NATRIUM: HISTORIE, STRUKTUR, EGENSKAPER, RISIKO OG BRUK - KJEMI - 2026

Den natrium er et alkali-metall fra gruppe 1 i det periodiske system. Dets atomnummer er 11 og det er representert med det kjemiske symbolet Na. Det er et lett metall, mindre tett enn vann, sølvhvitt i fargen som blir grått når det utsettes for luft; det er grunnen til at det lagres i parafiner eller edle gasser.

I tillegg er det et mykt metall som kan skjæres med kniv og blir sprøtt ved lave temperaturer. Reagerer eksplosivt med vann for å danne natriumhydroksyd og hydrogengass; Den reagerer også med fuktig luft og med fuktigheten til 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

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

Analysen av spektrene til lyset som kommer fra stjernene har gjort det mulig å oppdage deres tilstedeværelse i dem, inkludert solen. Dessuten har deres tilstedeværelse i meteoritter blitt bestemt.

Sodium er en god termisk og elektrisk leder, i tillegg til at den har en god varmeopptakskapasitet. Den opplever det fotoelektriske fenomenet, det vil si at det er i stand til å sende ut elektroner når det blir opplyst. Når det brennes, avgir flammen et intenst gult lys.

Smeltet natrium fungerer som et varmeoverføringsmiddel, og det er derfor det brukes som kjølevæske i visse kjernereaktorer. Det brukes også som metallavoksiseringsmiddel og reduksjonsmiddel, og det er derfor det har blitt brukt til rensing av overgangsmetaller, for eksempel titan og zirkonium.

Sodium er den viktigste bidragsyteren til osmolariteten i det ekstracellulære rommet og volumet. På samme måte er det ansvarlig for generering av handlingspotensialer i spennende celler og oppstart av muskelkontraksjon.

For stort inntak av natrium kan forårsake: hjerte- og karsykdommer, økt risiko for slag, osteoporose på grunn av mobilisering av kalsium i bena og nyreskader.

Historie

Mennesket har brukt natriumforbindelser siden antikken, spesielt natriumklorid (vanlig salt) og natriumkarbonat. Viktigheten av salt er påvist ved bruk av det latinske ordet "salarium", for å indikere en del salt som soldatene fikk 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 natriumhydroksyd. Davy isolerte også kalium, på et tidspunkt da natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd ble sett på som elementære stoffer og kalt faste alkalier.

Davy skrev i et brev til en venn: “Jeg dekomponerte og komponerte de faste alkaliene og oppdaget at basene deres var to nye veldig brennbare stoffer som ligner metaller; men den ene av dem er mer brannfarlig 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 navngi natrium. Dette ordet kommer fra det egyptiske 'natron'-navnet som ble brukt for 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 terninger, med en plassert i sentrum og hver med åtte naboer.

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

Den resulterende metalliske bindingen er imidlertid ganske svak og kan forklares ut fra den elektroniske konfigurasjonen:

3s ¹

Elektronene i det lukkede skallet deltar ikke (i alle fall under normale forhold) i den metalliske bindingen; men elektronet i 3s-bane. Na-atomer overlapper deres 3-talls orbitaler for å skape et valensbånd; og 3p, tomt, et ledningsbånd.

Dette 3-båndet, som er halvfullt, så vel som på grunn av den lave tettheten av krystallen, gjør styrken, styrt av "havet av elektroner", 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 trykkøkning; mens det er oppvarmet, er det lite sannsynlig at det blir faseoverganger på grunn av det lave smeltepunktet.

Når faseovergangene starter, endres metallets egenskaper. For eksempel genererer den første overgangen en ansiktssentrert kubikk (fcc) struktur. Dermed blir den sparsomme strukturen bcc komprimert til fcc når det metalliske natrium presses.

Dette kan ikke gi noen nevneverdig endring i egenskapene til natrium annet enn dens densitet. Når trykket er veldig høyt, blir imidlertid allotropene (ikke polymorfe fordi de er et rent metall) overraskende isolatorer og elektrider; det vil si at til og med elektronene er festet i krystallen som anioner og sirkulerer ikke fritt.

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

Oksidasjonsnummer

Gitt 3-talls valensbane, når natrium mister det eneste elektronet, omdannes det raskt til Na ⁺ -kation , som er isoelektronisk til neon. Det vil si at både Na ⁺ og Ne har samme antall elektroner. Hvis tilstedeværelsen av Na ⁺ i forbindelsen antas , sies oksidasjonsnummeret å være +1.

Mens det motsatte skjer, det vil si at natrium får et elektron, er dens resulterende elektronkonfigurasjon 3s ² ; nå er det isoelektronisk med magnesium, som er Na-anionen ^- kalt natrium. Hvis tilstedeværelsen av Na ^- i forbindelsen antas , vil natrium ha et oksidasjonsnummer på -1.

