SODÍK: HISTÓRIA, ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, RIZIKÁ A POUŽITIA - CHÉMIA

Sodný je alkalický kov zo skupiny 1 periodickej tabuľky. Jeho atómové číslo je 11 a je predstavované chemickým symbolom Na. Je to ľahký kov, menej hustý ako voda, strieborno-biela farba, ktorá po vystavení vzduchu zmení farbu na sivú; preto sa uchováva v parafínoch alebo ušľachtilých plynoch.

Okrem toho je to mäkký kov, ktorý je možné rezať nožom a pri nízkych teplotách sa stáva krehkým. Výbušne reaguje s vodou za vzniku hydroxidu sodného a plynného vodíka; Reaguje tiež na vlhký vzduch a na vlhkosť holých rúk.

Kovový sodík je uložený vo fľaši a ponorený do oleja tak, aby nereagoval so vzduchom. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvkov

Tento kov sa nachádza v mineráloch horninovej soli, ako je halit (chlorid sodný), v soľankách a v mori. Chlorid sodný predstavuje 80% všetkých látok rozpustených v mori, obsah sodíka je 1,05%. Je to šiesty prvok v hojnosti zemskej kôry.

Analýza spektier svetla vychádzajúceho z hviezd umožnila zistiť ich prítomnosť v nich, vrátane Slnka. Rovnako bola stanovená ich prítomnosť v meteoritoch.

Sodík je dobrý tepelný a elektrický vodič a má tiež veľkú schopnosť absorbovať teplo. Zažíva fotoelektrický jav, to znamená, že je schopný emitovať elektróny, keď je osvetlený. Po spálení jeho plameň vydáva intenzívne žlté svetlo.

Roztavený sodík pôsobí ako činidlo na prenos tepla, a preto sa v niektorých jadrových reaktoroch používa ako chladivo. Používa sa tiež ako oxid uhličitý a redukčné činidlo, a preto sa používa pri čistení prechodných kovov, ako je titán a zirkón.

Sodík je hlavným prispievateľom k osmolarite extracelulárneho kompartmentu a jeho objemu. Rovnako je zodpovedný za vytváranie akčných potenciálov vo excitabilných bunkách a za začatie svalovej kontrakcie.

Nadmerný príjem sodíka môže spôsobiť: kardiovaskulárne ochorenia, zvýšené riziko mozgových príhod, osteoporózu v dôsledku mobilizácie kostného vápnika a poškodenie obličiek.

histórie

Človek používa už od pradávna zlúčeniny sodíka, najmä chlorid sodný (bežná soľ) a uhličitan sodný. Dôležitosť soli sa dokazuje použitím latinského slova „salárium“ na označenie časti soli, ktorú vojaci dostali v rámci platby.

V stredoveku sa používala sodná zlúčenina s latinským názvom „sodanum“, čo znamená bolesť hlavy.

V roku 1807 sir Humprey Davy izoloval sodík elektrolýzou hydroxidu sodného. Davy tiež izoloval draslík v čase, keď sa hydroxid sodný a hydroxid draselný považovali za elementárne látky a nazývali sa stabilnými zásadami.

Davy v liste priateľovi napísal: „Rozložil som a upravil som fixované alkálie a zistil som, že ich bázy sú dve nové vysoko horľavé látky podobné kovom; ale jeden z nich je horľavejší ako druhý a veľmi reaktívny. “

V roku 1814 Jöns Jakob vo svojom systéme chemických symbolov použil skratku Na pre latinské slovo „natrium“, aby pomenoval sodík. Toto slovo pochádza z egyptského názvu „natron“, ktorý sa používa na označenie uhličitanu sodného.

Štruktúra a elektrónová konfigurácia sodíka

Kovový sodík kryštalizuje do kubickej (bcc) štruktúry zameranej na telo. Preto sú jeho atómy Na umiestnené tak, že tvoria kocky, pričom jeden je umiestnený v strede a každý s ôsmimi susedmi.

Táto štruktúra sa vyznačuje tým, že je najmenej hustá zo všetkých, čo súhlasí s nízkou hustotou tohto kovu; tak nízka, že je spolu s lítiom a draslíkom jediné kovy, ktoré môžu vznášať sa v tekutej vode (samozrejme pred výbuchom). K tejto vlastnosti prispieva aj jej nízka atómová hmotnosť vzhľadom na objemový atómový polomer.

Výsledná kovová väzba je však dosť slabá a dá sa vysvetliť z elektronickej konfigurácie:

3s ¹

Elektróny v uzavretom obale sa nezúčastňujú (aspoň za normálnych podmienok) na kovovej väzbe; ale elektrón v 3s orbitálnej. Atómy Na sa prekrývajú so svojimi 3 orbitálmi, aby vytvorili valenčný pás; a 3p, prázdny, vodivý pás.

