Le potassium (Z = 19)

Très abondant sur Terre, le potassium représente environ 2,6 % de la masse de la croûte terrestre. Il est également présent en grandes quantités dans l'eau des océans, à raison de 0,4 g/L. Il possède 24 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons. connus, mais l'on en trouve que trois dans la nature : le potassium 39 (³⁹K), pour 93,3 %, le potassium 41 (⁴¹K), pour 6,7 %, et le potassium 40 (⁴⁰K), radioactif (avec une période de 1,3 milliards d'années) et présent à l'état de traces (0,0117 %).

Origine du potassium

Le potassium est synthétisé par de vieilles massives (au moins huit masses solaires) arrivées au stade de la fusion de l'oxygène, lorsque la température centrale est proche de deux milliards de kelvins et la densité d'environ 10 tonnes / cm³. Une multitude de particules alpha, de protons et de neutrons sont alors libérés (issus de gros noyaux brisés par les photons gammas très énergétiques), qui participent ensuite à la synthèse d'éléments tels que le chlore, l'argon, le potassium, le calcium... Du potassium sera également produit lors de l'explosion de l'étoile (supernova).

Un peu d'histoire

En 1807, le physicien et chimiste britanique Humphry Davy (1778-1829) réalise l'électrolyse de la potasse caustique (KOH), ce qui lui permet d'isoler le potassium, faisant de celui-ci le tout premier élément à être découvert grâce à la fée électricité. Davy le baptise ainsi en référence à la potasse, qui tient elle-même son nom de l'anglais "pot ash", ou de l'allemand "pottasche", ou peut-être du néerlandais "potas". Quoi qu'il en soit, la signification reste la même, à savoir "cendre de pot", la potasse pouvant être obtenue à partir de cendres de végétaux mélangées à de l'eau... dans un pot. Le savant suédois Jöns Jacob Berzelius (1779-1848) préfère quant à lui appeler kalium ce nouvel élément, la potasse étant autrefois préparée à partir de salicorne, appelée "al kali" en arabe (d'où le terme "alcalin"). Berzélius étant l'inventeur des symboles chimiques utilisés de nos jours, nous lui devons donc le "K" de potassium.

Propriétés du potassium

Troisième élément du groupe des alcalins, le potassium présente un aspect gris métallique légèrement bleuté !. Métal mou (on peut aisément le couper à l'aide d'un couteau), il est également très léger (sa masse volumique est de 0,89 g/cm³), ce qui lui permet de flotter sur l'eau. Il réagit violemment au contact de cette dernière, encore plus vigoureusement que le sodium, prenant feu avec des flammes roses-violettes, et libérant de grandes quantités de dihydrogène, ce qui produit généralement une explosion ! :

2 K + 2 H₂O ---> 2 KOH + H₂

A l'instar des autres métaux alcalins, il s'oxyde très rapidement au contact de l'air, ce qui oblige à le conserver dans l'huile. Quant à sa température de fusion, elle n'est que de 63,5°C.
Enfin, bien que le potassium 40 soit présent en très faibles quantités dans le sol, il est à l'origine d'une part importante de la radioactivité naturelle, y compris chez les êtres vivants, du fait des apports alimentaires (on estime que chez un homme de 80 kg, ce sont près de 5000 atomes de potassium 40 qui se désintègrent chaque seconde).

Dans notre corps, le potassium joue un rôle important dans la transmission de l'influx nerveux et la contraction des muscles (notamment du muscle cardiaque). Sa concentration dans le sang, appelée kaliémie, doit donc être équilibrée afin de participer au bon fonctionnement de notre coeur. Le potassium intervient également dans la sécrétion de l'insuline, et contribue à la régulation de l'acidité des sucs gastriques.
Nombre d'aliments en contiennent : bananes, tomates, pommes de terre, figues, lentilles, avocats, chocolat noir...

Production industrielle du potassium

N'existant pas à l'état natif, on trouve le potassium combiné à d'autres éléments (sodium, calcium, magnésium...), dans des gisements d'origine sédimentaire, provenant de l'évaporation d'anciennes mers. Les sels naturels de potassium sont principalement des chlorures (sylvine (KCl), carnallite...) ou des sulfates (schönites, polyhalite...). En général, on donne indistinctement à ces sels le nom de "potasse".

