Sulfato de potasio

¿Qué es el sulfato de potasio?

El sulfato de potasio es una sal inorgánica de color blanco o incoloro, cuya fórmula química es K₂SO₄. Ya era conocida en el siglo XIV, y en el siglo XVII se llamó sal duplicatum, pues es una combinación de una sal ácida y una sal alcalina.

El sulfato de potasio se encuentra en forma mineral en la arcanita, pero es más común en las llamadas sales de Stassfurt. Son cocristalizaciones de sulfatos de potasio, magnesio, calcio y sodio, observables en minerales como la leonita y la polihalita.

El sulfato de potasio es una sal poco tóxica y solo produce irritaciones por contacto con los ojos, el tracto respiratorio o el tracto digestivo. No hay evidencia de una acción carcinogénica o mutagénica.

Se usa como fertilizante, especialmente en los cultivos susceptibles a los cloruros, como el tabaco y la papa. El compuesto aporta potasio, uno de los tres nutrientes principales de las plantas, y azufre, que está presente en sus proteínas.

Estructura del sulfato de potasio

• Fases cristalinas. En la primera imagen se mostró la fórmula estructural del sulfato de potasio. Por cada anión SO₄^2-, de geometría tetraédrica, hay dos cationes K⁺, que pueden representarse por esferas moradas (imagen superior). Se tiene la estructura cristalina ortorrómbica del K₂SO₄, con los aniones SO₄^2- representados por esferas amarillas y rojas, y los cationes K⁺ son las esferas moradas (un poco robustecidas). Esta representación puede ocasionar confusión si se piensa que las barras corresponden a enlaces de coordinación. Más bien, indican qué ion interacciona directa o cercanamente con otro de su alrededor. Por eso, cada oxígeno se “conecta” con cinco K⁺ (O₃SO^2-— K⁺), y estos a su vez con diez oxígenos de otros aniones sulfatos circundantes. Se tiene entonces una esfera de coordinación algo “rara” para el potasio en el K₂SO₄. Esta estructura cristalina corresponde al polimorfo β-K₂SO₄. Cuando se calienta a 583 °C, ocurre una transición a la fase α-K₂SO₄, que es hexagonal.

• Maraña de iones. La estructura del K₂SO₄ es inusualmente complicada para una sal inorgánica. Sus iones se hallan posicionados formando una especie de maraña sin sentido y, a simple vista, carente de periodicidad. Quienes se dedican a la cristalografía pueden abordarla de manera más apropiada y descriptiva, observándola desde los tres ejes espaciales. Nótese que su estructura enmarañada podría explicar por qué el K₂SO₄ no forma hidratos: las moléculas H₂O no tienen cómo penetrar la red cristalina para hidratar los cationes de potasio. Asimismo, con tantas interacciones abarcadas en la maraña de iones, es de esperar que dicha red cristalina tenga bastante estabilidad frente al calor. De hecho, así ocurre, ya que el punto de fusión del K₂SO₄ es 1,069 °C, lo cual demuestra que sus iones se hallan fuertemente cohesionados.

Propiedades físicas y químicas del sulfato de potasio

• Nombres. Sulfato de potasio. Sulfato de potasa. Arcanita. Potasa de sulfuro.
• Masa molar. 174,259 g/mol.
• Apariencia física. Sólido de cristales, gránulos o polvo blancos, inodoros y de sabor amargo.
• Densidad. 2,66 g/cm³
• Punto de fusión. 1.069 °C.
• Punto de ebullición. 1.689 °C.
• Solubilidad en agua. 111 g/L a 20 °C. 120 g/L a 25 °C. 240 g/L a 100 °C. La solubilidad en el agua decrece por la presencia del cloruro de potasio, KCl o sulfato de amonio, (NH₄)₂SO₄, debido al efecto del ion común.
• Solubilidad en solventes orgánicos. Ligeramente soluble en glicerol, pero insoluble en acetona y sulfuro de carbono.
• Índice de refracción (nD). 1,495.
• Reactividad. El sulfato de potasio puede reaccionar con el ácido sulfúrico, acidificándose para formar el bisulfato de potasio (KHSO₄). Puede ser reducido a altas temperaturas a sulfuro de potasio (K₂S).

