SODIU: ISTORIC, STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, RISCURI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

De sodiu este un metal alcalin din grupa 1 a tabelului periodic. Numărul său atomic este 11 și este reprezentat de simbolul chimic Na. Este un metal ușor, mai puțin dens decât apa, de culoare alb-argintiu, care devine gri când este expus la aer; de aceea se păstrează în parafine sau gaze nobile.

În plus, este un metal moale care poate fi tăiat cu un cuțit și devine fragil la temperaturi scăzute. Reacționează exploziv cu apa pentru a forma hidroxid de sodiu și hidrogen gazos; De asemenea, reacționează cu aerul umed și cu umiditatea mâinilor goale.

Sodiu metalic depozitat într-o sticlă și scufundat în ulei, astfel încât să nu reacționeze cu aerul. Sursa: Imagini Hi-Res ale elementelor chimice

Acest metal se găsește în minerale cu sare de rocă, cum ar fi halita (clorură de sodiu), în saramuri și în mare. Clorura de sodiu reprezintă 80% din toate materialele dizolvate în mare, sodiul având o abundență de 1,05%. Este al șaselea element din abundență în scoarța pământului.

Analiza spectrelor de lumină care vin de la stele a făcut posibilă detectarea prezenței lor în ele, inclusiv Soarele. De asemenea, a fost determinată prezența lor în meteoriți.

Sodiul este un bun conductor termic și electric, precum și o capacitate mare de absorbție a căldurii. Experimentează fenomenul fotoelectric, adică este capabil să emită electroni atunci când este iluminat. Când este arsă, flacăra sa emite o lumină galbenă intensă.

Sodatul topit acționează ca agent de transfer de căldură, motiv pentru care este utilizat ca agent de răcire în anumite reactoare nucleare. De asemenea, este utilizat ca dezoxidizant și reductor de metale, motiv pentru care a fost utilizat la purificarea metalelor de tranziție, cum ar fi titanul și zirconiul.

Sodiul este principalul contribuitor la osmolaritatea compartimentului extracelular și la volumul acestuia. De asemenea, este responsabil pentru generarea potențialelor de acțiune în celulele excitabile și inițierea contracției musculare.

Aportul excesiv de sodiu poate provoca: boli cardiovasculare, risc crescut de accidente vasculare cerebrale, osteoporoză datorită mobilizării calciului osos și a afectării rinichilor.

Istorie

Omul a folosit compuși de sodiu din cele mai vechi timpuri, în special clorura de sodiu (sare comună) și carbonatul de sodiu. Importanța sării este evidențiată prin utilizarea cuvântului latin „salariu” pentru a indica o porție de sare pe care o primeau soldații ca parte a plății.

În Evul Mediu, s-a folosit un compus de sodiu cu denumirea latină „sodanum”, care însemna dureri de cap.

În 1807, Sir Humprey Davy a izolat sodiu prin electroliza hidroxidului de sodiu. De asemenea, Davy a izolat potasiu, într-un moment în care hidroxidul de sodiu și hidroxidul de potasiu au fost considerate substanțe elementare și numite alcaline fixe.

Davy, într-o scrisoare adresată unui prieten, a scris: „Am descompus și am reconstituit alcalinele fixe și am descoperit că bazele lor erau două substanțe noi foarte inflamabile similare cu metalele; dar unul dintre ele este mai inflamabil decât celălalt și este foarte reactiv ”.

În 1814, Jöns Jakob în Sistemul său de simboluri chimice a folosit abrevierea Na pentru cuvântul latin „natrium”, pentru a numi sodiu. Acest cuvânt provine de la numele egiptean „natron” folosit pentru a se referi la carbonatul de sodiu.

Structura și configurația electronilor de sodiu

Sodul metalic se cristalizează într-o structură cubică (bcc) centrată pe corp. Prin urmare, atomii de Na sunt poziționați pentru a forma cuburi, cu unul situat în centru și fiecare cu opt vecini.

Această structură se caracterizează prin a fi cea mai puțin densă dintre toate, ceea ce este de acord cu densitatea mică pentru acest metal; atât de scăzut, încât este împreună cu litiu și potasiu, singurele metale care pot pluti în apă lichidă (înainte de a exploda, desigur). Masa sa atomică scăzută, în raport cu raza atomică voluminoasă, contribuie, de asemenea, la această proprietate.

