Natriumhistorie, struktur, egenskaper, risikoer og bruk

Han natrium Det er et alkalisk metall av gruppe 1 av det periodiske bordet. Dets atomnummer er 11 og er representert med NA kjemisk symbol. Det er et lett metall, mindre tett enn vannet, sølvhvite som blir grått når det blir utsatt for luften; Det er grunnen til at den er lagret i parafiner eller edle gasser.

I tillegg er det et mykt metall som kan kuttes med en kniv og blir sprø ved lave temperaturer. Reagerer eksplosivt med vann for å danne natriumhydroksyd og gassformig hydrogen; Den reagerer også med fuktig luft og med fuktigheten av nakne hender.

Metallisk natrium lagret i en flaske og nedsenket i olje slik at den ikke reagerer med luften. Kilde: Hi-res Images ofchemical Elements [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

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

Analysen av spektra for lyset fra stjernene har tillatt å oppdage deres tilstedeværelse i dem, inkludert solen. På samme måte er dens tilstedeværelse i meteoritter blitt bestemt.

Natrium er en god termisk og elektrisk leder, i tillegg til å ha stor varmeabsorpsjonskapasitet. Opplev det fotoelektriske fenomenet, det vil si at det er i stand til å avgi elektroner når det er opplyst. Når flammen brenner av, avgir den et intenst gult lys.

Det smeltede natriumet fungerer som et varmeoverføringsmiddel, og det er derfor det brukes som kjølemedium i visse atomreaktorer. Det brukes også som deoksidant og metallredusering, så det har blitt brukt i rensing av overgangsmetaller, for eksempel titan og zirkonium.

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

Overdreven natriuminntak kan produsere: hjerte- og karsykdommer, økt risiko for hjerneulykker, osteoporose på grunn av benkalsiummobilisering og nyreskade.

[TOC]

Historie

Mennesket har brukt natriumforbindelser siden eldgamle tider, spesielt natriumklorid (vanlig salt) og natriumkarbonat. Viktigheten av salt er bevis.

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

I 1807 isolerte Sir Humbrey Davy natrium gjennom natriumhydroksydelektrolyse. Davy isolerte også kalium, i en tid da de vurderte natriumhydroksyd og kaliumhydroksyd som elementære stoffer og kalt faste alkalier.

Davy i et brev til en venn, skrev han: “Jeg brøt sammen og kjøpte de faste alkaliene og oppdaget at basene deres var to stoffer nye veldig brennbare stoffer som ligner på metaller; Men den ene av dem er mer brennbar enn den andre og veldig reaktive ".

I 1814 brukte Jöns Jakob i sitt kjemiske symbolsystem NA -forkortelsen for det latinske ordet 'Natrium', for å kalle natrium. Dette ordet kommer fra det egyptiske 'Natron' navnet som brukes til å kalle natriumkarbonat.

Natriumelektronisk struktur og konfigurasjon

Metallisk natrium krystalliserer i en kubisk struktur sentrert på kroppen (BCC). Derfor er deres NA -atomer plassert og danner terninger, med en plassert i sentrum og hver med åtte naboer.

Denne strukturen er preget av å være den minst tette av alle, noe som stemmer overens med lav tetthet for dette metallet; Så lavt at det er sammen med litium og kalium, de eneste metaller som kan flyte i flytende vann (selvfølgelig før eksploderer). Den lave atommassen, i forhold til dens omfangsrike atomradio, bidrar også til denne eiendommen.

Den resulterende metalllenken er imidlertid ganske svak, og kan forklare fra den elektroniske konfigurasjonen:

[NE] 3S¹

Elektronene i det lukkede laget deltar ikke (i det minste under normale forhold) i metallbindingen; Men 3S orbital elektron. Na orbital Na -atomer 3s for å skape et Valencia -bånd; og 3P, tomt, et drivende band.

Dette båndet 3 er frø, så vel som for glassets lave tetthet, gjør kraften, styrt av "Elektronhavet", er svak. Følgelig kan metallisk natrium kuttes med et metall og smelter bare 98 ºC.

Faseoverganger

Natriumkrystall kan oppleve endringer i strukturen ved å oppleve trykkøkninger; Mens når du varmer den, er det lite sannsynlig at det vil lide faseoverganger på grunn av det lave smeltepunktet.

Når faseovergangene begynner, endres metallegenskaper. For eksempel genererer den første overgangen en kubisk struktur sentrert på ansikter (FCC). Dermed blir den lille tette strukturen BCC komprimert til FCC ved å trykke på det metalliske natrium.

Kan tjene deg: etyleter

Kanskje dette ikke gir en betydelig endring i natriumegenskaper snarere enn i dens tetthet. Imidlertid, når trykket er veldig høyt, blir alotropene (ikke polymorfer fordi de er et rent metall) overraskende i isolatorer og elektriske; det vil si at til og med elektronene er festet i glasset som anioner og sirkulerer ikke fritt.

