Natriumhistoria, struktur, egenskaper, risker och användningar

han natrium Det är en alkalisk metall i grupp 1 i det periodiska bordet. Dess atomnummer är 11 och representeras med NA -kemisk symbol. Det är en lätt metall, mindre tät än vattnet, silvervitt som blir grått när det utsätts för luften; Det är därför det lagras 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 gasformigt väte; Det reagerar också med fuktig luft och med fuktigheten i de nakna händerna.

Metallisk natrium lagrad i en flaska och nedsänkt i olja så att den inte reagerar med luften. Källa: Hi-reser Bilder av kemiska element [CC av 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/av/3.0)]

Denna metall finns i klippmineralbergarter som halit (natriumklorid), i Salmuelas och i havet. Natriumklorid representerar 80% av allt material upplöst i havet, med natrium ett överflöd på 1,05%. Det är det sjätte elementet i överflödet av jordskorpan.

Analysen av spektra för ljuset från stjärnorna har tillåtit att upptäcka sin närvaro i dem, inklusive solen. På samma sätt har dess närvaro i meteoriter fastställts.

Natrium är en bra termisk och elektrisk ledare, förutom att ha stor värmeabsorptionskapacitet. Upplev det fotoelektriska fenomenet, det vill säga det kan avge elektroner när det är upplyst. När låga brinner avger den ett intensivt gult ljus.

Det smälta natriumet fungerar som ett värmeöverföringsmedel, varför det används som kylmedium i vissa kärnreaktorer. Det används också som deoxidant och metallreducerare, så den har använts vid rening av övergångsmetaller, såsom titan och zirkonium.

Natrium är den viktigaste skattebetalaren till osmolariteten i det extracellulära facket och dess volym. Det ansvarar också för generering av handlingspotentialer i exciterbara celler och början av muskelkontraktion.

Överdriven natriumintag kan producera: hjärt -kärlsjukdomar, ökad risk för hjärnolyckor, osteoporos på grund av benkalciumobilisering och njurskador.

[TOC]

Historia

Mannen har använt natriumföreningar sedan forntiden, särskilt natriumklorid (vanligt salt) och natriumkarbonat. Saltens betydelse är bevis.

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

1807 isolerade Sir Humbrey Davy natrium genom natriumhydroxidelektrolys. Davy isolerade också kalium, vid en tidpunkt då de betraktade natriumhydroxid och kaliumhydroxid såsom elementära ämnen och kallas fasta alkalis.

Davy i ett brev till en vän skrev han: ”Jag bröt ner och återköpte de fasta alkalierna och upptäckte att deras baser var två ämnen 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 kemiska symbolsystem NA -förkortningen för det latinska ordet 'natrium', för att ringa natrium. Detta ord kommer från det egyptiska "natron" -namnet som används för att ringa natriumkarbonat.

Natriumelektronisk struktur och konfiguration

Metallisk natrium kristalliseras i en kubisk struktur centrerad på kroppen (BCC). Därför är deras Na -atomer placerade som bildar kuber, med en belägen i mitten och var och en med åtta grannar.

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

Den resulterande metalllänken är emellertid ganska svag, att kunna förklara från den elektroniska konfigurationen:

[NE] 3S¹

Elektronerna i det stängda skiktet deltar inte (åtminstone under normala förhållanden) i metallbindningen; Men 3s orbital elektron. Na orbital na atomer 3s för att skapa ett Valencia -band; och 3p, tom, ett körband.

Detta band 3 är frö, såväl som för glasets låga densitet, gör kraften, styrd av "Sea of ​​Electrons", är svag. Följaktligen kan metalliskt natrium skäras med en metall och smälter bara 98 ° C.

Fasövergångar

Natriumkristall kan uppleva förändringar i dess struktur genom att uppleva tryckökningar; När det är troligt att det är osannolikt att drabbas av fasövergångar på grund av dess låga smältpunkt.

När fasövergångarna börjar förändras metallegenskaper. Till exempel genererar den första övergången en kubisk struktur centrerad på ansikten (FCC). Således komprimeras den lilla täta strukturen BCC till FCC genom att trycka på det metalliska natrium.

Kan tjäna dig: etyleter

Kanske ger detta inte en märkbar förändring av natriumegenskaper snarare än i dess densitet. Men när trycket är mycket höga blir alotroperna (inte polymorfer eftersom de är en ren metall) överraskande i isolatorer och elektriska; det vill säga till och med elektronerna är fixerade i glaset som anjoner och cirkulerar inte fritt.

Utöver ovanstående förändras dess färger också; Natriumet upphör att vara gråaktig för att bli mörk, rödaktig eller till och med transparent när det driftstrycket stiger.

