemente MOP. [54]

El potasio metálico puro puede aislarse mediante electrólisis de su hidróxido en un proceso que ha cambiado poco desde que Humphry Davy lo utilizó por primera vez en 1807. Aunque el proceso de electrólisis se desarrolló y utilizó a escala industrial en la década de 1920, el método térmico mediante la reacción de sodio con cloruro de potasio en una reacción de equilibrio químico se convirtió en el método dominante en la década de 1950.

Na + KCl → NaCl + K

La producción de aleaciones de sodio y potasio se logra cambiando el tiempo de reacción y la cantidad de sodio utilizada en la reacción. Para producir potasio también se utilizó el proceso de Griesheimer, que emplea la reacción de fluoruro de potasio con carburo de calcio . [54] [60]

2 KF + CaC 2 → 2 K + CaF 2 + 2 C

El potasio metálico de calidad reactiva cuesta alrededor de $10,00/ libra ($22/ kg ) en 2010 cuando se compra por tonelada . El metal de menor pureza es considerablemente más barato. El mercado es volátil porque el almacenamiento del metal a largo plazo es difícil. Debe almacenarse en una atmósfera seca de gas inerte o aceite mineral anhidro para evitar la formación de una capa superficial de superóxido de potasio , un explosivo sensible a la presión que detona al rayarse. La explosión resultante suele provocar un incendio difícil de extinguir. [61] [62]

Identificación de cationes

El potasio ahora se cuantifica mediante técnicas de ionización, pero en un momento se cuantificó mediante análisis gravimétrico .

Los reactivos utilizados para precipitar sales de potasio incluyen tetrafenilborato de sodio , ácido hexacloroplatínico y cobaltinitrito de sodio en tetrafenilborato de potasio , hexacloroplatinato de potasio y cobaltinitrito de potasio , respectivamente . [47] La ​​reacción con cobaltinitrito de sodio es ilustrativa:

3 K + + Na 3 [Co(NO 2 ) 6 ] → K 3 [Co(NO 2 ) 6 ] + 3 Na +

El cobaltinitrito de potasio se obtiene como un sólido amarillo.

Usos comerciales

Fertilizante

Fertilizante de sulfato de potasio/sulfato de magnesio

Los iones de potasio son un componente esencial de la nutrición de las plantas y se encuentran en la mayoría de los tipos de suelo . [13] Se utilizan como fertilizante en agricultura , horticultura y cultivo hidropónico en forma de cloruro (KCl), sulfato ( K 2 SO 4 ) o nitrato ( KNO 3 ), que representa 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. [13] 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 durante la cosecha. La mayoría de los fertilizantes agrícolas contienen cloruro de potasio, mientras que el sulfato de potasio se usa para cultivos sensibles al cloruro o que necesitan un mayor contenido de azufre. El sulfato se produce principalmente por descomposición de los minerales complejos kainita ( MgSO 4 ·KCl·3H 2 O ) y langbeinita ( MgSO 4 ·K 2 SO 4 ). Sólo unos pocos fertilizantes contienen nitrato de potasio. [63] En 2005, alrededor del 93% de la producción mundial de potasio fue consumida por la industria de fertilizantes. [58] Además, el potasio puede desempeñar un papel clave en el ciclo de nutrientes al controlar la composición de la cama. [64]

Uso medico

Citrato de potasio

El citrato de potasio se usa para tratar una afección de cálculos renales llamada acidosis tubular renal . [sesenta y cinco]

Cloruro de potasio

El potasio, en forma de cloruro de potasio, se usa como medicamento para tratar y prevenir los niveles bajos de potasio en sangre . [66] Los niveles bajos de potasio en sangre pueden ocurrir debido a vómitos , diarrea o ciertos medicamentos. [67] Se administra mediante inyección lenta en una vena o por vía oral. [68]

