Elementi della Tavola Periodica: Potassio, K.

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Mauro Icardi

Potassio: simbolo chimico K, numero atomico 19, massa atomica 39,0983 u.

Metallo alcalino che ha tra le sue proprietà specifiche, quella di poter essere addirittura tagliato con un coltello. Reagisce molto violentemente con l’acqua, generando idrogeno e idrossido di potassio. Sulla superficie del metallo esposto all’aria si formano stradi di ossido quasi immediatamente, per questa ragione il potassio deve essere conservato in olio minerale. La derivazione nella lingua italiana ed inglese, proviene da “potassa”. Nel 1807 Humphry Davy riuscì per primo ad ottenerlo per elettrolisi della potassa caustica fusa. E’ il settimo per abbondanza e costituisce il 2,4- 2,58% del peso della crosta terrestre. Bastano poche tracce ridotte di potassio, per colorare la fiamma di violetto, quando si esegua un saggio alla fiamma.

I più grandi giacimenti di sali potassici sono distribuiti in varie zone del mondo. Il Canada è il più grande produttore di potassio del mondo, con una produzione che arriva ai 12 milioni di tonnellate/anno. Nel paese opera la Nutrien, la più grande società del settore, derivante dalla fusione di Potash Corporation of Saskatchewan e di Agrium. Le due aziende si sono unite all’inizio del 2018 e hanno creato un gigante industriale globale del valore di 36 miliardi di dollari. Seguono poi con una produzione minore di circa il 50% la Russia (produzione mineraria: 7,2 milioni di tonnellate),la Bielorussia (produzione mineraria: 6,4 milioni di tonnellate), e l’immancabile Cina (produzione mineraria: 6,2 milioni di tonnellate). Il paese asiatico è uno tra i più grandi consumatore di fertilizzanti.  Secondo lo US Geological Survey (USGS), il consumo di potassio aumenterà fino a 45,6 milioni di tonnellate entro il 2021, con Asia e Sud America che saranno i maggiori consumatori di cloruro di potassio.

Negli USA, e più precisamente nello Utah il cloruro di potassio viene prodotto per evaporazione. Un meccanismo che ricorda quello delle saline, ma con effetti cromatici del tutto diversi.

(NdB il colore dipende dal’aggiunta di un colorante a base di cobalto che incrementa l’assorbimento della luce e dunque l’evaporazione dell’acqua)

La maggior parte delle riserve mondiali di potassio provenivano dai punti dove in passato la terra era ricoperta dagli oceani. Dopo l’evaporazione dell’acqua, sul terreno sono rimasti depositi di sali di potassio cristallizzati in grandi giacimenti. Ma nel corso del tempo i movimento della crosta terrestre hanno sepolto questi depositi. A Cane Creek, vicino a Moab, si trova una delle più grandi miniere degli Stati Uniti. Realizzata all’inizio del 1960 come una tradizionale miniera sotterranea, nel 1970, a seguito di un drammatico incidente in cui persero la vita 18 minatori, venne trasformata nell’attuale impianto a evaporazione che sfrutta il calore del Sole per estrarre il minerale. L’acqua del fiume viene pompata nella miniera e scioglie il cloruro di potassio. La soluzione salina viene poi immessa negli stagni di evaporazione dove il calore del sole asciuga l’acqua permettendo così la raccolta del materiale.
Nell’immaginario di molte persone, il potassio è sinonimo di integratore salino. E per molti il potassio si associa alla banana, che per esempio alcuni ciclisti infilano nelle tasche posteriori della maglia da bici. In effetti la banana ha una forma perfetta per essere sfilata da una tasca posteriore, senza interrompere il ritmo della pedalata. Ma nonostante questa fama, non è l’alimento più ricco in potassio. Questo frutto ne contiene infatti 385 mg/100g, mentre i fagioli bianchi arrivano ad un valore di 561. Se poi si ritorna per un attimo alla pratica del ciclismo, la banana è composta principalmente da fibra solubile, pectine per la maggior parte. Queste oltre al senso di sazietà, potrebbero anche contestualmente ridurre lo stimolo a bere. Per questa ragione, quando si pedala meglio idratarsi regolarmente. La banana potrà servire come spuntino pre o post pedalata.

