KALIUM: SEJARAH, STRUKTUR, SIFAT, REAKSI, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The kalium adalah simbol kimia alkali adalah K. nomor atom Its adalah 19 dan terletak di bawah natrium dalam tabel periodik. Ini adalah logam lunak yang bahkan bisa dipotong dengan pisau. Selain itu, cukup ringan, dan dapat mengapung di atas air cair sambil bereaksi dengan kuat.

Baru dipotong, ia memiliki warna putih keperakan yang sangat cerah, tetapi ketika terkena udara ia teroksidasi dengan cepat dan kehilangan kilau, berubah menjadi keabu-abuan (hampir kebiruan, seperti gambar di bawah).

Potongan kalium yang teroksidasi sebagian disimpan dalam minyak mineral. Sumber: 2 × 910

Kalium bereaksi secara eksplosif dengan air membentuk kalium hidroksida dan gas hidrogen. Gas inilah yang bertanggung jawab atas ledakan reaksi. Ketika terbakar dalam korek api, atom-atomnya yang tereksitasi mewarnai nyala api dengan warna ungu pekat; ini adalah salah satu tes kualitatifnya.

Ini adalah logam paling melimpah ketujuh di kerak bumi dan mewakili 2,6% beratnya. Ini ditemukan terutama di batuan beku, serpih dan sedimen, selain mineral seperti silvit (KCl). Tidak seperti natrium, konsentrasinya dalam air laut rendah (0,39 g / L).

Kalium diisolasi pada tahun 1807 oleh kimiawan Inggris Sir Humphrey Davy, dengan elektrolisis larutan hidroksida, KOH. Logam ini adalah yang pertama diisolasi dengan elektrolisis dan Davy memberinya nama kalium dalam bahasa Inggris.

Di Jerman, bagaimanapun, nama kalium digunakan untuk merujuk pada logam. Tepatnya dari nama belakang ini muncul huruf 'K', yang digunakan sebagai simbol kimia kalium.

Logam itu sendiri hanya memiliki sedikit kegunaan industri, tetapi menghasilkan banyak senyawa yang berguna. Secara biologis, bagaimanapun, itu jauh lebih penting, karena itu adalah salah satu elemen penting bagi tubuh kita.

Pada tumbuhan, misalnya, mendukung fotosintesis, proses osmosis. Ini juga meningkatkan sintesis protein, sehingga mendukung pertumbuhan tanaman.

Sejarah

Kalium karbonat

Sejak zaman dahulu, manusia telah menggunakan kalium sebagai pupuk, mengabaikan keberadaan kalium, apalagi hubungannya dengan kalium. Ini dibuat dari abu batang dan daun pohon, yang ditambahkan air, yang kemudian diuapkan.

Sayuran kebanyakan mengandung kalium, natrium, dan kalsium. Tetapi senyawa kalsium sulit larut dalam air. Untuk alasan ini, kalium adalah konsentrat senyawa kalium. Kata ini berasal dari kontraksi kata bahasa Inggris 'pot' dan 'ash'.

Pada tahun 1702, G. Ernst Stahl mengemukakan perbedaan antara garam natrium dan kalium; Saran ini dibuktikan oleh Henry Duhamel du Monceau, pada tahun 1736. Karena komposisi garam yang tepat tidak diketahui, Antoine Lavoiser (1789) memutuskan untuk tidak memasukkan alkali dalam daftar unsur kimia.

Penemuan

Pada tahun 1797, ahli kimia Jerman Martin Klaproth menemukan kalium dalam mineral leucite dan lepidolite, jadi dia menyimpulkan bahwa itu bukan hanya produk tumbuhan.

Pada 1806, ahli kimia Inggris Sir Humphrey Davy menemukan bahwa ikatan antara unsur-unsur suatu senyawa bersifat listrik.

Davy kemudian mengisolasi kalium dengan elektrolisis kalium hidroksida, mengamati gumpalan dengan kilau logam yang terakumulasi di anoda. Dia menamai logam tersebut dengan kata etimologi bahasa Inggris potassium.

Pada tahun 1809, Ludwig Wilhelm Gilbert mengusulkan nama kalium (kalium) untuk kalium Davy. Berzelius menggunakan nama kalium untuk menetapkan kalium sebagai simbol kimiawi "K".

Akhirnya, Justus Liebig pada tahun 1840 menemukan bahwa kalium merupakan unsur yang diperlukan bagi tumbuhan.

