SODÍK: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, RIZIKA A POUŽITÍ - CHEMIE

Sodný je alkalický kov ze skupiny 1 periodické tabulky. Její atomové číslo je 11 a je představováno chemickým symbolem Na. Je to lehký kov, méně hustý než voda, stříbro-bílá barva, která se při vystavení vzduchu změní na šedou; proto je uložen v parafinech nebo ušlechtilých plynech.

Kromě toho je to měkký kov, který lze řezat nožem a při nízkých teplotách se stává křehkým. Výbušně reaguje s vodou za vzniku hydroxidu sodného a plynného vodíku; Reaguje také na vlhký vzduch a na vlhkost holých rukou.

Kovový sodík je uložen v láhvi a ponořen do oleje tak, aby nereagoval se vzduchem. Zdroj: Hi-Res obrázky chemických prvků

Tento kov se nachází v minerálech minerálů hornin, jako je halit (chlorid sodný), v solankách a v moři. Chlorid sodný představuje 80% všech látek rozpuštěných v moři, sodík má hojnost 1,05%. Je to šestý prvek hojnosti v zemské kůře.

Analýza spektra světla přicházejícího z hvězd umožnila detekovat jejich přítomnost v nich, včetně Slunce. Rovněž byla stanovena jejich přítomnost v meteoritech.

Sodík je dobrý tepelný a elektrický vodič a má také velkou absorpční kapacitu tepla. Zažívá fotoelektrický jev, tj. Je schopen emitovat elektrony, když je osvětlen. Když hoří, jeho plamen vydává intenzivní žluté světlo.

Roztavený sodík působí jako činidlo pro přenos tepla, a proto se v některých jaderných reaktorech používá jako chladivo. Používá se také jako deoxidační činidlo a redukční činidlo, proto se používá při čištění přechodných kovů, jako je titan a zirkonium.

Sodík je hlavním přispěvatelem k osmolaritě extracelulárního kompartmentu a jeho objemu. Rovněž je zodpovědný za vytváření akčních potenciálů ve excitovatelných buňkách a za zahájení svalové kontrakce.

Nadměrný příjem sodíku může způsobit: kardiovaskulární onemocnění, zvýšené riziko mrtvice, osteoporózu v důsledku mobilizace kostního vápníku a poškození ledvin.

Dějiny

Člověk používal sloučeniny sodíku od starověku, zejména chlorid sodný (běžná sůl) a uhličitan sodný. O důležitosti soli svědčí použití latinského slova „salarium“ k označení části soli, kterou vojáci obdrželi v rámci platby.

Ve středověku byla sloučenina sodíku používána s latinským názvem „sodanum“, což znamenalo bolesti hlavy.

V roce 1807 sir Humprey Davy izoloval sodík elektrolýzou hydroxidu sodného. Davy také izoloval draslík, v době, kdy byl hydroxid sodný a hydroxid draselný považován za elementární látky a nazývané fixní alkálie.

Davy v dopise kamarádovi napsal: „Rozložil jsem a znovu sestavil fixované alkálie a zjistil, že jejich báze jsou dvě nové vysoce hořlavé látky podobné kovům; ale jeden z nich je hořlavější než druhý a velmi reaktivní “.

V 1814, Jöns Jakob v jeho systému chemických symbolů používal zkratku Na pro latinské slovo 'natrium', aby jmenoval sodík. Toto slovo pochází z egyptského názvu „natron“, které se používá k označení uhličitanu sodného.

Struktura a elektronová konfigurace sodíku

Kovový sodík krystalizuje do krychlové (bcc) struktury zaměřené na tělo. Proto jsou jeho atomy Na umístěny tak, aby tvořily kostky, přičemž jeden je umístěn ve středu a každý má osm sousedů.

Tato struktura se vyznačuje tím, že je nejhustší ze všech, což souhlasí s nízkou hustotou tohoto kovu; tak nízká, že je spolu s lithiem a draslíkem jedinými kovy, které mohou plavat v kapalné vodě (před výbuchem, samozřejmě). K této vlastnosti také přispívá její nízká atomová hmotnost, vzhledem k objemovému atomovému poloměru.