Oxidationsnummer

Med tanke på Orbital of Valencia 3s, när natrium förlorar sin enda elektron förvandlas den snabbt till na katjonen⁺, som är isolektronisk för neon. Det vill säga båda NA⁺ Eftersom NE har samma antal elektroner. Om närvaron av NA antas⁺ I föreningen sägs det då att dess oxidationsnummer är +1.

Även om det motsatta händer, det vill säga natrium som vinner en elektron, är dess resulterande elektroniska konfiguration [ne] 3s²; Det är nu isolektroniskt med magnesium, i fallet med anjon na^- kallas soduro. Om närvaron av NA antas^- I föreningen kommer natriumet att ha oxidationsnummer -1.

Egenskaper

En etyllösning av brinnande natriumklorid för att manifestera den karakteristiska gula färgen på flammen för denna metall. Källa: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Fysisk beskrivning

Mjuk, duktil, formbar metall.

Atomvikt

22 989 g/mol.

Färg

Natrium är en lätt silvermetall. Lysande när du är nyskuren, men du tappar lyster när den sätter i kontakt med luften och blir ogenomskinlig. Mjuk vid temperaturen, men ganska hårt vid -20 ºC.

Kokpunkt

880 ºC.

Smältpunkt

97,82 ºC (nästan 98 ºC).

Densitet

Vid rumstemperatur: 0,968 g/cm³.

I flytande tillstånd (smältpunkt): 0,927 g/cm³.

Löslighet

Olöslig i bensen, kerosén och bensin. Det löses upp i flytande ammonium, vilket ger en blå lösning. Det löses upp i kvicksilver och bildar ett amalgam.

Ångtryck

802 K Temperatur: 1 kPa; det vill säga dess ångtryck är betydligt lågt även vid höga temperaturer.

Sönderfall

Det sönderdelas våldsamt i vatten och bildar natrium och vätehydroxid.

Självtemperatur

120-125 ºC.

Gegga

0,680 CP vid 100 ºC

Ytspänning

192 dins/cm till fusionspunkt.

Brytningsindex

4.22.

Elektronnegativitet

0,93 på Pauling -skalan.

Joniseringsenergi

Första jonisering: 495,8 kJ/mol.

Andra jonisering: 4.562 kJ/mol.

Tredje jonisering: 6.910,3 kJ/mol.

Atomradio

186.

Radiokovalent

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 × 10^-8 Ω · m a 293 k.

Nomenklatur

Natrium för att ha ett enda oxidationsnummer +1 namnen på dess föreningar, styrda av beståndsnomenklaturen, förenklas genom att inte ange nämnda nummer mellan parentes och med romerska siffror.

På samma sätt slutar deras namn enligt den traditionella nomenklaturen med suffixet -ico.

Till exempel är NaCl natriumklorid enligt beståndet nomenklatur, som är fel natriumklorid (I). Det kallas också natriummonoklorid, enligt systematisk nomenklatur; och natriumklorid, enligt den traditionella nomenklaturen. Men ditt vanligaste namn är bordsalt.

Biologiskt papper

Osmotisk komponent

Natrium har en extracellulär koncentration av 140 mmol/L, som är i jonisk form (NA⁺). För att upprätthålla elektronutraliteten i det extracellulära facket, NA⁺ Det åtföljs av kloridanoner (CL^-) och bikarbonat (HCO₃^-), med 105 mmol/L -koncentrationer respektive 25 mmol/L.

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

Å andra sidan NA intracellulär koncentration⁺ är 15 mmol/l. Så: Varför matchar inte de extra och intracellulära koncentrationerna av NA⁺?

Det finns två skäl till att detta inte ska hända: a) Plasmamembranet är lite permeabel för NA⁺. b) förekomsten av NA -pumpen⁺-K⁺.

Pumpen är ett befintligt enzymatiskt system i plasmamembranet som använder energin i ATP för att ta tre NA -atomer⁺ och introducera två K -atomer⁺.

Dessutom finns det en uppsättning hormoner, inklusive aldosteron som genom att främja njurreabsorption av natrium garanterar upprätthållandet av den extracellulära koncentrationen av natrium i förfallet värde. Anidiuretiskt hormon hjälper till att underhålla extracellulär volym.

Produktion av handlingspotentialer

Exciterbara celler (neuroner och muskelceller) är de som svarar på en adekvat stimulans med bildandet av en verkning eller nervimpulspotential. Dessa celler upprätthåller en spänningsskillnad genom plasmamembranet.