Aditivos alimentarios

El tartrato de potasio y sodio ( KNaC 4 H 4 O 6 , sal de Rochelle ) es un componente principal de algunas variedades de levadura en polvo ; también se utiliza para platear espejos. El bromato de potasio ( KBrO 3 ) es un oxidante fuerte (E924) que se utiliza para mejorar la resistencia de la masa y la altura de elevación. El bisulfito de potasio ( KHSO 3 ) se utiliza como conservante de alimentos, por ejemplo en la elaboración de vino y cerveza (pero no en las carnes). También se utiliza para blanquear textiles y paja, y en el curtido de cueros . [69] [70]

Industrial

Los principales químicos del 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. [71]

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 utiliza para saponificar grasas y aceites , en limpiadores industriales y en reacciones de hidrólisis, por ejemplo de ésteres . [72] [73]

El nitrato de potasio ( KNO 3 ) o salitre se obtiene de fuentes naturales como el guano y las evaporitas o se fabrica mediante el proceso Haber ; es el oxidante de 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 , formando complejos . Sus aplicaciones incluyen la extracción de oro , la galvanoplastia y el electroformado de estos metales ; también se utiliza en síntesis orgánica para producir nitrilos . El carbonato de potasio ( K 2 CO 3 o potasa) se utiliza en la fabricación de vidrio, jabón, tubos de televisión en color, lámparas fluorescentes, tintes y pigmentos textiles. [74] El permanganato de potasio ( KMnO 4 ) es una sustancia oxidante, blanqueadora y purificadora y se utiliza para la producción de sacarina . El clorato de potasio ( KClO 3 ) se añade a cerillas y explosivos. El bromuro de potasio (KBr) se utilizaba antiguamente como sedante y en fotografía. [13]

Mientras que el cromato de potasio ( K 2 CrO 4 ) se utiliza en la fabricación de una serie de diferentes productos comerciales como tintas , tintes , tintes para madera (al reaccionar con el ácido tánico de la madera), explosivos , fuegos artificiales , papel para moscas y fósforos de seguridad. , [75] así como en el curtido del cuero, todos estos usos se deben a la química del ion cromato más que a la del ion potasio. [76]

Usos especializados

Hay miles de usos para diversos compuestos de potasio. Un ejemplo es el superóxido de potasio , KO 2 , un sólido de color 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. [77] [78]

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. [79]

Los isótopos estables del potasio pueden enfriarse con láser y utilizarse para investigar problemas fundamentales y tecnológicos de la física cuántica . Los dos isótopos bosónicos poseen resonancias Feshbach convenientes para permitir estudios que requieren interacciones sintonizables, mientras que40
K es uno de los dos únicos fermiones estables entre los metales alcalinos. [80]

Usos de laboratorio

Una aleación de sodio y potasio, NaK es un líquido utilizado como medio de transferencia de calor y desecante para producir disolventes secos y sin aire . También se puede utilizar en destilación reactiva . [81] 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. [20]

El potasio metálico se utiliza en varios tipos de magnetómetros . [82]

papel biológico

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 en total unos 120  g de potasio. [83] El cuerpo tiene aproximadamente tanto potasio como azufre y cloro, y sólo el calcio y el fósforo son más abundantes (con la excepción de los omnipresentes elementos CHON ). [84] Los iones de potasio están presentes en una amplia variedad de proteínas y enzimas. [85]

función bioquímica

Los niveles de potasio influyen en múltiples procesos fisiológicos, incluidos [86] [87] [88]

Homeostasis

La homeostasis del potasio denota el mantenimiento del contenido corporal total de potasio, el nivel plasmático de potasio y la relación entre las concentraciones de potasio intracelular y extracelular dentro de límites estrechos, frente a la ingesta pulsátil (comidas), la excreción renal obligatoria y los cambios entre intracelular y extracelular. compartimentos.

Niveles plasmáticos

El potasio plasmático normalmente se mantiene entre 3,5 y 5,5 milimoles (mmol) [o miliequivalentes (mEq)] por litro mediante múltiples mecanismos. [91] Los niveles fuera de este rango se asocian con una tasa creciente de muerte por causas múltiples, [92] y algunas enfermedades cardíacas, renales, [93] y pulmonares progresan más rápidamente si los niveles séricos de potasio no se mantienen dentro del rango normal.

