اگر بخواهیم برخی از مهمترین عناصر حیاتی بدن را نام ببریم، خالی از لطف نیست که به پتاسیم اشاره‌ای ویژه داشته باشیم. پتاسیم ماده‌ای است که بیشتر با عنوان یک ماده معدنی ضروری برای بدن موجودات زنده شناخته می‌شود اما این عنصر می‌تواند در اشکال و ترکیبات مختلف، کاربردهای بسیار متنوعی نیز در صنایع گوناگون داشته باشد.
آیا می‌دانید پتاسیم چیست و چه فوایدی در صنعت دارد؟ آیا با کاربردها و ویژگی‌های آن آشنا هستید؟ آیا می‌دانید چه محصولاتی مشتق یا حاوی این عنصر هستند؟
در این مقاله قصد داریم بیشتر در خصوص پتاسیم صحبت کنیم و به ذکر اطلاعات مهمی در خصوص این عنصر کلیدی بپردازیم؛ پس با ما همراه باشید.
پتاسیم چیست؟
عنصر پتاسیم که با علامت اختصاری K هم نمایش داده می‌شود، از جمله عناصر گروه 1 در تناوب چهارم از جدول تناوبی است. پتاسیم یک عنصر نرم و از دسته فلزات قلیایی است. بیشترین کاربرد آن به صورت مستقیم در صنعت، برای تولید کودهای شیمیایی است، زیرا از مواد معدنی ضروری به شمار می‌رود که وجود آن برای رشد گیاهان اهمیت بسیار زیادی دارد. البته سایر ترکیبات این عنصر در صنایع دیگر هم کاربردهای فراوانی دارند.
پتاسیم دارای عدد اتمی 19 و عدد جرمی 098/39 بوده که در برخورد با هوا به سرعت اکسید می‌شود. ایزوتوپ‌های مختلف این عنصر بسیار شناخته‌شده هستند و کاربردهای متنوعی دارند در ادامه به بررسی بیشتر خواص، ویژگی‌ها و کاربردهای این عنصر خاص می‌پردازیم.
تاریخچه کشف پتاسیم
عنصر پتاسیم ابتدا در سال 1807 توسط دانشمند شیمی‌دانی به نام همفری دیوی کشف شد که موفق شده بود برای اولین بار آن را به صورت پتاس (هیدروکسید پتاسیم) جدا نماید. جالب آنکه پتاسیم اولین عنصر فلزی بود که با استفاده از روش الکترولیز جداسازی شد.
منابع پتاسیم
پتاسیم هفتمین عنصر رایج در سطح زمین به شمار می‌رود. 2.4 % از کل سطح پوسته زمین را پتاسیم تشکیل می‌دهد و می‌توان آن را در منابع مختلفی پیدا کرد. البته به یاد داشته باشید که پتاسیم را هیچگاه نمی‌توان به صورت آزاد و مستقل در طبیعت یافت، بلکه آن را طی فرآیندهای شیمیایی از سایر فلزات جداسازی می‌کنند.
مواد معدنی همچون پلی‌هالیت، کارنالیت و سیلویت از جمله منابع مهم برای یافتن پتاسیم به شمار می‌روند که اغلب در دریاها یا دریاچه‌های قدیمی یافت می‌شوند.
بیشترین منابع این عنصر در بستر دریاهای مشرف به آمریکا، آلمان و کانادا هستند. البته اقیانوس‌ها منبع غنی‌تری برای این عنصر به شمار می‌روند، هرچند در یک حجم معین، درصد یافت آن به نسبت سدیم بسیار کمتر است. این عنصر را همواره به صورت هیدروکسید پتاسیم تجزیه نموده و مورد بهره‌برداری قرار می‌دهند. همچنین برای استخراج شکل خالص آن از روش تجزیه حرارتی استفاده می‌کنند.
خواص و ویژگی‌های پتاسیم
چگالی پتاسیم 0.86 گرم بوده و معمولاً به صورت جامد وجود دارد. هرچند می‌توان آن را به صورت مایع یا حتی میعانات گازی هم در صنایع مختلف مورد استفاده قرار داد. نقطه ذوب این عنصر فلزی 63.5 سانتی‌گراد بوده و نقطه جوش آن نیز 758.8 درجه سانتی‌گراد است.
از جمله خواص و ویژگی‌های پتاسیم می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- خواص این عنصر شباهت بسیار زیادی به عنصر سدیم دارد با این تفاوت که میل پتاسیم به ترکیب بسیار زیادتر است.
- پتاسیم بعد از لیتیوم، سبک‌ترین فلز روی کره زمین محسوب می‌شود.
- میزان نرمی فلز پتاسیم به قدری زیاد است که می‌توانید مانند کَره، با چاقو آن را ببرید.
- عنصر پتاسیم در حالت جامد، دارای رنگ نقره‌ای براق است.
- پتاسیم یک رسانای فوق العاده قدرتمند است که واکنش‌های شدیدی به نیروی الکتریسیته نشان می‌دهد.
