Storia, struttura, proprietà, rischi e usi del sodio

Lui sodio È un metallo alcalino del gruppo 1 della tavola periodica. Il suo numero atomico è 11 ed è rappresentato con il simbolo chimico NA. È un metallo chiaro, meno denso dell'acqua, bianco argento che diventa grigio se esposto all'aria; Ecco perché è conservato in paraffine o gas nobili.

Inoltre, è un metallo morbido che può essere tagliato con un coltello e diventa fragile a basse temperature. Reagisce esplosivamente con l'acqua per formare idrossido di sodio e idrogeno gassoso; Reagisce anche con aria umida e con l'umidità delle mani nude.

Sodio metallico immagazzinato in bottiglia e immerso in olio in modo che non reagisca con l'aria. Fonte: immagini ad alta risoluzione degli elementi chimici [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

Questo metallo si trova in rocce minerali di roccia come alite (cloruro di sodio), in Salmuelas e in mare. Il cloruro di sodio rappresenta l'80% di tutti i materiali sciolti nel mare, con un sodio un'abbondanza dell'1,05%. È il sesto elemento in abbondanza della crosta terrestre.

L'analisi degli spettri della luce dalle stelle, ha permesso di rilevare la loro presenza in esse, incluso il sole. Allo stesso modo, la sua presenza nei meteoriti è stata determinata.

Il sodio è un buon conduttore termico ed elettrico, oltre ad avere una grande capacità di assorbimento del calore. Sperimenta il fenomeno fotoelettrico, cioè è in grado di emettere elettroni quando illuminato. Mentre la sua fiamma brucia emette una luce gialla intensa.

Il sodio fuso funge da agente di trasferimento di calore, motivo per cui viene usato come refrigerante in alcuni reattori nucleari. Viene anche usato come desossidante e riduttore di metallo, quindi è stato usato nella purificazione dei metalli di transizione, come il titanio e lo zirconio.

Il sodio è il contribuente principale dell'osmolarità del compartimento extracellulare e del suo volume. È anche responsabile della generazione di potenziali d'azione nelle cellule eccitabili e dell'inizio della contrazione muscolare.

Un'assunzione eccessiva di sodio può produrre: malattie cardiovascolari, aumentato rischio di incidenti cerebrali, osteoporosi dovuta alla mobilizzazione ossea del calcio e al danno renale.

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Storia

L'uomo ha usato composti di sodio fin dai tempi antichi, in particolare il cloruro di sodio (sale comune) e il carbonato di sodio. L'importanza del sale è la prova.

Nel Medioevo veniva usato un composto di sodio con il nome latino "Sodanum", il che significava mal di testa.

Nel 1807, Sir Humbrey Davy isolava il sodio attraverso l'elettrolisi dell'idrossido di sodio. Davy ha anche isolato il potassio, in un momento in cui consideravano idrossido di sodio e idrossido di potassio come sostanze elementari e chiamati alcali fissi.

Davy In una lettera a un amico, scrisse: “Ho rotto e riacquistato gli alcali fissi e ho scoperto che le loro basi erano due sostanze nuove sostanze molto infiammabili simili ai metalli; Ma uno di questi è più infiammabile dell'altro e molto reattivo ".

Nel 1814, Jöns Jakob nel suo sistema di simboli chimici usò l'abbreviazione di NA per la parola latina "natrium", per chiamare il sodio. Questa parola deriva dal nome egiziano "Natron" usato per chiamare il carbonato di sodio.

Struttura e configurazione elettronica di sodio

Il sodio metallico si cristallizza in una struttura cubica centrata sul corpo (BCC). Pertanto, i loro atomi di NA sono posizionati formando cubi, con uno situato al centro e ciascuno con otto vicini.

Questa struttura è caratterizzata dall'essere la meno densa di tutti, che concorda con bassa densità per questo metallo; Così basso, che è insieme al litio e al potassio, gli unici metalli che possono galleggiare in acqua liquida (prima di esplodere, ovviamente). La sua bassa massa atomica, in relazione alla sua voluminosa radio atomica, contribuisce anche a questa proprietà.