I tillegg til det ovennevnte, endres fargene også; Natrium slutter å være gråaktig å bli mørk, rødlig eller til og med gjennomsiktig, når driftstrykket stiger.

Oksidasjonstall

Gitt orbitalen til Valencia 3s, når natrium mister det eneste elektronet, forvandles det raskt til NA -kationen⁺, som er isolektronisk for neon. Det vil si både NA⁺ Ettersom NE har samme antall elektroner. Hvis tilstedeværelsen av Na antas⁺ I forbindelsen sies det da at oksidasjonsnummeret er +1.

Selv om det motsatte skjer, det vil si natrium som vinner et elektron, er dets resulterende elektroniske konfigurasjon [NE] 3S²; Det er nå isolektronisk med magnesium, i tilfelle av anion Na^- kalt Soduro. Hvis tilstedeværelsen av Na antas^- I forbindelsen vil natriumet ha oksidasjonsnummer på -1.

Egenskaper

En etylløsning av brennende natriumklorid for å manifestere den karakteristiske gule fargen på flammen for dette metallet. Kilde: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)]

Fysisk beskrivelse

Myk, duktil, formbart metall.

Atomvekt

22.989 g/mol.

Farge

Natrium er et lett sølvmetall. Strålende når du er ny kuttet, men du mister glansen når den blir satt i kontakt med luften, og blir ugjennomsiktig. Myk ved temperatur, men ganske hardt på -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, kerosén og bensin. Det oppløses i flytende ammonium, og gir en blå løsning. Det oppløses i kvikksølv og danner et amalgam.

Damptrykk

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

Nedbrytning

Den dekomponerer voldsomt i vann, og danner natrium og hydrogenhydroksyd.

Selv -tisningstemperatur

120-125 ºC.

Goo

0,680 cp ved 100 ºC

Overflatespenning

192 Dins/cm til fusjonspunkt.

Brytningsindeks

4.22.

Elektronegativitet

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.

Atomisk radio

186 pm.

Radiokovalent

166 ± 21:00.

Termisk ekspansjon

71 um (m · k) ved 26 ° C.

Termisk ledningsevne

132,3 W/m · K ved 293,15 K.

Elektrisk resistivitet

4,77 × 10^-8 Ω · m a 293 k.

Nomenklatur

Natriumet for å ha et enkelt oksidasjonsnummer på +1 Navnene på forbindelsene, styrt av bestandens nomenklatur, blir forenklet ved ikke å spesifisere nevnte antall mellom parenteser og med romertall.

Tilsvarende slutter navnene deres i henhold til den tradisjonelle nomenklaturen alt sammen med suffikset -ICO.

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

Biologisk papir

Osmotisk komponent

Natrium har en ekstracellulær konsentrasjon på 140 mmol/l, og er i ionisk form (Na⁺). For å opprettholde elektronakutraliteten i det ekstracellulære rommet, NA⁺ Det er ledsaget av kloridanioner (CL^-) og bikarbonat (HCO₃^-), med henholdsvis 105 mmol/L -konsentrasjoner og 25 mmol/l.

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

På den annen side, na intracellulær konsentrasjon⁺ er 15 mmol/l. Så: Hvorfor ikke de ekstra og intracellulære konsentrasjonene av NA -match⁺?

Det er to grunner til at dette ikke skal skje: a) Plasmamembranen er lite permeabel for NA⁺. b) eksistensen av NA -pumpen⁺-K⁺.

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

I tillegg er det et sett med hormoner, inkludert aldosteron som ved å fremme nyre -reabsorpsjon av natrium garanterer opprettholdelse av den ekstracellulære konsentrasjonen av natriumet i rettferdig verdi. Antidiuretisk hormon hjelper vedlikehold av ekstracellulært volum.

Produksjon av handlingspotensialer

Excitable celler (nevroner og muskelceller) er de som reagerer på en tilstrekkelig stimulans med dannelse av en handling eller nerveimpulspotensial. Disse cellene opprettholder en spenningsforskjell gjennom plasmamembranen.

Kan tjene deg: materialsystemer

Det cellulære interiøret er negativt ladet i forhold til eksteriør av celle i hviletilstandene. Gitt en viss stimulans, er det en økning i membranpermeabiliteten til NA⁺ og gå inn i cellen en liten mengde Na -ioner⁺, som får celleinteriøret til å laste positivt.

Ovennevnte er det som er kjent som et handlingspotensial, som kan spres gjennom et nevron og er måten informasjonen reiser gjennom det.

Når handlingspotensialet når muskelceller, stimulerer dem for sammentrekning gjennom mer eller mindre komplekse mekanismer.

