SULFATE DE POTASSIUM (K2SO4): STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS, SYNTHÈSE - CHIMIE - 2024

Le sulfate de potassium est un sel inorganique blanc ou incolore de formule chimique K ₂ SO ₄. Il était déjà connu au XIVe siècle, étant appelé au XVIIe siècle le sel duplicatum, car il s'agit d'une combinaison d'un sel acide et d'un sel alcalin.

Le sulfate de potassium se trouve sous forme minérale dans l'arcanite, mais sa présentation est plus courante dans les sels dits de Stassfurt. Ce sont des cocristallisations de sulfates de potassium, de magnésium, de calcium et de sodium, observables dans des minéraux tels que la léonite et le polyhalite.

Formule développée du sulfate de potassium. Source: Kemikungen

Le sulfate de potassium est un sel faiblement toxique et ne provoque une irritation qu'au contact des yeux, des voies respiratoires ou du tube digestif. Il n'y a aucune preuve d'une action cancérigène ou mutagène.

Le sulfate de potassium est utilisé comme engrais, en particulier dans les cultures sensibles aux chlorures; c'est le cas du tabac et des pommes de terre. Le composé fournit du potassium, l'un des trois principaux nutriments des plantes, et du soufre, présent dans leurs protéines.

Structure

Phases cristallines

Structure cristalline emmêlée de sulfate de potassium. Source: Ra'ike (Wikipédia)

Dans la première image, la formule développée du sulfate de potassium a été montrée. Pour chaque anion SO ₄ ^2-, de géométrie tétraédrique, il existe deux cations K ⁺, qui peuvent être représentés par des sphères violettes (image du haut).

Ainsi ci-dessus nous avons la structure cristalline orthorhombique de K ₂ SO ₄, avec les anions SO ₄ ² représentés par des sphères jaunes et rouges; tandis que les cations K ⁺, déjà mentionnés, sont les sphères violettes (un peu robustes).

Cette représentation peut prêter à confusion si vous pensez que les barres correspondent en fait à des liens de coordination. Au contraire, ils indiquent quel ion interagit directement ou étroitement avec un autre autour de lui. C'est pourquoi chaque oxygène est «connecté» avec cinq K ⁺ (O ₃ SO ^2- - K ⁺), et ceux-ci à leur tour avec dix oxygènes provenant d'autres anions sulfate environnants.

Il existe alors une sphère de coordination quelque peu «rare» pour le potassium dans K ₂ SO ₄:

Sphère de coordination pour les ions potassium dans son sel sulfate. Source: Smokefoot

Cette structure cristalline correspond au polymorphe β-K ₂ SO ₄. Lorsqu'il est chauffé à 583 ºC, une transition se produit vers la phase α-K ₂ SO ₄, qui est hexagonale.

Enchevêtrement d'ions

Certes, la structure de K ₂ SO ₄ est inhabituellement compliquée pour un sel inorganique. Ses ions sont positionnés formant une sorte d'enchevêtrement insignifiant et, à première vue, manquant de périodicité.

Ceux qui se consacrent à la cristallographie peuvent aborder cet enchevêtrement de manière plus appropriée et descriptive, en l'observant à partir des trois axes spatiaux.

Notez que sa structure enchevêtrée pourrait expliquer pourquoi K ₂ SO ₄ ne forme pas d'hydrates: les molécules de H ₂ O n'ont aucun moyen de pénétrer le réseau cristallin pour hydrater les cations potassium.

De plus, avec autant d'interactions englobées dans l'enchevêtrement d'ions, il faut s'attendre à ce que ce réseau cristallin ait une assez bonne stabilité thermique; et c'est en fait le cas, puisque le point de fusion de K ₂ SO ₄ est de 1 069 ºC, ce qui montre que ses ions sont fortement cohésifs.

Proprietes physiques et chimiques

Aspect du sulfate de potassium

Des noms

-Sulfate de potassium

-Sulfate de potasse

-Arcanite

-Sulfure de potassium

Masse molaire

174,259 g / mol

Apparence physique

Solide cristallin, granulé ou en poudre blanc, inodore et amer.

Densité

2,66 g / cm ³

Point de fusion

1 069 ºC

Point d'ébullition

1 689 ºC

Solubilité dans l'eau

111 g / L à 20 ºC

120 g / L à 25 ºC

240 g / L à 100 ºC

La solubilité dans l'eau diminue en raison de la présence de chlorure de potassium, KCl ou sulfate d'ammonium, (NH ₄) ₂ SO ₄, en raison de l'effet de l'ion commun.

Solubilité dans les solvants organiques

Légèrement soluble dans le glycérol, mais insoluble dans l'acétone et le sulfure de carbone.

Indice de réfraction (nD)

1 495

Réactivité

Le sulfate de potassium peut réagir avec l'acide sulfurique, acidifiant pour former du bisulfate de potassium (KHSO ₄). Il peut être réduit à haute température en sulfure de potassium (K ₂ S).

Synthèse

Première méthode

Le sulfate de potassium est synthétisé en faisant réagir du chlorure de potassium avec de l'acide sulfurique. La synthèse du sulfate de potassium se déroule en deux étapes. La première étape implique la formation de bisulfate de potassium.

Il s'agit d'une réaction exothermique car elle dégage de la chaleur et ne nécessite donc pas d'apport de chaleur externe. La réaction est effectuée à température ambiante.