Una comida promedio de 40 a 50  mmol presenta al cuerpo más potasio del que está presente en todo el plasma (20 a 25  mmol). Este aumento hace que el potasio plasmático aumente hasta un 10% antes de su eliminación por mecanismos renales y extrarrenales. [94]

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 ). [95] Los síntomas de deficiencia incluyen debilidad muscular, íleo paralítico , anomalías del ECG, disminución de la respuesta refleja; y en casos graves, parálisis respiratoria, alcalosis y arritmia cardíaca . [96]

Mecanismos de control

El contenido de potasio en el plasma está estrictamente controlado por cuatro mecanismos básicos, que tienen varios nombres y clasificaciones. Estos son:

  1. un sistema reactivo de retroalimentación negativa,
  2. un sistema reactivo de alimentación anticipada,
  3. un sistema predictivo o circadiano , y
  4. un sistema de transporte interno o de membrana celular.

En conjunto, los tres primeros a veces se denominan "sistema de homeostasis externo del potasio"; [97] y los dos primeros, el "sistema reactivo de homeostasis del potasio".

Filtración, reabsorción y excreción renal.

La manipulación renal del potasio está estrechamente relacionada con la manipulación del sodio. El potasio es el catión principal (ion 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, cada día  se filtran unos 180 litros de plasma a través de los glomérulos y hacia los túbulos renales . [100] Este filtrado implica alrededor de 600  mg de sodio y 33  mg de potasio. Como es probable que la dieta sólo reemplace de 1 a 10  mg de sodio y de 1 a 4  mg de potasio, el filtrado renal debe reabsorber eficientemente el resto del plasma.

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. [101] Las bombas de sodio en los túbulos renales funcionan para reabsorber sodio. Es necesario conservar el potasio, pero debido a que la cantidad de potasio en el plasma sanguíneo es muy pequeña y la reserva 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 [102] [103] en contracorriente del sodio en respuesta a un equilibrio de Donnan aparente (pero no real) , [104] 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 procesamiento. El potasio se excreta dos veces y se reabsorbe tres veces antes de que la orina llegue a los túbulos colectores. [105] En ese momento, la orina suele tener aproximadamente la misma concentración de potasio que el plasma. Al final del procesamiento, el potasio se secreta una vez más si los niveles séricos son demasiado altos. [ cita necesaria ]

Sin ingesta de potasio, se excreta en aproximadamente 200  mg por día hasta que, en aproximadamente una semana, el potasio en el suero disminuye a un nivel levemente deficiente de 3,0 a 3,5  mmol/L. [106] Si aún se retiene el potasio, la concentración continúa disminuyendo hasta que una deficiencia grave causa la muerte final. [107]

El potasio se mueve pasivamente a través de los poros de la membrana celular. Cuando los iones se mueven a través de transportadores de iones (bombas), hay una compuerta en las bombas a ambos lados de la membrana celular y solo se puede abrir una compuerta a la vez. Como resultado, aproximadamente 100 iones son forzados a pasar por segundo. Los canales iónicos tienen una sola puerta, y por allí sólo puede fluir un tipo de ion, entre 10 y 100 millones de iones por segundo. [108] Se requiere calcio para abrir los poros, [109] aunque el calcio puede funcionar a la inversa bloqueando al menos uno de los poros. [110] Los grupos carbonilo dentro del poro de los aminoácidos imitan la hidratación del agua que tiene lugar en una solución acuosa [111] por la naturaleza de las cargas electrostáticas en cuatro grupos carbonilo dentro del poro. [112]

Nutrición

Recomendaciones dietéticas

La Academia Nacional de Medicina de EE. UU. (NAM), en nombre de EE. UU. y Canadá, establece las Ingestas Dietéticas de Referencia , incluidas las Necesidades Promedio Estimadas (EAR) y las Ingestas Dietéticas Recomendadas (RDA), o Ingestas Adecuadas (IA) para cuando no hay información suficiente para establecer EAR y RDA.