Struktur dan konfigurasi elektron kalium

Kalium logam mengkristal dalam kondisi normal dalam struktur kubik berpusat tubuh (bcc). Ini ditandai dengan menjadi kurus, yang sesuai dengan sifat kalium. Atom K dikelilingi oleh delapan tetangga, tepat di tengah kubus dan dengan atom K lainnya yang terletak di simpul.

Fase bcc ini juga ditetapkan sebagai fase KI (yang pertama). Ketika tekanan meningkat, struktur kristal memadat ke fase kubik berpusat muka (fcc). Namun, tekanan 11 GPa diperlukan agar transisi ini terjadi secara spontan.

Fase fcc yang lebih padat ini dikenal sebagai K-II. Pada tekanan yang lebih tinggi (80 GPa), dan suhu yang lebih rendah (kurang dari -120 ºC), kalium memperoleh fase ketiga: K-III. K-III dicirikan oleh kemampuannya untuk menampung atom atau molekul lain di dalam rongga kristalnya.

Ada juga dua fase kristal lainnya pada tekanan yang lebih tinggi: K-IV (54 GPa) dan KV (90 GPa). Pada suhu yang sangat dingin, kalium bahkan menunjukkan fase amorf (dengan atom K yang tidak teratur).

Bilangan oksidasi

Konfigurasi elektron kalium adalah:

4 d ¹

Orbital 4s adalah yang terluar dan karenanya memiliki satu-satunya elektron valensi. Ini dalam teori bertanggung jawab atas ikatan logam yang mengikat atom K bersama untuk mendefinisikan kristal.

Dari konfigurasi elektron yang sama, mudah untuk memahami mengapa kalium biasanya selalu (atau hampir selalu) memiliki bilangan oksidasi +1. Ketika ia kehilangan satu elektron untuk membentuk kation K ⁺ , gas mulia argon, dengan oktet valensinya penuh, menjadi isoelektronik.

Dalam sebagian besar senyawa turunannya, kalium diasumsikan sebagai K ⁺ (meskipun ikatannya tidak bersifat ionik murni).

Di sisi lain, meskipun kecil kemungkinannya, kalium dapat memperoleh elektron, memiliki dua elektron dalam orbital 4s-nya. Jadi, logam kalsium menjadi isoelektronik:

4 d ²

Kemudian dikatakan bahwa ia memperoleh elektron dan memiliki bilangan oksidasi negatif, -1. Jika bilangan oksidasi ini dihitung dalam suatu senyawa, maka diasumsikan adanya potensi anion tepi, K ^- .

Properti

Penampilan

Logam perak putih mengkilap.

Masa molar

39,0983 g / mol.

Titik lebur

83,5 ° C.

Titik didih

759 ° C.

Massa jenis

-0,862 g / cm ³ , pada suhu kamar.

-0,828 g / cm ³ , pada titik leleh (cair).

Kelarutan

Bereaksi hebat dengan air. Larut dalam amonia cair, ethylenediamine dan aniline. Larut dalam logam alkali lain untuk membentuk paduan, dan merkuri.

Kepadatan uap

1.4 sehubungan dengan udara yang diambil sebagai 1.

Tekanan uap

8 mmHg pada 432 ° C.

Stabilitas

Stabil jika terlindung dari udara dan kelembaban.

Korosif

Dapat menjadi korosif jika bersentuhan dengan logam. Saat bersentuhan, dapat menyebabkan kulit dan mata terbakar.

Tegangan permukaan

86 dynes / cm pada 100 ° C.

Panas fusi

2,33 kJ / mol.

Panas penguapan

76,9 kJ / mol.

Kapasitas panas molar

29,6 J / (mol · K).

Elektronegativitas

0,82 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Tingkat ionisasi pertama: 418,8 kJ / mol.

Tingkat ionisasi kedua: 3,052 kJ / mol.

Tingkat ionisasi ketiga: 4,420 kJ / mol.

Radio atom

227 malam.

Jari-jari kovalen

203 ± 12 siang.

Ekspansi termal

83,3 µm / (m · K) pada 25 ° C.

Konduktivitas termal

102,5 W / (mK).

Resistivitas listrik

72 nΩ · m (pada 25 ° C).

Kekerasan

0,4 pada skala Mohs.

Isotop alami

Kalium terjadi terutama sebagai tiga isotop: ³⁹ K (93,258%), ⁴¹ K (6,73%) dan ⁴⁰ K (0,012%, emisi β radioaktif)

Tata nama

Senyawa kalium memiliki bilangan oksidasi +1 secara default (dengan pengecualian yang sangat khusus). Oleh karena itu, dalam nomenklatur saham (I) di akhir nama dihilangkan; dan dalam nomenklatur tradisional, nama diakhiri dengan sufiks -ico.