Il collegamento in metallo risultante, tuttavia, è piuttosto debole, essere in grado di spiegare dalla configurazione elettronica:

[Ne] 3s¹

Gli elettroni dello strato chiuso non partecipano (almeno in condizioni normali) nel legame metallico; Ma l'elettrone orbitale 3S. Gli atomi di Na Orbital Na per creare una banda di Valencia; e il 3p, vuoto, una fascia di guida.

Questa banda 3S essendo semi, così come per la bassa densità del vetro, fa la forza, governata dal "mare degli elettroni", è debole. Di conseguenza, il sodio metallico può essere tagliato con un metallo e si scioglie a soli 98 ° C.

Transizioni di fase

Il cristallo di sodio può sperimentare cambiamenti nella sua struttura sperimentando aumenti di pressione; Mentre quando lo riscalda, è improbabile che subirà transizioni di fase a causa del suo basso punto di fusione.

Una volta iniziate le transizioni di fase, le proprietà metalliche cambiano. Ad esempio, la prima transizione genera una struttura cubica centrata su facce (FCC). Pertanto, la piccola struttura densa BCC è compatta a FCC premendo il sodio metallico.

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Forse questo non produce un cambiamento apprezzabile nelle proprietà del sodio piuttosto che nella sua densità. Tuttavia, quando le pressioni sono molto alte, gli alotropi (non i polimorfi perché sono un metallo puro) diventano sorprendentemente negli isolanti e negli elettrici; cioè, anche gli elettroni sono fissati nel vetro come anioni e non circolano liberamente.

Oltre a quanto sopra, anche i suoi colori cambiano; Il sodio cessa di essere grigiastro per diventare scuro, rossastro o addirittura trasparente, man mano che le pressioni operative aumentano.

Numeri di ossidazione

Dato l'orbitale di Valencia 3s, quando il sodio perde il suo unico elettrone si trasforma rapidamente in na catione⁺, che è isolectronic al neon. Cioè, sia il NA⁺ Poiché il NE ha lo stesso numero di elettroni. Se si assume la presenza di NA⁺ Nel composto, si dice quindi che il suo numero di ossidazione sia +1.

Mentre se accade il contrario, cioè, il sodio vince un elettrone, la sua configurazione elettronica risultante è [ne] 3s²; Ora è isolectronic con magnesio, nel caso di anione na^- Chiamato souro. Se si assume la presenza di NA^- Nel composto, il sodio avrà un numero di ossidazione di -1.

Proprietà

Una soluzione etilica di cloruro di sodio in fiamme per manifestare il caratteristico colore giallo di fiamma per questo metallo. Fonte: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Descrizione fisica

Metatto morbido, duttile, malleabile.

Peso atomico

22.989 g/mol.

Colore

Il sodio è un metallo argento chiaro. Brillante quando sei appena tagliato, ma perdi la lucentezza quando viene messo in contatto con l'aria, diventando opaco. Morbido a temperatura, ma abbastanza duro a -20 ºC.

Punto di ebollizione

880 ºC.

Punto di fusione

97,82 ºC (quasi 98 ºC).

Densità

A temperatura ambiente: 0,968 g/cm³.

In stato liquido (punto di fusione): 0,927 g/cm³.

Solubilità

Insolubile in benzene, kerosén e benzina. Si dissolve in ammonio liquido, dando una soluzione blu. Si dissolve in mercurio che forma un amalgama.

Pressione del vapore

Temperatura 802 K: 1 kPa; cioè, la sua pressione del vapore è considerevolmente bassa anche ad alte temperature.

Decomposizione

Si decompone violentemente in acqua, formando sodio e idrossido di idrogeno.

Temperatura di auto -Identizione

120-125 ºC.

Sostanza vischiosa

0,680 cp a 100 ºC

Tensione superficiale

192 DINS/CM a Fusion Point.

Indice di rifrazione

4.22.

Elettronegatività

0.93 sulla scala Pauling.

Energia ionizzata

Prima ionizzazione: 495,8 kJ/mol.

Seconda ionizzazione: 4.562 kJ/mol.

Terza ionizzazione: 6.910.3 kJ/mol.

Radio atomica

186 pm.

Radio covalente

166 ± 9 pm.

Dilatazione termica

71 µm (m · k) a 26 ° C.

Conduttività termica

132,3 W/M · K a 293,15 K.