Oppsummert er natrium ansvarlig for produksjon av handlingspotensialer i eksiterte celler og begynnelsen av muskelcellekontraksjon.

Hvor befinner det seg

jordskorpe

Natrium er det syvende mest tallrike elementet i jordskorpen, som representerer 2,8 % av det. Natriumklorid er en del av Halita -mineralet, som representerer 80% av materialet oppløst i havet. Natriuminnholdet i havet er 1,05%.

Natrium er et veldig reaktivt element, og det er derfor det ikke er innfødt eller elementært. Det finnes i oppløselige mineraler som halitt eller uoppløselige mineraler som kreolsk (et aluminium og natriumfluorid) natrium).

Sjø- og Halita -mineral

I tillegg til havet generelt, er Dødehavet preget av å ha en veldig høy konsentrasjon av forskjellige salter og mineraler, spesielt natriumklorid. Den store salte innsjøen i USA presenterer også en høy natriumkonsentrasjon.

Natriumklorid er nesten rent i Halita -mineralet, til stede til sjøs og i bergstrukturer. Roca eller mineralsalt er mindre rent enn halitt, og er i mineralforekomster i Storbritannia, Frankrike, Tyskland, Kina og Russland.

Saltvannsavsetninger

Salt trekkes ut fra bergens avsetninger ved fragmentering av bergartene, etterfulgt av en saltrensingsprosess. Ved andre anledninger blir vann introdusert i saltavsetninger for å oppløse det og danne en saltlake, som deretter pumpes til overflaten.

Salt oppnås fra havet i de grunne bassengene kjent som Salinas, gjennom solcellevamping. Saltet oppnådd på denne måten kalles salt fra bukta eller havsaltet.

Downs Cell

Natrium ble produsert ved karbotermisk reduksjon av natriumkarbonat utført ved 1.100 ºC. For øyeblikket produseres det ved elektrolyse av smeltet natriumklorid, ved bruk av Downs -cellen.

Men ettersom smeltet natriumklorid har et smeltepunkt ~ 800 ºC, tilsettes kalsiumklorid eller natriumkarbonat for å redusere smeltepunktet til 600 ºC.

I Downs -kammeret er katoden jern i sirkulær form, rundt en karbonanode. Elektrolyseprodukter skilles med stålnett for å forhindre at elektrolyseprodukter kontakter: natrium og elementær klor.

I anoden (+) oppstår følgende oksidasjonsreaksjon:

2 Cl^- (L) → CL₂ (g) +2 e^-

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

2 na⁺ (L) +2 e^-    → 2 Na (L)

Reaksjoner

Oksid- og hydroksyddannelse

Det er veldig reaktivt i luften avhengig av dens fuktighet. Reagerer på å danne en natriumhydroksydfilm, som kan absorbere karbondioksid og til slutt danne natriumbikarbonat.

Det oksiderer i luften for å stamme natriummonoksid (Na₂ENTEN). Mens natriumsuperoksid (NAO₂) Det tilberedes ved oppvarming av det metalliske natrium ved 300 ºC med oksygen med høyt trykk.

I flytende tilstand betenner den 125 ºC, og produserer en irriterende hvit røyk, i stand til å produsere hoste. Den reagerer også kraftig med vann for å produsere natriumhydroksyd og gassformig hydrogen, noe som forårsaker reaksjonens eksplosivitet. Denne reaksjonen er sterkt eksotermisk.

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

Med halogenerte syrer

Halogenerte syrer, som saltsyre, reagerer med natrium for å danne de tilsvarende halogenidene. I mellomtiden genererer dens reaksjon med salpetersyre natriumnitrat; Og med svovelsyre, genererer natriumsulfat.

Reduksjoner

NA reduserer oksydene til overgangsmetallene, og produserer de tilsvarende metaller når de frigjør dem fra oksygen. Natrium reagerer også med overgangsmetaller, og produserer metaller for å danne natriumklorid og frigjøre metaller.

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

Med ammoniakk

Natriumreaksjonen med flytende ammoniakk ved lav temperatur og sakte for å danne bruid (NANH₂) og hydrogen.

Na +NH₃    → Nanh₂     +       1/2 time₂

Kan tjene deg: Renio: oppdagelse, egenskaper, struktur, bruk

Flytende ammoniakk fungerer som et løsningsmiddel for natriumreaksjon med flere metaller, inkludert arsen, teluro, antimon og vismut.

Organisk

Reagerer med alkoholer for å produsere alkoholer eller alcoxides:

Na +ROH → Rona +1/2 H₂

Det produserer angre av organiske forbindelser, og forårsaker en duplisering i antall karbonatomer av forbindelsen:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NaCl

Oktan kan produseres ved å angre butanbromid med natrium.

