Natriumhistorie, struktur, egenskaper, risiko og bruksområder

810
Philip Kelley

De natrium Det er et alkalimetall fra gruppe 1 i det periodiske systemet. Dens atomnummer er 11 og det er representert med det kjemiske symbolet Na. Det er et lett metall, mindre tett enn vann, sølv-hvitt i fargen som blir grå når den utsettes for luft; det er derfor det lagres i parafiner eller edelgasser.

I tillegg er det et mykt metall som kan kuttes med kniv og blir sprøtt ved lave temperaturer. Reagerer eksplosivt med vann for å danne natriumhydroksid og hydrogengass; Det reagerer også med fuktig luft og med fuktighet fra bare hender.

Metallisk natrium lagret i en flaske og nedsenket i olje slik at den ikke reagerer med luft. Kilde: Hi-Res Images of Chemical Elements [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Dette metallet finnes i bergsaltmineraler som halitt (natriumklorid), i saltlake og i havet. Natriumklorid representerer 80% av alle oppløste materialer i sjøen, og natrium har en overflod på 1,05%. Det er det sjette elementet i overflod av jordskorpen.

Analysen av lysets spektra fra stjernene har gjort det mulig å oppdage deres tilstedeværelse i dem, inkludert solen. Likeledes er deres tilstedeværelse i meteoritter bestemt.

Sodium er en god termisk og elektrisk leder, i tillegg til å ha en god varmeabsorpsjonskapasitet. Den opplever det fotoelektriske fenomenet, det vil si at det er i stand til å sende ut elektroner når det er opplyst. Når den blir brent, avgir den et sterkt gult lys..

Smeltet natrium fungerer som et varmeoverføringsmiddel, og det er derfor det brukes som kjølevæske i visse atomreaktorer. Det brukes også som deoxidizer og metallreduksjonsmiddel, og det er derfor det har blitt brukt til rensing av overgangsmetaller, som titan og zirkonium..

Natrium er den viktigste bidragsyteren til osmolariteten til det ekstracellulære rommet og dets volum. Det er også ansvarlig for generering av handlingspotensialer i spennende celler og igangsetting av muskelsammentrekning..

Overdreven natriuminntak kan forårsake: hjerte- og karsykdommer, økt risiko for hjerneslag, osteoporose på grunn av mobilisering av beinkalsium og nyreskade.

Artikkelindeks

  • 1 Historie
  • 2 Struktur og elektronkonfigurasjon av natrium
    • 2.1 Faseoverganger
    • 2.2 oksidasjonsnumre
  • 3 eiendommer
    • 3.1 Fysisk beskrivelse
    • 3.2 Atomvekt
    • 3.3 Farge
    • 3.4 Kokepunkt
    • 3.5 Smeltepunkt
    • 3.6 Tetthet
    • 3.7 Løselighet
    • 3.8 Damptrykk
    • 3.9 Nedbrytning
    • 3.10 Selvantennelsestemperatur
    • 3.11 Viskositet
    • 3.12 overflatespenning
    • 3.13 Brytningsindeks
    • 3.14 Elektronegativitet
    • 3.15 Ioniseringsenergi
    • 3.16 Atomeradius
    • 3.17 Kovalent radius
    • 3.18 Termisk ekspansjon
    • 3.19 Varmeledningsevne
    • 3.20 Elektrisk motstand
  • 4 Nomenklatur
  • 5 Biologisk rolle
    • 5.1 Osmotisk komponent
    • 5.2 Produksjon av handlingspotensialer
  • 6 Hvor du finner
    • 6.1 Jordskorpe
    • 6.2 Sjø og mineralhalitt
    • 6.3 Saltavleiringer
    • 6.4 Nedadgående celle
  • 7 Reaksjoner
    • 7.1 Dannelse av oksider og hydroksid
    • 7.2 Med halogenerte syrer
    • 7.3 Reduksjoner
    • 7.4 Med ammoniakk
    • 7.5 Organisk
    • 7.6 Med metaller
  • 8 Risiko
  • 9 bruksområder
    • 9.1 Sodium metallic
    • 9.2 Forbindelser
  • 10 Referanser

Historie

Mennesket har brukt natriumforbindelser siden eldgamle tider, spesielt natriumklorid (vanlig salt) og natriumkarbonat. Viktigheten av salt fremgår av bruken av det latinske ordet "salarium", for å indikere en del salt som soldatene mottok som en del av betalingen..

I middelalderen ble en natriumforbindelse brukt med det latinske navnet "sodanum", som betydde hodepine..