Cu toate acestea, legătura metalică rezultată este destul de slabă și poate fi explicată prin configurația electronică:

3s ¹

Electronii din carcasa închisă nu participă (cel puțin în condiții normale) la legătura metalică; dar electronul din orbitalul 3s. Atomii Na se suprapun orbitelor lor 3s pentru a crea o bandă de valență; iar 3p, gol, o bandă de conducere.

Această bandă de 3 ani, fiind pe jumătate plină, precum și densitatea scăzută a cristalului, face ca forța, guvernată de „marea electronilor” să fie slabă. În consecință, sodiul metalic poate fi tăiat cu un metal și se topește doar la 98 ° C.

Tranziții de fază

Cristalul de sodiu poate suferi modificări în structura sa atunci când se înregistrează creșteri ale presiunii; în timp ce este încălzit, este puțin probabil să suferi tranziții de fază din cauza punctului său de topire scăzut.

Odată ce tranzițiile de fază încep proprietățile metalului se schimbă. De exemplu, prima tranziție generează o structură cubică (fcc) centrată pe față. Astfel, structura rară bcc este compactată la fcc atunci când este presat sodiul metalic.

Aceasta poate să nu producă o schimbare apreciabilă a proprietăților de sodiu decât în ​​densitatea sa. Cu toate acestea, când presiunile sunt foarte mari, alotropele (nu polimorfe, întrucât sunt un metal pur) devin surprinzător izolatori și electrozi; adică chiar și electronii sunt fixați în cristal sub formă de anioni și nu circulă liber.

Pe lângă cele spuse mai sus, culorile lor se schimbă și ele; sodiul încetează să fie cenușiu pentru a deveni întunecat, roșiatic sau chiar transparent, pe măsură ce presiunile de funcționare cresc.

Numere de oxidare

Având în vedere orbitalul valenței 3s, când sodiul își pierde singurul electron, se transformă rapid în cationul Na ⁺ , care este izoelectronic în neon. Adică, atât Na ^{+ cât} și Ne au același număr de electroni. Dacă se presupune prezența de Na ⁺ în compus, atunci se spune că numărul său de oxidare este +1.

În timp ce, dacă se întâmplă opusul, adică sodiu câștigând un electron, configurația sa electronică rezultată este 3s ² ; acum este izoelectronic cu magneziu, fiind anionul Na ^- numit sodiu. Dacă se presupune prezența de Na ^- în compus, atunci sodiul va avea un număr de oxidare de -1.

Proprietăți

O soluție etilică de ardere cu clorură de sodiu pentru a manifesta culoarea galbenă caracteristică a flăcării pentru acest metal. Sursa: Der Messer

Descriere Fizica

Metal ușor moale, ductil, maleabil.

Greutate atomica

22,989 g / mol.

Culoare

Sodiul este un metal ușor argintiu. Lucios când este tăiat proaspăt, dar își pierde strălucirea atunci când este pus în contact cu aerul, devenind opac. Moale la temperatură, dar destul de greu la -20 ºC.

Punct de fierbere

880 ° C.

Punct de topire

97,82 ºC (aproape 98 ºC).

Densitate

La temperatura camerei: 0,968 g / cm ³ .

În stare lichidă (punct de topire): 0,927 g / cm ³ .

Solubilitate

Insolubil în benzen, kerosen și naftă. Se dizolvă în amoniac lichid, dând o soluție de culoare albastru. Se dizolvă în mercur formând un amalgam.

Presiunea de vapori

Temperatura 802 K: 1 kPa; adică presiunea de vapori a acesteia este considerabil scăzută chiar și la temperaturi ridicate.

Descompunere

Se descompune violent în apă, formând hidroxid de sodiu și hidrogen.

Temperatură de autoaprindere

120-125 ° C.

Viscozitate

0,680 cP la 100 ° C

Tensiune de suprafata

192 dyne / cm la punctul de topire.

Indicele de refracție

4.22.

electronegativitate

0,93 pe scara Pauling.

Energie de ionizare

Prima ionizare: 495,8 kJ / mol.

A doua ionizare: 4.562 kJ / mol.

A treia ionizare: 6.910,3 kJ / mol.

Radio atomic

Ora 186 pm.

Raza covalentă

166 ± 9 pm.

Expansiune termică

71 um (m · K) la 26 ° C.

Conductivitate termică

132,3 W / m K la 293,15 K.