Misalnya, KCl adalah kalium klorida, bukan kalium (I) klorida. Nama tradisionalnya adalah kalium klorida atau kalium monoklorida, menurut nomenklatur sistematis.

Selebihnya, kecuali mereka adalah nama atau mineral yang sangat umum (seperti silvin), nomenklatur di sekitar kalium cukup sederhana.

Bentuk

Kalium tidak ditemukan di alam dalam bentuk logam, tetapi dapat diperoleh secara industri dalam bentuk ini untuk penggunaan tertentu. Ini ditemukan terutama pada makhluk hidup, dalam bentuk ionik (K ⁺ ). Secara umum, ini adalah kation intraseluler utama.

Kalium hadir dalam berbagai senyawa, seperti kalium hidroksida, asetat atau klorida, dll. Ini juga merupakan bagian dari sekitar 600 mineral, termasuk silvite, alunite, carnalite, dll.

Kalium membentuk paduan dengan unsur alkali lainnya, seperti natrium, sesium, dan rubidium. Ini juga membentuk paduan terner dengan natrium dan sesium, melalui apa yang disebut fusi eutektik.

Peran biologis

Tanaman

Kalium merupakan, bersama dengan nitrogen dan fosfor, tiga nutrisi tanaman utama. Kalium diserap oleh akar dalam bentuk ionik: suatu proses yang didukung oleh kondisi kelembapan, suhu, dan oksigenasi yang memadai.

Mengatur pembukaan dan penutupan stomata daun: aktivitas yang memungkinkan penyerapan karbon dioksida, yang bergabung dengan air selama fotosintesis membentuk glukosa dan oksigen; Ini adalah agen penghasil ATP yang merupakan sumber energi utama makhluk hidup.

Ini memfasilitasi sintesis beberapa enzim yang terkait dengan pertumbuhan tanaman, selain pati, zat cadangan energi. Ini juga mengintervensi osmosis: proses yang diperlukan untuk penyerapan akar air dan mineral; dan naiknya air melalui xilem.

Klorosis adalah manifestasi dari kekurangan kalium pada tumbuhan. Hal ini ditandai dengan daun kehilangan kehijauan dan menguning, dengan tepi terbakar; dan akhirnya, terjadi defoliasi, dengan penundaan pertumbuhan tanaman.

Hewan

Pada hewan, secara umum kalium merupakan kation intraseluler utama dengan konsentrasi 140 mmol / L; sedangkan konsentrasi ekstraseluler bervariasi antara 3,8 dan 5,0 mmol / L. 98% kalium tubuh terbatas pada kompartemen intraseluler.

Meskipun asupan kalium dapat bervariasi antara 40 dan 200 mmol / hari, konsentrasi ekstraselulernya tetap konstan dengan pengaturan ekskresi ginjal. Hormon aldosteron, yang mengatur sekresi kalium pada tingkat tubulus pengumpul dan distal, terlibat di dalamnya.

Kalium bertanggung jawab secara sentral untuk pemeliharaan osmolaritas intraseluler dan, oleh karena itu, bertanggung jawab untuk pemeliharaan integritas sel.

Meskipun membran plasma relatif permeabel terhadap kalium, konsentrasi intraselulernya dipertahankan oleh aktivitas enzim Na, ATPase (pompa natrium dan kalium) yang menghilangkan tiga atom natrium dan memasukkan dua atom kalium.

Repolarisasi sel

Sel yang bersemangat, terdiri dari neuron dan sel otot lurik dan polos; dan sel otot lurik, yang terdiri dari sel otot rangka dan jantung, semuanya mampu membentuk potensi aksi.

Bagian dalam sel yang bersemangat bermuatan negatif dalam kaitannya dengan bagian luar sel, tetapi ketika distimulasi dengan tepat, permeabilitas membran plasma sel terhadap natrium meningkat. Kation ini menembus melalui membran plasma dan mengubah interior sel menjadi positif.

Fenomena yang terjadi disebut potensial aksi, yang memiliki sekumpulan sifat, diantaranya mampu merambat ke seluruh neuron. Perintah yang dikeluarkan oleh otak bergerak sebagai potensi aksi ke otot tertentu untuk membuatnya berkontraksi.

Agar potensial aksi baru terjadi, interior sel harus memiliki muatan negatif. Untuk melakukan ini, ada kalium keluar dari interior sel, mengembalikannya ke negativitas aslinya. Proses ini disebut repolarisasi, yang merupakan fungsi utama kalium.