Med metaller

Natrium kan reagere med andre alkaliske metaller for å danne en Eutctic: en legering som dannes ved lavere temperaturer enn dens komponenter; For eksempel NAK som har en prosentandel av K på 78%. Natrium danner også legeringer med Beryllium med en liten prosentandel av den første.

Edle metaller som gull, sølv, platina, paladium 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, i kontakt med vannbelagte menneskelige vev, kan det forårsake alvorlig skade. Produserer ved kontakt med hud og øyne alvorlige forbrenninger.

Også ved inntak kan det forårsake perforering av spiserøret og magen. Selv om disse skadene er alvorlige, er bare en liten andel av befolkningen utsatt for dem.

Den største skaden som natrium kan forårsake skyldes det overdreven inntaket i måltider eller drinker laget av mennesker.

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

Men en mye større mengde natrium blir vanligvis inntatt i kostholdet, noe som gir en økning i plasma- og blodkonsentrasjonen av det samme.

Dette kan forårsake arteriell hypertensjon, hjerte- og karsykdommer og hjerneulykker.

Hypernatremi er også assosiert med generering av osteoporose for å indusere en utgang av benvev kalsium. Nyrene har problemer med å opprettholde en plasmakonsentrasjon av normalt natrium til tross for deres overdreven inntak, noe som kan føre til nyreskade.

applikasjoner

Metallisk natrium

Det brukes i metallurgi som et deoksidant og reduseringsmiddel ved fremstilling av kalsium, zirkonium, titan og andre metaller. Reduser for eksempel tetan tetraklorid (TICL₄) Å produsere metallisk titan.

Det smeltede natrium brukes som et varmeoverføringsmiddel, så det brukes som kjølemedium i noen kjernefysiske reaktorer.

Det brukes som råstoff i fremstilling av natrium laurilsulfat, hovedingrediensen i syntetisk vaskemiddel. Det griper også inn i produksjonen av polymerer som nylon og i forbindelser som cyanid og natriumperoksyd. Også i produksjonen av fargestoffer og parfymesyntese.

Natrium brukes i hydrokarbonrensing og uoppløselig hydrokarboner polymerisasjon. Det brukes også i mange organiske reduksjoner. Oppløst i flytende ammonium brukes til å redusere alkiner til transalqueno.

Natriumdamplamper er bygget for offentlig belysning i byer. De leverer en gul farge, lik det observerte når natriumet blir brent i lightere.

Natrium fungerer som et tørkemiddel som gir en blå farge i benzofenon, noe som indikerer at produktet i prosessen med uttørking har nådd ønsket tørking.

Forbindelser

Klorid

Er vant til å krydre og spare mat. Natriumkloridelektrolyse produserer natriumhypokloritt (NAOCL), brukt i rengjøring av hjemmet som klor. I tillegg brukes den som en industriell hvitere av papirmasse og tekstiler eller i desinfeksjon av vann.

Natriumhypokloritt brukes i visse medisinske preparater som antiseptisk og soppmiddel.

Karbonat og bikarbonat

Natriumkarbonat brukes til fremstilling av glass, vaskemidler og rengjøringsmidler. Monohydrert natriumkarbonat brukes i fotografering som en komponent av utviklere.

Natriumbikarbonat er en karbondioksidkilde. Av denne grunn brukes det i bakepulver, i sprudlende salter og drinker og også i tørre kjemiske brannslukningsapparater. Det brukes også i garveriprosessen og ullforberedelse.

Natriumbikarbonat er en alkalisk forbindelse, brukt i medisinsk behandling av gastrisk og urinhyperaciditet.

Sulfat

Det brukes i fremstilling av Kraft -papir, papp, glass og vaskemidler. Natriumtiosulfat brukes i fotografering for å rette opp negativer og inntrykk utviklet.

Hydroksyd

Vanlig kalt kaustisk eller blekemiddel, brukes det i nøytralisering av syrer i oljeraffinering. Reagerer med fettsyrer i såpeproduksjon. I tillegg brukes det i behandlingen av cellulose.

Nitrat

Det brukes som en gjødsel som gir nitrogen, og er en dynamittkomponent.

Referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Natrium. (2019). Natrium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
3. Nasjonalt senter for bioteknologiinformasjon. (2019). Natrium. PubChem -database. CID = 5360545. Gjenopprettet fra: Pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
4. Ganong, w. F. (2003). Medical Physiology 19. utgave. Redaksjon den moderne manualen.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Hentet fra: i.Wikipedia.org
6. Presidenten og stipendiatene til Harvard College. (2019). Salt og natrium. Gjenopprettet fra: HSPH.Harvard.Edu
7. Redaktørene av Enyclopaedia Britannica. (7. juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: Britannica.com