Natriumhistoria, rakenne, ominaisuudet, riskit ja käyttötarkoitukset

Hän natrium Se on jaksollisen taulukon ryhmän 1 emäksinen metalli. Sen atomiluku on 11 ja sitä esitetään NA -kemiallisella symbolilla. Se on kevyt metalli, vähemmän tiheä kuin vesi, hopeavalkoinen, joka muuttuu harmaaksi, kun se altistetaan ilmaan; Siksi sitä varastoidaan parafiineihin tai jaloihin kaasuihin.

Lisäksi se on pehmeä metalli, joka voidaan leikata veitsellä ja muuttuu hauraiksi alhaisissa lämpötiloissa. Reagoi räjähtävästi veden kanssa natriumhydroksidin ja kaasumaisen vedyn muodostamiseksi; Se reagoi myös kostealla ilmalla ja paljaiden käsien kosteuden kanssa.

Metallinen natrium. Lähde: Hi-Res-kuvat kemiallisista elementeistä [CC 3: lla.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by/3.0)]

Tätä metallia löytyy kivimineraalikivistä, kuten halite (natriumkloridi), Salmuelasissa ja meressä. Natriumkloridi edustaa 80% kaikista mereen liuenneista materiaaleista, joiden natrium on runsaasti 1,05%. Se on kuudes elementti maankuoren runsaudessa.

Tähtien valon spektrien analyysi on antanut mahdollisuuden havaita heidän läsnäolonsa niissä, mukaan lukien aurinko. Samoin sen läsnäolo meteoriitteissa on määritetty.

Natrium on hyvä lämpö- ja sähköjohdin, sen lisäksi, että lämmön imeytymiskyky on suuri. Koe valosähköinen ilmiö, ts. Se pystyy lähettämään elektroneja valaistuna. Kun liekki polttaa, se antaa voimakkaan keltaisen valon.

Sulainen natrium toimii lämmönsiirtoasiana, minkä vuoksi sitä käytetään kylmäaineena tietyissä ydinreaktorissa. Sitä käytetään myös deoksidantti- ja metallirekisterinä, joten sitä on käytetty siirtymämetallien, kuten titaanin ja zirkoniumin, puhdistamisessa.

Natrium on veronmaksaja solunulkoisen osaston ja sen tilavuuden osmolaarisuuteen. Se on myös vastuussa vaikutuspotentiaalien muodostumisesta herättävissä soluissa ja lihasten supistumisen alkamisesta.

Liiallinen natriumin saanti voi tuottaa: sydän- ja verisuonisairaudet, lisääntynyt aivo -onnettomuuksien riski, luun kalsiumin mobilisoinnin ja munuaisvaurioiden osteoporoosi.

[TOC]

Historia

Ihminen on käyttänyt natriumyhdisteitä muinaisista ajoista lähtien, erityisesti natriumkloridi (yleinen suola) ja natriumkarbonaatti. Suolan merkitys on todiste.

Keskiajalla käytettiin natriumyhdistettä latinan nimellä "sodanum", mikä tarkoitti päänsärkyä.

Vuonna 1807 Sir Humbrey Davy eristi natriumin natriumhydroksidielektrolyysin kautta. Davy eristi myös kaliumin aikaan, jolloin he pitivät natriumhydroksidia ja kaliumhydroksidia, kuten alkuaineita ja joita kutsutaan kiinteäksi alkaliksi.

Davy kirjeellä ystävälle hän kirjoitti: ”Hajotin ja hankkin kiinteän alkalin ja huomasin, että heidän tukikohdansa olivat kaksi aineita uusia erittäin syttyviä aineita, jotka ovat samanlaisia ​​kuin metallit; Mutta yksi niistä on syttyvämpi kuin toinen ja erittäin reaktiivinen ".

Vuonna 1814 Jöns Jakob käytti kemiallisia symbolien järjestelmässään Latinalaisen sanan "Natrium" -lyhentettä natriumin soittamiseksi. Tämä sana tulee egyptiläisestä 'Natron' -nimestä, jota käytetään natriumkarbonaatin kutsumiseen.