Resistività elettrica

4,77 × 10^-8 Ω · m a 293 k.

Nomenclatura

Il sodio per avere un singolo numero di ossidazione di +1 I nomi dei suoi composti, governati dalla nomenclatura azionaria, sono semplificati non specificando tale numero tra parentesi e con numeri romani.

Allo stesso modo, i loro nomi secondo la nomenclatura tradizionale finiscono tutti con il suffisso -ico.

Ad esempio, il NaCl è cloruro di sodio secondo la nomenclatura delle scorte, essendo un cloruro di sodio errato (I). Si chiama anche monocloruro di sodio, secondo la nomenclatura sistematica; e cloruro di sodio, secondo la nomenclatura tradizionale. Tuttavia, il tuo nome più comune è il sale da tavola.

Carta biologica

Componente osmotico

Il sodio ha una concentrazione extracellulare di 140 mmol/L, essendo in forma ionica (NA⁺). Per mantenere l'elettroneutralità del compartimento extracellulare, il NA⁺ È accompagnato da anioni di cloruro (CL^-) e bicarbonato (HCO₃^-), con concentrazioni di 105 mmol/L e 25 mmol/L rispettivamente.

Il na catione⁺ È il principale componente osmotico e ha il maggiore contributo all'osmolarità del compartimento extracellulare, quindi esiste un'eguale osmolarità tra il compartimento extracellulare e intracellulare che garantisce l'integrità del compartimento intracellulare.

D'altra parte, concentrazione intracellulare di Na⁺ è 15 mmol/l. Quindi: perché non le concentrazioni extra e intracellulari di NA corrispondono⁺?

Ci sono due ragioni per non accadere: a) La membrana plasmatica è poco permeabile al NA⁺. b) l'esistenza della pompa NA⁺-K⁺.

La pompa è un sistema enzimatico esistente nella membrana plasmatica che utilizza l'energia contenuta nell'ATP per prendere tre atomi di NA⁺ e introdurre due atomi K⁺.

Inoltre, esiste una serie di ormoni, incluso aldosterone che promuovendo il riassorbimento renale del sodio garantisce il mantenimento della concentrazione extracellulare del sodio a causa del valore. L'ormone antidiuretico aiuta il mantenimento del volume extracellulare.

Produzione di potenziali d'azione

Le cellule eccitabili (neuroni e cellule muscolari) sono quelle che rispondono a uno stimolo adeguato con la formazione di un'azione o un potenziale di impulso nervoso. Queste cellule mantengono una differenza di tensione attraverso la membrana plasmatica.

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L'interno cellulare viene caricato negativamente in relazione all'esterno cellulare in condizioni di riposo. Dato un certo stimolo, c'è un aumento della permeabilità della membrana a NA⁺ e inserisci nella cella una piccola quantità di ioni Na⁺, causando il caricamento positivo dell'interno della cella.

Quanto sopra è ciò che è noto come un potenziale d'azione, che può essere diffuso in un neurone ed è il modo in cui le informazioni si avvicinano attraverso di essa.

Quando il potenziale d'azione raggiunge le cellule muscolari, le stimola per la contrazione attraverso meccanismi più o meno complessi.

In sintesi, il sodio è responsabile della produzione di potenziali d'azione nelle cellule eccitabili e dell'inizio della contrazione delle cellule muscolari.

Dove si trova

crosta terrestre

Il sodio è il settimo elemento più abbondante nella crosta terrestre, che ne rappresenta il 2,8 %. Il cloruro di sodio fa parte del minerale di Halita, che rappresenta l'80% del materiale disciolto nel mare. Il contenuto di sodio del mare è dell'1,05%.

Il sodio è un elemento molto reattivo, motivo per cui non è nativo o elementare. Si trova in minerali solubili come minerali di alita o insolubili come creolo (un fluoruro di alluminio e sodio) sodio).

Minerale di mare e halita

Oltre al mare in generale, il Mar Morto è caratterizzato da una concentrazione molto elevata di sali e minerali diversi, in particolare il cloruro di sodio. Il grande lago salato negli Stati Uniti presenta anche un'alta concentrazione di sodio.