Il potassio è implicato in diversi processi fisiologici importanti come lo scambio idro-salino a livello cellulare; la contrattilità dei muscoli lisci (come i vasi sanguigni) e di quelli striati (come i muscoli scheletrici)il rilascio dei secreti e degli increti da parte delle cellule endocrine e delle ghiandole esocrine (si tratta di ghiandole che versano il loro secreto all’esterno del corpo o in cavità comunicanti con l’esterno come quelle sudoripare, lacrimali e salivari);la regolazione della pressione arteriosa.

E considerando che quest’anno festeggeremo non solamente il 150° anniversario della tavola periodica, ma anche il centenario della nascita di Primo Levi, scrittore e chimico a cui tutti noi facciamo ovviamente riferimento, è giusto ricordare un altro dei bellissimi racconti de “Il sistema periodico”, quello dedicato proprio al potassio. Levi è prossimo a conseguire la laurea. Le leggi razziali sono già state emanate, ma essendo già iscritto all’Università gli sarà consentito di terminare il percorso universitario. Levi troverà Giacomo Ponzio, un uomo non sedotto dalle sirene del fascismo, antifascista ed anticonformista, che accetterà di essere relatore per la sua tesi sul comportamento delle molecole dielettriche e sull’inversione di Walden. In una Torino già prostrata dai bombardamenti, dovrà riuscire a fare le sue sperimentazioni con tutto quello che è rimasto nel magazzino di prodotti chimici dell’Università, senza poter acquistare nulla.

Deve purificare il benzene tecnico che ha un grado di purezza insufficiente, tramite distillazione. Dovrebbe distillarlo una seconda volta, in presenza di sodio. Ma il sodio è introvabile. Riesce a trovare del potassio, e pensando che tutto sommato “è gemello del sodio” se ne impadronisce e torna al suo lavoro di distillazione. Ma questa scelta sarà la base per una importante riflessione. E a questo punto, per comprenderne pienamente la bellezza ed il significato, credo sia giusto riportare un lungo brano, della parte finale del racconto.

“Frugai invano il ventre dell’Istituto: trovai dozzine di ampolle etichettate, come Astolfo sulla Luna, centinaia di composti astrusi, altri vaghi sedimenti anonimi apparentemente non toccati da generazioni, ma sodio niente. Trovai invece una boccetta di potassio: il potassio è gemello del sodio, perciò me ne impadronii e ritornai al mio eremitaggio. Misi nel palloncino del benzene un grumo di potassio “della grossezza di mezzo pisello” (così il manuale) e distillai diligentemente il tutto: verso la fine della operazione spensi doverosamente la fiamma, smontai l’apparecchio, lasciai che il poco liquido rimasto nel pallone si raffreddasse un poco, e poi, con un lungo ferro acuminato, infilzai il “mezzo pisello” di potassio e lo estrassi. Il potassio, come ho detto, è gemello del sodio, ma reagisce con l’aria e con l’acqua con anche maggiore energia: è noto a tutti (ed era noto anche a me) che a contatto con l’acqua non solo svolge idrogeno, ma anche si infiamma.

