NATRIUM: HISTORIA, STRUKTUR, EGENSKAPER, RISKER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI

Den natrium är en alkalimetall från grupp 1 i det periodiska systemet. Dess atomnummer är 11 och det representeras av den kemiska symbolen Na. Det är en lättmetall, mindre tät än vatten, silvervit i färg som blir grå när den utsätts för luft; det är därför det förvaras i paraffiner eller ädla gaser.

Dessutom är det en mjuk metall som kan skäras med en kniv och blir spröd vid låga temperaturer. Reagerar explosivt med vatten för att bilda natriumhydroxid och vätgas; Den reagerar också med fuktig luft och med fuktigheten i bara händer.

Metalliskt natrium lagrat i en flaska och nedsänkt i olja så att det inte reagerar med luft. Källa: Hi-Res Images of Chemical Elements

Denna metall finns i bergsaltmineraler som halit (natriumklorid), i saltlake och i havet. Natriumklorid representerar 80% av alla material löst i havet, natrium med en mängd av 1,05%. Det är det sjätte elementet i överflöd i jordskorpan.

Analysen av spektra i ljuset som kommer från stjärnorna har gjort det möjligt att upptäcka deras närvaro i dem, inklusive solen. På samma sätt har deras närvaro i meteoriter fastställts.

Natrium är en bra termisk och elektrisk ledare, samt har en stor värmeabsorptionskapacitet. Den upplever det fotoelektriska fenomenet, det vill säga att det kan sända ut elektroner när det är upplyst. När det är bränt avger dess låga ett intensivt gult ljus.

Smält natrium fungerar som ett värmeöverföringsmedel, varför det används som kylmedel i vissa kärnreaktorer. Det används också som metalldeoxidizer och reducerare, varför det har använts för rening av övergångsmetaller, såsom titan och zirkonium.

Natrium är den främsta bidragaren till osmolariteten i det extracellulära facket och dess volym. På samma sätt är det ansvaret för generering av handlingspotentialer i exciterbara celler och initiering av muskelkontraktion.

Överdriven natriumintag kan orsaka: hjärt-kärlsjukdomar, ökad risk för stroke, osteoporos på grund av mobilisering av benkalcium och njurskador.

Historia

Människan har använt natriumföreningar sedan antiken, särskilt natriumklorid (vanligt salt) och natriumkarbonat. Betydelsen av salt framgår av användningen av det latinska ordet "salarium" för att indikera en del salt som soldaterna fick som en del av betalningen.

Under medeltiden användes en natriumförening med det latinska namnet "sodanum", vilket betydde huvudvärk.

År 1807 isolerade Sir Humprey Davy natrium genom elektrolys av natriumhydroxid. Davy isolerade också kalium, vid en tidpunkt då natriumhydroxid och kaliumhydroxid betraktades som elementära ämnen och kallades fixerade alkalier.

Davy skrev i ett brev till en vän: ”Jag sönderdelades och komponerade de fasta alkalierna och upptäckte att deras baser var två nya mycket brandfarliga ämnen som liknar metaller; men en av dem är mer brandfarlig än den andra och mycket reaktiv ”.

1814 använde Jöns Jakob i sitt system för kemiska symboler förkortningen Na för det latinska ordet 'natrium' för att namnge natrium. Detta ord kommer från det egyptiska "natron" -namnet som används för att referera till natriumkarbonat.

Struktur och elektronkonfiguration av natrium

Metalliskt natrium kristalliseras till en kropps-centrerad kubisk (bcc) struktur. Därför är dess Na-atomer positionerade för att bilda kuber, med en belägen i mitten och var och en med åtta grannar.

Denna struktur kännetecknas av att vara den minst täta av alla, vilket överensstämmer med den låga densiteten för denna metall; så låg att det är tillsammans med litium och kalium, de enda metallerna som kan flyta i flytande vatten (naturligtvis innan de exploderar). Dess låga atommassa, i förhållande till dess volymiska atomradie, bidrar också till denna egenskap.