Tanto para hombres como para mujeres menores de 9 años, los IA 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 2.300  mg de potasio para niños de 4 a 8 años.

Para los hombres de 9 años de edad y mayores, los AI para el potasio son: 2500  mg de potasio para los hombres de 9 a 13 años, 3000  mg de potasio para los hombres de 14 a 18 años y 3400  mg para los hombres que son 19 años de edad y mayores.

Para las mujeres de 9 años o más, la IA de potasio es: 2300  mg de potasio para mujeres de 9 a 18 años y 2600  mg de potasio para mujeres de 19 años o más.

Para las mujeres embarazadas y lactantes, los AI para el potasio son: 2600  mg de potasio para mujeres embarazadas de 14 a 18 años, 2900  mg para mujeres embarazadas de 19 años o más; además, 2.500  mg de potasio para mujeres lactantes de 14 a 18 años y 2.800  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. [113] [114]

En 2004, la mayoría de los adultos estadounidenses consumían menos de 3000  mg. [115]

Asimismo, en la Unión Europea, en particular en Alemania e Italia, es bastante común una ingesta insuficiente de potasio. [116] El Servicio Nacional de Salud británico recomienda una ingesta similar, diciendo que los adultos necesitan 3500  mg por día y que cantidades excesivas pueden causar problemas de salud como dolor de estómago y diarrea . [117]

En 2019, las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina revisaron la ingesta adecuada de potasio a 2600 mg/día para mujeres de 19 años o más que no estén embarazadas ni en período de lactancia, y a 3400 mg/día para hombres de 19 años. y mas viejo. [118] [119]

Fuentes de comida

El potasio está presente en todas las frutas, verduras, carnes y pescados. Los alimentos con altas concentraciones de potasio incluyen ñame , perejil , orejones , leche , chocolate , todos los frutos secos (especialmente almendras y pistachos ), patatas , brotes de bambú , plátanos , aguacates , agua de coco , soja y salvado . [120]

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos también enumera la pasta de tomate , el jugo de naranja , las hojas de remolacha , los frijoles blancos , los plátanos y muchas otras fuentes dietéticas de potasio, clasificadas en orden descendente según el contenido de potasio. El potasio de un día se encuentra en 5 plátanos u 11 bananas. [121]

Ingesta deficiente

Las dietas bajas en potasio pueden provocar hipertensión [122] e hipopotasemia .

Suplementación

Los suplementos de potasio se utilizan más ampliamente junto con diuréticos que bloquean la reabsorción de sodio y agua aguas arriba del túbulo distal ( tiazidas y diuréticos de asa ), porque esto promueve una mayor secreción de potasio en el túbulo distal, con el consiguiente aumento de la excreción de potasio. [ cita médica necesaria ] Hay disponibles una variedad de suplementos recetados y de venta libre. [ cita necesaria ] El cloruro de potasio se puede disolver en agua, pero el sabor salado/amargo hace que los suplementos líquidos sean desagradables. [123] Las dosis típicas oscilan entre 10  mmol (400  mg) y 20  mmol (800  mg). [ cita médica necesaria ] El potasio también está disponible en tabletas o cápsulas, que están formuladas para permitir que el potasio se filtre lentamente fuera de una matriz, ya que concentraciones muy altas de iones de potasio que se producen adyacentes a una tableta sólida pueden dañar la mucosa gástrica o intestinal. [68] [ cita médica necesaria ] Por esta razón, las píldoras de potasio sin receta están limitadas por ley en los EE. UU. a un máximo de 99  mg de potasio. [ cita necesaria ]