Perciò trattai il mio mezzo pisello come una santa reliquia; lo posai su di un pezzo di carta da filtro asciutta, ne feci un involtino, discesi nel cortile dell’Istituto, scavai una minuscola tomba e vi seppellii il piccolo cadavere indemoniato. Ricalcai bene la terra sopra e risalii al mio lavoro. Presi il pallone ormai vuoto, lo posi sotto il rubinetto ed aprii l’acqua. Si udì un rapido tonfo, dal collo del pallone uscì una vampa diretta verso la finestra che era vicina al lavandino, e le tende di questa presero fuoco. Mentre armeggiavo alla ricerca di qualche mezzo anche primitivo di estinzione, incominciarono ad abbrustolire i pannelli degli scuri, ed il locale era ormai pieno di fumo. Riuscii ad accostare una sedia ed a strappare le tende: le buttai a terra e le calpestai rabbiosamente, mentre già il fumo mi aveva mezzo accecato e il sangue mi batteva con violenza nelle tempie.
A cose finite, quando tutti i brandelli incandescenti furono spenti, rimasi in piedi per qualche minuto, atono e come istupidito, con le ginocchia sciolte, a contemplare le tracce del disastro senza vederle. Appena ebbi ripreso un po’ di fiato, scesi al piano di sotto e raccontai l’episodio all’Assistente. Se è vero che non c’è maggior dolore che ricordarsi del tempo felice nella miseria, è altrettanto vero che rievocare un’angoscia ad animo tranquillo, seduti quieti alla scrivania, è fonte di soddisfazione profonda. L’Assistente ascoltò la mia relazione con attenzione educata ma con un’aria curiosa: chi mi aveva costretto a imbarcarmi in quella navigazione, e a distillare il benzene con tutte quelle cure? In fondo mi stava bene: sono queste le cose che accadono ai profani, a coloro che si attardano a giocare davanti alle porte del tempio invece di penetrarvi. Ma non disse nulla; assunse per l’occasione (malvolentieri come sempre) la distanza gerarchica, e mi fece notare che un pallone vuoto non s’incendia: vuoto non doveva essere stato. Doveva aver contenuto, se non altro, il vapore del benzene, oltre naturalmente all’aria penetrata dal collo.

Ma non s’è mai visto che il vapore di benzene, a freddo, prenda fuoco da sé: solo il potassio poteva aver acceso la miscela, ed il potassio io l’avevo tolto. Tutto? Tutto, risposi io: ma mi venne un dubbio, risalii sul luogo dell’incidente, e trovai ancora a terra i cocci del pallone; su uno di essi, guardando bene, si scorgeva, appena visibile, una macchiolina bianca. La saggiai con la fenolftaleina: era basica, era idrossido di potassio. Il colpevole era trovato: aderente al vetro del pallone doveva essere rimasto un frammento minuscolo di potassio, quanto era bastato per reagire con l’acqua che io avevo introdotta ed incendiare i vapori di benzene.

L’Assistente mi guardava con occhio divertito e vagamente ironico: meglio non fare che fare, meglio meditare che agire, meglio la sua astrofisica, soglia dell’Inconoscibile, che la mia chimica impastata di puzze, scoppi e piccoli misteri futili. Io pensavo ad un’altra morale, più terrena e concreta, e credo che ogni chimico militante la potrà confermare: che occorre diffidare del quasi-uguale (il sodio è quasi uguale al potassio: ma col sodio non sarebbe successo nulla), del praticamente identico, del pressappoco, dell’oppure, di tutti i surrogati di tutti i rappezzi. Le differenze possono essere piccole, ma portare a conseguenze radicalmente diverse, come gli aghi degli scambi; il mestiere del chimico consiste in buona parte nel guardarsi da queste differenze, nel conoscerle da vicino, nel prevederne gli effetti. Non solo il mestiere del chimico.

Primo Levi “Il sistema periodico”   Einaudi 1975 L’immagine del ciclo potasico è tratta dalle lezioni citate qui sotto ed esemplifica il comportamento complessivo del potassio il cui ciclo è alquanto complesso.

http://www.agraria.unirc.it/documentazione/materiale_didattico/1462_2017_432_27726.pdf

Violare un tabù.

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

a cura di Rinaldo Cervellati.