Den resulterande metalliska bindningen är emellertid ganska svag och kan förklaras från den elektroniska konfigurationen:

3s ¹

Elektronerna i det slutna skalet deltar inte (åtminstone under normala förhållanden) i den metalliska bindningen; men elektronen i 3-talets kretslopp. Na-atomer överlappar sina 3-talsbana för att skapa ett valensband; och 3p, tomt, ett ledningsband.

Detta 3-talsband, som är halvfullt, såväl som på grund av den låga tätheten av kristallen, gör kraften, styrd av "havet av elektroner", svag. Följaktligen kan metalliskt natrium skäras med en metall och smälter endast vid 98 ° C.

Fasövergångar

Natriumkristallen kan genomgå förändringar i sin struktur när de upplever tryckökningar; under uppvärmning är det osannolikt att det kommer att genomgå fasövergångar på grund av dess låga smältpunkt.

När fasövergångarna börjar ändras metallens egenskaper. Till exempel genererar den första övergången en ansiktscentrerad kubisk (fcc) struktur. Således kompakteras den glesa strukturen bcc till fcc när det metalliska natriumet pressas.

Detta kanske inte ger någon märkbar förändring i egenskaperna hos natrium, annat än i densiteten. När trycket är mycket höga blir emellertid allotroperna (inte polymorfa eftersom de är en ren metall) överraskande isolatorer och elektrider; det vill säga till och med elektronerna fixeras i kristallen som anjoner och cirkulerar inte fritt.

Förutom ovanstående ändras deras färger också; natrium slutar att bli gråaktig för att bli mörk, rödaktig eller till och med transparent, när driftstrycket ökar.

Oxidationsnummer

Med tanke på 3-talets valensbana, när natrium förlorar sin enda elektron, förvandlas det snabbt till Na ⁺ -katjonen , som är isoelektronisk till neon. Det vill säga både Na ⁺ och Ne har samma antal elektroner. Om närvaron av Na ⁺ i föreningen antas , sägs dess oxidationsnummer vara +1.

Medan motsatsen händer, det vill säga natrium som får en elektron, är dess resulterande elektronkonfiguration 3s ² . nu är det isoelektroniskt med magnesium, som är Na-anjonen ^- kallad natrium. Om närvaron av Na ^- i föreningen antas har natrium ett oxidationsantal på -1.

Egenskaper

En etyllösning av natriumkloridförbränning för att manifestera den karakteristiska gula färgen på lågan för denna metall. Källa: Der Messer

Fysisk beskrivning

Mjuk, mjuk, formbar lättmetall.

Atomvikt

22,989 g / mol.

Färg

Natrium är en lätt silvrig metall. Blankt när det är nyskuret men tappar glans när det sätts i kontakt med luft och blir ogenomskinligt. Mjuk vid temperatur, men ganska hård vid -20 ºC.

Kokpunkt

880 ° C

Smältpunkt

97,82 ºC (nästan 98 ºC).

Densitet

Vid rumstemperatur: 0,968 g / cm ^{^} .

I flytande tillstånd (smältpunkt): 0,927 g / cm ³ .

löslighet

Olöslig i bensen, fotogen och nafta. Det upplöses i flytande ammoniak, vilket ger en blå färgad lösning. Det upplöses i kvicksilver och bildar ett amalgam.

Ångtryck

Temperatur 802 K: 1 kPa; dvs dess ångtryck är avsevärt lågt även vid höga temperaturer.

Sönderfall

Den sönderdelas våldsamt i vatten och bildar natriumhydroxid och väte.

Automatisk tändningstemperatur

120-125 ° C

Viskositet

0,680 cP vid 100 ° C

Ytspänning

192 dyn / cm vid smältpunkten.

Brytningsindex

4,22.

Elektronnegativitet

0,93 på Pauling-skalan.

Joniseringsenergi

Första jonisering: 495,8 kJ / mol.

Andra jonisering: 4562 kJ / mol.

Tredje jonisering: 6 910,3 kJ / mol.

Atomradio

186.

Kovalent radie

166 ± 21:00.

Termisk expansion

71 um (m · K) vid 26 ° C

Värmeledningsförmåga

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

Elektrisk resistans

4,77 x 10 ^-8 Qm vid 293 K.