Kan tjäna dig: Materialsystem

Cellulär interiör är negativt laddad i förhållande till cellens exteriör under vilda förhållanden. Med tanke på en viss stimulans är det en ökning av membranpermeabiliteten till NA⁺ och gå in i cellen en liten mängd najoner⁺, orsakar att cellinredningen laddas positivt.

Ovanstående är det som kallas en handlingspotential, som kan spridas över en neuron och är det sätt på vilket information reser genom den.

När handlingspotentialen når muskelceller stimulerar dem för sammandragning genom mer eller mindre komplexa mekanismer.

Sammanfattningsvis ansvarar natrium för produktion av handlingspotentialer i exciterbara celler och början av muskelcellkontraktion.

Var ligger det

jordskorpa

Natrium är det sjunde vanligaste elementet i jordskorpan och representerar 2,8 % av det. Natriumklorid är en del av halitens mineral, som representerar 80% av materialet upplöst i havet. Havets natriuminnehåll är 1,05%.

Natrium är ett mycket reaktivt element, varför det inte är infödda eller elementära. Det finns i lösliga mineraler såsom halit eller olösliga mineraler såsom kreol (en aluminium och natriumfluorid) natrium).

Hav- och halita mineral

Förutom havet i allmänhet kännetecknas Döda havet av att ha en mycket hög koncentration av olika salter och mineraler, särskilt natriumklorid. Den stora salta sjön i USA presenterar också en hög natriumkoncentration.

Natriumklorid är nästan ren i halita mineral, närvarande till sjöss och i bergstrukturer. Roca eller mineralsalt är mindre rent än halit och är i mineralavlagringar i Storbritannien, Frankrike, Tyskland, Kina och Ryssland.

Saltlösning

Salt extraheras från sina bergavlagringar genom fragmentering av klipporna, följt av en saltreningsprocess. Vid andra tillfällen införs vatten i saltavlagringar för att lösa upp det och bilda en saltlösning, som sedan pumpas till ytan.

Salt erhålls från havet i de grunda bassängerna som kallas Salinas, genom solindunstning. Saltet som erhålls på detta sätt kallas salt från viken eller havssaltet.

Nedgångscell

Natrium producerades genom karbotermisk reduktion av natriumkarbonat utförd vid 1.100 ºC. För närvarande produceras den genom elektrolysen av smält natriumklorid med hjälp av Downs -cellen.

Eftersom smält natriumklorid har en smältpunkt ~ 800 ºC, tillsätts emellertid kalciumklorid eller natriumkarbonat för att minska smältpunkten till 600 ºC.

I nedkammaren är katoden järn i cirkulär form, runt en kolanod. Elektrolysprodukter separeras av ett stålnät för att förhindra att elektrolysprodukter kontaktar: natrium och elementärt klor.

I anoden (+) inträffar följande oxidationsreaktion:

2 Cl^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

Under tiden inträffar i katoden (-) följande reduktionsreaktion:

2 na⁺ (L) +2 e^-    → 2 na (l)

Reaktioner

Oxid- och hydroxidbildning

Det är mycket reaktivt i luften beroende på fukt. Reagerar för att bilda en natriumhydroxidfilm, som kan absorbera koldioxid och slutligen bilda natriumbikarbonat.

Det oxiderar i luften för att komma från natriummonoxid (NA₂ANTINGEN). Medan natriumsuperoxid (NAO₂) Det framställs genom uppvärmning av det metalliska natrium vid 300 ° C med högt tryck syre.

I flytande tillstånd inflammes det 125 ºC och producerar en irriterande vit rök, som kan producera hosta. Det reagerar också kraftigt med vatten för att producera natriumhydroxid och gasformigt väte, vilket orsakar reaktionens explosivitet. Denna reaktion är starkt exoterm.

Na +h₂O → NaOH +1/2 h₂  (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 genererar natriumsulfat.

Minskning

NA minskar oxiderna i övergångsmetallerna och producerar motsvarande metaller när de frigör dem från syre. Natrium reagerar också med övergångsmetaller, producerar metaller för att bilda natriumklorid och frigöra metaller.

Denna reaktion har tjänat till att få övergångsmetaller, inklusive titan och tantalus.

Med ammoniak

Natriumreaktionen med flytande ammoniak vid låg temperatur och långsamt för att bilda sodamiden (NANH₂) och väte.

Na +nh₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

Kan tjäna dig: renio: upptäckt, egenskaper, struktur, användningar

Flytande ammoniak fungerar som ett lösningsmedel för natriumreaktion med flera metaller, inklusive arsenik, teluro, antimon och vismut.

