Natriumgeschiedenis, structuur, eigenschappen, risico's en gebruik

Hij natrium Het is een alkalisch metaal van groep 1 van het periodiek systeem. Het atoomnummer is 11 en wordt weergegeven met het NA -chemische symbool. Het is een licht metaal, minder dicht dan het water, zilverwit dat grijs wordt wanneer ze worden blootgesteld aan de lucht; Daarom wordt het opgeslagen in paraffines of edelgassen.

Bovendien is het een zacht metaal dat met een mes kan worden gesneden en broos wordt bij lage temperaturen. Reageert explosief met water om natriumhydroxide en gasvormige waterstof te vormen; Het reageert ook met vochtige lucht en met de vochtigheid van de naakte handen.

Metallic natrium opgeslagen in een fles en ondergedompeld in olie zodat het niet reageert met de lucht. Bron: Hi-Res Images ofChemical Elements [CC door 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/3.0)]

Dit metaal wordt aangetroffen in rotsminerale rotsen zoals haliet (natriumchloride), in Salmuelas en in de zee. Natriumchloride vertegenwoordigt 80% van alle materialen opgelost in de zee, met het natrium een ​​overvloed van 1,05%. Het is het zesde element in overvloed van de aardkorst.

De analyse van de spectra van het licht van de sterren, heeft hun aanwezigheid erin toegestaan, inclusief de zon. Evenzo is de aanwezigheid ervan in meteorieten bepaald.

Natrium is een goede thermische en elektrische geleider, naast het hebben van een grote warmteabsorptiecapaciteit. Ervaar het foto -elektrische fenomeen, dat wil zeggen dat het in staat is elektronen uit te zenden wanneer het wordt verlicht. Terwijl zijn vlam verbrandt, zendt het een intens geel licht uit.

Het gesmolten natrium werkt als een warmteoverdrachtsmiddel, daarom wordt het gebruikt als een koelmiddel in bepaalde kernreactoren. Het wordt ook gebruikt als deoxidant en metaalverminderer, dus het is gebruikt bij de zuivering van overgangsmetalen, zoals titanium en zirkonium.

Natrium is de belangrijkste belastingbetaler van de osmolariteit van het extracellulaire compartiment en het volume ervan. Het is ook verantwoordelijk voor het genereren van actiepotentialen in exciteerbare cellen en het begin van spiercontractie.

Overmatige natriuminname kan produceren: hart- en vaatziekten, verhoogd risico op hersengevallen, osteoporose als gevolg van calciummobilisatie van bot en nierschade.

[TOC]

Geschiedenis

De mens heeft sinds de oudheid natriumverbindingen gebruikt, vooral natriumchloride (gewoon zout) en natriumcarbonaat. Het belang van zout is bewijs.

In de middeleeuwen werd een natriumverbinding gebruikt met de Latijnse naam "Sodanum", wat hoofdpijn betekende.

In 1807 geïsoleerde Sir Humbrey Davy natrium door natriumhydroxide -elektrolyse. Davy geïsoleerd kalium ook, in een tijd waarin ze natriumhydroxide en kaliumhydroxide zoals elementaire stoffen beschouwden en vaste alkalisten genoemd.

Davy in een brief aan een vriend schreef hij: 'Ik heb de vaste alkaliërs uitgeschakeld en teruggekocht en ontdekte dat hun bases twee stoffen waren nieuwe zeer ontvlambare stoffen vergelijkbaar met metalen; Maar een van hen is meer brandbaar dan de andere en zeer reactief ".

In 1814 gebruikte Jöns Jakob in zijn chemische symbolensysteem de NA -afkorting voor het Latijnse woord 'Natrium', om het natrium te noemen. Dit woord komt uit de naam van de Egyptische 'natron' die wordt gebruikt om natriumcarbonaat te noemen.