Le plus gros producteur mondial de potasse est le Canada (gisements du Saskatchewan), avec 21 millions de tonnes en 2019 (soit 13 millions de tonnes en "équivalant K₂O"), ce qui représente un peu plus de 30% de la production mondiale. Viennent ensuite la Russie, la Biélorussie et la Chine. La France n'en produit plus depuis 2002, date à laquelle ses mines de potasse, situées en Alsace, ont fermé.

Quelques exemples d'utilisation du potassium

- Indispensable à la croissance des plantes, le potassium entre dans la composition des engrais NPK (azote - phosphore - potassium).

- La potasse caustique (ou hydroxyde de potassium) intervient dans la fabrication du savon noir, de produits détergents, de certains engrais liquides, ou encore du carbonate de potassium (K₂CO₃), qui est à son tour employé pour élaborer des verres spéciaux utilisés en optique. L'hydroxyde de potassium sert également d'électrolyte dans les piles alcalines.

- Le NaK, alliage de sodium et de potassium liquide à température ambiante, est utilisé comme fluide caloporteur dans des réacteurs nucléaires à neutrons rapides expérimentaux, ainsi que dans certains satellites soviétiques (il présente l'avantage de rester liquide même lorsqu'il est exposé au vide de l'espace).

- Le chlorure de potassium (KCl) est parfois employé en cuisine comme sel de substitution par les personnes sujettes à l'hypertension. Létal à forte dose (il provoque un arrêt cardiaque), il est injecté en intraveineuse aux condamnés à mort aux Etats-Unis.

- L'iodure de potassium (KI), utilisé autrefois en photographie (comme précurseur du chlorure d'argent), est un additif alimentaire ajouté dans le sel de table "iodé", afin de prévenir les carences en iode (responsables du "crétinisme").

- En raison de ses propriétes sédatives et antispasmodiques, le bromure de potassium (KBr) est utilisé comme antiépileptique dans certains pays (notamment en Allemagne).

Mythe ou réalité, le bromure de potassium aurait été employé autrefois dans l'armée, à l'insu des soldats (ajouté à leur nourriture), afin d'inhiber leur désir sexuel.

- Le sulfate de potassium (K₂SO₄) est parfois utilisé comme mordant (substance qui permet de fixer la couleur) dans l'industrie textile.

- Le permanganate de potassium est un composé ionique de formule KMnO₄, très soluble dans l'eau. Intervenant comme oxydant dans nombre de réactions chimiques, il en est également utilisé dans le domaine de la santé comme antiseptique (en solution, à 0,5 g/L), ainsi que dans le traitement de l'eau (il permet d'oxyder le fer et le manganèse contenus dans les eaux souterraines).

- Le dichromate de potassium (K₂Cr₂O₇), solide de couleur orangée, est utilisé (entre autres) dans les éthylotests (alcootests) chimiques. Pour faire simple, en présence d'éthanol, les ions chrome VI contenus dans le dichromate de potassium se transforment en ions chrome III, de couleur verte, ce qui permet de confondre les contrevenants. Pour la petite histoire, le record du monde d'alcoolémie est détenu depuis le 24 juillet 2013 par un Polonais, qui a été retrouvé totalement ivre dans un fossé en bord de route, avec un taux d'alcoolémie de 13,7 g par litre de sang ! Normalement, il aurait dû être mort...

- En chimie, le potassium métallique est souvent employé pour ses propriétés réductrices (il "donne" facilement des électrons aux autres substances).

- La méthode de datation par le potassium-argon est employée pour estimer l'âge de roches formées à partir de magmas entièrement dégazés, en mesurant les quantités relatives de potassium 40 et d'argon 40 qu'elles contiennent. On part de l'hypothèse selon laquelle au moment de sa formation, la roche contient du potassium 40 (isotope radioactif), mais pas d'argon. Une fois que le magma est solidifié, le potassium 40 se désintègre progressivement (avec une périodeLa période ou demi-vie d'un isotope radio-actif correspond à la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux de cet isotope se sont désintégrés. de 1,25 milliards d'années) en libérant de l'argon 40 qui s'accumule progressivement dans la roche. Donc, plus le temps passe, moins il y a de potassium 40 et plus il y a d'argon 40. Les formules mathématiques font le reste...

- Dans les feux d'artifice, la couleur violette est généralement obtenue à l'aide de sels de potassium.

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