Výsledná kovová vazba je však poměrně slabá a lze ji vysvětlit z elektronické konfigurace:

3s ¹

Elektrony v uzavřeném obalu se neúčastní (alespoň za normálních podmínek) kovové vazby; ale elektron ve 3s orbitální. Atomy Na se překrývají se svými 3 orbitaly a vytvářejí valenční pás; a 3p, prázdný, dirigentské pásmo.

Toto 3s pásmo, které je napůl plné, a také kvůli nízké hustotě krystalu, způsobuje, že síla, řízená „mořem elektronů“, je slabá. V důsledku toho může být kovový sodík řezán kovem a taje pouze při 98 ° C.

Fázové přechody

Sodný krystal může podléhat změnám ve své struktuře, když dochází ke zvýšení tlaku; zatímco je zahříván, je nepravděpodobné, že by podstoupil fázové přechody kvůli jeho nízké teplotě tání.

Jakmile začnou fázové přechody, změní se vlastnosti kovu. Například první přechod generuje krychlovou (fcc) strukturu zaměřenou na obličej. Tedy řídká struktura bcc je stlačena na fcc, když je kovový sodík lisován.

To nemusí způsobit znatelnou změnu vlastností sodíku kromě jeho hustoty. Když jsou však tlaky velmi vysoké, allotropy (ne polymorfní, protože jsou čistým kovem) se překvapivě stávají izolátory a elektridy; to znamená, že i elektrony jsou fixovány v krystalu jako anionty a necirkulují volně.

Kromě výše uvedeného se mění také jejich barvy; sodík přestane být šedivý, aby se stal tmavým, načervenalým nebo dokonce průhledným, jak se zvyšují provozní tlaky.

Oxidační čísla

Vzhledem k tomu, že valence 3s valence orbital, když sodík ztratí svůj jediný elektron, rychle se transformuje na kation Na ⁺, který je isoelektronický na neon. To znamená, že Na ⁺ i Ne mají stejný počet elektronů. Pokud se předpokládá přítomnost Na ⁺ ve sloučenině, pak je její oxidační číslo označeno jako +1.

Vzhledem k tomu, že pokud se stane opak, tj. Sodík získává elektron, jeho výsledná konfigurace elektronů je 3s ²; teď to je isoelectronic s hořčíkem, být Na anion ^- volal sodík. Pokud se předpokládá přítomnost Na ^- ve sloučenině, bude mít sodík oxidační číslo -1.

Vlastnosti

Ethylový roztok chloridu sodného hořící k projevení charakteristické žluté barvy plamene pro tento kov. Zdroj: Der Messer

Fyzický popis

Měkký, tažný, kujný lehký kov.

Atomová hmotnost

22,989 g / mol.

Barva

Sodík je lehký stříbrný kov. Lesklý, když je čerstvě řezaný, ale ztrácí svůj lesk, když je ve styku se vzduchem, stává se neprůhledným. Měkký při teplotě, ale docela tvrdý při -20 ºC.

Bod varu

880 ° C

Bod tání

97,82 ° C (téměř 98 ° C).

Hustota

Při pokojové teplotě: 0,968 g / cm ³.

V kapalném stavu (teplota tání): 0,927 g / cm ³.

Rozpustnost

Nerozpustný v benzenu, petroleji a naftě. Rozpouští se v kapalném amoniaku a vytváří modrý roztok. Rozpouští se v rtuti a vytváří amalgám.

Tlak páry

Teplota 802 K: 1 kPa; to znamená, že jeho tlak par je výrazně nízký i při vysokých teplotách.

Rozklad

Prudce se rozkládá ve vodě a vytváří hydroxid sodný a vodík.

Teplota samovznícení

120 až 125 ° C

Viskozita

0,680 cP při 100 ° C

Povrchové napětí

192 dyn / cm při teplotě tání.

Index lomu

4.22.

Elektronegativita

0,93 na Paulingově stupnici.

Ionizační energie

První ionizace: 495,8 kJ / mol.

Druhá ionizace: 4 562 kJ / mol.

Třetí ionizace: 6 910,3 kJ / mol.

Atomové rádio

186 hodin.

Kovalentní poloměr

166 ± 9 pm.

Teplotní roztažnost

71 um (m · K) při 26 ° C

Tepelná vodivost

132,3 W / m K při 293,15 K.

Elektrický odpor

4,77 × 10 ^-8 Ωm při 293 K.