Nomenklatur

Eftersom natrium har ett unikt oxidationsnummer på +1 förenklas namnen på dess föreningar, som regleras av stamnomenklaturen, eftersom detta nummer inte anges i parenteser och med romerska siffror.

På samma sätt slutar deras namn enligt traditionell nomenklatur alla med suffixet -ico.

Till exempel är NaCl natriumklorid enligt stamnomenklaturen, eftersom natriumklorid (I) är felaktig. Det kallas också natriummonoklorid enligt den systematiska nomenklaturen; och natriumklorid, enligt traditionell nomenklatur. Men det vanligaste namnet är bordsalt.

Biologisk roll

Osmotisk komponent

Natrium har en extracellulär koncentration av 140 mmol / L, i jonform (Na ⁺ ). För att upprätthålla det elektroncellutralitet i det extracellulära facket åtföljs Na ⁺ av klorid (Cl ^- ) och bikarbonat (HCO ₃^- ) anjoner , med koncentrationer av 105 mmol / L respektive 25 mmol / L.

Na ⁺ -katjonen är den huvudsakliga osmotiska komponenten och har det största bidraget till osmolariteten i det extracellulära facket, så att det finns en jämlikhet mellan osmolaritet mellan de extracellulära och intracellulära facken som garanterar integriteten i det intracellulära facket.

Å andra sidan är den intracellulära koncentrationen av Na ⁺ 15 mmol / L. Så: Varför utjämnas de extra och intracellulära Na ⁺ -koncentrationerna inte ?

Det finns två skäl till att detta inte inträffar: a) Plasmamembranet är dåligt permeabelt för Na ⁺ . b) förekomsten av Na ⁺ -K ⁺ -pumpen .

Pumpen är ett enzymatiskt system i plasmamembranet som använder energin i ATP för att ta bort tre Na ⁺ -atomer och införa två K ⁺ -atomer .

Dessutom finns det en uppsättning hormoner, inklusive aldosteron, som genom att främja renal natriumreabsorption garanterar upprätthållandet av den extracellulära natriumkoncentrationen till dess lämpliga värde. Antidiuretiskt hormon hjälper till att upprätthålla extracellulär volym.

Produktion av handlingspotentialer

Excitativa celler (nervceller och muskelceller) är de som svarar på en lämplig stimulans med bildande av en handlingspotential eller nervimpuls. Dessa celler upprätthåller en spänningsskillnad över plasmamembranet.

Cellens inre är negativt laddad relativt cellens yttre under viloförhållanden. Med en viss stimulans är det en ökning av membranets permeabilitet för Na ⁺ och en liten mängd Na ⁺ -joner kommer in i cellen , vilket gör att cellens inre blir positivt laddad.

Detta är vad som kallas en handlingspotential, som kan spridas över en neuron och är hur information reser genom den.

När handlingspotentialen når muskelceller stimulerar det dem att dra sig samman genom mer eller mindre komplexa mekanismer.

Sammanfattningsvis är natrium ansvarigt för produktionen av handlingspotentialer i exciterbara celler och för initiering av muskelcellsammandragning.

Var ligger den

jordskorpa

Natrium är det sjunde vanligaste elementet i jordskorpan, vilket representerar 2,8% av det. Natriumklorid är en del av mineralhaliten, som representerar 80% av de upplösta materialen i havet. Havets natriumhalt är 1,05%.

Natrium är ett mycket reaktivt element, varför det inte finns i dess ursprungliga eller elementära form. Det finns i lösliga mineraler som halit eller olösliga mineraler som kryolit (en natriumaluminiumfluorid).

Hav och mineralhalit

Förutom havet i allmänhet kännetecknas Döda havet av att ha en mycket hög koncentration av olika salter och mineraler, särskilt natriumklorid. Great Salt Lake i USA har också en hög koncentration av natrium.

Natriumklorid finns nästan ren i mineralhaliten, närvarande i havet och i bergstrukturer. Berg- eller mineralsalt är mindre rent än halit, som finns i mineralavlagringar i Storbritannien, Frankrike, Tyskland, Kina och Ryssland.

