آب دریا حاوی حدود 400ppm پتاسیم است. این ماده ته نشین شده، و در نتیجه اغلب به صورت رسوبات یافت می شود. رودخانه ها به طور کلی شامل حدود 2/3 ppm پتاسیم هستند. این تفاوت به طور عمده توسط غلظت بالای پتاسیم در بازالت های اقیانوسی ایجاد می شود. گرانیت غنی از کلسیم حاوی تا 2.5٪ پتاسیم است. این عنصر عمدتا به صورت یون های K+ (aq) در آب موجود است. 40K یک ایزوتوپ رادیواکتیو پتاسیم است که بصورت طبیعی فراوان است. آب دریا حاوی غلظت طبیعی حدود 4.5 تا 10-5 گرم بر لیتر پتاسیم است.
پتاسیم به چه طریق و به چه صورتی با آب واکنش می دهد؟
پتاسیم به سرعت و به شدت با آب واکنش داده و به تشکیل یک محلول پایه ی پتاسیم هیدروکسید بی رنگ و گاز هیدروژن می انجامد که طبق مکانیسم واکنشی زیر صورت می گیرد:
2K (s) + 2H2O (l) -> 2KOH (aq) + H2 (g)
این یک واکنش گرما ده است و پتاسیم تا حدی داغ می شود که شعله بنفشی از سوختن آن حاصل می شود. علاوه بر این، هیدروژنی که طی این واکنش آزاد می شود به شدت با اکسیژن و آتش واکنش می دهد. پتاسیم خیلی آهسته تر از روبیدیوم که در جدول تناوبی زیر پتاسیم قرار دارد، با آب واکنش می دهد. اما نسبت به سدیم، که در جدول تناوبی بالاتر از آن قرار دارد، با سرعت بیشتری با آب واکنش می دهد.
انحلال پذیری پتاسیم و ترکیبات آن
پتاسیم در آب نامحلول است، اما با آب واکنش می دهد. ترکیبات پتاسیم ممکن است محلول در آب باشند. به عنوان نمونه: دی کرومات پتاسیم با حلالیت در آب 115 گرم بر لیتر، پرمنگنات پتاسیم با حلالیت در آب 76 گرم بر لیتر، یدید پتاسیم با حلالیت در آب 92 گرم بر لیتر، و یدید پتاسیمی که حتی تا 1480 گرم از آن ممکن است در یک لیتر آب حل شود.
علت وجود پتاسیم در آب چیست؟
پتاسیم در مواد معدنی مختلفی موجود است، که ممکن است از طریق فرآیندهای هوازدگی در آب حل شود. برای نمونه می توان به فلدسپات (ارتوکلاز و میکروکلین) اشاره کرد، که برای تولید ترکیبات پتاسیم چندان مهم نیستند، و کانی های کلر از جمله کارنالیت و سیلویت، که برای اهداف تولید بسیار مطلوب می باشند. برخی از مواد معدنی خاک رس حاوی پتاسیم هستند. این ماده از طریق فرایندهای طبیعی به آب دریا می ریزد، که در آنجا عمدتا در رسوبات حل می شود. پتاسیم ابتدایی است از کلرید پتاسیم استخراج می شود، اما به دلیل قدرت واکنش پذیری بسیار زیادش برای اهداف زیادی به کار نمی آید. این ماده در آلیاژها و در ترکیبات آلی استفاده می شود.
تعدادی از ترکیبات پتاسیم، به طور عمده نیترات پتاسیم، از کودهای شیمیایی محبوب هستند. 95٪ پتاسیم تجاری مصرفی به کودهای شیمیایی اضافه می شود. نمکهای پتاسیم و مخلوط ترکیبات منیزیم و کلسیم نیز به طور مرتب استفاده می شوند. بازسازی، به انتشار فاضلاب می انجامد که هنگام تخلیه در سطح آب خطرناک است و به سختی تصفیه می شود.
پتاسیم در تولید شیشه ها استفاده شده و باعث می شود که شیشه قوی تر و سفت تر شود. این شیشه عمدتا در تلویزیون استفاده می شود. دیگر ترکیبات پتاسیم در تولید صابون مایع استفاده شده، به داروها یا تزریقات اضافه شده، و یا در عکاسی یا برنزه کردن مورد استفاده قرار می گیرد. در اغلب موارد، پتاسیم ماده ی فعال نیست، بلکه آنیون مجاور است. همچنین در تولید پتاسیم کلرات موجود در کبریت و آتش بازی نیز کاربرد داشته، و به صورت پودری برای تهیه ی پتاسیم نیترات نیز استفاده می شود. آلوم های پتاسیم پایگاه هایی برای چسب کاغذ هستند و به عنوان پر کننده ی لاستیک مصنوعی استفاده می شوند.