Nomenklatura

Protože sodík má jedinečné oxidační číslo +1, jsou názvy jeho sloučenin, které se řídí nomenklaturou zásob, zjednodušeny, protože toto číslo není uvedeno v závorkách a římskými číslicemi.

Stejně tak jejich jména podle tradiční nomenklatury končí koncovkou -ico.

Například NaCl je chlorid sodný podle nomenklatury zásob, přičemž je chlorid sodný (I) chybný. Podle systematické nomenklatury se také nazývá monochlorid sodný; a chlorid sodný, podle tradiční nomenklatury. Nejběžnějším názvem je však stolní sůl.

Biologická role

Osmotická složka

Sodík má extracelulární koncentraci 140 mmol / l, která je v iontové formě (Na ⁺). Pro udržení elektroneutality extracelulárního kompartmentu je Na ⁺ doprovázen chloridovými (Cl ^-) a hydrogenuhličitanovými (HCO ₃ ^-) anionty, s koncentracemi 105 mmol / la 25 mmol / l.

Na ⁺ kation je hlavní osmotická složka a má největší příspěvek k osmolaritě extracelulárního kompartmentu, takže existuje rovnost osmolarity mezi extracelulárním a intracelulárním kompartmentem, která zaručuje integritu intracelulárního kompartmentu.

Na druhé straně je intracelulární koncentrace Na ⁺ 15 mmol / L. Takže: Proč nejsou extra a intracelulární koncentrace Na ⁺ vyrovnány ?

K tomu nedochází ze dvou důvodů: a) plazmatická membrána je špatně propustná pro Na ⁺. b) existence čerpadla Na ⁺ -K ⁺.

Pumpa je enzymatický systém v plazmatické membráně, který využívá energii obsaženou v ATP k odstranění tří atomů Na ⁺ a zavedení dvou atomů K ⁺.

Kromě toho existuje řada hormonů, včetně aldosteronu, které podporováním renální reabsorpce sodíku zaručují udržení extracelulární koncentrace sodíku na správné hodnotě. Antidiuretický hormon pomáhá udržovat extracelulární objem.

Výroba akčních potenciálů

Excitabilní buňky (neurony a svalové buňky) jsou ty, které reagují na vhodný stimul vytvářením akčního potenciálu nebo nervového impulsu. Tyto buňky udržují rozdíl napětí napříč plazmatickou membránou.

Interiér buňky je záporně nabitý vzhledem k vnějšímu prostoru buňky za klidových podmínek. Při určitém stimulu dochází ke zvýšení propustnosti membrány na Na ⁺ a malé množství iontů Na ⁺ vstupuje do buňky, což způsobuje pozitivní nabití vnitřku buňky.

To je to, co se nazývá akční potenciál, který se může šířit neuronem a je to způsob, jakým jím procházejí informace.

Když akční potenciál dosáhne svalových buněk, stimuluje je ke kontrakci prostřednictvím více či méně složitých mechanismů.

Stručně řečeno, sodík je zodpovědný za produkci akčních potenciálů ve excitovatelných buňkách a za zahájení kontrakce svalových buněk.

Kde se to nachází

zemská kůra

Sodík je sedmým nejhojnějším prvkem v zemské kůře, což představuje 2,8%. Chlorid sodný je součástí minerálního halitu, který představuje 80% rozpuštěných látek v moři. Obsah sodíku v moři je 1,05%.

Sodík je velmi reaktivní prvek, a proto se nenachází ve své nativní nebo elementární formě. Nachází se v rozpustných minerálech, jako je halit, nebo v nerozpustných minerálech, jako je kryolit (fluorid hlinitý sodný).

Moře a minerální halit

Mrtvé moře se kromě moře obecně vyznačuje velmi vysokou koncentrací různých solí a minerálů, zejména chloridu sodného. Velké slané jezero ve Spojených státech má také vysokou koncentraci sodíku.

Chlorid sodný se nachází téměř v minerálním halitu, který je přítomen v moři a ve skalních strukturách, téměř čistý. Hornina nebo minerální sůl je méně čistá než halit, vyskytující se v ložiscích nerostných surovin ve Velké Británii, Francii, Německu, Číně a Rusku.