Saltavlagringar

Salt extraheras från dess steniga avlagringar genom fragmentering av stenarna, följt av en process för rening av saltet. Vid andra tillfällen införs vatten i saltbehållarna för att lösa upp det och bilda en saltlösning, som sedan pumpas till ytan.

Salt erhålls från havet i grunda bassänger kända som salinor genom solindunstning. Saltet som erhålls på detta sätt kallas havssalt eller havssalt.

Nedgångar cellen

Natrium framställdes genom den karboterma reduktionen av natriumkarbonat som utfördes vid 1100C. För närvarande produceras den genom elektrolys av smält natriumklorid med hjälp av Downs-cellen.

Eftersom smält natriumklorid har en smältpunkt av ~ 800 ° C tillsätts emellertid kalciumklorid eller natriumkarbonat för att sänka smältpunkten till 600 ° C.

I Downs-kammaren är katoden gjord av järn i en cirkelform, runt en kolanod. Elektrolysprodukterna separeras med ett stålnät för att förhindra att elektrolysprodukterna kommer i kontakt: elementärt natrium och klor.

Vid anoden (+) inträffar följande oxidationsreaktion:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Under tiden inträffar följande katod (-) följande reduktionsreaktion:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

reaktioner

Bildning av oxider och hydroxid

Den är mycket reaktiv i luften beroende på dess fuktighet. Den reagerar och bildar en film av natriumhydroxid, som kan absorbera koldioxid och så småningom bilda natriumbikarbonat.

Det oxiderar i luft för att bilda natrium-monoxid (Na ₂ O). Medan natriumsuperoxid (NaO ₂ ) framställs genom att värma metalliskt natrium till 300 ° C med syre vid högt tryck.

I flytande tillstånd tänds den vid 125 ° C och ger en irriterande vit rök, som kan producera hosta. Den reagerar också kraftigt med vatten för att producera natriumhydroxid och vätgas, vilket får reaktionen att explodera. Denna reaktion är starkt exoterm.

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

Med halogenerade syror

Halogenerade syror, såsom saltsyra, reagerar med natrium för att bilda motsvarande halogenider. Samtidigt genererar dess reaktion med salpetersyra natriumnitrat; och med svavelsyra alstrar den natriumsulfat.

minskningar

Na reducerar oxiderna i övergångsmetallerna och producerar motsvarande metaller genom att frigöra dem från syre. Dessutom reagerar natrium med haliderna i övergångsmetallerna, vilket förorsakar förskjutningen av metallerna att bilda natriumklorid och frigör metallerna.

Denna reaktion har tjänat till att erhålla övergångsmetaller, inklusive titan och tantal.

Med ammoniak

Natrium reagerar med flytande ammoniak vid låg temperatur och långsamt till formen natriumamid (NaNH ₂ ) och väte.

Na ^ NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Flytande ammoniak tjänar som ett lösningsmedel för reaktion av natrium med olika metaller, inklusive arsenik, tellur, antimon och vismut.

Organisk

Reagerar med alkoholer för att producera alkoholater eller alkoxider:

Na + ROH → RONa + 1/2 H ₂

Det producerar dehalogenering av organiska föreningar, vilket orsakar en fördubbling av antalet kolatomer i föreningen:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Octan kan produceras genom dehalogenering av butanbromid med natrium.

Med metaller

Natrium kan reagera med andra alkalimetaller för att bilda en eutektik: en legering som bildas vid lägre temperaturer än dess komponenter; till exempel NaK som har en K-procent på 78%. Även natrium bildar legeringar med beryllium med en liten andel av de förra.

Ädelmetaller som guld, silver, platina, palladium och iridium, samt vita metaller som bly, tenn och antimon, bildar legeringar med flytande natrium.

risker

Det är en metall som reagerar starkt med vatten. Därför kan kontakt med mänskliga vävnader belagda med vatten orsaka allvarliga skador. Ger svåra brännskador vid kontakt med hud och ögon.