Oleh karena itu, pembentukan potensial aksi dan inisiasi kontraksi otot dikatakan menjadi tanggung jawab bersama natrium dan kalium.

Fungsi lainnya

Kalium berfungsi lain pada manusia, seperti tonus pembuluh darah, kontrol tekanan darah sistemik, dan motilitas gastrointestinal.

Peningkatan konsentrasi kalium plasma (hiperkalemia) menghasilkan serangkaian gejala seperti kecemasan, mual, muntah, sakit perut dan ketidakteraturan pada elektrokardiogram. Gelombang T yang berhubungan dengan repolarisasi ventrikel tinggi dan lebar.

Catatan ini dijelaskan karena dengan meningkatnya konsentrasi kalium ekstraseluler, ia meninggalkan bagian luar sel lebih lambat, sehingga repolarisasi ventrikel menjadi lebih lambat.

Penurunan konsentrasi kalium plasma (hipokalsemia) antara lain menunjukkan gejala berikut: kelemahan otot, penurunan motilitas usus, penurunan filtrasi glomerulus, aritmia jantung, dan pendataran gelombang T pada elektrokardiogram.

Gelombang T diperpendek, karena dengan menurunkan konsentrasi kalium ekstraseluler, jalan keluarnya menuju bagian luar sel difasilitasi dan durasi repolarisasi menurun.

Dimana kalium ditemukan dan produksi

Kristal silvite, yang praktis terdiri dari kalium klorida. Sumber: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0

Kalium ditemukan terutama di batuan beku, serpih, dan sedimen. Juga, dalam mineral seperti muskovit dan ortoklas, yang tidak larut dalam air. Orthoclase merupakan mineral yang biasanya terjadi pada batuan beku dan granit.

Kalium juga terdapat dalam senyawa mineral yang larut dalam air, seperti karnalit (KMgCl ₃ · 6H ₂ O), silvit (KCl), dan landbeinite, yang ditemukan di dasar danau yang kering dan di dasar laut.

Selain itu, kalium ditemukan dalam air asin dan sebagai produk pembakaran batang dan daun tanaman dalam proses yang digunakan untuk produksi kalium. Meskipun konsentrasinya dalam air laut rendah (0,39 g / L), ia juga digunakan untuk memperoleh kalium.

Kalium hadir dalam deposit besar, seperti yang ada di Saskatchewan, Kanada, kaya akan mineral sylvite (KCl) dan mampu menghasilkan 25% konsumsi kalium dunia. Cairan limbah garam dapat mengandung sejumlah besar kalium, dalam bentuk KCl.

Elektrolisa

Kalium diproduksi dengan dua metode: elektrolisis dan termal. Dalam elektrolisis, metode yang digunakan oleh Davy untuk mengisolasi kalium telah diikuti tanpa modifikasi besar.

Akan tetapi, metode ini dari sudut pandang industri belum efisien, karena titik leleh tinggi senyawa kalium cair harus diturunkan.

Metode elektrolisis kalium hidroksida digunakan secara industri pada tahun 1920. Metode termal menggantikannya, dan menjadi metode yang dominan untuk produksi logam ini setelah tahun 1950.

Metode termal

Dalam metode termal, kalium diproduksi dengan mereduksi kalium klorida cair pada 870 ºC. Ini secara kontinyu diumpankan ke kolom distilasi yang dikemas dengan garam. Sedangkan uap natrium melewati kolom menghasilkan reduksi kalium klorida.

Kalium adalah komponen reaksi yang paling mudah menguap dan terakumulasi di bagian atas kolom distilasi, di mana ia dikumpulkan secara terus menerus. Produksi kalium logam dengan metode termal dapat diuraikan dalam persamaan kimia berikut:

Na (g) + KCl (l) => K (l) + NaCl (l)

Proses Griesheimer, yang menggunakan reaksi kalium fluorida dengan kalsium karbida, juga digunakan dalam produksi kalium:

2 KF + CaC ₂ => 2 K + CaF ₂ + 2 C

Reaksi

Anorganik

Kalium adalah unsur yang sangat reaktif yang bereaksi cepat dengan oksigen membentuk tiga oksida: kalium oksida (K ₂ O), peroksida (K ₂ O ₂ ), dan superoksida (KO ₂ ).