Come noto, quando un pezzetto di metallo alcalino viene messo in acqua si ha una violenta reazione con sviluppo di idrogeno che può portare a una piccola esplosione (l’esplosione si verifica sempre col potassio). La più recente newsletter di C&EN riporta l’articolo di un gruppo di ricercatori secondo cui una goccia di una lega sodio-potassio (liquida a temperatura ambiente) posta su una superficie d’acqua dà luogo a un processo diverso ma ugualmente spettacolare.

tabu1P.E. Mason, P. Jungwirth, T. Buttersack, S. Bauerecker, A Non-Exploding Alkali Metal Drop on Water: From Blue Solvated Electrons to Bursting Molten Hydroxide, Angew. Chem. Int. Ed. Engl,  2016, August 4, DOI: 10.1002/anie.201605986

All’inizio, la lega reagisce con l’acqua formando gli idrossidi dei metalli alcalini, idrogeno e sviluppando calore. La spinta idrostatica della lega e il gas che si produce limitano il contatto fra il metallo e l’acqua in modo che la reazione procede in modo non esplosivo. Un’atmosfera inerte, (generata da un flusso continuo di argon) impedisce l’accensione dell’idrogeno.

A circa 0,3 secondi dall’inizio della reazione, le superfici interagenti diventano blu a causa degli elettroni solvatati, questo fenomeno è visibile ad occhio nudo nonostante che la durata degli elettroni in acqua sia di sottomillisecondi.

tabu2La goccia continua a sviluppare calore per circa due secondi, allorchè i metalli alcalini iniziano a evaporare e la goccia diventa rossa. A circa tre secondi, il vapore metallico schiarisce e la temperatura della lega si abbassa man mano che essa si trasforma in una massa di idrossidi fusi dei metalli alcalini. Supportata da uno strato di vapore, la goccia galleggiante resiste per un secondo prima di cadere in acqua formando una soluzione acquosa degli idrossidi.

Gli autori documentano tutto ciò nel seguente video:

http://cen.acs.org/articles/94/i35/Liquid-alkali-metal-alloy-floats.html?utm_source=NonMember&utm_medium=Newsletter&utm_campaign=CEN

Commenti saranno particolarmente graditi, sul sito di Angewandte ce ne sono già un certo numero.

 

 

La bilancia di Mohr-Westphal

a cura di Giorgio Nebbia nebbia@quipo.it

Ho sempre amato la bilancia di Westphal. Forse l’ho vista per la prima volta in un libro del liceo, poi l’ho ritrovata in qualche “Laboratorio” di chimica e finalmente l’ho frequentata spesso da assistente nelle esercitazioni di Merceologia, affascinante nella sua elegante cassetta di legno, imbottita. Mi affascinavano i pesi, chiamati romanticamente cavalieri, in tedesco Reitergewichte, la pinzetta per maneggiare i pesi senza sporcarli con il grasso delle dita, e tutto il funzionamento: il riferimento al principio di Archimede, che ogni volta immaginavo, e raccontavo, nella vasca da bagno, e la buona precisione, alla terza cifra decimale, che consentiva buone misure del peso specifico dei liquidi ma anche di solidi.

mohrwaage

da http://physik.uibk.ac.at/ Università di Innsbruck

Doveva piacere anche a Primo Levi che la cita nel capitolo “Potassio” del suo libro “Il sistema periodico”.

L’assistente mi accolse nello sgabuzzino a pian terreno dove lui stesso abitava, e che era irto di appareccchi ben diversi, entusiasmanti e sconosciuti…….Aspettavano chi li usasse……MI cedeva volentieri il campo e gli strumenti. Il campo erano due metri quadrati di tavolo e scrivania; gli strumenti, una piccola famiglia, ma i più importanti erano la bilancia di Westphal e l’eterodina. La prima, la conoscevo già; con la seconda feci presto amicizia.

Nella bilancia di Westphal che si usava alla Merceologia a Bologna il filo che collegava il braccio mobile al peso, con termometro incorporato, era del prezioso (negli anni 40 del Novecento) platino, altro aspetto fascinoso, in modo da poter effettuare misure di peso specifico con liquidi corrosivi. L’unica curiosità era quel nome, talvolta scritto, anche in alcuni libri, con due elle, che faceva pensare alla Vestfalia, regione nord-occidentale della Germania, quella della pace del 1648 che mise fine alla guerra dei trent’anni, la regione tedesca della Westfalia. Molti libri indicavano la bella bilancia col doppio nome Mohr-Westphal