Organisk

Reagerar med alkoholer för att producera alkoholer eller alkoxider:

NA +ROH → RONA +1/2 h₂

Det producerar ångring av organiska föreningar, vilket orsakar en duplicering i antalet kolmätare:

2 Na +2 RCl → R-R +2 NaCl

Octan kan produceras genom att ångra butanbromid med natrium.

Med metaller

Natrium kan reagera med andra alkaliska metaller för att bilda en eutctic: en legering som bildas vid lägre temperaturer än dess komponenter; Till exempel NAK som har en procentandel av K på 78%. Natrium bildar också legeringar med beryllium med en liten procentandel av den första.

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

Risker

Det är en metall som reagerar intensivt med vatten. Därför kan det i kontakt med vattenbelagda mänskliga vävnader orsaka allvarliga skador. Producerar genom kontakt med hud och ögon allvarliga brännskador.

Genom intag kan det också orsaka perforering av matstrupen och magen. Även om dessa skador är allvarliga utsätts bara en liten del av befolkningen för dem.

Den största skadan som natrium kan orsaka beror på dess överdrivna intag i måltider eller drycker som görs av människor.

Människokroppen kräver ett natriumintag på 500 mg/dag för att uppfylla sin funktion vid nervkörning, liksom i muskelkontraktion.

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

Detta kan orsaka arteriell hypertoni, hjärt -kärlsjukdomar och hjärnolyckor.

Hypernatremi är också associerad med generering av osteoporos för att inducera en produktion av benvävnadskalcium. Njurarna har problem med att upprätthålla en plasmakoncentration av normalt natrium trots deras överdrivna intag, vilket kan leda till njurskador.

Ansökningar

Metallisk natrium

Det används i metallurgi som ett deoxidant- och reducerande medel vid framställning av kalcium, zirkonium, titan och andra metaller. Minska till exempel titantetraklorid (TICL₄) Att producera metalliskt titan.

Det smälta natriumet används som ett värmeöverföringsmedel, så det används som kylmedium i vissa kärnreaktorer.

Det används som råmaterial vid tillverkning av natrium Lauril -sulfat, huvudingrediensen i syntetiskt tvättmedel. Det ingriper också i tillverkningen av polymerer såsom nylon och i föreningar som cyanid och natriumperoxid. Även i produktionen av färgämnen och parfymsyntes.

Natrium används vid kolväterening och olösliga kolväten polymerisation. Det används också i många organiska reduktioner. Löst i flytande ammonium används för att reducera alkiner till transalqueno.

Natriumånglampor är byggda för allmän belysning i städer. De levererar en gul färg, liknande den observerade när natriumet bränns i tändare.

Natrium fungerar som ett torkmedel som ger en blå färg i bensofenon, vilket indikerar att produkten i uttorkningsprocessen har nått önskad torkning.

Föreningar

Klorid

Används för att krydda och spara mat. Natriumkloridelektrolys producerar natriumhypoklorit (NAOCL), som används i hemrengöring som klor. Dessutom används det som en industriell vitare av pappersmassa och textilier eller i vattendesinfektion.

Natriumhypoklorit används i vissa medicinska beredningar såsom antiseptisk och fungicid.

Karbonat och bikarbonat

Natriumkarbonat används vid tillverkning av glas, tvättmedel och rengöringsmedel. Monohydratiserat natriumkarbonat används i fotografering som en del av utvecklare.

Natriumbikarbonat är en koldioxidkälla. Av denna anledning används den i bakpulver, i brusande salter och drycker och även i torrkemiska brandsläckare. Det används också i garveriprocessen och ullberedning.

Natriumbikarbonat är en alkalisk förening som används vid läkemedelsbehandling av gastrisk och urinhyperakiditet.

Sulfat

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

Hydroxid

Vanligtvis kallas kaustik eller blekmedel, den används vid neutralisering av syror i oljeraffinering. Reagerar med fettsyror i tvåltillverkning. Dessutom används det vid behandling av cellulosa.

Nitrat

Det används som gödningsmedel som ger kväve, som är en dynamitkomponent.

Referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). MC Graw Hill.
2. Natrium. (2019). Natrium. Hämtad från: i.Wikipedia.org
3. Nationellt centrum för bioteknikinformation. (2019). Natrium. Pubchemdatabas. CID = 5360545. Återhämtat sig från: pubchem.Ncbi.Nlm.Nih.Gov
4. Ganong, W. F. (2003). Medicinsk fysiologi 19: e upplagan. Redaktion Den moderna manualen.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Hämtad från: i.Wikipedia.org
6. Presidenten och Fellows från Harvard College. (2019). Salt och natrium. Återhämtat sig från: HSPH.Sköre.Edu
7. Redaktörerna för Enyclopaedia Britannica. (7 juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Återhämtat sig från: Britannica.com