Kalium adalah unsur pereduksi kuat, itulah sebabnya ia teroksidasi lebih cepat daripada kebanyakan logam. Ini digunakan untuk mereduksi garam logam, menggantikan kalium menjadi logam dalam garam. Metode ini memungkinkan perolehan logam murni:

MgCl ₂ + 2 K => Mg + 2 KCl

Kalium bereaksi kuat dengan air membentuk kalium hidroksida dan melepaskan gas hidrogen yang dapat meledak (gambar di bawah):

Kalium logam bereaksi dengan larutan fenolftalein dalam air, yang berubah menjadi ungu-merah ketika ion OH- dilepaskan ke dalam medium. Perhatikan pembentukan gas hidrogen. Sumber: Ozone aurora dan Philip Evans via Wikipedia.

Kalium hidroksida dapat bereaksi dengan karbon dioksida menghasilkan kalium karbonat.

Kalium bereaksi dengan karbon monoksida pada suhu 60 ° C untuk menghasilkan karbonil yang mudah meledak (K ₆ C ₆ O ₆ ). Ia juga bereaksi dengan hidrogen pada suhu 350ºC, membentuk hidrida. Ia juga sangat reaktif dengan halogen, dan meledak jika terkena cairan brom.

Ledakan juga terjadi ketika kalium bereaksi dengan asam halogenasi, seperti asam klorida, dan campuran tersebut dipukul atau diguncang dengan kuat. Kalium cair selanjutnya bereaksi dengan belerang dan hidrogen sulfida.

Organik

Bereaksi dengan senyawa organik yang mengandung gugus aktif, tetapi tidak bereaksi terhadap hidrokarbon alifatik dan aromatik. Kalium bereaksi perlahan dengan amonia membentuk potasomine (KNH ₂ ).

Tidak seperti natrium, kalium bereaksi dengan karbon dalam bentuk grafit untuk membentuk serangkaian senyawa interlaminar. Senyawa ini memiliki rasio atom karbon-kalium: 8, 16, 24, 36, 48, 60, atau 1; yaitu KC ₆₀ , misalnya.

Aplikasi

Kalium logam

Tidak banyak permintaan industri untuk kalium logam. Sebagian besar diubah menjadi kalium superoksida, digunakan dalam respirator, karena melepaskan oksigen dan menghilangkan karbon dioksida dan uap air.

Paduan NaK memiliki kapasitas penyerapan panas yang besar, oleh karena itu digunakan sebagai pendingin di beberapa reaktor nuklir. Demikian pula, logam yang menguap telah digunakan dalam turbin.

Senyawa

Khlorida

KCl digunakan di bidang pertanian sebagai pupuk. Ini juga digunakan sebagai bahan baku untuk produksi senyawa kalium lainnya, seperti kalium hidroksida.

Hidroksida

Juga dikenal sebagai kalium kaustik, KOH, digunakan dalam pembuatan sabun dan deterjen.

Reaksinya dengan yodium menghasilkan kalium iodida. Garam ini ditambahkan ke garam meja (NaCl) dan pakan untuk melindunginya dari kekurangan yodium. Kalium hidroksida digunakan dalam pembuatan baterai alkalin.

Nitrat

Juga dikenal sebagai sendawa, KNO ₃ , digunakan sebagai pupuk. Selain itu, digunakan untuk membuat kembang api; sebagai pengawet makanan, dan di kaca pengeras.

Chromate

Ini digunakan dalam produksi pupuk dan produksi kalium tawas.

Karbonat

Ini digunakan dalam pembuatan kaca, terutama yang digunakan dalam pembuatan televisi.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kalium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. McKeehan LW (1922). Struktur Kristal Kalium. Prosiding National Academy of Sciences of the United States of America, 8 (8), 254-255. doi: 10.1073 / pnas.8.8.254
4. Masafumi Sakata dkk. (2017). Transisi fase struktural kalium dalam kondisi tekanan tinggi dan suhu rendah. J. Phys .: Pelayanan Konf. 950 042020.
5. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Kalium. Basis Data PubChem., CID = 5462222. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
6. Editor Encyclopaedia Britannica. (03 Mei 2019). Kalium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
7. Royal Society of Chemistry. (2019). Kalium. Diperoleh dari: rsc.org
8. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (24 Januari 2019). 10 Fakta Kalium. Diperoleh dari: thinkco.com
9. Terbaik & Taylor. (2003). Dasar fisiologis praktik kedokteran. (Edisi ke-13 dalam bahasa Spanyol). Editorial Médica Panamericana.
10. Elm Axayacatl. (02 Maret 2018). Pentingnya kalium (K) dalam tanaman budidaya. Diperoleh dari: blogagricultura.com
11. Lenntech BV (2019). Kalium. Diperoleh dari: lenntech.com