Toto 3s pásmo, ktoré je napoly plné a tiež z dôvodu nízkej hustoty kryštálu, spôsobuje, že sila riadená „morom elektrónov“ je slabá. V dôsledku toho sa kovový sodík môže rezať kovom a topí sa iba pri 98 ° C.

Fázové prechody

Kryštál sodný môže podliehať zmenám v jeho štruktúre, keď dochádza k zvýšeniu tlaku; keď je zahrievaný, je nepravdepodobné, že by prešiel kvôli fázam s nízkou teplotou topenia.

Akonáhle fázové prechody začnú, vlastnosti kovu sa zmenia. Napríklad prvý prechod generuje kubickú (fcc) štruktúru zameranú na tvár. Teda riedka štruktúra bcc je stlačená na fcc, keď je kovový sodík stlačený.

Nemusí to spôsobiť výraznú zmenu vlastností sodíka okrem jeho hustoty. Avšak, keď sú tlaky veľmi vysoké, alotrópy (nie polymorfné, pretože sú to čisté kovy) sa prekvapivo stanú izolátormi a elektridmi; to znamená, že aj elektróny sú fixované v kryštáli ako anióny a necirkulujú voľne.

Okrem vyššie uvedeného sa menia aj ich farby; sodík prestane byť sivý, načervenalý alebo dokonca priehľadný, keď sa zvyšujú prevádzkové tlaky.

Oxidačné čísla

Vzhľadom na to, že sodík stráca svoj jediný elektrón, 3-valenčný orbitál sa rýchlo transformuje na katión Na ⁺ , ktorý je izoelektronický na neón. To znamená, že Na ⁺ aj Ne majú rovnaký počet elektrónov. Ak sa predpokladá prítomnosť Na ⁺ v zlúčenine, potom sa uvádza, že jej oxidačné číslo je +1.

Keďže ak sa stane opak, to znamená, že sodík získava elektrón, jeho výsledná konfigurácia elektrónov je 3s ² ; teraz je isoelectronic s horčíkom, pričom sodná anión ^- tzv sodného. Ak sa predpokladá prítomnosť Na ^- v zlúčenine, potom bude mať sodík oxidačné číslo -1.

vlastnosti

Etylový roztok chloridu sodného horiaci na prejavenie charakteristickej žltej farby plameňa pre tento kov. Zdroj: Der Messer

Fyzický popis

Mäkký, ťažný, tvárny ľahký kov.

Atómová hmotnosť

22,989 g / mol.

farba

Sodík je ľahký strieborný kov. Leskne, keď je čerstvo nakrájané, ale stráca lesk pri kontakte so vzduchom a stáva sa nepriehľadným. Mäkký pri teplote, ale dosť tvrdý pri -20 ° C.

Bod varu

880 ° C

Bod topenia

97,82 ° C (takmer 98 ° C).

Hustota

Pri izbovej teplote: 0,968 g / cm ³ .

V kvapalnom stave (teplota topenia): 0,927 g / cm ³ .

rozpustnosť

Nerozpustný v benzéne, petroleji a benzíne. Rozpúšťa sa v tekutom amoniaku, čím sa získa modrý roztok. Rozpúšťa sa v ortuti a vytvára amalgám.

Tlak vodnej pary

Teplota 802 K: 1 kPa; to znamená, že tlak pary je značne nízky aj pri vysokých teplotách.

rozklad

Prudko sa rozkladá vo vode a tvorí hydroxid sodný a vodík.

Teplota samovznietenia

120 až 125 ° C.

Viskozita

0,680 cP pri 100 ° C

Povrchové napätie

192 dyn / cm pri teplote topenia.

Index lomu

4.22.

electronegativity

0,93 na Paulingovej stupnici.

Ionizačná energia

Prvá ionizácia: 495,8 kJ / mol.

Druhá ionizácia: 4 562 kJ / mol.

Tretia ionizácia: 6 910,3 kJ / mol.

Atómové rádio

186 hodín.

Kovalentný polomer

166 ± 9 pm.

Tepelná rozťažnosť

71 um (m · K) pri 26 ° C

Tepelná vodivosť

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

Elektrický odpor

4,77 × 10 ^-8 Ωm pri 293 K.

názvoslovie

Pretože sodík má jedinečné oxidačné číslo +1, názvy jeho zlúčenín, ktoré sa riadia nomenklatúrou zásob, sa zjednodušujú, pretože toto číslo nie je uvedené v zátvorkách a rímskymi číslicami.