KCl + H ₂ SO ₄ => HCl + KHSO ₄

La deuxième étape de la réaction est endothermique, c'est-à-dire qu'elle nécessite un apport de chaleur pour qu'elle se produise.

KCl + KHSO ₄ => HCl + K ₂ SO ₄

Deuxième méthode

Le sulfate de potassium peut être synthétisé par la réaction de neutralisation de l'acide sulfurique avec une base, l'hydroxyde de potassium:

H ₂ SO ₄ + 2 KOH => K ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

Troisième méthode

Le sulfate de potassium est produit par la réaction du dioxyde de soufre, de l'oxygène, du chlorure de potassium et de l'eau.

Quatrième méthode

Le sulfate de potassium est produit en extrayant le sulfate de potassium présent dans une saumure du bassin de Loop Nur, en Chine. Le sulfate de potassium est séparé des composants insolubles de la saumure par l'addition du composé acidifiant tripolyphosphate de sodium / phosphate d'urée.

Ce composé augmente la différence entre la solubilité du sulfate de potassium et la solubilité d'autres composés moins solubles, obtenant, selon les créateurs du procédé, un sulfate de potassium pur à 100%. Au sens strict, il ne s'agit pas d'une méthode de synthèse, mais d'une nouvelle méthode d'extraction.

Applications

Engrais

Le sulfate de potassium est utilisé dans les cultures de tabac. Source: Pxhere.

L'utilisation du sulfate de potassium comme engrais est sa principale application. 90% de sa production totale est utilisée à cet effet. Son utilisation est préférée à celle du chlorure de potassium dans les cultures sensibles à la présence de chlorure dans le sol; par exemple celui du tabac.

Le sulfate de potassium a une teneur en potassium de 40 à 44%, tandis que sa concentration en soufre représente 17 à 18% du composé. Le potassium est nécessaire pour remplir de nombreuses fonctions essentielles pour les plantes, car il active les réactions enzymatiques, la synthèse des protéines, la formation d'amidon, etc.

De plus, le potassium participe à la régulation du débit d'eau dans les feuilles. Le soufre est nécessaire à la synthèse des protéines, car il est présent dans les acides aminés qui le possèdent; c'est le cas de la méthionine, de la cystéine et de la cystine, et elle est également impliquée dans les réactions enzymatiques.

Même le sulfate de potassium est utilisé en pulvérisant sur les feuilles des particules de sulfate de potassium inférieures à 0,015 mm.

Utilisation industrielle et comme matière première

Le sulfate de potassium brut est utilisé dans la fabrication du verre et dans la fabrication de l'alun et du carbonate de potassium. Il est utilisé comme réactif dans la fabrication de cosmétiques. Il est utilisé dans la fabrication de la bière comme agent correcteur d'eau.

Médicament

Il est utilisé pour corriger une diminution sévère de la concentration plasmatique de potassium (hypokaliémie), causée par une utilisation excessive de diurétiques qui augmentent l'excrétion urinaire de potassium.

Le potassium est le principal ion intracellulaire des cellules excitables, y compris les cellules cardiaques. Par conséquent, une forte diminution du potassium plasmatique compromet la fonction cardiaque et doit être corrigée immédiatement.

Le sulfate de potassium a une action cathartique, c'est-à-dire qu'il favorise l'expulsion des matières fécales du côlon. Pour cette raison, un mélange de sulfates de potassium, de magnésium et de sodium est utilisé pour nettoyer le côlon des selles avant d'effectuer une coloscopie, ce qui permet une meilleure visualisation du côlon par le médecin.

Vétérinaire

Le sulfate de potassium a été utilisé pour diminuer les besoins en méthionine dans l'alimentation des volailles. La présence de 0,1% de sulfate de potassium dans l'alimentation des poules pondeuses est associée à une augmentation de 5% de la production d'œufs.

Arôme alimentaire

C'est un agent aromatisant qui donne aux aliments un goût amer et salé qui est souhaitable dans certains d'entre eux. De plus, il est à noter que le sulfate de potassium est doté des quatre saveurs de base: douceur, amertume, acidité et salinité.

La salinité, l'acidité et l'amertume augmentent avec la concentration de sulfate de potassium, tandis que la douceur diminue.

Autres utilisations

Le sulfate de potassium est utilisé comme pyrotechnique, en combinaison avec du nitrate de potassium, pour générer une flamme violette. Il est utilisé comme réducteur de flash dans les charges des propulseurs d'artillerie.

De plus, il est utilisé comme agent augmentant la viscosité dans les produits cosmétiques tels que les crèmes pour le visage.

Des risques

Le sulfate de potassium est un composé peu toxique avec une très faible létalité. La DL50 pour la dose orale chez la souris est de 6 600 mg / kg de poids animal, ce qui indique qu'une dose élevée est nécessaire pour provoquer la mort de la souris. La même valeur DL50 se produit chez le rat.

Dans les yeux, au contact, le sulfate de potassium peut provoquer une irritation mécanique. Sur la peau, le sulfate de potassium cause peu de dommages lors de la manipulation industrielle.

En cas d'ingestion, le sulfate de potassium peut provoquer une irritation gastro-intestinale accompagnée de nausées, de vomissements et de diarrhée. Et enfin, l'inhalation de la poussière de sulfate de potassium provoque une irritation des voies respiratoires.

Références

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