Natriumelektronische structuur en configuratie

Metallisch natrium kristalliseert in een kubieke structuur gecentreerd op het lichaam (BCC). Daarom zijn hun NA -atomen gepositioneerd en vormen ze kubussen, met één in het midden en elk met acht buren.

Deze structuur wordt gekenmerkt door de minst dicht van allemaal, die overeenkomt met lage dichtheid voor dit metaal; Zo laag, dat het samen met lithium en kalium is, de enige metalen die in vloeibaar water kunnen drijven (voordat ze exploderen, natuurlijk). De lage atoommassa, in relatie tot zijn volumineuze atoomradio, draagt ​​ook bij aan deze eigenschap.

De resulterende metalen link is echter vrij zwak en kan uit de elektronische configuratie uitleggen:

[Ne] 3s¹

De elektronen van de gesloten laag nemen niet deel (althans onder normale omstandigheden) in de metaalbinding; Maar het 3s orbitale elektron. De Na orbital na atoms 3s om een ​​Valencia -band te creëren; en de 3P, lege, een rijband.

Deze band 3s is zaad, evenals voor de lage dichtheid van het glas, maakt de kracht, geregeerd door de "zee van elektronen", is zwak. Bijgevolg kan metalen natrium worden gesneden met een metaal en smelt slechts 98 ° C.

Faseovergangen

Natriumkristal kan veranderingen in zijn structuur ervaren door de druk te ervaren; Terwijl het onwaarschijnlijk is dat het bij het verwarmen, zal het fase -overgangen lijden vanwege het lage smeltpunt.

Zodra de fase -overgangen beginnen, veranderen metaaleigenschappen. De eerste overgang genereert bijvoorbeeld een kubieke structuur gecentreerd op gezichten (FCC). Aldus wordt de kleine dichte structuur BCC verdicht naar FCC door op het metalen natrium te drukken.

Kan u van dienst zijn: ethylether

Misschien veroorzaakt dit geen merkbare verandering in natriumeigenschappen in plaats van in zijn dichtheid. Wanneer de druk echter erg hoog is, worden de alotropen (geen polymorfen omdat ze een zuiver metaal zijn) verrassend in isolatoren en elektrisch; dat wil zeggen, zelfs de elektronen worden als anionen in het glas gefixeerd en circuleren niet vrij.

Naast het bovenstaande veranderen de kleuren ook; Het natrium houdt op om grijsachtig te zijn om donker, roodachtig of zelfs transparant te worden, naarmate de operationele druk stijgt.

Oxidatienummers

Gezien het orbitaal van Valencia 3s, transformeert het, wanneer natrium zijn enige elektron verliest, snel in het na -kation⁺, die isolectronisch is voor neon. Dat wil zeggen, beide de NA⁺ Omdat de NE hetzelfde aantal elektronen heeft. Als de aanwezigheid van NA wordt aangenomen⁺ In de verbinding wordt dan gezegd dat het oxidatienummer +1 is.

Terwijl als het tegenovergestelde gebeurt, dat wil zeggen, natrium dat een elektron wint, de resulterende elektronische configuratie is [ne] 3s²; Het is nu isolectronisch met magnesium, in het geval van anion na^- Soduro genoemd. Als de aanwezigheid van NA wordt aangenomen^- In de verbinding zal het natrium een ​​oxidatienummer van -1 hebben.

Eigenschappen

Een ethyloplossing van brandend natriumchloride om de karakteristieke gele kleur van vlam voor dit metaal te manifesteren. Bron: der messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)]

Fysieke beschrijving

Zacht, ductiel, kneedbaar metaal.

Atoomgewicht

22.989 g/mol.

Kleur

Natrium is een licht zilveren metaal. Briljant als je vers gesneden bent, maar je verliest je glans wanneer deze in contact wordt gebracht met de lucht en wordt ondoorzichtig geworden. Zacht bij temperatuur, maar vrij moeilijk bij -20 ºC.

Kookpunt

880 ºC.