Natriumelektroninen rakenne ja konfiguraatio

Metallinen natrium kiteytyy kehon keskittyneenä kuutiorakenteessa (BCC). Siksi niiden NA -atomit on sijoitettu muodostaen kuutioita, joista yksi sijaitsee keskellä ja jokaisella on kahdeksan naapuria.

Tälle rakenteelle on ominaista, että se on vähiten tiheä kaikista, mikä sopii tämän metallin alhaiseen tiheyteen; Niin matala, että se on yhdessä litiumin ja kaliumin kanssa, ainoat metallit, jotka voivat kellua nestemäisessä vedessä (tietysti ennen räjähtämistä). Sen matala atomimassa, suhteessa sen laajaan atomiradioon, myötävaikuttaa myös tähän ominaisuuteen.

Tuloksena oleva metallilinkki on kuitenkin melko heikko, kyky selittää elektronisesta kokoonpanosta:

[Ne] 3s¹

Suljetun kerroksen elektronit eivät osallistu (ainakaan normaaleissa olosuhteissa) metallisidoksessa; Mutta 3S -kiertoradan elektroni. NA Orbital Na Atoms 3S ​​Valencia -kaistan luomiseksi; ja 3P, tyhjä, ajobändi.

Tämä kaista 3 on siemen, samoin kuin lasin matala tiheys, tekee voimasta, jota säätelevät "elektronien meri", on heikko. Tämän seurauksena metallinen natrium voidaan leikata metallilla ja sulaa vain 98ºC.

Vaihesiirto

Natriumkiteet voivat kokea muutoksia sen rakenteessa kokemalla paineen; Vaikka sitä lämmitettäessä, se ei todennäköisesti kärsi vaihesiirtymistä sen alhaisen sulamispisteen takia.

Kun vaihesiirtymät alkavat, metalliominaisuudet muuttuvat. Esimerkiksi ensimmäinen siirtymä tuottaa kuutiometrin rakenteen, joka on keskittynyt kasvoihin (FCC). Siten pieni tiheä rakenne BCC on tiivistetty FCC: ksi puristamalla metallista natriumia.

Voi palvella sinua: etyylieetteri

Ehkä tämä ei tuota huomattavaa muutosta natriumominaisuuksissa eikä sen tiheydessä. Kuitenkin, kun paineet ovat erittäin korkeat, alotroopit (eivät polymorfit, koska ne ovat puhdasta metallia) ovat yllättäen eristeissä ja sähköisissä; toisin sanoen jopa elektronit kiinnitetään lasiin anioneina eivätkä kiertä vapaasti.

Edellä esitetyn lisäksi myös sen värit muuttuvat; Natrium lakkaa olemasta harmahtavaa tummasta, punertavan tai jopa läpinäkyvän, kun toimintapaineet nousevat.

Hapetusluvut

Valencia 3S: n kiertoradan perusteella, kun natrium menettää ainoan elektronin, se muuttuu nopeasti napaiksi⁺, joka on erolektroninen neonille. Eli molemmat na⁺ Koska NE: llä on sama määrä elektroneja. Jos NA: n läsnäolo oletetaan⁺ Yhdisteessä sanotaan sitten, että sen hapettumisnumero on +1.

Vaikka päinvastoin tapahtuu, toisin sanoen natrium voittaen elektronin, sen tuloksena oleva elektroninen kokoonpano on [ne] 3s²; Se on nyt isolektroninen magnesiumin kanssa, anionin tapauksessa^- nimeltään soduro. Jos NA: n läsnäolo oletetaan^- Yhdisteessä natriumin hapettumisnumero on -1.

Ominaisuudet

Palavan natriumkloridin etyyliliuos tämän metallin liekin tyypillisen keltaisen värin osoittamiseksi. Lähde: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/3.0)]

Fyysinen kuvaus

Pehmeä, muodollinen, muokattava metalli.

Atomipaino

22 989 g/mol.

Väri

Natrium on kevyt hopeametalli. Loistava, kun olet juuri leikattu, mutta menetät kiiltosi, kun se asetetaan kosketukseen ilmaan, tulosta läpinäkymättömäksi. Pehmeä lämpötilassa, mutta melko kovasti -20 ºC.