- این عنصر به محض قرار گرفتن در معرض هوای آزاد، اکسید می‌شود به همین خاطر معمولاً آن را داخل ذخایر روغن‌های معدنی نگهداری می‌کنند.
- پتاسیم یک فلز قلیایی قوی است.
- این عنصر در برخورد با آب به شدت اشتعال‌پذیر است و با شعله‌های بنفش رنگ، آتش می‌گیرد.
- این ماده از جمله عناصر گران‌قیمت در صنایع مختلف به شمار رفته و به همین خاطر پتاسیم نیز برچسب قیمتی ارزانی ندارد.
موارد احتیاط در هنگام استفاده از پتاسیم
- پتاسیم در لحظه برخورد با آب مشتعل می‌شود، بنابراین در هوای مرطوب نیز به راحتی آتش می‌گیرد و خطر انفجار دارد، زیرا حرارت اشتعال آن به قدری بالاست که باعث ذوب و پراکنده شدن این عنصر می‌شود.
- برای خاموش کردن آتش‌سوزی حاصل از پتاسیم، باید از گرد خشک خاکستر سودا، ترکیبات مواد شیمیایی خشک یا گرافیت استفاده نمود.
- احتمال پراکسید و سوپراکسید شدن پتاسیم در دمای اتاق، حتی هنگام قرار داشتن در روغن‌های معدنی هم وجود دارد.
- در هنگام حمل و نقل منابع این عنصر باید به شدت احتیاط به خرج داد؛ زیرا در صورت بروز هرگونه حادثه و قرار گرفتن آن در معرض هوا امکان انفجارهای بسیار بزرگ وجود دارد.
- پتاسیم به صورت خالص مانند آرگون و نیتروژن در کپسول‌های شیشه‌ای پر شده در خلأ نگهداری می شود.
انواع پتاسیم
پتاسیم را می‌توان به اشکال مختلفی در خاک بستر دریاها و اقیانوس‌ها یافت. انواع گوناگون این عنصر عبارتند از:
- پتاسیم محلول: این شکل از پتاسیم به صورت محلول‌های یونی در خاک پیدا می‌شود و تنها فرم از این عنصر است که امکان جذب آن توسط بافت‌های گیاهی وجود دارد، بدین ترتیب برای تولید کودهای شیمیایی از این نوع استفاده می‌کنند.
- پتاسیم تبادلی: این نوع پتاسیم روی کلوئیدها، جذب سطحی شده و در شرایط مناسب به سادگی می‌توان آن را با استفاده از نمک‌های خنثی استخراج کرد.
- پتاسیم غیرتبادلی: این نوع پتاسیم به سادگی قابل تبادل نیست و نمی‌توان طی مدتی کوتاه با استفاده از نمک‌های خنثی معدنی آن را جداسازی نمود. این نوع پتاسیم نیز تا حد کمی توسط گیاهان قابل مصرف خواهد بود.
- پتاسیم ساختمانی: شکلی از این عنصر است که جزئی از شبکه کریستالی کانی‌ها به شمار می‌رود.
کاربردهای مختلف پتاسیم
پتاسیم به شکل جامد در صنایع گوناگون کاربردهای متعددی دارد که از جمله مهمترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- اکسید این عنصر که با نام پتاسیم هیدروکسید یا پتاس هم شناخته می‌شود، رایج‌ترین شکل مصرف آن در صنایع مختلف است که مخصوصاً در تولید انواع کودهای شیمیایی کاربرد دارد.
- ترکیب پتاسیم نیترات، ماده‌ای است که برای تولید باروت در صنایع نظامی کاربرد دارد.
- خواص این عنصر به گونه‌ای است که در ساخت انواع شیشه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- آلیاژی که از ترکیب پتاسیم و سدیم به دست می‌آید یک رسانای گرمایی فوق‌العاده مؤثر است.
- پتاسیم نقشی کلیدی برای رشد گیاهان داشته و یکی از عناصر ضروری در بدن حیوانات و انسان‌ها است. این عنصر از مواد حیاتی برای زنده نگه داشتن سلول به شمار می‌رود.
- نمک‌های پتاسیم کاربردهای گوناگونی در صنایع مختلف دارند (از جمله نمک برمید پتاسیم، کربنات پتاسیم، کلرات پتاسیم، سیانید پتاسیم، نیترات پتاسیم و…)
- از پتاسیم به عنوان محلول مس و سایر فلزات گرانبها مانند نقره و طلا استفاده می‌شود.
- از دیگر کاربردهای پتاسیم می‌توان به استخراج طلا، آبکاری الکتریکی و شکل‌دهی الکتریکی به آن اشاره کرد.
- پتاسیم در سنتز آلی برای ساخت نیتریل نیز کاربرد دارد.
- از کربنات پتاسیم در ساخت شیشه، صابون، لامپ تلویزیون رنگی، لامپ‌های فلورسنت، رنگ‌های نساجی و رنگدانه‌ها استفاده می‌شود.
