POTASSIUM

Le potassium, troisième élément de ce groupe, possède les propriétés caractéristiques des métaux alcalins. Il a été découvert en 1807 par Humphry Davy lors de la réduction électrolytique de la potasse caustique fondue (KOH). Son symbole chimique K (du nom allemand Kalium) et son nom français et anglais (potassium) dérivent de la potasse (carbonate K₂CO₃). Ce constituant principal des cendres de végétaux terrestres s'appelle perlasse en français (de l'anglais pearl ash), Pottasche (cendres de pot) en allemand et qalī en arabe (également à l'origine des mots alcali et alcalin). Dans l'industrie des engrais, le terme « potasse » désigne encore le chlorure de potassium KCl dont la teneur en élément fertilisant (K⁺) s'exprime sous forme d'oxyde K₂O, ce qui peut entraîner des confusions supplémentaires.

Le potassium, de poids atomique K = 39,098 et de numéro atomique Z = 19, a pour structure électronique fondamentale 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹. Très électropositif, il perd facilement son électron de valence 4s¹ en formant avec les éléments non métalliques des composés généralement à liaisons ioniques. Le cation K⁺, de même rayon que l'ion ammonium NH₄⁺, peut le remplacer dans de nombreux sels (solution solide de substitution). Les isotopes naturels de nombre de masse 39, 40 et 41 ont des teneurs respectives de 93,2581 p. 100, 0,0117 p. 100 et 6,7302 p. 100. Il existe aussi des isotopes artificiels de nombre de masse 32 à 38 et 42 à 55. L'isotope ⁴⁰K radioactif (demi-vie 1,248 × 10⁹ ans), émetteur β et γ, est responsable de la moitié de la radioactivité naturelle du corps humain et permet le contrôle continu automatisé de la concentration des saumures industrielles. Sa transmutation partielle en ⁴⁰Ca (89,28 p. 100) et ⁴⁰Ar (10,72 p. 100) occlus dans les roches potassiques et dosables par spectrométrie de masse conduit à la détermination de leur âge ou datation.

État naturel et extraction

Le potassium est relativement abondant dans l'écorce terrestre, dont la teneur (2,6 p. 100) est sensiblement égale à celle en sodium. Trop altérable pour exister à l'état natif, il se trouve combiné surtout dans des roches peu solubles, essentiellement des silicoaluminates tels que la leucite KAlSi₂O₆, le feldspath orthose KAlSi₃O₈ et des micas, dont la muscovite KAl₂Si₃AlO₁₀(OH)₂.

Outre l'alunite KAl₃(SO₄)₂(OH)₆, qui se rencontre dans les terrains volcaniques, les sels naturels solubles sont surtout les chlorures dans les gisements miniers provenant de l'évaporation des mers : la sylvine ou sylvite KCl ; la sylvinite, mélange intime en proportions variables de chlorures de sodium et de potassium ; la carnallite, sel double, MgCl₂, KCl, 6H₂O, et la rinnéite, K₃NaFeCl₆.

Certains gisements marins (Stassfurt) contiennent aussi des sulfates doubles tels que la schönite MgSO₄, K₂SO₄, 6H₂O ; la polyhalite 2CaSO₄, MgSO₄, K₂SO₄, 2H₂O ; la syngénite CaSO₄, K₂SO₄, H₂O ; la langbeinite K₂SO₄, 2MgSO₄ ; ou des sels doubles tels que la kaïnite MgSO₄, KCl, 3H₂O ; le Hartsalz est un mélange de sylvine et de kiesérite (MgSO₄, H₂O).

Le Canada (principalement par ses mines de la Saskatchewan) est le premier producteur de potasse : 17,4 Mt de KCl (soit 10,6 Mt de K₂O) en 2005, pour une production mondiale de 55 Mt de KCl (soit 33 Mt de K₂O). Les suivants sont la Russie, la Biélorussie, l'Allemagne, Israël, la Chine, les États-Unis et la Jordanie. De nombreux autres pays ont des gisements exploités ou en cours d'équipement

En gisement fossile, la « potasse » s'extrait habituellement par mine (puits et galeries) et rarement par dissolution in situ (saumure pompée). Après élimination éventuelle des impuretés (schistes, argiles, sulfates de calcium), les sels sont généralement séparés par deux procédés : la cristallisation fractionnée et la flottation. La première est utilisée pour la sylvinite et[...]