I 1807 isolerte Sir Humprey Davy natrium ved elektrolyse av natriumhydroksid. Davy isolerte også kalium, på et tidspunkt da natriumhydroksid og kaliumhydroksid ble ansett som grunnstoffer og kalt faste baser..

Davy skrev i et brev til en venn: ”Jeg dekomponerte og komponerte de faste basene og oppdaget at basene deres var to nye stoffer, svært brennbare stoffer som ligner på metaller; men den ene er mer brennbar enn den andre og veldig reaktiv ".

I 1814 brukte Jöns Jakob i sitt system for kjemiske symboler forkortelsen Na for det latinske ordet 'natrium', for å gi navn til natrium. Dette ordet kommer fra det egyptiske 'natron'-navnet som brukes til å referere til natriumkarbonat.

Struktur og elektronkonfigurasjon av natrium

Metallisk natrium krystalliserer seg til en kroppssentrert kubisk (bcc) struktur. Derfor er Na-atomene posisjonert for å danne kuber, med en plassert i sentrum og hver med åtte naboer..

Denne strukturen er preget av å være den minst tette av alle, som stemmer overens med den lave tettheten for dette metallet; så lavt at det er sammen med litium og kalium, de eneste metallene som kan flyte i flytende vann (før de eksploderer, selvfølgelig). Dens lave atommasse, i forhold til dens omfangsrike atomradius, bidrar også til denne egenskapen..

Den resulterende metallbindingen er imidlertid ganske svak og kan forklares fra den elektroniske konfigurasjonen:

[Ne] 3s1

Elektronene til det lukkede skallet deltar ikke (i det minste under normale forhold) i metallbindingen; men elektronet på 3-tallet orbital. Na-atomer overlapper 3-orbitalene sine for å skape et valensbånd; Og 3p-ene, tomme, et drivende band.

Dette 3s-båndet, som er halvfullt, så vel som på grunn av krystallens lave tetthet, gjør kraften, styrt av "elektronhavet", svak. Følgelig kan metallisk natrium kuttes med et metall og smelter bare ved 98 ° C..

Faseoverganger

Natriumkrystallen kan gjennomgå endringer i strukturen når den opplever trykkøkninger; mens det oppvarmes, vil det neppe gjennomgå faseoverganger på grunn av dets lave smeltepunkt.

Når faseovergangene begynner, endres egenskapene til metallet. For eksempel genererer den første overgangen en ansiktssentrert kubisk (fcc) struktur. Dermed komprimeres den sparsomme strukturen bcc til fcc ved å trykke på metallisk natrium.

Kanskje dette ikke gir en merkbar endring i egenskapene til natrium annet enn dens tetthet. Imidlertid, når trykket er veldig høyt, blir allotropene (ikke polymorfe fordi de er et rent metall) overraskende isolatorer og elektroder; det vil si at selv elektronene er festet i krystallet som anioner og sirkulerer ikke fritt.

I tillegg til det ovennevnte, endres fargene deres også; natrium slutter å være gråaktig for å bli mørkt, rødlig eller til og med gjennomsiktig når driftstrykket øker.

Oksidasjonsnumre

Gitt 3s-valensbanen, når natrium mister sitt eneste elektron, forvandles det raskt til Na-kationen.+, som er isoelektronisk mot neon. Det vil si at både Na+ som Ne har de samme antall elektroner. Hvis tilstedeværelsen av Na antas+ i forbindelsen sies det at dets oksidasjonsnummer er +1.

Mens det motsatte skjer, det vil si at natrium får et elektron, er dets resulterende elektronkonfigurasjon [Ne] 3sto; nå er det isoelektronisk med magnesium, som er Na-anionet- kalt soduro. Hvis tilstedeværelsen av Na antas- i forbindelsen, vil natrium ha oksidasjonsnummer på -1.

Eiendommer

En etylnatriumkloridløsning som brenner for å manifestere den karakteristiske gule fargen på flammen for dette metallet. Kilde: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Fysisk beskrivelse

Mykt, duktilt, formbart lettmetall.

Atomvekt

22,989 g / mol.

Farge

Sodium er et lett sølvfarget metall. Blank når den er nykuttet, men mister glansen når den kommer i kontakt med luft og blir ugjennomsiktig. Myk ved temperatur, men ganske hard ved -20 ºC.

Kokepunkt

880 ºC.

Smeltepunkt

97,82 ºC (nesten 98 ºC).

Tetthet

Ved romtemperatur: 0,968 g / cm3.

I flytende tilstand (smeltepunkt): 0,927 g / cm3.

Løselighet

Uoppløselig i benzen, parafin og nafta. Den oppløses i flytende ammoniakk og gir en blåfarget løsning. Oppløses i kvikksølv og danner en amalgam.

