POTASSIUM

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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 la carnallite. Le chlorure KCl, dont la solubilité diminue beaucoup avec la température, se dépose, de préférence à NaCl ou MgCl2, en solution saline saturée à chaud puis refroidie (ou surconcentrée par évaporation). On emploie la flottation pour la sylvinite broyée et dispersée dans une eau mère froide : grâce à un collecteur (acétate d'amine grasse à longue chaîne), la sylvite KCl est entraînée par la mousse en surface.

Toutes les mers du globe renferment le cation potassium K+, mais la teneur (0,05 p. 100) est très inférieure à celle de son homologue Na+. Malgré sa dilution dans l'eau de mer, K+ peut être extrait industriellement par précipitation de sels peu solubles avec des réactifs tels que la dipicrylamine. La concentration par évaporation de la mer Morte fait cristalliser du sel marin (NaCl) puis la carnallite (KCl, MgCl2, 6H2O).

Le potassium, élément essentiel à la vie végétale et animale, se concentre dans les cendres de végétaux terrestres et parfois marins (varech), les résidus industriels de betterave, le suint de laine de mouton, dont on peut l'extraire sous forme de carbonate par action de l'eau.

Industriellement, le potassium se prépare en petites quantités par voie thermochimique, le réducteur étant le sodium pour KCl et KOH, le carbure de calcium pour KCl et KF, le silicium en présence de chaux vive vers 1 100 0C pour KF, K2CO3 ou, mieux, KOH.

Au laboratoire, on réduit soit le chlorure KCl par le calcium, soit un métallate (K2SO4 ; K2CrO4) par le titane ou le zirconium, à 600 0C et sous vide.

Dans ces procédés, le potassium volatil distille, ce qui assure sa purification. Les traces de sodium et de calcium éventuellement entraînées peuvent être insolubilisées par oxydation sélective en oxydes séparés par filtration vers 65 0C.

Le métal se conserve sous huile minérale ou de préférence sous vide dans des conteneurs d'acier ou de verre.

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Écrit par :

  • : docteur ingénieur, docteur ès sciences, professeur à l'École nationale supérieure de chimie de Mulhouse, université de Haute-Alsace
  • : ingénieur chimiste E.N.S.C., docteur ès sciences physiques, maître de recherche au C.N.R.S.

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Pour citer l’article

André HATTERER, Henri KESSLER, « POTASSIUM », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 01 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/potassium/