Smeltpunt

97,82 ºC (bijna 98 ºC).

Dikte

Bij kamertemperatuur: 0,968 g/cm³.

In vloeibare toestand (smeltpunt): 0,927 g/cm³.

Oplosbaarheid

Onoplosbaar in benzeen, kerosén en benzine. Het lost op in vloeibaar ammonium, waardoor een blauwe oplossing is. Het lost op in kwik dat een amalgaam vormt.

Dampdruk

802 K Temperatuur: 1 kPa; dat wil zeggen, de stoomdruk is aanzienlijk laag, zelfs bij hoge temperaturen.

Ontleding

Het ontleedt gewelddadig in water en vormt natrium- en waterstofhydroxide.

Zelf -uitsluittemperatuur

120-125 ºC.

Smurrie

0.680 CP bij 100 ºC

Oppervlaktespanning

192 DIINS/cm naar Fusion Point.

Brekingsindex

4.22.

Elektronegativiteit

0,93 op de Pauling -schaal.

Ionisatieenergie

Eerste ionisatie: 495,8 kJ/mol.

Tweede ionisatie: 4.562 kJ/mol.

Derde ionisatie: 6.910.3 kJ/mol.

Atomaire radio

186 uur.

Radiocovolent

166 ± 9 uur.

Thermische expansie

71 µm (m · k) bij 26 ° C.

Warmtegeleiding

132.3 w/m · k bij 293.15 k.

Elektrische weerstand

4.77 × 10^-8 Ω · M A 293 K.

Nomenclatuur

Het natrium voor het hebben van een enkel oxidatienummer van +1 De namen van de verbindingen, die worden bestuurd door de voorraadnomenclatuur, worden vereenvoudigd door het aantal haakjes tussen haakjes en met Romeinse nummers niet op te geven.

Evenzo eindigen hun namen volgens de traditionele nomenclatuur allemaal met het achtervoegsel -ICO.

NaCl is bijvoorbeeld natriumchloride volgens de voorraadnomenclatuur, die verkeerd is natriumchloride (i). Het wordt ook natriummonokloride genoemd, volgens systematische nomenclatuur; en natriumchloride, volgens de traditionele nomenclatuur. Uw meest voorkomende naam is echter tafelzout.

Biologisch papier

Osmotische component

Natrium heeft een extracellulaire concentratie van 140 mmol/L, in ionische vorm (NA⁺)). Om de elektroneutraliteit van het extracellulaire compartiment te handhaven, de NA⁺ Het gaat vergezeld van chloride -anionen (CL^-) en bicarbonaat (HCO₃^-), met respectievelijk 105 mmol/L -concentraties en 25 mmol/l.

Het na -kation⁺ Het is de belangrijkste osmotische component en heeft de grootste bijdrage aan de osmolariteit van het extracellulaire compartiment, zodat er een gelijke osmolariteit is tussen het extracellulaire en intracellulaire compartiment dat de integriteit van het intracellulaire compartment garandeert.

Aan de andere kant, na intracellulaire concentratie⁺ is 15 mmol/l. Dus: waarom niet de extra en intracellulaire concentraties van Na -match⁺?

Er zijn twee redenen om dit niet te laten gebeuren: a) Het plasmamembraan is weinig permeabel voor de NA⁺. b) Het bestaan ​​van de NA -pomp⁺-K⁺.

De pomp is een bestaand enzymatisch systeem in het plasmamembraan dat de energie in de ATP gebruikt om drie na -atomen te nemen⁺ en introduceer twee K -atomen⁺.

Bovendien is er een set hormonen, waaronder aldosteron die door nierreabsorptie van natrium te bevorderen, het behoud van de extracellulaire concentratie van het natrium in de nodige waarde garandeert. Antidiuretisch hormoon helpt het onderhoud van extracellulair volume.