Kiehumispiste

880 ºC.

Sulamispiste

97,82 ºC (melkein 98 ºC).

Tiheys

Huoneenlämpötilassa: 0,968 g/cm³.

Nestemäisessä tilassa (sulamispiste): 0,927 g/cm³.

Liukoisuus

Liukenematon bentseenissä, kerosénissä ja bensiinissä. Se liukenee nestemäiseen ammoniumiin, mikä antaa sinisen liuoksen. Se liukenee elohopeaan muodostaen amalgaamin.

Höyrynpaine

802 K Lämpötila: 1 kPa; toisin sanoen sen höyrynpaine on huomattavasti alhainen jopa korkeissa lämpötiloissa.

Hajoaminen

Se hajoaa väkivaltaisesti vedessä muodostaen natrium- ja vetyhydroksidin.

Itsekiinnityslämpötila

120-125 ºC.

Goo

0,680 CP 100 ºC: lla

Pintajännitys

192 Dins/cm fuusiopisteeseen.

Taitekerroin

4.22.

Elektronegatiivisuus

0.93 Pauling -asteikolla.

Ionisaatioenergia

Ensimmäinen ionisaatio: 495,8 kJ/mol.

Toinen ionisaatio: 4.562 kJ/mol.

Kolmas ionisaatio: 6.910,3 kJ/mol.

Atomiradio

186 klo 186.

Radiokovalenttinen

166 ± 21 pm.

Lämpölaajeneminen

71 um (m · k) 26 ° C: ssa.

Lämmönjohtokyky

132,3 W/m · K 293,15 K: ssa.

Sähkövastus

4,77 × 10^-8 Ω · m 293 K.

Nimikkeistö

Natriumia, jolla on yksi hapettumisnumero +1, sen yhdisteiden nimet, joita hallitsee varastossa nimikkeistö.

Samoin heidän nimensä perinteisen nimikkeistön mukaisesti päättyvät jälkiliitteeseen -cossa.

Esimerkiksi NaCl on natriumkloridi varastossa nimikkeistön mukaan, koska se on väärä natriumkloridi (I). Sitä kutsutaan myös natrium -monokloridiksi systemaattisen nimikkeistön mukaan; ja natriumkloridi perinteisen nimikkeistön mukaan. Yleisin nimesi on kuitenkin pöytäsuola.

Biologinen paperi

Osmoottinen komponentti

Natriumin solunulkoinen konsentraatio on 140 mmol/l, ionisessa muodossa (Na⁺-A. Solunulkoisen osaston elektroneutraalisuuden ylläpitämiseksi NA⁺ Siinä on kloridianionit (Cl^-) ja bikarbonaatti (HCO₃^-), 105 mmol/l pitoisuuksilla ja 25 mmol/l.

Napainen⁺ Se on tärkein osmoottinen komponentti ja sillä on suurin osuus solunulkoisen osaston osmolaarisuudesta, joten solunulkoisen ja solunsisäisen osaston välillä on yhtä suuri osmolaarisuus, joka takaa solunsisäisen osaston eheyden.

Toisaalta Na -solunsisäinen pitoisuus⁺ on 15 mmol/l. Joten: Miksi NA -ottelun ylimääräiset ja solunsisäiset pitoisuudet eivät⁺?

Tätä ei tapahdu kaksi syytä: a) Plasmamembraani on vähän läpäisevä NA: lle⁺. b) NA -pumpun olemassaolo⁺-K -k -⁺.

Pumppu on olemassa oleva entsymaattinen järjestelmä plasmamembraanissa, joka käyttää ATP: n sisältämää energiaa kolmen NA -atomin ottamiseen⁺ ja esittele kaksi k -atomia⁺.

Lisäksi on joukko hormoneja, mukaan lukien aldosteroni, joka edistämällä natriumin munuaisten imeytymistä takaavat natriumin solunulkoisen konsentraation ylläpidon asianmukaisessa arvossa. Antidiureettinen hormoni auttaa solunulkoisen tilavuuden ylläpitämistä.