Rovnako ich názvy podľa tradičnej nomenklatúry sa končia príponou -ico.

Napríklad NaCl je chlorid sodný podľa nomenklatúry zásob, pričom je chlorid sodný (I) chybný. Podľa systematickej nomenklatúry sa nazýva aj chlorid sodný; a chlorid sodný podľa tradičnej nomenklatúry. Najbežnejším názvom je však soľ.

Biologická úloha

Osmotická zložka

Sodík má extracelulárnu koncentráciu 140 mmol / l, ktorá je v iónovej forme (Na ⁺ ). Pre zachovanie elektroneutrality extracelulárnej, Na ⁺ je sprevádzaný chloridu (Cl ^- ) a bikarbonátu (HCO ₃^- ) anióny , s koncentráciou 105 mmol / l a 25 mmol / l, resp.

Katión Na ⁺ je hlavnou osmotickou zložkou a má najväčší príspevok k osmolarite extracelulárneho kompartmentu, takže je rovnaká osmolarita medzi extracelulárnym a intracelulárnym kompartmentom, ktorá zaručuje integritu intracelulárneho kompartmentu.

Na druhej strane intracelulárna koncentrácia Na ⁺ je 15 mmol / L. Takže: Prečo nie sú vyrovnávané extracelulárne a intracelulárne koncentrácie Na ⁺ ?

K tomu nedochádza z dvoch dôvodov: a) plazmatická membrána je slabo priepustná pre Na ⁺ . b) existencia Na ⁺ -K ⁺ pumpy .

Pumpa je enzymatický systém v plazmatickej membráne, ktorý využíva energiu obsiahnutú v ATP na odstránenie troch atómov Na ⁺ a zavedenie dvoch atómov K ⁺ .

Okrem toho existuje skupina hormónov vrátane aldosterónu, ktoré podporovaním reabsorpcie sodíka v obličkách zaručujú udržanie extracelulárnej koncentrácie sodíka na svojej správnej hodnote. Antidiuretický hormón pomáha udržiavať extracelulárny objem.

Výroba akčných potenciálov

Excitabilné bunky (neuróny a svalové bunky) sú bunky, ktoré reagujú na vhodný stimul vytváraním akčného potenciálu alebo nervového impulzu. Tieto bunky udržiavajú rozdiel napätia na plazmovej membráne.

Vnútro bunky je záporne nabité vo vzťahu k vonkajšku bunky za pokojových podmienok. Pri určitom stimulu dochádza k zvýšeniu priepustnosti membrány na Na ⁺ a malé množstvo Na ⁺ iónov vstupuje do bunky , čo spôsobuje kladné nabitie vnútrajšku bunky.

Vyššie uvedené je to, čo je známe ako akčný potenciál, ktorý sa môže šíriť v celom neuróne a je cestou, ktorou cez neho prechádzajú informácie.

Keď akčný potenciál dosiahne svalové bunky, stimuluje ich, aby sa sťahovali prostredníctvom viac či menej zložitých mechanizmov.

Stručne povedané, sodík je zodpovedný za tvorbu akčných potenciálov vo excitabilných bunkách a za začatie kontrakcie svalových buniek.

Kde sa to nachádza

Zemská kôra

Sodík je siedmym najhojnejším prvkom zemskej kôry, ktorý predstavuje 2,8%. Chlorid sodný je súčasťou minerálneho halitu, ktorý predstavuje 80% rozpustených látok v mori. Obsah sodíka v mori je 1,05%.

Sodík je veľmi reaktívny prvok, a preto sa nenachádza v jeho natívnej alebo elementárnej forme. Nachádza sa v rozpustných mineráloch, ako je halit, alebo v nerozpustných mineráloch, ako je kryolit (fluorid hlinito-sodný).

More a minerálny halit

Mŕtve more sa vo všeobecnosti vyznačuje veľmi vysokou koncentráciou rôznych solí a minerálov, najmä chloridu sodného. Veľké soľné jazero v Spojených štátoch má tiež vysokú koncentráciu sodíka.

Chlorid sodný sa nachádza takmer v minerálnom halite, ktorý je prítomný v mori a v horninách, takmer čistý. Hornina alebo minerálna soľ je menej čistá ako halit, vyskytuje sa v ložiskách nerastov vo Veľkej Británii, Francúzsku, Nemecku, Číne a Rusku.

Vklady solí

Soľ sa extrahuje zo svojich skalnatých ložísk fragmentáciou hornín, po ktorej nasleduje proces čistenia soli. Inokedy sa do soľných nádrží zavádza voda na jej rozpustenie a vytvorenie soľanky, ktorá sa potom čerpá na povrch.