Egenskaper

En etyløsning av natriumkloridforbrenning for å manifestere den karakteristiske gule fargen på flammen for dette metallet. Kilde: Der Messer

Fysisk beskrivelse

Myk, smidig, formbar lettmetall.

Atomvekt

22,989 g / mol.

Farge

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

Kokepunkt

880 ° C.

Smeltepunkt

97,82 ºC (nesten 98 ºC).

tetthet

Ved romtemperatur: 0,968 g / cm ³ .

I flytende tilstand (smeltepunkt): 0,927 g / cm ³ .

løselighet

Uoppløselig i benzen, parafin og nafta. Det løses opp i flytende ammoniakk, og gir en blåfarget løsning. Det løses opp i kvikksølv og danner et amalgam.

Damptrykk

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

dekomponering

Den dekomponeres voldsomt i vann og danner natriumhydroksyd og hydrogen.

Selvantennelsestemperatur

120-125 ° C.

viskositet

0,680 cP ved 100 ° C

Overflatespenning

192 dyner / cm ved smeltepunkt.

Brytningsindeks

4.22.

elektro

0,93 på Pauling-skalaen.

Ioniseringsenergi

Første ionisering: 495,8 kJ / mol.

Andre ionisering: 4.562 kJ / mol.

Tredje ionisering: 6 910,3 kJ / mol.

Atomradio

186.

Kovalent radius

166 ± 21.00.

Termisk ekspansjon

71 um (m · K) ved 26 ° C.

Termisk ledningsevne

132,3 W / m K på 293,15 K.

Elektrisk resistivitet

4,77 × 10 ^-8 Ωm ved 293 K

nomenklatur

Fordi natrium har et unikt oksidasjonsnummer på +1, forenkles navnene på forbindelsene, som styres av aksjenomenklaturen, ettersom dette tallet ikke er spesifisert i parentes og med romertall.

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

For eksempel er NaCl natriumklorid i henhold til stamnomenklaturen, og er natriumklorid (I) feil. Det kalles også natriummonoklorid, i henhold til den systematiske nomenklaturen; og natriumklorid, i henhold til tradisjonell nomenklatur. Imidlertid er det vanligste navnet bordsalt.

Biologisk rolle

Osmotisk komponent

Natrium har en ekstracellulær konsentrasjon på 140 mmol / l, idet den er i ionisk form (Na ⁺ ). For å opprettholde den elektroniske neutraliteten i det ekstracellulære rom, ledsages Na ⁺ av klorid (Cl ^- ) og bikarbonat (HCO ₃ ^- ) anioner , med konsentrasjoner på henholdsvis 105 mmol / L og 25 mmol / L.

Na ⁺ -kationen er den viktigste osmotiske komponenten og har det største bidraget til osmolariteten i det ekstracellulære kammeret, slik at det er en likhet med osmolaritet mellom det ekstracellulære og det intracellulære kammeret som garanterer integriteten til det intracellulære kammeret.

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

Det er to grunner til at dette ikke forekommer: a) Plasmamembranen er dårlig permeabel for Na ⁺ . b) eksistensen av Na ⁺ -K ⁺ -pumpen .

Pumpen er et enzymsystem i plasmamembranen som bruker energien i ATP for å fjerne tre Na ⁺ -atomer og innføre to K ⁺ -atomer .

I tillegg er det et sett med hormoner, inkludert aldosteron, som ved å fremme renal natriumreabsorpsjon garanterer opprettholdelse av den ekstracellulære natriumkonsentrasjonen til den riktige verdien. Antidiuretisk hormon hjelper med å opprettholde ekstracellulært volum.

Produksjon av handlingspotensialer

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

Celleinteriøret er negativt ladet i forhold til cellen utvendig under hvileforhold. Gitt en viss stimulans er det en økning i permeabiliteten av membranen for Na ⁺ og en liten mengde Na ⁺ -ioner kommer inn i cellen , noe som får cellens indre til å bli positivt ladet.

Dette er det som er kjent som et handlingspotensial, som kan spre seg gjennom en nevron og er måten informasjon reiser gjennom det.

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 eksiterbare celler og for igangsetting av muskelcellekontraksjon.

Hvor befinner det seg

jordskorpe

Sodium er det syvende mest tallrike elementet i jordskorpen, og representerer 2,8% av det. Natriumklorid er en del av mineralhalogen, som representerer 80% av de oppløste materialene i havet. Natriuminnholdet i havet er 1,05%.

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

Sjø og mineralhalogen

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

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

Saltavleiringer

Salt ekstraheres fra sine steinete avsetninger ved fragmentering av bergartene, etterfulgt av en prosess med rensing av saltet. Andre ganger føres vann i saltbeholderne for å løse det opp og danne en saltlake, som deretter pumpes til overflaten.