Rezistență electrică

4,77 × 10 ^-8 Ωm la 293 K.

Nomenclatură

Deoarece sodiul are un număr unic de oxidare de +1, numele compușilor săi, guvernați de nomenclatura stoc, sunt simplificate, deoarece acest număr nu este specificat între paranteze și cu cifre romane.

În același mod, numele lor conform nomenclaturii tradiționale se termină cu sufixul -ico.

De exemplu, NaCl este clorură de sodiu conform nomenclaturii stoc, fiind clorura de sodiu (I) eronată. Se mai numește monoclorură de sodiu, conform nomenclaturii sistematice; și clorură de sodiu, conform nomenclaturii tradiționale. Cu toate acestea, numele său cel mai frecvent este sarea de masă.

Rolul biologic

Componenta osmotică

Sodiul are o concentrație extracelulară de 140 mmol / L, fiind sub formă ionică (Na ⁺ ). Pentru menținerea electroneutralității compartimentului extracelular, Na ⁺ este însoțit de anioni clorură (Cl ^- ) și bicarbonat (HCO ₃ ^- ), cu concentrații de 105 mmol / L, respectiv 25 mmol / L.

Cationul Na ⁺ este componenta osmotică principală și are cea mai mare contribuție la osmolaritatea compartimentului extracelular, astfel încât există o egalitate de osmolaritate între compartimentele extracelulare și intracelulare care garantează integritatea compartimentului intracelular.

Pe de altă parte, concentrația intracelulară de Na ⁺ este de 15 mmol / L. Deci: De ce nu sunt egalizate concentrațiile de Na ⁺ extra și intracelulare ?

Există două motive pentru care acest lucru nu apare: a) membrana plasmatică este slab permeabilă la Na ⁺ . b) existența pompei Na ⁺ -K ⁺ .

Pompa este un sistem enzimatic din membrana plasmatică care utilizează energia conținută în ATP pentru a elimina trei atomi de Na ⁺ și a introduce doi atomi de K ⁺ .

În plus, există un set de hormoni, inclusiv aldosteron, care, prin promovarea reabsorbției renale de sodiu, garantează menținerea concentrației extracelulare de sodiu la valoarea corespunzătoare. Hormonul antidiuretic ajută la menținerea volumului extracelular.

Producerea potențialelor de acțiune

Celulele excitabile (neuroni și celule musculare) sunt cele care răspund la un stimulent adecvat cu formarea unui potențial de acțiune sau a unui impuls nervos. Aceste celule mențin o diferență de tensiune pe membrana plasmatică.

Interiorul celulei este încărcat negativ în raport cu exteriorul celulei în condiții de repaus. Având în vedere un anumit stimul, există o creștere a permeabilității membranei la Na ⁺ și o cantitate mică de ioni Na ⁺ intră în celulă , determinând încărcarea pozitivă a interiorului celulei.

Aceasta este ceea ce este cunoscut sub numele de potențial de acțiune, care se poate răspândi în întregul neuron și este modul în care informațiile călătoresc prin el.

Când potențialul de acțiune atinge celulele musculare, le stimulează să se contracte prin mecanisme mai mult sau mai puțin complexe.

În rezumat, sodiul este responsabil pentru producerea potențialelor de acțiune în celule excitabile și pentru inițierea contracției celulelor musculare.

Unde este localizat

scoarța terestră

Sodiul este al șaptelea cel mai abundent element din scoarța terestră, reprezentând 2,8% din aceasta. Clorura de sodiu face parte din halitul mineral, care reprezintă 80% din materialele dizolvate din mare. Conținutul de sodiu al mării este de 1,05%.

Sodiul este un element foarte reactiv, motiv pentru care nu se găsește în forma sa maternă sau elementară. Se găsește în minerale solubile precum halita sau minerale insolubile precum criolit (o fluorură de aluminiu de sodiu).

Marea și halitul mineral

Pe lângă marea, în general, Marea Moartă se caracterizează prin faptul că are o concentrație foarte mare de săruri și minerale diferite, în special clorura de sodiu. Marea Salt Lake din Statele Unite are, de asemenea, o concentrație mare de sodiu.

Clorura de sodiu se găsește aproape pură în halita minerală, prezentă în mare și în structurile de rocă. Sarea rocă sau minerală este mai puțin pură decât halita, care se găsește în depozitele minerale din Marea Britanie, Franța, Germania, China și Rusia.