Productie van actiepotentialen

Excheerbare cellen (neuronen en spiercellen) zijn die die reageren op een adequate stimulus met de vorming van een actie- of zenuwimpuls potentieel. Deze cellen behouden een spanningsverschil door het plasmamembraan.

Kan u van dienst zijn: materiaalsystemen

Het cellulaire interieur is negatief geladen ten opzichte van de buitenkant van de cel in rustomstandigheden. Gezien een bepaalde stimulus, is er een toename van de membraanpermeabiliteit voor NA⁺ en ga de cel een kleine hoeveelheid na ionen binnen⁺, waardoor het interieur van de cel positief wordt belast.

Het bovenstaande is wat bekend staat als een actiepotentieel, dat kan worden verspreid over een neuron en is de manier waarop informatie erdoorheen reist.

Wanneer het actiepotentieel spiercellen bereikt, stimuleert deze voor samentrekking door min of meer complexe mechanismen.

Samenvattend is natrium verantwoordelijk voor de productie van actiepotentialen in exciteerbare cellen en het begin van spiercelcontractie.

Waar bevindt het zich

aardkorst

Natrium is het zevende meest voorkomende element in de korst van de aarde, die 2,8 % ervan vertegenwoordigt. Natriumchloride maakt deel uit van het Halita -mineraal, dat 80% van het materiaal in de zee vertegenwoordigt. Het natriumgehalte van de zee is 1,05%.

Natrium is een zeer reactief element, daarom is het niet native of elementair. Het wordt gevonden in oplosbare mineralen zoals haliet of onoplosbare mineralen zoals Creools (een aluminium en natriumfluoride) natrium).

Zee en Halita Mineral

Naast de zee in het algemeen wordt de Dode Zee gekenmerkt door een zeer hoge concentratie van verschillende zouten en mineralen, vooral natriumchloride. Het grote zoute meer in de Verenigde Staten presenteert ook een hoge natriumconcentratie.

Natriumchloride is bijna zuiver in het halita -mineraal, aanwezig op zee en in rotsstructuren. Roca of mineraal zout is minder puur dan haliet, die in minerale afzettingen in Groot -Brittannië, Frankrijk, Duitsland, China en Rusland zijn.

Zoutoplossing

Zout wordt geëxtraheerd uit zijn rotsafzettingen door fragmentatie van de rotsen, gevolgd door een zoutzuiveringsproces. Bij andere gelegenheden wordt water geïntroduceerd in zoutafzettingen om het op te lossen en een pekel te vormen, die vervolgens naar het oppervlak wordt gepompt.

Zout wordt verkregen uit de zee in de ondiepe bassins bekend als Salinas, door zonne -verdamping. Het op deze manier verkregen zout wordt zout genoemd uit de baai of zeezout.

Downs Cell

Het natrium werd geproduceerd door de carbothermische reductie van natriumcarbonaat uitgevoerd bij 1.100 ºC. Momenteel wordt het geproduceerd door de elektrolyse van gesmolten natriumchloride, met behulp van de downs -cel.

Omdat gesmolten natriumchloride echter een smeltpunt heeft ~ 800 ºC, wordt calciumchloride of natriumcarbonaat toegevoegd om het smeltpunt te verminderen tot 600 ºC.

In de downs -kamer is de kathode ijzer in een cirkelvormige vorm, rond een koolstofanode. Elektrolyseproducten worden gescheiden door een staalgaas om te voorkomen dat elektrolyseproducten contact opnemen met: natrium en elementair chloor.

In de anode (+) treedt de volgende oxidatiereactie op:

2 Cl^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

Ondertussen treedt in de kathode (-) de volgende reductiereactie op:

2 NA⁺ (L) +2 e^-    → 2 NA (L)

Reacties

Oxide- en hydroxidevorming

Het is erg reactief in de lucht, afhankelijk van zijn vocht. Reageert op een natriumhydroxidefilm, die koolstofdioxide kan absorberen en uiteindelijk natriumbicarbonaat kan vormen.