Il cloruro di sodio è quasi puro nel minerale di Halita, presente in mare e nelle strutture rocciose. ROCA o il sale minerale è meno puro di Halite, essendo in depositi minerali in Gran Bretagna, Francia, Germania, Cina e Russia.

Depositi salini

Il sale viene estratto dai suoi depositi di roccia mediante frammentazione delle rocce, seguito da un processo di purificazione del sale. In altre occasioni, l'acqua viene introdotta nei depositi di sale per dissolverla e formare una salamoia, che viene quindi pompata in superficie.

Il sale è ottenuto dal mare nei bacini poco profondi noti come Salinas, attraverso l'evaporazione solare. Il sale ottenuto in questo modo si chiama sale dalla baia o dal sale marino.

Downs Cell

Il sodio è stato prodotto dalla riduzione carbotermica del carbonato di sodio eseguito a 1.100 ºC. Attualmente, è prodotto dall'elettrolisi del cloruro di sodio fuso, usando la cellula Downs.

Tuttavia, poiché il cloruro di sodio fuso ha un punto di fusione ~ 800 ºC, viene aggiunto cloruro di calcio o carbonato di sodio per ridurre il punto di fusione a 600 ºC.

Nella camera dei downs il catodo è ferro in forma circolare, attorno a un anodo di carbonio. I prodotti di elettrolisi sono separati da una maglia in acciaio per impedire ai prodotti di elettrolisi di contattare: sodio e cloro elementare.

Nell'anodo (+) si verifica la seguente reazione di ossidazione:

2 Cl^- (L) → CL₂ (g) +2 E^-

Nel frattempo, nel catodo (-) si verifica la seguente reazione di riduzione:

2 na⁺ (L) +2 e^-    → 2 Na (L)

Reazioni

Formazione di ossido e idrossido

È molto reattivo nell'aria a seconda della sua umidità. Reagisce a formare un film di idrossido di sodio, che può assorbire l'anidride carbonica e infine formare bicarbonato di sodio.

Si ossida nell'aria per originare il monossido di sodio (Na₂O). Mentre il superossido di sodio (NAO₂) È preparato mediante riscaldamento del sodio metallico a 300 ºC con ossigeno ad alta pressione.

In stato liquido infiamme 125 ºC, producendo un fumo bianco irritante, in grado di produrre tosse. Reagisce anche vigorosamente con l'acqua per produrre idrossido di sodio e idrogeno gassoso, causando l'esplosività della reazione. Questa reazione è fortemente esotermica.

Na +H₂O → NaOH +1/2 H₂  (3.367 chilocalorie/mol)

Con acidi alogenati

Gli acidi alogenati, come l'acido cloridrico, reagiscono con il sodio per formare gli alogenuri corrispondenti. Nel frattempo, la sua reazione con acido nitrico genera nitrato di sodio; E con acido solforico, genera solfato di sodio.

Riduzioni

Il NA riduce gli ossidi dei metalli di transizione, producendo i metalli corrispondenti quando li rilascia dall'ossigeno. Il sodio reagisce anche con i metalli di transizione, producendo metalli per formare cloruro di sodio e rilasciare metalli.

Questa reazione è servita a ottenere metalli di transizione, tra cui titanio e tantalo.

Con l'ammoniaca

La reazione di sodio con ammoniaca liquida a bassa temperatura e lentamente per formare il sodamide (nanh₂) e idrogeno.

Na +NH₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

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L'ammoniaca liquida funge da solvente per la reazione di sodio con diversi metalli, tra cui arsenico, teluro, antimonio e bismuto.

Biologico

Reagisce con gli alcoli per produrre alcoli o alcossidi:

Na +ROH → Rona +1/2 H₂

Produce la rovina di composti organici, causando una duplicazione nel numero di carboni del composto:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NaCl

L'ottano può essere prodotto dall'annullamento del bromuro di butano con sodio.

Con metalli

Il sodio può reagire con altri metalli alcalini per formare un eutctic: una lega che si forma a temperature più basse rispetto ai suoi componenti; Ad esempio, Nak che ha una percentuale di k del 78%. Il sodio forma anche leghe con berillio con una piccola percentuale del primo.

Metalli preziosi come oro, argento, platino, paladio e iridio, nonché metalli bianchi come piombo, stagno e antimonio, formano leghe con sodio liquido.