Damptrykk

Temperatur 802 K: 1 kPa; det vil si at damptrykket er betydelig lavt selv ved høye temperaturer.

Nedbrytning

Den spaltes voldsomt i vann og danner natriumhydroksid og hydrogen.

Selvantennelsestemperatur

120-125 ºC.

Viskositet

0,680 cP ved 100 ºC

Overflatespenning

192 dyner / cm ved smeltepunkt.

Brytningsindeks

4.22.

Elektronegativitet

0,93 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

Første ionisering: 495,8 kJ / mol.

Andre ionisering: 4562 kJ / mol.

Tredje ionisering: 6 910,3 kJ / mol.

Atomic radio

186 pm.

Kovalent radius

166 ± 21.00.

Termisk ekspansjon

71 µm (mK) ved 26 ºC.

Termisk ledningsevne

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

Elektrisk motstand

4,77 × 10-8 Ωm ved 293 K.

Nomenklatur

Siden natrium har et unikt oksidasjonsnummer på +1, blir navnene på forbindelsene, styrt av stamnomenklaturen, forenklet da dette tallet ikke er spesifisert i parentes og med romertall..

På samme måte ender navnene deres i henhold til tradisjonell nomenklatur med suffikset -ico.

For eksempel er NaCl natriumklorid i henhold til stamnomenklaturen, med natriumklorid (I) feilaktig. I følge den systematiske nomenklaturen kalles det også natriummonoklorid; og natriumklorid, i henhold til den tradisjonelle nomenklaturen. Imidlertid er det vanligste navnet bordsalt..

Biologisk rolle

Osmotisk komponent

Natrium har en ekstracellulær konsentrasjon på 140 mmol / L, i ionisk form (Na+). For å opprettholde den elektroniske nøytraliteten til det ekstracellulære rommet, Na+ er ledsaget av kloranioner (Cl-) og bikarbonat (HCO3-), med konsentrasjoner på henholdsvis 105 mmol / L og 25 mmol / L.

Na-kasjonen+ Det er den viktigste osmotiske komponenten og har det største bidraget til osmolariteten til det ekstracellulære rommet, på en slik måte at det er en likeverdig osmolaritet mellom det ekstracellulære og intracellulære rommet som garanterer integriteten til det intracellulære rommet..

På den annen side er den intracellulære konsentrasjonen av Na+ er 15 mmol / L. Så: Hvorfor er de ekstra og intracellulære Na-konsentrasjonene ikke like?+?

Det er to grunner til at dette ikke skjer: a) plasmamembranen er dårlig gjennomtrengelig for Na+. b) eksistensen av Na-pumpen+-K+.

Pumpen er et enzymatisk system som finnes i plasmamembranen som bruker energien i ATP for å fjerne tre Na-atomer.+ og introdusere to K-atomer+.

I tillegg er det et sett med hormoner, inkludert aldosteron, som ved å fremme nyre-natriumreabsorpsjon garanterer opprettholdelsen av den ekstracellulære natriumkonsentrasjonen til riktig verdi. Antidiuretisk hormon hjelper til med å opprettholde ekstracellulært volum.

Produksjon av handlingspotensialer

Spennende celler (nevroner og muskelceller) er de som reagerer på en passende stimulans med dannelsen av et handlingspotensial eller nerveimpuls. Disse cellene opprettholder en spenningsforskjell over plasmamembranen..

Celleinnredningen er negativt ladet i forhold til celleutvendig under hvileforhold. Gitt en viss stimulans, er det en økning i permeabiliteten til membranen for Na+ og en liten mengde Na-ioner kommer inn i cellen+, forårsaker at celleinteriøret lades positivt.

Ovennevnte er det som er kjent som et handlingspotensial, som kan spre seg gjennom et nevron og er måten informasjonen beveger seg gjennom..

Når handlingspotensialet når muskelceller, stimulerer det dem til å trekke seg sammen gjennom mer eller mindre komplekse mekanismer..

Oppsummert er natrium ansvarlig for produksjonen av handlingspotensialer i exciterende celler og for igangsetting av sammentrekning av muskelceller..

Hvor befinner det seg

jordskorpe

Natrium er det syvende mest forekommende elementet i jordskorpen, og representerer 2,8% av det. Natriumklorid er en del av mineralet halitt, som representerer 80% av de oppløste materialene i havet. Havets natriuminnhold er 1,05%.

Natrium er et veldig reaktivt element, og det er derfor det ikke finnes i sin opprinnelige eller elementære form. Funnet i oppløselige mineraler som halitt eller uoppløselige mineraler som kryolitt (et natriumaluminiumfluorid).