Soľ sa získava z mora v plytkých kotlinách známych ako saliny, solárnym odparením. Takto získaná soľ sa nazýva zálivová soľ alebo morská soľ.

Downs cell

Sodík sa vyrobil karbotermickou redukciou uhličitanu sodného, ktorá sa uskutočňovala pri 1100 ° C. V súčasnosti sa vyrába elektrolýzou roztaveného chloridu sodného s použitím Downsovej bunky.

Pretože však roztavený chlorid sodný má teplotu topenia ~ 800 ° C, pridá sa chlorid vápenatý alebo uhličitan sodný na zníženie teploty topenia na 600 ° C.

V dolnej komore je katóda vyrobená zo železa kruhového tvaru okolo uhlíkovej anódy. Produkty elektrolýzy sú oddelené oceľovým pletivom, aby sa zabránilo kontaktu elektrolytických produktov: elementárny sodík a chlór.

Na anóde (+) nastáva nasledujúca oxidačná reakcia:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Medzitým na katóde (-) nastane nasledujúca redukčná reakcia:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

reakcie

Tvorba oxidov a hydroxidov

Je veľmi reaktívny na vzduchu v závislosti od jeho vlhkosti. Reaguje a vytvára film hydroxidu sodného, ktorý môže absorbovať oxid uhličitý a prípadne tvoriť hydrogenuhličitan sodný.

To oxiduje na vzduchu za vzniku uhoľnatý sodný (Na ₂ O). Kým superoxid sodného (NAO ₂ ) sa pripraví zahrievaním kovového sodíka do 300 ° C s kyslíkom pri vysokom tlaku.

V kvapalnom stave sa vznieti pri 125 ° C a vytvára dráždivý biely dym, ktorý je schopný spôsobiť kašeľ. Rázne tiež reaguje s vodou za vzniku hydroxidu sodného a plynného vodíka, čo vedie k výbuchu reakcie. Táto reakcia je silne exotermická.

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

S halogénovanými kyselinami

Halogénované kyseliny, ako je kyselina chlorovodíková, reagujú so sodíkom za vzniku zodpovedajúcich halogenidov. Medzitým jeho reakcia s kyselinou dusičnou vytvára dusičnan sodný; a pomocou kyseliny sírovej vytvára síran sodný.

zníženie

Na redukuje oxidy prechodných kovov a vytvára zodpovedajúce kovy ich uvoľňovaním z kyslíka. Sodík tiež reaguje s halogenidmi prechodných kovov, čo spôsobuje vytesnenie kovov za vzniku chloridu sodného a uvoľňovanie kovov.

Táto reakcia slúži na získanie prechodných kovov, vrátane titánu a tantalu.

S amoniakom

Reaguje sodného s kvapalným amoniakom pri nízkej teplote a pomaly sa k vytvoreniu natriumamidu (Nanha ₂ ) a vodíka.

Na + NH ₃ → Nanha ₂ + 1/2 H ₂

Kvapalný amoniak slúži ako rozpúšťadlo na reakciu sodíka s rôznymi kovmi, vrátane arzénu, telúru, antimónu a bizmutu.

organický

Reakcie s alkoholmi za vzniku alkoholov alebo alkoxidov:

Na + ROH → Rona + 1/2 H ₂

To vedie k dehalogenácii organických zlúčenín, čo vedie k zdvojnásobeniu počtu uhlíkov zlúčeniny:

2 Na + 2 RCI → RR + 2 NaCl

Oktán sa môže vyrábať dehalogenáciou butánbromidu sodíkom.

S kovmi

Sodík môže reagovať s inými alkalickými kovmi za vzniku eutektika: zliatina, ktorá sa tvorí pri nižších teplotách ako jej zložky; napríklad NaK, ktorý má percento K 78%. Aj sodík tvorí zliatiny s berýlom s malým percentuálnym obsahom berylia.

Drahé kovy ako zlato, striebro, platina, paládium a irídium, ako aj biele kovy, ako je olovo, cín a antimón, tvoria zliatiny s tekutým sodíkom.

riziká

Je to kov, ktorý silne reaguje s vodou. Preto pri kontakte s ľudským tkanivom potiahnutým vodou môže spôsobiť vážne poškodenie. Pri kontakte s pokožkou a očami spôsobuje vážne popáleniny.

Podobne po požití môže spôsobiť perforáciu pažeráka a žalúdka. Aj keď sú tieto zranenia vážne, vystavuje sa im iba malá časť populácie.

Najväčšie poškodenie, ktoré môže spôsobiť sodík, je spôsobené jeho nadmerným príjmom v potravinách alebo nápojoch vyrábaných ľuďmi.