Vklady soli

Sůl je extrahována z jejích skalních ložisek fragmentací hornin, následuje proces čištění soli. Jindy se do solných nádrží zavádí voda, aby se rozpustila a vytvořila solanka, která se potom čerpá na povrch.

Sůl se získává z moře v mělkých pánvích známých jako saliny, solárním odpařováním. Takto získaná sůl se nazývá zálivová sůl nebo mořská sůl.

Downs cell

Sodík byl vyroben karbotermickou redukcí uhličitanu sodného prováděnou při 1100 ° C. V současné době se vyrábí elektrolýzou roztaveného chloridu sodného za použití Downsovy buňky.

Protože však roztavený chlorid sodný má teplotu tání ~ 800 ° C, přidá se chlorid vápenatý nebo uhličitan sodný ke snížení teploty tání na 600 ° C.

V Downsově komoře je katoda vyrobena ze železa v kruhovém tvaru kolem uhlíkové anody. Produkty elektrolýzy jsou odděleny ocelovou sítí, aby se zabránilo kontaktu produktů elektrolýzy: elementární sodík a chlor.

Na anodě (+) dochází k následující oxidační reakci:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Mezitím na katodě (-) dochází k následující redukční reakci:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

Reakce

Tvorba oxidů a hydroxidů

Ve vzduchu je velmi reaktivní v závislosti na jeho vlhkosti. Reaguje a vytváří film hydroxidu sodného, který může absorbovat oxid uhličitý a nakonec tvořit hydrogenuhličitan sodný.

To oxiduje na vzduchu za vzniku uhelnatý sodný (Na ₂ O). Zatímco superoxid sodného (NAO ₂) se připraví zahříváním kovového sodíku do 300 ° C s kyslíkem při vysokém tlaku.

V kapalném stavu se vznítí při 125 ° C a vytváří dráždivý bílý kouř, který je schopen vyvolat kašel. Rovněž intenzivně reaguje s vodou za vzniku hydroxidu sodného a plynného vodíku, což způsobuje explozi reakce. Tato reakce je silně exotermická.

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

S halogenovanými kyselinami

Halogenované kyseliny, jako je kyselina chlorovodíková, reagují se sodíkem za vzniku odpovídajících halogenidů. Mezitím její reakce s kyselinou dusičnou vytváří dusičnan sodný; a s kyselinou sírovou vytváří síran sodný.

Snížení

Na redukuje oxidy přechodných kovů a produkuje odpovídající kovy tím, že je uvolňuje z kyslíku. Sodík také reaguje s halogenidy přechodných kovů, což způsobuje vytěsnění kovů za vzniku chloridu sodného a uvolňování kovů.

Tato reakce slouží k získání přechodných kovů, včetně titanu a tantalu.

S amoniakem

Reaguje sodného s kapalným amoniakem při nízké teplotě a pomalu se k vytvoření natriumamidu (NaNH ₂) a vodíku.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Kapalný amoniak slouží jako rozpouštědlo pro reakci sodíku s různými kovy, včetně arsenu, teluru, antimonu a bizmutu.

Organické

Reakce s alkoholy za vzniku alkoholátů nebo alkoxidů:

Na + ROH → Rona + 1/2 H ₂

To produkuje dehalogenation organických sloučenin, působit zdvojnásobení v počtu uhlíků sloučeniny:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Oktan může být produkován dehalogenací butanbromidu sodíkem.

S kovy

Sodík může reagovat s jinými alkalickými kovy za vzniku eutektika: slitina, která se tvoří při nižších teplotách než její složky; například NaK, který má procento K 78%. Také sodík tvoří slitiny s beryliem s malým procentem bývalého.

Drahé kovy jako zlato, stříbro, platina, palladium a iridium, stejně jako bílé kovy, jako je olovo, cín a antimon, tvoří slitiny s tekutým sodíkem.

Rizika

Je to kov, který silně reaguje s vodou. Proto při kontaktu s lidskými tkáněmi potaženými vodou může způsobit vážné poškození. Při styku s kůží a očima způsobuje těžké popáleniny.

Rovněž při požití může způsobit perforaci jícnu a žaludku. Přestože jsou tato zranění vážná, je jim vystavena pouze malá část populace.

Největší poškození, které může způsobit sodík, je v důsledku jeho nadměrného příjmu v potravinách nebo nápojích vytvářených lidmi.