Síntesis del sulfato de potasio

• Primer método. El sulfato de potasio se sintetiza mediante la reacción del cloruro de potasio con el ácido sulfúrico. La síntesis del sulfato de potasio ocurre en dos pasos. El primer paso envuelve la formación de bisulfato de potasio. Esta es una reacción exotérmica, ya que libera calor y, por lo tanto, no requiere del suministro de calor externo. La reacción se realiza a temperatura ambiente. KCl   +   H₂SO₄  =>   HCl   +   KHSO₄. El segundo paso de la reacción es endotérmico, es decir, requiere del suministro de calor para que pueda producirse. KCl  +  KHSO₄  =>  HCl   +   K₂SO₄
• Segundo método. Se puede sintetizar sulfato de potasio mediante la reacción de neutralización del ácido sulfúrico con una base, el hidróxido de potasio: H₂SO₄  +   2 KOH  =>  K₂SO₄   +   2 H₂O.
• Tercer método. Se produce sulfato de potasio por la reacción del dióxido de azufre, oxígeno, cloruro de potasio y agua.
• Cuarto método. Se produce mediante la extracción del sulfato de potasio presente en una salmuera de la cuenca de Loop Nur, China. El sulfato de potasio se separa de los componentes insolubles de la salmuera mediante la adición del compuesto acidificante tripolifosfato sódico / fosfato de urea. Este compuesto aumenta la diferencia entre la solubilidad del sulfato de potasio y la solubilidad de los otros compuestos menos solubles, lográndose, según los creadores del método, un sulfato de potasio 100% puro. En sentido estricto, no es un método de síntesis, pero sí un método de extracción novedoso.

Usos del sulfato de potasio

• Fertilizante. El uso del sulfato de potasio como fertilizante es su principal aplicación. El 90% de su producción total se usa para este propósito. Su empleo se prefiere al del cloruro de potasio en aquellos cultivos sensibles a la presencia del cloruro en el suelo, como el de tabaco. El sulfato de potasio tiene un contenido de potasio del 40-44%, mientras su concentración de azufre representa el 17-18% del compuesto. El potasio es necesario para realizar muchas funciones esenciales para las plantas, ya que activa reacciones enzimáticas, síntesis de proteínas, formación del almidón, etc. Además, interviene en la regulación del flujo del agua en las hojas. El azufre es necesario para la síntesis de proteínas, puesto que está presente en aminoácidos que lo poseen, como la metionina, la cisteína y la cistina, y también interviene en reacciones enzimáticas. Inclusive, se usa por aspersión sobre las hojas en partículas de sulfato de potasio más pequeñas que 0,015 mm.
• Uso industrial y como materia prima. El sulfato de potasio crudo se utiliza en la fabricación del vidrio y en la manufacturación del alumbre y carbonato de potasio. Se usa como reactivo en la fabricación de cosméticos. Se utiliza en la fabricación de la cerveza como agente correctivo del agua.
• Medicina. Se emplea para corregir una disminución severa en la concentración plasmática de potasio (hipokalemia), producto de un uso excesivo de diuréticos que aumenten la excreción urinaria de potasio. Es el principal ion intracelular de las células excitables, entre ellas las cardíacas. Por lo que una disminución severa del potasio en el plasma compromete el funcionalismo cardíaco, debiéndose corregir de inmediato. El sulfato de potasio tiene una acción catártica, es decir, favorece la expulsión de las heces del colon. Por esta razón se usa una mezcla de los sulfatos de potasio, magnesio y sodio para despejar el colon de heces antes de realizar una colonoscopia, lo cual permite una mejor visualización del colon.
• Veterinaria. Se ha empleado para disminuir el requerimiento de la metionina en la alimentación de las aves de corral. La presencia de un 0,1% de sulfato de potasio en los alimentos de las gallinas ponedoras, está asociada con un incremento del 5% en la producción de huevos.
• Saborizante de alimentos. Es un agente saborizante que le confiere a los alimentos un sabor amargo y salino, deseable en algunos de ellos. Además, está dotado de los cuatro sabores básicos: dulzura, amargor, acidez y salinidad. La salinidad, la acidez y el amargor aumentan con la concentración del sulfato de potasio, mientras la dulzura disminuye.
• Otros usos. También se utiliza como pirotécnico, en combinación con nitrato de potasio, para generar una llama púrpura. Como reductor de destello en las cargas de los propulsores de artillería. Y como agente que incrementa la viscosidad en productos cosméticos, como cremas faciales.

Riesgos del sulfato de potasio

El sulfato de potasio es un compuesto poco tóxico y de muy baja letalidad. El LD50 para la dosis oral en los ratones es de 6.600 mg/kg de peso del animal, lo cual indica que se requiere una dosis alta para producir la muerte del ratón. 

En los ojos, por contacto, puede producir una irritación mecánica. En la piel, provoca poco daño para el manejo industrial que se hace de él.

Por ingestión, puede ocasionar irritación gastrointestinal con náusea, vómito y diarrea. Y por último, la inhalación del polvo causa irritación en el tracto respiratorio.

Referencias

1. Shiver & Atkins. Química Inorgánica (Cuarta edición). McGraw Hill.
2. Potassium sulfate. Recuperado de en.wikipedia.org.
3. Potassium sulfate. Recuperado de chemicalbook.com.
4. Potassium sulfate. Recuperado de drugbank.ca.
5. Potassium sulfate. Recuperado de cropnutrition.com.