Depozite saline

Sarea este extrasă din depozitele sale stâncoase prin fragmentarea rocilor, urmată de un proces de purificare a sării. În alte momente, apa este introdusă în rezervoarele de sare pentru a o dizolva și a forma o saramură, care este apoi pompată la suprafață.

Sarea este obținută din mare în bazine superficiale cunoscute sub numele de saline, prin evaporare solară. Sarea obținută în acest fel se numește sare de dafin sau sare de mare.

Celula Downs

Sodiu a fost produs prin reducerea carbotermică a carbonatului de sodiu efectuat la 1.100ºC. În prezent, este produsă prin electroliza clorurii de sodiu topite, folosind celula Downs.

Cu toate acestea, deoarece clorura de sodiu topită are un punct de topire de ~ 800 ° C, se adaugă clorură de calciu sau carbonat de sodiu pentru a scădea punctul de topire la 600 ° C.

În camera Downs, catodul este realizat din fier în formă circulară, în jurul unui anod din carbon. Produsele de electroliză sunt separate printr-o plasă de oțel pentru a preveni venirea în contact a produselor de electroliză: sodiu elementar și clor.

La anod (+) are loc următoarea reacție de oxidare:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Între timp, la catod (-) are loc următoarea reacție de reducere:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

reacţii

Formarea oxizilor și hidroxidului

Este foarte reactiv în aer în funcție de umiditatea acestuia. Reacționează formând o peliculă de hidroxid de sodiu, care poate absorbi dioxidul de carbon și, în cele din urmă, formează bicarbonat de sodiu.

Oxidează în aer , pentru a forma monoxidul de sodiu (Na ₂ O). In timp ce superoxid de sodiu (NaO ₂ ) se prepară prin încălzirea de sodiu metalic la 300 ° C cu oxigen la presiune ridicată.

În stare lichidă se aprinde la 125ºC, producând un fum alb iritant, capabil să producă tuse. De asemenea, reacționează puternic cu apa pentru a produce hidroxid de sodiu și gaz de hidrogen, determinând reacția să explodeze. Această reacție este puternic exotermică.

Na + H ₂ O → NaOH + 1/2 H ₂ (3,367 kilocalorii / mol)

Cu acizi halogenati

Acizii halogenati, cum ar fi acidul clorhidric, reacționează cu sodiu pentru a forma halogenele corespunzătoare. Între timp, reacția sa cu acidul azotic generează nitrat de sodiu; iar cu acid sulfuric generează sulfat de sodiu.

reduceri

Na reduce oxizii metalelor de tranziție, producând metalele corespunzătoare prin eliberarea lor de oxigen. De asemenea, sodiul reacționează cu halogenele metalelor de tranziție, determinând deplasarea metalelor să formeze clorură de sodiu și eliberând metalele.

Această reacție a servit la obținerea de metale de tranziție, inclusiv titan și tantal.

Cu amoniac

Sodul reacționează cu amoniacul lichid la temperatură scăzută și încet formează sodamidă (NaNH ₂ ) și hidrogen.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Amoniacul lichid servește ca solvent pentru reacția de sodiu cu diferite metale, inclusiv arsenic, telur, antimoniu și bismut.

Organic

Reacționează cu alcooli pentru a produce alcoolați sau alcoxizi:

Na + ROH → RONa + 1/2 H ₂

Produce dehalogenarea compușilor organici, determinând o dublare a numărului de atomi de carbon ai compusului:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Octanul poate fi produs prin dehalogenarea bromurii de butan cu sodiu.

Cu metale

Sodiul poate reacționa cu alte metale alcaline pentru a forma un eutectic: un aliaj care se formează la temperaturi mai mici decât componentele sale; de exemplu, NaK care are un procent K de 78%. De asemenea, sodiul formează aliaje cu beriliu cu un procent mic din primele.

Metalele prețioase precum aurul, argintul, platina, paladiul și iridiul, precum și metalele albe precum plumbul, staniu și antimoniu formează aliaje cu sodiu lichid.

riscuri

Este un metal care reacționează puternic cu apa. Prin urmare, în contact cu țesuturile umane acoperite cu apă poate provoca daune severe. Produce arsuri severe la contactul cu pielea și ochii.

De asemenea, prin ingestie poate provoca perforarea esofagului și a stomacului. Cu toate acestea, deși aceste răni sunt grave, doar o mică parte a populației le este expusă.