ترکیبات پتاسیم واکنش پذیر ترین ترکیبات شیمیایی اساسی هستند که برای مثال در هیدروکسیدهای پتاسیم و نیترات ها مورد استفاده قرار می گیرند. پتاسیم هیدروکسید، پتاس سوز آور را تشکیل می دهد و در مواد پاک کننده، نرم کننده، صابون سبز و سولفور زدایی جذب کننده های روغن و دی اکسید کربن به کار برده می شود.
نمونه های دیگر از کاربردهای ترکیبات پتاسیم عبارتند از پتاسیم یدید برای اندازه گیری ظرفیت اکسیداتیو نمونه زباله، پتاسیم دی کرومات برای اندازه گیری ظرفیت اکسیداتیو مواد آلی در علوم خاک و تصفیه ی فاضلاب بیولوژیکی، و پتاسیم دی سیانو طلایی که یک ترکیب طلا محلول در آب بسیار سمی است که برای تذهیب فنی به کار می رود. ترکیبات پتاسیم ممکن است از طریق ادرار به فاضلاب بریزند. یک کاربرد غیر معمول آن عبارت است از افزایش میزان بارش باران در مناطق خشک با پتاسیم کلرید. این ماده را توسط هواپیما درست در زیر ابرها منتشر می کنند، افزایش می یابد و مقدار رطوبت در ابرها را دو برابر می کند و باعث می شود باران سخت تری بگیرد.
چون پتاسیم آزاد شده از طریق مکان های دفن زباله داخلی معمولا فوق العاده زیاد است، از این ترکیب ممکن است به عنوان یک شاخص برای تشخیص وجود سایر ترکیبات سمی در آبهای زیرزمینی استفاده می شود.
اثرات زیست محیطی پتاسیم بر آب کدام اند؟
پتاسیم یک ماده غذایی لازم برای اکثر قریب به اتفاق موجودات زنده است، غیر از تعدادی باکتری، چرا که نقش مهمی در کارکرد رشته های عصبی ایفا می کند.
پتاسیم نقشی اصلی در رشد گیاه ایفا کرده و اغلب رشد آن را محدود می کند. پتاسیم حاصل از گیاهان مرده و مواد حیوانی اغلب قبل از اینکه در آب حل شود، با کانی های خاک رس موجود در خاک ترکیب می گردد. در نتیجه، مجددا به آسانی توسط گیاهان مصرف می شود. شخم زنی ممکن است این روند طبیعی را مختل کند. در نتیجه، اغلب کود پتاسیم را به خاک های کشاورزی اضافه می کنند. گیاهان به طور متوسط حاوی حدود 2٪ پتاسیم هستند (جرم خشک)، اما این مقدار ممکن است از 0.1 تا 6.8 درصد متفاوت باشد. پشه لارو حاوی بین 0.5 و 0.6 درصد و سوسک حاوی بین 0.6 و 0.9 درصد پتاسیم است (جرم خشک). نمک های پتاسیم ممکن است سلول های گیاهی را به دلیل فعالیت اسمزی بالا بکشند.
پتاسیم موجود در آب خطر بسیار کمی دارد، اما به دلیل تحرک نسبتا بالا و پتانسیل تحول کمش بسیار سریع گسترش می یابد، است. سمیت پتاسیم معمولا از مولفه های دیگر موجود در ترکیب ناشی می شود، برای مثال سیانید در پتاسیم سیانید. مقدار LD50 برای موش 5 میلی گرم بر کیلوگرم، برای پتاسیم برومات 321 میلی گرم بر کیلوگرم و برای پتاسیم فلوراید 245 میلی گرم بر کیلوگرم است. نمونه هایی از مقدار LD50 برای موجودات آبی عبارتند از 132 میلی گرم بر لیتر برای ماهی و 1.16 میلی گرم بر لیتر برای دافنی.
یکی از سه ایزوتوپ طبیعی پتاسیم 40K می باشد که رادیواکتیو است. این همان ترکیبی است که احتمال می رود باعث تغییرات ژن گیاهان و حیوانات می شود. با این حال به علت منشا طبیعی اش، به هیچ یک از گروه های سمیت رادیواکتیوی تعلق ندارد. در مجموع دوازده ایزوتوپ پایدار برای پتاسیم وجود دارد.