Het oxideert in de lucht om natriummonoxide te ontstaan ​​(NA₂OF). Terwijl natriumsuperoxide (NAO₂) Het wordt bereid door het metaalnatrium te verwarmen op 300 ºC met hoge druk zuurstof.

In vloeibare toestand ontstapt het 125 ºC, waardoor een irritante witte rook wordt geproduceerd, in staat om hoest te produceren. Het reageert ook krachtig met water om natriumhydroxide en gasvormige waterstof te produceren, waardoor de explosiviteit van de reactie wordt veroorzaakt. Deze reactie is sterk exotherme.

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

Met gehalogeneerde zuren

Gehalogeneerde zuren, zoals zoutzuur, reageren met natrium om de overeenkomstige halogeniden te vormen. Ondertussen genereert de reactie met salpeterzuur natriumnitraat; En met zwavelzuur, genereert natriumsulfaat.

Verminderingen

De NA vermindert de oxiden van de overgangsmetalen en produceert de overeenkomstige metalen bij het vrijgeven van zuurstof. Natrium reageert ook met overgangsmetalen, stopt, produceert metalen om natriumchloride te vormen en metalen vrij te geven.

Deze reactie heeft gediend om overgangsmetalen te verkrijgen, waaronder titanium en tantalus.

Met de ammoniak

De natriumreactie met vloeibare ammoniak bij lage temperatuur en langzaam om het sodamide te vormen (nanh₂) en waterstof.

Na +NH₃    → nanh₂     +       1/2 H₂

Kan u van dienst zijn: Renio: ontdekking, eigenschappen, structuur, gebruik

Vloeibare ammoniak dient als een oplosmiddel voor natriumreactie met verschillende metalen, waaronder arseen, teluro, antimoon en bismut.

Biologisch

Reageert met alcoholen om alcoholen of alcoxiden te produceren:

Na +ROH → RONA +1/2 H₂

Het produceert het ongedaan maken van organische verbindingen, wat een duplicatie veroorzaakt in het aantal koolstofatomen van de compound:

2 NA +2 RCL → R-R +2 NaCl

Octaan kan worden geproduceerd door het ongedaan maken van butaanbromide met natrium.

Met metalen

Natrium kan reageren met andere alkalische metalen om een ​​eutctisch te vormen: een legering die wordt gevormd bij lagere temperaturen dan zijn componenten; NAK met bijvoorbeeld een percentage van K van 78%. Natrium vormt ook legeringen met beryllium met een klein percentage van de eerste.

Precious metalen zoals goud, zilver, platina, paladium en iridium, evenals witte metalen zoals lood, tin en antimoon, vormlegeringen met vloeibaar natrium.

Risico's

Het is een metaal dat intens reageert met water. Daarom kan dit in contact met waterweefsels met water ernstige schade veroorzaken. Produceert door contact met huid en ogen serieuze brandwonden.

Door inname kan het ook de perforatie van de slokdarm en maag veroorzaken. Hoewel deze verwondingen ernstig zijn, wordt slechts een klein deel van de bevolking aan hen blootgesteld.

De grootste schade die natrium kan veroorzaken, is te wijten aan de overmatige inname van maaltijden of drankjes die door mensen zijn gemaakt.

Het menselijk lichaam vereist een natriuminname van 500 mg/dag, om zijn functie bij het rijden van zenuw te vervullen, evenals in spiercontractie.

Maar een veel grotere hoeveelheid natrium wordt meestal ingenomen in het dieet, wat een toename van de plasma- en bloedconcentratie van hetzelfde veroorzaakt.

Dit kan arteriële hypertensie, hart- en vaatziekten en hersenongevallen veroorzaken.

Hypernatremie wordt ook geassocieerd met het genereren van osteoporose om een ​​output van calcium van botweefsel te induceren. De nieren hebben problemen met het handhaven van een plasmaconcentratie van normaal natrium ondanks hun overmatige inname, wat kan leiden tot nierschade.