Mohr, che fosse quello del “sale”, (NH4)2Fe(SO4)2•6H2O, che si maneggia per le titolazioni di ossido-riduzione nel laboratorio del primo anno? Si, si tratta proprio di Karl Friedrich Mohr (1806-1879), figlio di un farmacista nel cui laboratorio aveva imparato a maneggiare apparecchiature chimiche e si era cimentato con le prime analisi Dopo la laurea in chimica alla morte del padre dovette dedicarsi agli affari di famiglia che però, dopo poco, andarono male. Assunse così un lavoro nel laboratorio universitario e, per le sue competenze, e abilità sperimentali, fu nominato prima professore aggregato e poi professore ordinario.

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Nel 1877, due anni prima della morte, apparve il suo monumentale trattato di chimica analitica: ”Lehrbuch der chemisch-analytischen Titrirmethoden”. Fra i suoi contributi va ricordata appunto la bilancia per la misura del peso specifico con l’elegante sistema di compensazione della “spinta” del liquido in cui è immerso un peso tarato, rispetto all’equilibrio dello stesso peso nell’aria. Tale “spinta” viene compensata ponendo dei pesi tarati, i”cavalieri”, sulle varie tacche del braccio che regge il peso.

E ancora: a noi oggi sono familiari le burette tarate da cui il fluido fuoriesce attraverso un rubinetto di vetro. Ma ai tempi di Mohr non esistevano e Mohr suggerì di applicare all’estremità inferiore della buretta un tubicino di gomma chiuso con una molletta metallica in modo da far uscire il liquido in quantità controllate allentando la pressione della “pinza”. Ricordo di avere visto anch’io una di questa pinzette che venivano ancora chiamate “pinze di Mohr”, dai vecchi mitici “tecnici” di laboratorio. Talvolta diplomati, talvolta autodidatti, impratichiti assistendo i professori nella preparazione delle lezioni, vecchi “maghetti” che sapevano fare tutto, che aiutavano gli studenti e anche i giovani assistenti nelle esercitazioni e nelle attività di laboratorio..

Westphal-kleinQuanto poi al nome Westphal non si trattava della regione tedesca, ma del tedesco Georg Wilhelm Westphal, artigiano ed inventore, che nel 1860 aveva fondato a Celle, città della Bassa Sassonia, la ditta “Georg Westphal Präzisionstechnik”. Westphal fabbricava bilance, strumenti di precisione e vetreria e la sua ditta era nota anche al di fuori della Germania. Nel 1896, il periodo di massima floridezza — era anche un periodo d’oro per la chimica tedesca — le officine meccaniche e ottiche Georg Westphal vendettero circa 3000 pezzi e ottennero vari premi e medaglie nelle fiere internazionali di Vienna, Berlino, Londra, Parigi, Celle, Hannover e Brema. In quel tempo Westphal aveva 29 impiegati ed era il principale fabbricante tedesco di bilance e strumenti di precisione della Germania. Alla morte di Westphal nel 1902 l’attività fu continuata dalla vedova e da un collaboratore, Ernst Raute ma, nonostante venisse conservato il nome prestigioso del fondatore, gli affari andarono peggiorando. Raute morì nel 1946 a 89 anni, pare portandosi nella tomba il segreto della taratura di precisione degli strumenti

Nel 1950 la ditta Westphal fu acquistata dal costruttore di strumenti di precisione Rudolf Strohauer, poi da altri imprenditori e fu trasferita a Westercelle dove continuò la fabbricazione di bilance e strumenti di precisione con le nuove tecnologie, ancora con il nome Westphal Präzisionstechnik GmbH & Co.

Ecco risolto il mistero (per me) del nome; se si fosse trattato della Vestfalia, regione di belle ragazze e coraggiosi cavalieri, non per niente il suo simbolo è un cavallo bianco, sarebbe stato meglio, ma nella vita non si può avere tutto.

per saperne di più:

http://en.wikipedia.org/wiki/Karl_Friedrich_Mohr

http://www.westphal-mechanik.de/en/unt_historie.html