Sjø og mineralhalitt

I tillegg til havet generelt er Dødehavet preget av å ha en veldig høy konsentrasjon av forskjellige salter og mineraler, spesielt natriumklorid. The Great Salt Lake i USA har også en høy konsentrasjon av natrium.

Natriumklorid finnes nesten rent i mineralet halitt, til stede i sjøen og i bergstrukturer. Berg- eller mineralsalt er mindre rent enn halitt, som finnes i mineralforekomster i Storbritannia, Frankrike, Tyskland, Kina og Russland.

Saltinnskudd

Salt ekstraheres fra de steinete avsetningene ved fragmentering av bergartene, etterfulgt av en prosess for rensing av saltet. Andre ganger føres vann inn i saltbeholderne for å oppløse det og danne en saltlake, som deretter pumpes til overflaten..

Salt oppnås fra sjøen i grunne bassenger kjent som salinas, gjennom solfordampning. Saltet som oppnås på denne måten kalles buksalt eller havsalt..

Downs celle

Natrium ble produsert ved karboterm reduksjon av natriumkarbonat utført ved 1100 ° C. Foreløpig produseres den ved elektrolyse av smeltet natriumklorid ved bruk av Downs-cellen.

Siden smeltet natriumklorid har et smeltepunkt på ~ 800 ° C, tilsettes imidlertid kalsiumklorid eller natriumkarbonat for å senke smeltepunktet til 600 ° C..

I Downs-kammeret er katoden laget av jern i sirkulær form, rundt en karbonanode. Elektrolyseproduktene er atskilt med et stålnett for å forhindre at elektrolyseproduktene kommer i kontakt: elementært natrium og klor..

Ved anoden (+) oppstår følgende oksidasjonsreaksjon:

2 Cl- (l) → Clto (g) + 2 e-

I mellomtiden, ved katoden (-), oppstår følgende reduksjonsreaksjon:

2 Na+ (l) + 2 e-    → 2 Na (l)

Reaksjoner

Dannelse av oksider og hydroksid

Det er veldig reaktivt i luft, avhengig av fuktighet. Reagerer for å danne en film av natriumhydroksid, som kan absorbere karbondioksid og til slutt danne natriumbikarbonat..

Det oksiderer i luft for å danne natriummonoksid (NatoELLER). Mens natriumsuperoksid (NaOto) fremstilles ved oppvarming av metallisk natrium til 300 ° C med høyt trykk oksygen.

I flytende tilstand antennes den ved 125 ºC og produserer en irriterende hvit røyk som kan forårsake hoste. På samme måte reagerer den kraftig med vann for å produsere natriumhydroksid og hydrogengass, noe som forårsaker eksplosiviteten til reaksjonen. Denne reaksjonen er sterkt eksoterm..

Na + HtoO → NaOH + 1/2 Hto  (3.367 kilokalorier / mol)

Med halogenerte syrer

Halogenerte syrer, slik som saltsyre, reagerer med natrium for å danne de tilsvarende halogenider. I mellomtiden genererer reaksjonen med salpetersyre natriumnitrat; og med svovelsyre genererer den natriumsulfat.

Reduksjoner

Na reduserer oksidene til overgangsmetallene og produserer tilsvarende metaller ved å frigjøre dem fra oksygen. På samme måte reagerer natrium med halogenidene i overgangsmetallene, forårsaker fortrengning av metallene til å danne natriumklorid og frigjør metallene..

Denne reaksjonen har tjent til å oppnå overgangsmetaller, inkludert titan og tantal..

Med ammoniakk

Natrium reagerer sakte med flytende ammoniakk ved lav temperatur for å danne sodamid (NaNHto) og hydrogen.

Na + NH3    → NaNHto     +       1/2 Hto

Flytende ammoniakk fungerer som et løsningsmiddel for reaksjonen av natrium med forskjellige metaller, inkludert arsen, tellur, antimon og vismut..

Organisk

Reagerer med alkoholer for å produsere alkoholater eller alkoksider:

Na + ROH → RONa + 1/2 Hto

Det produserer dehalogenering av organiske forbindelser, forårsaker en dobling i antall karbonstoffer i forbindelsen:

2 Na + 2 RCl → R-R + 2 NaCl

Oktan kan produseres ved dehalogenering av butanbromid med natrium.

Med metaller

Natrium kan reagere med andre alkalimetaller for å danne en eutektisk: en legering som dannes ved lavere temperaturer enn komponentene; for eksempel NaK som har en K-prosentandel på 78%. Også natrium danner legeringer med beryllium med en liten prosentandel av førstnevnte.