Cea mai mare pagubă pe care o poate provoca sodiul se datorează aportului excesiv de alimente sau băuturi produse de oameni.

Corpul uman necesită un aport de sodiu de 500 mg / zi, pentru a-și îndeplini funcția în conducerea nervilor, precum și în contracția musculară.

Dar, de obicei, în dietă este ingerată o cantitate mult mai mare de sodiu, ceea ce produce o creștere a concentrației plasmatice și a sângelui.

Aceasta poate provoca hipertensiune arterială, boli cardiovasculare și accidente vasculare cerebrale.

De asemenea, hipernatremia este asociată cu generarea de osteoporoză prin inducerea unui flux de calciu din țesutul osos. Rinichii au probleme cu menținerea unei concentrații plasmatice normale de sodiu în ciuda aportului excesiv, ceea ce poate duce la afectarea rinichilor.

Aplicații

Sodiu metalic

Este utilizat în metalurgie ca agent de deoxidare și reducere la prepararea calciului, zirconiului, titanului și a altor metale. De exemplu, reduce tetraclorura de titan (TiCl ₄ ) pentru a produce titan metalic.

Sodul topit este utilizat ca agent de transfer de căldură, motiv pentru care este utilizat ca agent de răcire în unele reactoare nucleare.

Este utilizat ca materie primă la fabricarea lauril sulfatului de sodiu, ingredientul principal în detergentul sintetic. Este, de asemenea, implicat în fabricarea de polimeri, cum ar fi nylon și compuși, cum ar fi cianură și peroxid de sodiu. De asemenea, în producerea de coloranți și sinteza parfumurilor.

Sodiu este utilizat în purificarea hidrocarburilor și în polimerizarea hidrocarburilor insolubile. Este, de asemenea, utilizat în multe reduceri organice. Dizolvat în amoniac lichid este utilizat pentru a reduce alchinele la transalkene.

Lămpile cu vapori de sodiu sunt construite pentru iluminatul public în orașe. Acestea oferă o culoare galbenă, similară cu cea observată atunci când sodiu este ars în brichete.

Sodiul acționează ca un desicant care oferă o nuanță albastră în prezența benzofenonei, ceea ce indică faptul că produsul din procesul de uscare a atins uscarea dorită.

compuşi

Clorură

Este folosit pentru a condimenta și păstra alimentele. Electroliza clorurii de sodiu produce hipoclorit de sodiu (NaOCl), utilizat în curățarea gospodăriei sub formă de clor. În plus, este utilizat ca înălbitor industrial pentru hârtie și pulpă textilă sau în dezinfectarea apei.

Hipocloritul de sodiu este utilizat în anumite preparate medicinale ca antiseptic și fungicid.

Carbonat și bicarbonat

Carbonatul de sodiu este utilizat la fabricarea de ochelari, detergenți și produse de curățat. Monohidratul de carbonat de sodiu este utilizat în fotografie ca componentă de dezvoltare.

Soda de coacere este o sursă de dioxid de carbon. Din acest motiv este utilizat în praful de copt, în săruri și băuturi efervescente și, de asemenea, în stingătoarele chimice uscate. De asemenea, este utilizat în procesul de bronzare și pregătire a lânii.

Bicarbonatul de sodiu este un compus alcalin, utilizat în tratamentul medicamentos al hiperacidității gastrice și urinare.

Sulfat

Se folosește la fabricarea hârtiei kraft, cartonului, sticlei și detergenților. Tosulfatul de sodiu este utilizat în fotografie pentru a corecta negativele și amprentele dezvoltate.

Hidroxid

Denumită frecvent sodă caustică sau lejeră, este folosită în neutralizarea acizilor în rafinarea petrolului. Reacționează cu acizii grași la fabricarea săpunului. În plus, este utilizat în tratamentul celulozei.

Nitrat

Este folosit ca îngrășământ care furnizează azot, fiind o componentă a dinamitei.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Sodiu. (2019). Sodiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Sodiu. Baza de date PubChem. CID = 5360545. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganong, WF (2003). Fiziologie medicală Ediția a 19-a. Editorial El Manual Moderno.
5. Wikipedia. (2019). Sodiu. Recuperat de la: en.wikipedia.org
6. Președintele și colegii Harvard College. (2019). Sare și sodiu. Recuperat din: hsph.harvard.edu
7. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (07 iunie 2019). Sodiu. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com