- پتاسیم پرمنگنات (KMnO4) نیز یک ماده اکسید کننده، سفید کننده و تصفیه کننده است که برای تولید ساخارین استفاده می‌شود.
- کلرات پتاسیم (KClO3) به کبریت‌ها و مواد منفجره اضافه می‌شود تا قابلیت اشتعال‌زایی آن‌ها را افزایش دهد.
- پتاسیم بروماید (KBr) در گذشته در صنعت عکاسی آنالوگ مورد استفاده قرار می‌گرفت.
- از پتاسیم سوپراکسید که یک جامد پارامغناطیسی زرد محسوب می‌شود به طور گسترده در سیستم‌های تنفسی، در معادن، زیردریایی‌ها و فضاپیماها استفاده می‌شود..
- از پتاسیم در ساخت انبوهی از محصولات تجاری مختلف مانند جوهر، رنگ، رنگ چوب، مواد منفجره، محصولات آتش بازی، کاغذ سبک و کبریت ایمنی استفاده می‌شود.
- همچنین از این ماده می‌توان در دباغی چرم نیز بهره گرفت.
ترکیبات مهم عنصر پتاسیم
گرچه ترکیبات مختلفی از این عنصر در صنعت کاربرد دارند اما هیچکدام به اندازه اکسید آن رایج نیستند. هیدروکسید پتاسیم یا پتاس، شناخته‌شده‌ترین ترکیب پتاسیم به شمار می‌رود که با نام پتاس سوزآور نیز معروف است.
هیدروکسید پتاسیم با فرمول شیمیایی KOH یک ماده قدرتمند قلیایی است که در شکل‌‌های مختلفی از جمله پودر و قرص در بازار وجود دارد.
بیشترین مورد مصرف هیدروکسید پتاسیم در صنایع شیمیایی، نفت و گاز و بیشتر از همه صنعت ساختمان است. البته کارخانه‌های تولید غذا و دارو نیز از این ماده استفاده زیادی دارند و به عنوان سفت کننده یا تنظیم کننده pH خوارکی‌ها بهره می‌برند.
پتاس اغلب در قالب یک ترکیب مقدماتی برای ایجاد ترکیبات پتاسیمی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد اما می‌تواند کاربردهای زیر را هم داشته باشد:
- هیدروکسید پتاسیم یک ماده قلیایی قوی است که برای خنثی کردن خاصیت اسیدی محلول‌های مختلف و تنظیم pH آن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- در قالب یک عامل تیتراسیون برای اسیدها مصرف می‌شود.
- پتاس در کارخانه‌های مرتبط، برای شستن و کندن پوست میوه‌ها و سبزیجات کاربرد دارد.
- از هیدروکسید پتاسیم برای نوشابه، رنگ کارامل، شکلات و کاکائو در کارخانه‌ها نیز بهره برده می‌شود.
- از پتاس برای نرم کردن بافت زیتون‌ها و ترد شدن بافت چوب‌شور نیز بهره می‌گیرند.
نقش پتاسیم در بدن موجودات زنده
نمی‌توان در خصوص پتاسیم صحبت کرد اما به اهمیت زیست شناختی آن برای بدن موجودات زنده اشاره نداشت. عنصر پتاسیم، یکی از مهمترین یون‌های موجود در جسم موجودات زنده به شمار می‌رود که تنظیم نبودن سطح آن در بدن، موجب بروز مشکلات قلبی و عصبی شده و عملکردهای طبیعی را مختل می‌کند. سطح این عنصر در پلاسمای خون پایین است اما در داخل سلول‌ها تجمع زیادی داشته و نقشی حیاتی برای سلامت آن ایفا می‌نماید.
پایین بودن میزان پتاسیم خون (هیپوکالمی) و بالا بودن سطح آن در بدن (هایپرکالمی) هر دو مضر بوده و می‌تواند سلامت قلب و سایر اندام‌ها را تهدید کند. خستگی، خواب‌آلودگی، ضعف عمومی، یبوست شدید و نامنظم بودن ریتم ضربان قلب از جمله علائم کمبود پتاسیم در بدن هستند.
منابع غذایی پتاسیم
به ندرت پیش می‌آید کسی مجبور به استفاده از مکمل‌های دارویی پتاسیم شود؛ زیرا این عنصر را تقریباً در هر ماده غذایی که ما مصرف می‌کنیم، می‌توان پیدا کرد با این وجود، سویا، لوبیا سفید، اسفناج، موز و عدس سرشارترین منابع غذایی پتاسیم هستند.
و در نهایت…
پتاسیم یکی از مهمترین عناصر جدول تناوبی است که گرچه به صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود، اما وجود آن برای ادامه حیات روی سیاره ضروری است. این عنصر که ترکیبات و یون‌های مختلف آن کاربردهای فراوانی در صنایع دارند، بسیار واکنش‌پذیر بوده و باید با احتیاط کامل مورد استفاده قرار بگیرد.