Toepassingen

Metallisch natrium

Het wordt gebruikt in metallurgie als een deoxidant- en reductiemiddel bij de bereiding van calcium, zirkonium, titanium en andere metalen. Verminder bijvoorbeeld titaniumtetrachloride (TICL₄) Om metalen titanium te produceren.

Het gesmolten natrium wordt gebruikt als een warmteoverdrachtsmiddel, dus het wordt gebruikt als een koelmiddel in sommige kernreactoren.

Het wordt gebruikt als grondstof bij de productie van natrium laurilsulfaat, het hoofdingrediënt van synthetisch wasmiddel. Het grijpt ook in de productie van polymeren zoals nylon en in verbindingen zoals cyanide en natriumperoxide. Ook bij de productie van kleurstoffen en parfumsynthese.

Natrium wordt gebruikt bij koolwaterstofzuivering en onoplosbare polymerisatie van koolwaterstoffen. Het wordt ook gebruikt in tal van organische reducties. Opgelost in vloeibaar ammonium wordt gebruikt om alkines te verminderen tot transalqueno.

Natriumdamplampen zijn gebouwd voor openbare verlichting in steden. Ze leveren een gele kleur, vergelijkbaar met de waargenomen wanneer het natrium wordt verbrand in aanstekers.

Het natrium werkt als een droogmiddel dat een blauwe kleur in benzofenon biedt, wat aangeeft dat het product tijdens het uitdroging het gewenste drogen heeft bereikt.

Verbindingen

Chloride

Wordt gebruikt om voedsel te kruiden en te behouden. Natriumchloride -elektrolyse produceert natriumhypochloriet (NaOCL), gebruikt bij het reinigen van thuis als chloor. Bovendien wordt het gebruikt als een industrieel witter van de papieren pulp en textiel of in waterdesinfectie.

Natriumhypochloriet wordt gebruikt in bepaalde medicinale preparaten zoals antiseptisch en fungicide.

Carbonaat en bicarbonaat

Natriumcarbonaat wordt gebruikt bij de productie van glas, wasmiddelen en schoonmakers. Monohydrated natriumcarbonaat wordt in fotografie gebruikt als onderdeel van ontwikkelaars.

Natriumbicarbonaat is een koolstofdioxidebron. Om deze reden wordt het gebruikt in bakpoeder, in bruisende zouten en drankjes en ook in droge chemische brandblussers. Het wordt ook gebruikt in het leerlooierproces en wolvoorbereiding.

Natriumbicarbonaat is een alkalische verbinding, gebruikt bij de medicinale behandeling van maag- en urineweghyperaciditeit.

Sulfaat

Het wordt gebruikt bij de productie van kraftpapier, kartonnen, glas en wasmiddelen. Natriumthiosulfaat wordt gebruikt in fotografie om negatieven en ontwikkelde indrukken te corrigeren.

Hydroxide

Gewoonlijk bijtend of bleekmiddel genoemd, wordt het gebruikt bij de neutralisatie van zuren bij olieraffinage. Reageert met vetzuren in zeepproductie. Bovendien wordt het gebruikt bij de behandeling van cellulose.

Nitraat

Het wordt gebruikt als een meststof die stikstof biedt, als een dynamietcomponent.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). MC Graw Hill.
2. Natrium. (2019). Natrium. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Nationaal centrum voor biotechnologie -informatie. (2019). Natrium. PubChem -database. CID = 5360545. Hersteld van: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
4. Ganong, W. F. (2003). Medische fysiologie 19e editie. Redactioneel de moderne handleiding.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
6. De president en kerels van Harvard College. (2019). Zout en natrium. Hersteld van: HSPH.Harvard.Edu
7. De redacteuren van Enyclopaedia Britannica. (7 juni 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: Britannica.com