Ľudské telo potrebuje príjem sodíka 500 mg / deň, aby plnilo svoju úlohu pri nervovom vedení a svalovej kontrakcii.

Zvyčajne sa však v strave prijíma väčšie množstvo sodíka, čo spôsobuje zvýšenie plazmy a koncentrácie v krvi.

To môže spôsobiť vysoký krvný tlak, kardiovaskulárne ochorenia a mozgové príhody.

Hypernatrémia je tiež spojená s tvorbou osteoporózy indukovaním odtoku vápnika z kostného tkaniva. Obličky majú problémy s udržiavaním normálnej koncentrácie sodíka v plazme napriek nadmernému príjmu, čo môže viesť k poškodeniu obličiek.

aplikácia

Kovový sodík

Používa sa v metalurgii ako deoxidačné a redukčné činidlo pri príprave vápnika, zirkónia, titánu a ďalších kovov. Napríklad, znižuje chloridu titaničitého (TiCl ₄ ), na výrobu kovového titánu.

Roztavený sodík sa používa ako činidlo na prenos tepla, a preto sa v niektorých jadrových reaktoroch používa ako chladivo.

Používa sa ako surovina pri výrobe laurylsulfátu sodného, hlavnej zložky v syntetickom detergente. Podieľa sa tiež na výrobe polymérov, ako je nylon a zlúčenín, ako je kyanid a peroxid sodný. Tiež pri výrobe farbív a syntéze parfémov.

Sodík sa používa na čistenie uhľovodíkov a na polymerizáciu nerozpustných uhľovodíkov. Používa sa tiež pri mnohých organických redukciách. Rozpúšťa sa v tekutom amoniaku a používa sa na redukciu alkínov na transalkén.

Sódne výbojky sú vyrobené pre verejné osvetlenie v mestách. Poskytujú žltú farbu, ktorá je podobná farbe pozorovanej pri spaľovaní sodíka v zapaľovačoch.

Sodík pôsobí ako sušidlo, ktoré poskytuje modrú farbu v prítomnosti benzofenónu, čo naznačuje, že produkt v procese sušenia dosiahol požadované sušenie.

zlúčeniny

chlorid

Používa sa na ochutenie a konzervovanie potravín. Elektrolýzou chloridu sodného vzniká chlórnan sodný (NaOCl), ktorý sa používa pri čistení domácnosti ako chlór. Okrem toho sa používa ako priemyselné bielidlo na papierovú a textilnú buničinu alebo na dezinfekciu vody.

Chlornan sodný sa v niektorých liečivých prípravkoch používa ako antiseptikum a fungicíd.

Uhličitan a hydrogenuhličitan

Uhličitan sodný sa používa na výrobu pohárov, čistiacich prostriedkov a čistiacich prostriedkov. Monohydrát uhličitanu sodného sa používa vo fotografii ako vývojová zložka.

Jedlá sóda je zdrojom oxidu uhličitého. Z tohto dôvodu sa používa v práškoch do pečiva, v soliach a šumivých nápojoch a tiež v suchých chemických hasiacich prístrojoch. Používa sa tiež pri procese činenia a prípravy vlny.

Hydrogenuhličitan sodný je alkalická zlúčenina, ktorá sa používa na liečenie žalúdočnej a močovej hyperacidity.

síran

Používa sa pri výrobe sulfátového papiera, kartónu, skla a čistiacich prostriedkov. Tiosíran sodný sa používa vo fotografii na korekciu negatívov a vyvinutých výtlačkov.

hydroxid

Bežne sa nazýva lúh sodný alebo lúh. Používa sa pri neutralizácii kyselín pri rafinácii ropy. Reaguje s mastnými kyselinami pri výrobe mydla. Okrem toho sa používa na ošetrenie celulózy.

dusičnan

Používa sa ako hnojivo, ktoré dodáva dusík ako súčasť dynamitu.

Referencie

Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). Mc Graw Hill.
Sodného. (2019). Sodného. Obnovené z: en.wikipedia.org
Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Sodného. PubChem Database. CID = 5360545. Získané z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Ganong, WF (2003). Medical Physiology 19. vydanie. Editorial El Manual Moderno.
Wikipedia. (2019). Sodného. Obnovené z: en.wikipedia.org
Predseda a kolegovia z Harvard College. (2019). Soľ a sodík. Získané z: hsph.harvard.edu
Editori encyklopédie Britannica. (7. júna 2019). Sodného. Encyclopædia Britannica. Získané z: britannica.com

SODÍK: HISTÓRIA, ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, RIZIKÁ A POUŽITIA - CHÉMIA - 2026