Rischi

È un metallo che reagisce intensamente con l'acqua. Pertanto, a contatto con i tessuti umani rivestiti d'acqua, può causare gravi danni. Produce il contatto con la pelle e gli occhi Serious Burns.

Inoltre, per ingestione può causare la perforazione dell'esofago e dello stomaco. Tuttavia, sebbene queste lesioni siano gravi, solo una piccola parte della popolazione è esposta a loro.

Il più grande danno che il sodio può causare è dovuto al suo eccessivo assunzione di pasti o bevande fatte da persone.

Il corpo umano richiede un'assunzione di sodio di 500 mg/die per svolgere la sua funzione nella guida nervosa, nonché nella contrazione muscolare.

Ma una quantità molto più grande di sodio viene generalmente ingerita nella dieta, che produce un aumento del plasma e della concentrazione ematica della stessa.

Ciò può causare ipertensione arteriosa, malattie cardiovascolari e incidenti cerebrali.

L'ipernatremia è anche associata alla generazione di osteoporosi per indurre una produzione di calcio del tessuto osseo. I reni hanno difficoltà a mantenere una concentrazione plasmatica di sodio normale nonostante l'assunzione eccessiva, che può portare a danni renali.

Applicazioni

Sodio metallico

Viene usato in metallurgia come agente desossidante e riduttore nella preparazione di calcio, zirconio, titanio e altri metalli. Ad esempio, ridurre il tetracloruro di titanio (TICL₄) Per produrre titanio metallico.

Il sodio fuso viene utilizzato come agente di trasferimento di calore, quindi viene utilizzato come refrigerante in alcuni reattori nucleari.

È usato come materia prima nella produzione di sodio lauril solfato, l'ingrediente principale del detergente sintetico. Interviene anche nella produzione di polimeri come il nylon e in composti come cianuro e perossido di sodio. Anche nella produzione di coloranti e sintesi del profumo.

Il sodio viene utilizzato nella purificazione dell'idrocarburo e nella polimerizzazione insolubile di idrocarburi. È anche usato in numerose riduzioni organiche. Sciolto in ammonio liquido viene utilizzato per ridurre le alcine a transalqueno.

Le lampade a vapore di sodio sono costruite per l'illuminazione pubblica nelle città. Forniscono un colore giallo, simile a quello osservato quando il sodio viene bruciato negli accendini.

Il sodio funge da essiccante che fornisce un colore blu in benzofenone, indicativo che il prodotto nel processo di essiccazione ha raggiunto l'essiccazione desiderata.

Composti

Cloruro

È abituato a condire e conservare il cibo. L'elettrolisi del cloruro di sodio produce ipoclorito di sodio (NAOCL), utilizzata nella pulizia domestica come cloro. Inoltre, viene utilizzato come più bianco industriale della polpa di carta e dei tessuti o nella disinfezione dell'acqua.

L'ipoclorito di sodio è usato in alcuni preparati medicinali come antisettico e fungicida.

Carbonato e bicarbonato

Il carbonato di sodio viene utilizzato nella produzione di vetro, detergenti e detergenti. Il carbonato di sodio monoidratato viene utilizzato nella fotografia come componente degli sviluppatori.

Il bicarbonato di sodio è una fonte di anidride carbonica. Per questo motivo viene utilizzato in polvere da lievito, in sali e bevande effervescenti e anche negli estintori a secchi incendi chimici. Viene anche utilizzato nel processo di conceria e nella preparazione della lana.

Il bicarbonato di sodio è un composto alcalino, usato nel trattamento medicinale dell'iperacidità gastrica e urinaria.

Solfato

Viene utilizzato nella produzione di carta kraft, cartone, vetro e detergenti. Il tiosolfato di sodio viene utilizzato in fotografia per correggere negativi e impressioni sviluppate.

Idrossido

Comunemente chiamato caustico o candeggina, viene utilizzato nella neutralizzazione degli acidi nel raffinazione dell'olio. Reagisce con acidi grassi nella produzione di sapone. Inoltre, viene utilizzato nel trattamento della cellulosa.

Nitrato

Viene usato come fertilizzante che fornisce azoto, essendo un componente di dinamite.

Riferimenti

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