Toimintapotentiaalien tuotanto

Tehtävät solut (neuronit ja lihassolut) ovat niitä, jotka reagoivat riittävään ärsykkeeseen, kun muodostuu toiminta- tai hermoimpulssipotentiaali,. Nämä solut ylläpitävät jänniteeroa plasmamembraanin läpi.

Voi palvella sinua: Materiaalijärjestelmät

Solun sisätila on negatiivisesti varautunut suhteessa solujen ulkopuolelle lepoolosuhteissa. Tietyn ärsykkeen vuoksi kalvon läpäisevyys lisääntyy NA: lle⁺ ja kirjoita soluun pieni määrä Na -ioneja⁺, aiheuttaen solun sisätilojen kuormituksen positiivisesti.

Yllä oleva on ns.

Kun toimintapotentiaali saavuttaa lihassolujen, stimuloi niitä supistumisen varalta enemmän tai vähemmän monimutkaisten mekanismien avulla.

Yhteenvetona voidaan todeta.

Missä se sijaitsee

maapallon kuori

Natrium on maankuoren seitsemänneksi runsain elementti, joka edustaa 2,8 % siitä. Natriumkloridi on osa Halita -mineraalia, joka edustaa 80% mereen liuenneesta materiaalista. Meren natriumpitoisuus on 1,05%.

Natrium on erittäin reaktiivinen elementti, minkä vuoksi se ei ole natiivi tai alkuaine. Sitä löytyy liukoisista mineraaleista, kuten halitti- tai liukenemattomista mineraaleista, kuten kreoli (alumiini ja natriumfluoridi) natrium).

Meri- ja halita -mineraali

Yleensä meren lisäksi kuolleelle merelle on ominaista erittäin korkea pitoisuus erilaisia ​​suoloja ja mineraaleja, erityisesti natriumkloridia. Suuri suolainen järvi Yhdysvalloissa on myös korkea natriumpitoisuus.

Natriumkloridi on melkein puhdasta halita -mineraalissa, läsnä merellä ja kalliorakenteissa. Roca tai mineraalisuola on vähemmän puhdasta kuin halitti, koska se on mineraaliesiintymissä Isossa -Britanniassa, Ranskassa, Saksassa, Kiinassa ja Venäjällä.

Suolaliuoksen talletukset

Suola uutetaan kalliokerroksistaan ​​pirstoutumalla kiviä, mitä seuraa suolapuhdistusprosessi. Toisinaan vesi viedään suolakerroksiin sen liuottamiseksi ja suolaveden muodostamiseksi, joka sitten pumpataan pintaan.

Suola saadaan merestä matalissa altaissa, jotka tunnetaan nimellä salinas, aurinkohaihdutuksen kautta. Tällä tavalla saatua suolaa kutsutaan suolaksi lahdelta tai merisuolasta.

Downs -solu

Natriumia tuotettiin natriumkarbonaatin karbotermisellä pelkistyksellä, joka suoritettiin 1: ssä.100 ºC. Tällä hetkellä sitä tuotetaan sulan natriumkloridin elektrolyysillä käyttämällä Downs -solua.

Koska sulaan natriumkloridiin on kuitenkin sulamispiste ~ 800 ºC, kalsiumkloridia tai natriumkarbonaattia lisätään sulamispisteen vähentämiseksi arvoon 600 ºC.

Downs -kammiossa katodi on rauta pyöreässä muodossa, hiilianodin ympärillä. Elektrolyysituotteet erotetaan teräsverkolla, jotta elektrolyysituotteet estäisivät kosketuksen: natrium- ja alkuklooria.

Anodissa (+) tapahtuu seuraava hapettumisreaktio:

2 Cl^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

Samaan aikaan katodissa (-) tapahtuu seuraava pelkistysreaktio:

2 na NA⁺ (L) +2 e^-    → 2 na (l)

Reaktiot

Oksidi- ja hydroksidin muodostuminen

Se on erittäin reaktiivinen ilmassa kosteudesta riippuen. Reagoi natriumhydroksidikalvon muodostamiseksi, joka voi absorboida hiilidioksidia ja muodostaa lopulta natriumbikarbonaatin.