Un metaanálisis concluyó que un  aumento de 1640 mg en la ingesta diaria de potasio se asociaba con un 21% menos de riesgo de sufrir un accidente cerebrovascular. [124] El cloruro de potasio y el bicarbonato de potasio pueden ser útiles para controlar la hipertensión leve . [125] En 2020, el potasio fue el 33º medicamento más recetado en los EE. UU., con más de 17  millones de recetas. [126] [127]

Detección por papilas gustativas

El potasio se puede detectar mediante 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 la leche y los jugos, mientras que las concentraciones más altas se vuelven cada vez más amargas/alcalinas y, finalmente, también saladas. El amargor y el sabor salado combinados de las soluciones con alto contenido de potasio hacen que la suplementación con altas dosis de potasio mediante bebidas líquidas sea un desafío de palatabilidad. [123] [128]

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(ac) + H 2 (g) ↑
Una reacción del potasio metálico con agua. Se produce hidrógeno y, con vapor de potasio, arde con una llama rosa o lila. En solución se forma hidróxido de potasio fuertemente alcalino.

Esta reacción es exotérmica y libera suficiente calor para encender el hidrógeno resultante en presencia de oxígeno. El potasio finamente pulverizado se enciende en el aire a temperatura ambiente. El metal a granel se enciende en el aire si se calienta. Debido a que su densidad es 0,89  g/cm 3 , el potasio quemado flota en agua que lo expone al oxígeno atmosférico. Muchos agentes extintores de incendios comunes, incluida 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 (carbonato de sodio) y el dióxido de silicio (arena) son eficaces si están secos. Algunos extintores de polvo seco Clase D diseñados para incendios de metales también son eficaces. Estos agentes privan al fuego de oxígeno y enfrían el potasio metálico. [130]

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. [131]

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 (sin oxígeno) o al vacío. Después de un almacenamiento prolongado al aire libre, se pueden formar peróxidos peligrosos, sensibles a los golpes, sobre el metal y debajo de la tapa del recipiente, que pueden detonar al abrirlo. [132]

La ingestión de grandes cantidades de compuestos de potasio puede provocar hiperpotasemia , lo que influye fuertemente en el sistema cardiovascular. [133] [134] El cloruro de potasio se utiliza en los EE. UU. para ejecuciones por inyección letal . [133]

Ver también

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    La denominación de Potasche (potasse) que la nouvelle nomenclature françoise a consacrée como nom de todo el género, ne sauroit faire Fortune auprès des chimistes allemands, qui sentent à quel point la derivation étymologique en est vicieuse. Elle est prise en effet de ce qu'anciennement on se servoit pour la calcination des lessives concentrées des cendres, de pots de fer ( pott en dialecte de la Basse-Saxe) auxquels on a substitué depuis des fours à calciner.
    usités jusqu'ici d'alcali des plantes, alcali végétal, potasse, &c. celui de kali , & de revenir à l'ancienne denomination de natron , au lieu de dire alcali mineral, soude &c.
    (Este álcali [es decir, potasa] - [que] por lo tanto ya no puede ser visto como un producto del crecimiento de las plantas - ocupa un lugar apropiado en la serie originalmente simple del reino mineral, y se hace necesario asignarle un nombre que se adapta mejor a su naturaleza:
    el nombre de "potasa" ( potasse ), que la nueva nomenclatura francesa ha otorgado como nombre de toda la especie [es decir, sustancia], no encontraría aceptación entre los químicos alemanes, que sienten hasta cierto punto [que] la derivación etimológica es defectuosa: en efecto, se toma de [los recipientes] que antiguamente se utilizaban para tostar el detergente en polvo concentrado a partir de brasas: ollas de hierro ( pott en el dialecto de Baja Sajonia), para las cuales se asaba Los hornos han sido sustituidos desde entonces,
    por lo que ahora propongo sustituir las palabras hasta ahora comunes de "álcali vegetal", "álcali vegetal", "potasa", etc., por la de kali  ; y volver al antiguo nombre de natrón . en lugar de decir "álcali mineral", "soda", etc.)
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Bibliografía

enlaces externos