Edle metaller som gull, sølv, platina, palladium og iridium, samt hvite metaller som bly, tinn og antimon, danner legeringer med flytende natrium..

Risiko

Det er et metall som reagerer intenst med vann. Derfor kan kontakt med humant vev belagt med vann forårsake alvorlig skade. Gir alvorlige etseskader ved kontakt med huden og øynene.

Også, hvis det svelges, kan det føre til perforering av spiserøret og magen. Imidlertid, selv om disse skadene er alvorlige, er bare en liten andel av befolkningen utsatt for dem..

Den største skaden som natrium kan forårsake, er på grunn av overdreven inntak i mat eller drikke laget av mennesker.

Menneskekroppen krever et natriuminntak på 500 mg / dag, for å oppfylle sin funksjon i nerveledning, så vel som i muskelsammentrekning..

Men vanligvis inntas en mye større mengde natrium i dietten, noe som gir en økning i plasma og blodkonsentrasjon av det samme.

Dette kan forårsake høyt blodtrykk, hjerte- og karsykdommer og hjerneslag..

Hypernatremia er også assosiert med generering av osteoporose ved å indusere en utstrømning av kalsium fra beinvev. Nyrene har problemer med å opprettholde en normal natriumkonsentrasjon i plasma til tross for overdreven inntak, noe som kan føre til nyreskade.

applikasjoner

Metallisk natrium

Den brukes i metallurgi som et avoksiderende og reduserende middel ved fremstilling av kalsium, zirkonium, titan og andre metaller. For eksempel reduserer det titantetraklorid (TiCl4) for å produsere metallisk titan.

Smeltet natrium brukes som varmeoverføringsmiddel, og det er derfor det brukes som kjølevæske i noen atomreaktorer.

Det brukes som råvare ved fremstilling av natriumlaurylsulfat, hovedingrediensen i syntetisk vaskemiddel. Det er også involvert i fremstilling av polymerer som nylon og forbindelser som cyanid og natriumperoksyd. Også i produksjonen av fargestoffer og parfymesyntese.

Natrium brukes til rensing av hydrokarboner og i polymerisering av uoppløselige hydrokarboner. Det brukes også i mange organiske reduksjoner. Oppløst i flytende ammoniakk brukes det til å redusere alkyner til transalken.

Sodiumdamplamper er bygd for offentlig belysning i byer. Disse gir en gul farge, lik den som observeres når natrium blir brent i lightere..

Natrium fungerer som et tørkemiddel som gir en blå farge i nærvær av benzofenon, noe som indikerer at produktet i tørkeprosessen har nådd ønsket tørking.

Forbindelser

Klorid

Den brukes til å krydre og bevare maten. Elektrolysen av natriumklorid produserer natriumhypokloritt (NaOCl), brukt i husholdningsrengjøring som klor. I tillegg brukes den som en industriell blekemiddel for papir- og tekstilmasse eller i vanndesinfeksjon..

Natriumhypokloritt brukes i visse medisinske preparater som et antiseptisk middel og soppdrepende middel..

Karbonat og bikarbonat

Natriumkarbonat brukes til fremstilling av glass, vaskemidler og rengjøringsmidler. Natriumkarbonatmonohydrat brukes i fotografering som en utviklerkomponent.

Natron er en kilde til karbondioksid. Av denne grunn brukes den i bakepulver, i salter og brusende drikke og også i tørre kjemiske brannslokkingsapparater. Den brukes også i garvning og ullforberedelsesprosessen.

Natriumbikarbonat er en alkalisk forbindelse som brukes i medisinsk behandling av magesyke og urinsyre.

Sulfat

Den brukes til fremstilling av kraftpapir, papp, glass og vaskemidler. Natriumtiosulfat brukes i fotografering for å korrigere negativer og utviklede utskrifter..

Hydroksid

Ofte kalt kaustisk brus eller lut, det brukes i nøytralisering av syrer i petroleumsraffinering. Reagerer med fettsyrer når du lager såpe. I tillegg brukes den til behandling av cellulose.

Nitrat

Den brukes som gjødsel som gir nitrogen, og er en komponent av dynamitt.

Referanser

  1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
  2. Natrium. (2019). Natrium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
  3. Nasjonalt senter for bioteknologisk informasjon. (2019). Natrium. PubChem-database. CID = 5360545. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Ganong, W. F. (2003). Medical Physiology 19. utgave. Redaksjonell The Modern Manual.
  5. Wikipedia. (2019). Natrium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
  6. Presidenten og stipendiatene ved Harvard College. (2019). Salt og natrium. Gjenopprettet fra: hsph.harvard.edu
  7. Redaksjonen av Encyclopaedia Britannica. (7. juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.