Se hapettaa ilmassa natriummonoksidin aloittamiseksi (Na NA₂JOMPIKUMPI). Natriumin superoksidi (Nao₂) Se valmistetaan kuumentamalla metallista natriumia 300 ºC: n lämpötilassa korkean paineen hapen kanssa.

Nestemäisessä tilassa se tulee 125 ºC: n tuottaen ärsyttävän valkoisen savun, joka pystyy tuottamaan yskää. Se reagoi myös voimakkaasti veden kanssa natriumhydroksidin ja kaasumaisen vedyn tuottamiseksi, aiheuttaen reaktion räjähdyksen. Tämä reaktio on voimakkaasti eksoterminen.

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

Halogenoitujen happojen kanssa

Halogenoidut hapot, kuten suolahappo, reagoivat natriumin kanssa vastaavien halogenidien muodostamiseksi. Samaan aikaan sen reaktio typpihappo tuottaa natriumnitraattia; Ja rikkihappoa, tuottaa natriumsulfaattia.

Vähennys

NA vähentää siirtymämetallien oksideja tuottaen vastaavat metallit vapauttaessasi niitä hapesta. Natrium reagoi myös siirtymämetallien kanssa pysähtyen, tuottaen metalleja natriumkloridin muodostamiseksi ja metallien vapauttamiseksi.

Tämä reaktio on saanut siirtymämetallien, mukaan lukien titaani ja Tantalus.

Ammoniakkiin

Natriumreaktio nestemäisen ammoniakin kanssa matalassa lämpötilassa ja hitaasti muodostaa sodamidi (Nanh₂) ja vety.

Na +NH₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

Voi palvella sinua: Renio: Löytö, ominaisuudet, rakenne, käyttötarkoitukset

Nestemäinen ammoniakki toimii liuottimena natriumreaktiolle useiden metallien kanssa, mukaan lukien arseeni, teluro, antimoni ja vismutti.

Luomu

Reagoi alkoholien kanssa alkoholien tai alkoholien tuottamiseksi:

Na +Roh → Rona +1/2 H₂

Se tuottaa orgaanisten yhdisteiden kumoamisen, aiheuttaen yhdisteen hiilihiilien lukumäärän päällekkäisyyden:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NaCl

Oktaani voidaan tuottaa butanebromidin kumoamalla natriumilla.

Metallien kanssa

Natrium voi reagoida muiden emäksisten metallien kanssa eutktisen muodon muodostamiseksi: seos, joka muodostuu alhaisemmissa lämpötiloissa kuin sen komponentit; Esimerkiksi Nakin, jonka prosenttiosuus on 78%. Natrium muodostaa myös seoksia, joissa on beryllium, pienellä prosenttiosuudella ensimmäisestä.

Jalometallit, kuten kulta, hopea, platina, paladium ja iridium, samoin kuin valkoiset metallit, kuten lyijy, tina ja antimon, muodostavat seoksia nestemäisellä natriumilla.

Riskejä

Se on metalli, joka reagoi voimakkaasti veteen. Siksi se voi aiheuttaa vakavia vaurioita kosketuksessa veden päällystettyjen ihmisen kudosten kanssa. Tuottaa kosketuksella ihon ja silmien kanssa vakavia palovammoja.

Myös nauttimisella se voi aiheuttaa ruokatorven ja vatsan perforoinnin. Vaikka nämä vammat ovat vakavia, vain pieni osa väestöstä altistuu heille.

Suurin vaurio, jonka natrium voi aiheuttaa.

Ihmiskeho vaatii natriumin saantia 500 mg/päivä toteuttaakseen sen toiminnan hermojen ajamisessa ja lihaksen supistuksessa.

Mutta ruokavaliossa yleensä nautitaan paljon suurempi määrä natriumia, mikä tuottaa saman.

Tämä voi aiheuttaa valtimoverenpainetauti, sydän- ja verisuonisairaudet ja aivoonnettomuudet.

Hypernatremia liittyy myös osteoporoosin muodostumiseen luukudoksen kalsiumin tuotannon indusoimiseksi. Munuaisten on vaikeuksia ylläpitää normaalin natriumin plasmapitoisuutta liiallisesta saannista huolimatta, mikä voi johtaa munuaisvaurioihin.