عوارض بهداشتی پتاسیم موجود در آب کدام اند؟
پتاسیم برای ما یک ماده غذایی لازم است، و ما روزانه به 2-3.5 گرم از آن نیاز داریم و حدود 1-6 گرم مصرف می کنیم. مقدار کل پتاسیم در بدن انسان چیزی بین 110 و 140 گرم است و عمدتا به حجم عضلات بستگی دارد. پس از سلول های قرمز خون و بافت مغزی، عضلات بیشترین مقدار پتاسیم را دارا هستند.
در حالی که سدیم که رقیب آن است در مایعات داخل سلولی وجود دارد، پتاسیم عمدتا در داخل سلول ها موجود است. این امر موجب حفظ فشار اسمزی می شود. نسبت پتاسیم موجود در سلول به پتاسیم موجود در پلاسما 1: 27 است، و توسط پمپ های سدیم-پتاسیم تنظیم می شود.
عملکردهای حیاتی پتاسیم عبارتند از نقش آن در محرک های عصبی، انقباض عضلات، تنظیم فشار خون و انحلال پروتئین. این ماده از قلب و عروق محافظت می کند و حتی ممکن است از بیماری های قلبی و عروقی جلوگیری کند. نسبت سدیم به پتاسیم سابقا 16:01 بوده و در حال حاضر حدود 1: 3 است، که عمدتا مانع از جذب بالای سدیم می شود.
کمبود پتاسیم نسبتا نادر است، اما ممکن است به افسردگی، ضعف عضلانی، اختلال ریتم قلب و سردرگمی منجر شود. از دست دادن پتاسیم ممکن است در نتیجه ی اسهال مزمن یا بیماری کلیوی عارض شود، زیرا تعادل فیزیکی پتاسیم توسط کلیه تنظیم می شود. زمانی که کلیه ها به اندازه کافی فعالیت نمی کنند، مصرف پتاسیم باید محدود به جلوگیری از ضرر و زیان بیشتر باشد.
تماس پوست با فلزات پتاسیم موجب خوردگی پتاس سوز آور می شود. این خوردگی خطرناک تر از خوردگی اسید، زیرا به صورت نامحدود ادامه پیدا می کند. قطره های پتاس سوز آور برای چشم بسیار مضر هستند.
مصرف تعدادی از ترکیبات پتاسیم احتمالا مضرات ویژه ای دارد. در دوزهای بالا، پتاسیم کلرید با تکانه های عصبی تداخل پیدا می کند، که تقریبا با تمام عملکردهای بدن تداخل پیدا کرده و عملکرد قلب را به طور عمده تحت تاثیر قرار می دهد. پتاسیم آلوم در غلظت های کمی همچون 2 گرم ممکن است به ناراحتی معده و تهوع منجر شود، و در غلظت های بالاتر ممکن است خورنده و حتی کشنده باشد. پتاسیم کربنات در دوزهای بالاتر از 15 گرم برای بزرگسالان کشنده است. همین موضوع برای 1 گرم پتاسیم تارتارات و برای تنها 50 میلی گرم پتاسیم سیانید نیز صدق می کند.
بین 6 تا 8 گرم پتاسیم دی کرومات کشنده است و 30 گرم پتاسیم نیترات باعث مسمومیت شدیدی می شود که ممکن است منجر به مرگ شود. بین 10 تا 12 میلی لیتر پتاسیم هیدروکسید با خورندگی 15 درصد ممکن است کشنده باشد، زیرا این ترکیب مکانیسمی به شدت خورنده دارد. پتاسیم پرمنگنات در سفید کننده ها و ضد عفونی کننده ها استفاده می شود و در بین 5 تا 8 گرم کشنده است.
برای زدودن پتاسیم از آب، کدام یک از تکنولوژی های تصفیه آب را می توان استفاده کرد؟
پتاسیم را می توان با استفاده از روش اسمز معکوس از آب زدود. پتاسیم در تصفیه آب استفاده می شود. به عنوان مثال، پتاسیم پرمنگنات برای اکسیده کردن ترکیبات منتقله از راه آب، از جمله برای زدودن یا ضد عفونی کردن آهن یا منگنز قابل استفاده است. اما این یک توصیه کلی نیست. کاربرد پتاسیم پرمنگنات باعث می شود از آن برای تعیین ظرفیت اکسیداتیو مواد آلی موجود در آب استفاده شود. عموما این مقدار از میزان BOD تجاوز می کند. پتاسیم دی کرومات برای تعیین COD استفاده می شود.