لماذا كل البوتاسيوم مشعّ؟
للبوتاسيوم الطبيعي ثلاثة نظائر. فالبوتاسيوم 39 يشكّل 93.3 % والبوتاسيوم 41 يشكّل 6.7 %؛ وكلاهما مستقر. وبينهما 0.0117 % بوتاسيوم 40، وهو ليس كذلك.
ويضمحل البوتاسيوم 40 بعمر نصف يبلغ 1250 مليون سنة، وهو مقارب لعمر الأرض. وذلك بالضبط سبب بقائه: فقد تكوّن في المستعرات العظمى التي سبقت المجموعة الشمسية ولم ينفد بعد.
واضمحلاله مزدوج. ففي نحو 89 % من الحالات يبعث جسيم بيتا ويتحول إلى كالسيوم 40؛ وفي 11 % الباقية يلتقط إلكترونًا ويتحول إلى أرغون 40، باعثًا شعاع غاما.
وذلك المسار الثاني هو الذي ملأ الغلاف الجوي بالأرغون، والذي يتيح تأريخ الصخور بطريقة البوتاسيوم-أرغون.
ولمّا كانت النظائر الثلاثة متطابقة كيميائيًّا، فكل بوتاسيوم يحوي نصيبه من البوتاسيوم 40. ولا يوجد في الطبيعة بوتاسيوم غير مشعّ.
كم من النشاط الإشعاعي في جسم الإنسان؟
يحوي بالغ وزنه 70 كيلوغرامًا نحو 140 غرامًا بوتاسيوم، كله تقريبًا داخل الخلايا.
ومن تلك المئة والأربعين غرامًا نحو 16 ملليغرامًا بوتاسيوم 40. وذلك يقابل نحو 4400 اضمحلال في الثانية، أي 4400 بكريل.
وهو أكبر مصدر للنشاط الإشعاعي الداخلي في الجسم، متقدمًا على الكربون 14. والجرعة السنوية الناتجة نحو 0.17 مللي سيفرت، وهي جزء صغير من 2 إلى 3 مللي سيفرت يتلقاها المرء من الإشعاع الطبيعي الخلفي.
⚠️ وأكل مزيد من الموز لا يرفع تلك الجرعة. فالجسم يبقي تركيز بوتاسيومه ضمن هوامش ضيقة: والفائض المبتلع يُطرح كلويًّا في ساعات. وما يسمى جرعة الموز المكافئة تشبيه تبسيطي مفيد لإعطاء فكرة عن المقياس، لكنه مضلل فسيولوجيًّا إن أُخذ حرفيًّا.
والنشاط الإشعاعي للبوتاسيوم ملحوظ إلى حدّ يثير مشكلات عملية: فكواشف الإشعاع البالغة الحساسية يجب تدريعها من بوتاسيوم الخرسانة المحيطة، والمشغّل نفسه يبعث إشارة.
ماذا يفعل البوتاسيوم في الخلايا؟
هو الكاتيون المهيمن داخل الخلية، بتركيز نحو 140 ميلي مول مقابل 4 ميلي مول في الخارج. وهو صورة الصوديوم في المرآة.
وتحافظ على ذلك التوزيع مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، التي تطرد ثلاثة أيونات صوديوم وتُدخل اثنين من البوتاسيوم عن كل ATP مستهلك.
والنتيجة جهد الراحة. فغشاء الخلية أنفذ للبوتاسيوم بكثير منه للصوديوم، فينزع البوتاسيوم إلى الخروج متبعًا تدرّجه، تاركًا الداخل سالب الشحنة. وذلك الجهد، نحو −70 مللي فولت، هو الشرط المسبق لأي إشارة كهربائية.
وفي القلب يحدد توازن البوتاسيوم الإيقاع. فتركيز مرتفع أو منخفض أكثر مما ينبغي في الدم يغيّر استثارة عضلة القلب وقد يوقفها.