På samma sätt kan det genom förtäring orsaka perforering av matstrupen och magsäcken. Men även om dessa skador är allvarliga, är bara en liten del av befolkningen utsatt för dem.

Den största skadan som natrium kan orsaka beror på dess överdrivna intag i livsmedel eller drycker från människor.

Människokroppen kräver ett natriumintag på 500 mg / dag för att fullgöra sin roll i nervledningen och muskelkontraktion.

Men vanligtvis intas en mycket högre mängd natrium i kosten, vilket ger en ökning av plasma- och blodkoncentrationen av den.

Detta kan orsaka högt blodtryck, hjärt-kärlsjukdomar och stroke.

Hypernatremi är också associerad med alstring av osteoporos genom att inducera ett utflöde av kalcium från benvävnaden. Njurarna har problem med att upprätthålla en normal plasma-natriumkoncentration trots överdrivet intag, vilket kan leda till njurskador.

tillämpningar

Metalliskt natrium

Det används i metallurgi som ett deoxiderande och reducerande medel vid framställning av kalcium, zirkonium, titan och andra metaller. Till exempel, det minskar titantetraklorid (TiCl ₄ ) för att producera metalliskt titan.

Smält natrium används som värmeöverföringsmedel, varför det används som kylmedel i vissa kärnreaktorer.

Det används som råmaterial vid tillverkning av natriumlaurylsulfat, huvudingrediensen i syntetiskt tvättmedel. Det är också involverat i tillverkningen av polymerer såsom nylon och föreningar såsom cyanid och natriumperoxid. Även vid framställning av färgämnen och parfumsyntes.

Natrium används för rening av kolväten och vid polymerisation av olösliga kolväten. Det används också i många organiska reduktioner. Upplöst i flytande ammoniak används för att reducera alkyner till transalken.

Natriumånglampor är byggda för allmän belysning i städer. Dessa ger en gul färg, liknande den som observeras när natrium förbränns i tändare.

Natrium fungerar som ett torkmedel som ger en blå nyans i närvaro av bensofenon, vilket indikerar att produkten i torkningsprocessen har nått den önskade torkningen.

Föreningar

Klorid

Det används för att krydda och konservera mat. Elektrolysen av natriumklorid producerar natriumhypoklorit (NaOCl), som används vid hushållsrengöring som klor. Dessutom används den som en industriell blekmedel för papper och textilmassa eller vid desinfektion av vatten.

Natriumhypoklorit används i vissa medicinska beredningar som ett antiseptiskt medel och fungicid.

Karbonat och bikarbonat

Natriumkarbonat används vid tillverkning av glas, tvättmedel och rengöringsmedel. Natriumkarbonatmonohydrat används i fotografering som utvecklare.

Bakpulver är en källa till koldioxid. Av denna anledning används det i bakpulver, i salter och brusande drycker och även i torra kemiska brandsläckare. Det används också i processen att garva och förbereda ull.

Natriumbikarbonat är en alkalisk förening som används vid medicinsk behandling av magsäck och urinhyperacitet.

sulfat

Det används för tillverkning av kraftpapper, kartong, glas och tvättmedel. Natriumtiosulfat används i fotografering för att korrigera negativa och utvecklade tryck.

Hydroxid

Vanligtvis kallad kaustisk soda eller lut används det för neutralisering av syror vid petroleumsraffinering. Reagerar med fettsyror vid tvåltillverkning. Dessutom används det vid behandling av cellulosa.

Nitrat

Det används som gödselmedel som tillhandahåller kväve och utgör en del av dynamiten.

referenser

Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
Natrium. (2019). Natrium. Återställd från: en.wikipedia.org
National Center for Biotechnology Information. (2019). Natrium. PubChem-databas. CID = 5360545. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Ganong, WF (2003). Medicinsk fysiologi 19: e upplagan. Redaktionell El Manual Moderno.
Wikipedia. (2019). Natrium. Återställd från: en.wikipedia.org
Presidenten och stipendiaterna på Harvard College. (2019). Salt och natrium. Återställd från: hsph.harvard.edu
Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (07 juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com

NATRIUM: HISTORIA, STRUKTUR, EGENSKAPER, RISKER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025