Sovellukset

Metallinen natrium

Sitä käytetään metallurgiassa deoksidanttina ja pelkistimen aineena kalsiumin, zirkoniumin, titaanin ja muiden metallien valmistuksessa. Vähennä esimerkiksi titaanittrakloridia (TICL₄) Metallisen titaanin tuottamiseksi.

Sulaa natriumia käytetään lämmönsiirto -aineena, joten sitä käytetään kylmäaineena joissakin ydinreaktoreissa.

Sitä käytetään raaka -aineena natriumlaurilisulfaatin valmistuksessa, synteettisen pesuaineen pääaineessa. Se puuttuu myös polymeerien, kuten nylonin ja yhdisteiden, kuten syanidin ja natriumperoksidin, valmistukseen. Myös väriaineiden ja hajuveden synteesin tuotannossa.

Natriumia käytetään hiilivetyjen puhdistamisessa ja liukenemattomissa hiilivetyjen polymeroinnissa. Sitä käytetään myös lukuisissa orgaanisissa vähennyksissä. Nestemäiseen ammoniumiin liuotettua käytetään alkinien vähentämiseen transalquenoon.

Natriumhöyryvalaisimet on rakennettu julkiseen valaistukseen kaupungeissa. Ne toimittavat keltaisen värin, samanlaisia ​​kuin havaittu, kun natrium poltetaan sytyttimissä.

Natrium toimii kuivausaineena, joka tarjoaa sinisen värin bentsofenonissa, mikä osoittaa, että kuivumisprosessissa oleva tuote on saavuttanut halutun kuivauksen.

Yhdisteet

Kloridi

Käytetään ruoan maustamiseen ja säilyttämiseen. Natriumkloridielektrolyysi tuottaa natriumhypokloriittia (NaOCL), jota käytetään kodinpuhdistuksessa kloorina. Lisäksi sitä käytetään paperimassan ja tekstiilien teollisena valkoisempana tai veden desinfioinnissa.

Natriumhypokloriittia käytetään tietyissä lääkevalmisteissa, kuten antiseptisissä ja sienitautien torjunnassa.

Karbonaatti ja bikarbonaatti

Natriumkarbonaattia käytetään lasin, pesuaineiden ja puhdistusaineiden valmistuksessa. Valokuvassa käytetään monohydratoitua natriumkarbonaattia kehittäjien komponentina.

Natriumbikarbonaatti on hiilidioksidilähde. Tästä syystä sitä käytetään leivinjauheessa, poreilevissa suoloissa ja juomissa sekä kuivissa kemiallisissa sammuttimissa. Sitä käytetään myös parkitusprosessissa ja villan valmistuksessa.

Natriumbikarbonaatti on emäksinen yhdiste, jota käytetään mahalaukun ja virtsan hyperaktiivisuuden lääkekäsittelyssä.

Sulfaatti

Sitä käytetään kraftpaperin, pahvin, lasin ja pesuaineiden valmistuksessa. Natriumtiosulfaattia käytetään valokuvauksessa negatiivisten ja näyttökertojen korjaamiseksi.

Hydroksidi

Yleisesti kutsutaan kaustiseksi tai valkaisuaineeksi, sitä käytetään happojen neutraloinnissa öljynjalostuksessa. Reagoi rasvahappojen kanssa saippuanvalmistuksessa. Lisäksi sitä käytetään selluloosan hoidossa.

Nitraatti

Sitä käytetään lannoitteena, joka tarjoaa typpeä, joka on dynaamikomponentti.

Viitteet

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
2. Natrium. (2019). Natrium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Kansallinen bioteknologiatietojen keskus. (2019). Natrium. Pubchem -tietokanta. CID = 5360545. Toipunut: Pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Hallitus
4. Ganong, W. F. (2003). Lääketieteellinen fysiologia 19. painos. Toimitus moderni käsikirja.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
6. Harvardin yliopiston presidentti ja kaverit. (2019). Suola- ja natrium. Toipunut: HSPH.Harvard.Edu
7. Enyclopaedia Britannica -toimittajat. (7. kesäkuuta 2019). Natrium. Encyclopædia britannica. Toipunut: Britannica.com