⚠️ ولهذا كان كلوريد البوتاسيوم في حقن وريدية سريعة قاتلًا وجزءًا من بروتوكولات الإعدام في بعض البلدان. أما إعطاؤه فمويًّا بجرعات عادية فغير مؤذٍ: والفارق في سرعة بلوغه الدم.
وفي النباتات ينظّم البوتاسيوم فتح الثغور. فالخلايا الحارسة المحيطة بكل ثغر تراكم بوتاسيومًا، فيدخل الماء بالتناضح وينتفخان فيُفتح الثغر. وطرد البوتاسيوم يغلقه.
لماذا رمزه K لا P؟
لأن P كان مشغولًا بالفسفور، ولأن بيرزيليوس أرسى الرموز انطلاقًا من الأسماء اللاتينية.
والاسم اللاتيني للبوتاسيوم kalium، مأخوذ من العربية «القِلي»، وهو رماد النبات. ومن الجذر نفسه جاءت كلمة قلوي.
أما الاسم الإنجليزي، potassium، فمن potash: رماد الخشب المرشّح بالماء والمبخّر في قِدر، pot، للحصول على كربونات البوتاسيوم. وكانت تلك الطريقة التقليدية للحصول على القلوي للصابون والزجاج، وكانت تستهلك كميات هائلة من الخشب.
وعزل همفري ديفي الفلز عام 1807 بالتحليل الكهربائي للبوتاس المنصهر، مستعملًا العمود الفولطي الحديث الاختراع. وكان أول عنصر يُعزل بالطريق الكهركيميائي، وكرر ديفي الإنجاز مع الصوديوم بعد أيام قليلة.
⚠️ ولاحظ ديفي أن كريات الفلز تشتعل عند سقوطها على الماء، وكانت تلك أول مرة يرى فيها أحد فلزًّا قلويًّا نقيًّا يتفاعل.
من أين يأتي البوتاسيوم الزراعي؟
من رواسب تبخرية: أملاح تبلورت حين تبخرت بحار قديمة.
والمعدن الرئيسي هو السيلفينيت، وهو مزيج من كلوريد البوتاسيوم وكلوريد الصوديوم. يُستخرج من مناجم جوفية ويُفصل بالتعويم أو بالتبلور التجزيئي، باستغلال كون ذوبانية الملحين تتعلق بالحرارة تعلقًا مختلفًا.
وتملك كندا أكبر الاحتياطيات وهي المنتج الأول، ويتقدمها حوض ساسكاتشوان. وتليها روسيا وبيلاروسيا، وقد جعل ذلك التركّز الجغرافي البوتاسيوم سلعة حساسة للجيوسياسة: فقد غيّرت عقوبات 2022 أسعار الأسمدة العالمية.
والبوتاسيوم هو K في NPK. وخلافًا للنيتروجين لا يمكن تثبيته من الهواء؛ وخلافًا للفسفور احتياطياته وافرة ولا يُطرح نفادها القريب. لكن تركّز العرض في بلدان قليلة مشكلة بنيوية من نوع آخر.
والفلز نفسه قليل الاستعمالات. ويُستعمل في صنع فوق أكسيد البوتاسيوم، KO₂، الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون ويطلق أكسجينًا، ويُستعمل في أنظمة التنفس الطارئة في الغواصات والمناجم.
⚠️ والبوتاسيوم الفلزي أدقّ تخزينًا من الصوديوم. فبعد أشهر تحت الزيت يكوّن على سطحه طبقة فوق أكسيد قد تنفجر عند قطعها، ولهذا تُعامل العينات القديمة نفايةً خطرة بدل أن تُناوَل.
أما مركّباته فحاضرة في كل مكان. فهيدروكسيد البوتاسيوم أساس الصابون الطري، وهو أذوب من صابون الصوديوم، وأساس إلكتروليت البطاريات القلوية — التي استمدت اسمها منه بالضبط. ونترات البوتاسيوم، أي الملح الصخري، كانت قرونًا مؤكسد البارود الأسود ولا تزال تُستعمل في حفظ اللحوم وفي الألعاب النارية.