Salt oppnås fra sjøen i grunne kummer kjent som salinas, gjennom solinndamping. Saltet oppnådd på denne måten kalles laurbærsalt eller havsalt.

Downs celle

Natrium ble produsert ved en karbotermisk reduksjon av natriumkarbonat utført ved 1100C. For tiden produseres det ved elektrolyse av smeltet natriumklorid ved bruk av Downs-cellen.

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

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

Ved anoden (+) forekommer følgende oksidasjonsreaksjon:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Imens skjer ved katoden (-) følgende reduksjonsreaksjon:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

reaksjoner

Dannelse av oksider og hydroksyd

Den er veldig reaktiv i lufta avhengig av fuktigheten. Den reagerer og danner en film av natriumhydroksyd, som kan absorbere karbondioksid og til slutt danne natriumbikarbonat.

Det oksyderer i luft for å danne natrium-monoksyd (Na ₂ O). Mens natriumsuperoksyd (NaO ₂ ) tilberedes ved å varme opp metallisk natrium til 300 ºC med oksygen ved høyt trykk.

I flytende tilstand antenner den ved 125 ° C, og gir en irriterende hvit røyk, som er i stand til å produsere hoste. Den reagerer også kraftig med vann for å produsere natriumhydroksyd og hydrogengass, og får reaksjonen til å eksplodere. Denne reaksjonen er sterkt eksoterm.

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

Med halogenerte syrer

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

reduksjoner

Na reduserer oksydene i overgangsmetallene, og produserer de tilsvarende metaller ved å frigjøre dem fra oksygen. Natrium reagerer også med halogenidene i overgangsmetallene, og får fortrengningen av metaller til å danne natriumklorid og frigjøre metaller.

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

Med ammoniakk

Natrium reagerer med flytende ammoniakk ved lav temperatur og langsomt for dannelse av natriumamid (NaNH ₂ ) og hydrogen.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Flytende ammoniakk fungerer som et løsningsmiddel for reaksjon 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 H ₂

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

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Octan kan produseres ved dehalogenering av butanbromid med natrium.

Med metaller

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

Edelmetaller 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 sterkt med vann. Derfor kan kontakt med menneskelig vev belagt med vann forårsake alvorlig skade. Gir alvorlige forbrenninger ved kontakt med hud og øyne.

På samme måte kan det ved svelging føre til perforering av spiserøret og magen. Selv om disse skadene er alvorlige, er imidlertid bare en liten del av befolkningen utsatt for dem.

Den største skaden som natrium kan forårsake skyldes at det er for høyt 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 høyere mengde natrium i kostholdet, noe som gir en økning i plasma og blodkonsentrasjon av det.

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

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

applikasjoner

Metallisk natrium

Det brukes i metallurgi som et avoksydasjons- og reduksjonsmiddel ved fremstilling av kalsium, zirkonium, titan og andre metaller. For eksempel, det reduserer titantetraklorid (TiCl ₄ ) for å fremstille metallisk titan.

Smeltet natrium brukes som varmeoverføringsmiddel, og det er grunnen til at det brukes som kjølevæske i noen kjernereaktorer.

Det brukes som råstoff til 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 parfumsyntese.

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

Natriumdamplamper er bygget for offentlig belysning i byer. Disse gir en gul farge, lik den som observeres når natrium brennes i lightere.

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

forbindelser

klorid

Den brukes til å krydre og konservere mat. Elektrolysen av natriumklorid produserer natriumhypokloritt (NaOCl), brukt i rengjøring i husholdningen som klor. I tillegg brukes den som en industriell blekemiddel for papir og tekstilmasse eller til desinfeksjon av vann.

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

Karbonat og bikarbonat

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

Natron er en kilde til karbondioksid. Av denne grunn brukes det i bakepulver, i salter og brus og også i tørre kjemiske brannslukningsapparater. Det brukes også i prosessen med soling og klargjøring av ull.

Natriumbikarbonat er en alkalisk forbindelse som brukes i medisinsk behandling av mage- og urinhyperacitet.

sulfat

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

hydroksid

Vanligvis kalt kaustisk brus eller lut, brukes det i nøytralisering av syrer i petroleumraffinering. Reagerer med fettsyrer når du lager såpe. I tillegg brukes det i behandlingen av cellulose.

nitrat

Det 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 informasjon om bioteknologi. (2019). Natrium. PubChem-databasen. CID = 5360545. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganong, WF (2003). Medisinsk fysiologi 19. utgave. Redaksjonell El Manual Moderno.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
6. Presidenten og stipendiatene på Harvard College. (2019). Salt og natrium. Gjenopprettet fra: hsph.harvard.edu
7. Redaktørene av Encyclopaedia Britannica. (07. juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com