Lidské tělo potřebuje příjem sodíku 500 mg / den, aby plnilo svou funkci při nervovém vedení i při svalové kontrakci.

Ve stravě se však obvykle přijímá mnohem vyšší množství sodíku, což vede ke zvýšení plazmatické koncentrace a koncentrace v krvi.

To může způsobit vysoký krevní tlak, kardiovaskulární onemocnění a mrtvice.

Hypernatremia je také spojena s vytvářením osteoporózy indukcí odtoku vápníku z kostní tkáně. Ledviny mají potíže s udržením normální koncentrace sodíku v plazmě i přes nadměrný příjem, což může vést k poškození ledvin.

Aplikace

Kovový sodík

Používá se v metalurgii jako deoxidační a redukční činidlo při přípravě vápníku, zirkonia, titanu a dalších kovů. Například, snižuje chloridu titaničitého (TiCl ₄), pro výrobu kovového titanu.

Roztavený sodík se používá jako činidlo pro přenos tepla, proto se v některých jaderných reaktorech používá jako chladivo.

Používá se jako surovina při výrobě laurylsulfátu sodného, hlavní složky syntetického detergentu. Rovněž se podílí na výrobě polymerů, jako je nylon a sloučenin, jako je kyanid a peroxid sodný. Také při výrobě barviv a syntéze parfémů.

Sodík se používá při čištění uhlovodíků a při polymeraci nerozpustných uhlovodíků. Používá se také v mnoha organických redukcích. Rozpuštěný v kapalném amoniaku se používá k redukci alkinů na transalken.

Parní výbojky jsou konstruovány pro veřejné osvětlení ve městech. Poskytují žlutou barvu, podobnou barvě pozorované při vypalování sodíku v zapalovačích.

Sodík působí jako sušidlo, které poskytuje modrý nádech v přítomnosti benzofenonu, což naznačuje, že produkt v procesu sušení dosáhl požadovaného sušení.

Sloučeniny

Chlorid

Používá se k ochucení a konzervování jídla. Elektrolýza chloridu sodného vytváří chlornan sodný (NaOCl), který se používá při čištění domácnosti jako chlor. Kromě toho se používá jako průmyslové bělidlo pro papírovou a textilní buničinu nebo pro dezinfekci vody.

Chlornan sodný se v některých léčivých přípravcích používá jako antiseptikum a fungicid.

Uhličitan a hydrogenuhličitan

Uhličitan sodný se používá při výrobě sklenic, detergentů a čisticích prostředků. Monohydrát uhličitanu sodného se používá ve fotografii jako vývojová složka.

Jedlá soda je zdrojem oxidu uhličitého. Z tohoto důvodu se používá v prášcích do pečiva, v solných a šumivých nápojích a také v suchých chemických hasicích přístrojích. Používá se také při opalování a přípravě vlny.

Hydrogenuhličitan sodný je alkalická sloučenina, která se používá k léčbě žaludeční a močové hyperacidity.

Síran

Používá se při výrobě sulfátového papíru, kartonu, skla a detergentů. Thiosíran sodný se používá ve fotografii k opravě negativů a vyvinutých výtisků.

Hydroxid

Běžně se nazývá hydroxid sodný nebo louh, používá se při neutralizaci kyselin při rafinaci ropy. Reaguje s mastnými kyselinami při výrobě mýdla. Kromě toho se používá při léčbě celulózy.

Dusičnan

Používá se jako hnojivo, které poskytuje dusík jako součást dynamitu.

Reference

Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
Sodík. (2019). Sodík. Obnoveno z: en.wikipedia.org
Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Sodík. PubChem Database. CID = 5360545. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Ganong, WF (2003). Medical Physiology 19th Edition. Editorial El Manual Moderno.
Wikipedia. (2019). Sodík. Obnoveno z: en.wikipedia.org
Prezident a členové Harvard College. (2019). Sůl a sodík. Obnoveno z: hsph.harvard.edu
Editors of Encyclopaedia Britannica. (7. června 2019). Sodík. Encyclopædia Britannica. Obnoveno z: britannica.com

SODÍK: HISTORIE, STRUKTURA, VLASTNOSTI, RIZIKA A POUŽITÍ - CHEMIE - 2025