Sodiu

Sodiu
←  Neon | Magneziu  →
unsprezece Li ↑ Na ↓ K 11 Na
Aspectul unei substanțe simple
Sodiu proaspăt tăiat
Proprietățile atomului
Nume, simbol, număr	Sodiu/Natriu (Na), 11
Grup , punct , bloc	1 (învechit 1), 3, s-element
Masa atomica ( masa molara )	22,98976928 ± 2,0E−8 amu [1] [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Configuratie electronica	[Ne] 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Raza atomului	ora 190
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 154
Raza ionică	97 (+1e)  pm
Electronegativitatea	0,93 (scara Pauling)
Potențialul electrodului	-2,71 V
Stări de oxidare	−1 [3] , 0, +1
Energia de ionizare (primul electron)	495,6(5,14)  kJ / mol  ( eV )
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate (la n.a. )	0,971 g/cm³
Temperatură de topire	370,96 K; 97,81°C
Temperatura de fierbere	1156,1 K; 882,95°C
Oud. căldură de fuziune	2,64 kJ/mol
Oud. căldură de evaporare	97,9 kJ/mol
Capacitate de căldură molară	28,23 [4]  J/(K mol)
Volumul molar	23,7  cm³ / mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	Corp cubic centrat
Parametrii rețelei	4,2820  Å
Debye temperatura	150K  _
Alte caracteristici
Conductivitate termică	(300 K) 142,0 W/(m K)
numar CAS	7440-23-5
Spectrul de emisie

Sodiu ( simbol chimic  - Na , din lat.  Na trium ) - un element chimic din primul grup (conform clasificării învechite  - principalul subgrup al primului grup, IA), a treia perioadă a sistemului periodic de elemente chimice ale D. I. Mendeleev . Numărul atomic  este 11.

Sub formă de substanță simplă, sodiul este un metal alcalin foarte ușor (0,971 g/cm 3 ), moale, reactiv [5] alb-argintiu . La nivel de energie externă, sodiul are un electron, pe care îl donează cu ușurință, transformându-se într-un cation Na + încărcat pozitiv .

Singurul izotop natural stabil al sodiului este 23 Na.

Nu apare sub formă liberă în natură, dar poate fi obținut din diverși compuși. Sodiul este al șaselea cel mai abundent element din scoarța terestră : se găsește în numeroase minerale , inclusiv feldspați , sodaliți și „sare de rocă” ( halit , clorură de sodiu ).

Istoria și originea numelui

Compușii de sodiu sunt cunoscuți și utilizați din cele mai vechi timpuri. În traducerea greacă veche a Bibliei  - Septuaginta  - cuvântul νίτρον [6] (în traducerea latină - Vulgata  - corespunde cuvântului nitroet ) este menționat ca denumirea unei substanțe precum sifonul sau potasa , care, amestecat cu ulei, servit ca detergent [7] ( Ier.  2:22 ). În Tanakh , cuvântul νίτρον corespunde lui Evr. ברית ‏‎ - „săpun” și נתר  – „leșie” (săpun lichid) [8] . Soda (natron) se găsește în mod natural în apele lacurilor de sifon din Egipt . Vechii egipteni foloseau sifon natural pentru îmbălsămare, albire pânzei, gătit alimente, fabricare vopsele și glazuri . Pliniu cel Bătrân scrie că în Delta Nilului , sifonul (conținea o proporție suficientă de impurități) a fost izolat din apa râului. A ieșit la vânzare sub formă de bucăți mari, datorită amestecului de cărbune, de culoare gri sau chiar negru [9] .

Denumirea „sodiu” provine de la cuvântul latin natrium (cf. alt grecesc νίτρον ), care a fost împrumutat din limba egipteană mijlocie ( nṯr ), unde însemna, printre altele: „sodă”, „sodă caustică” [10] .

Abrevierea „Na” și cuvântul natrium au fost folosite pentru prima dată de academicianul, fondatorul Societății Suedeze de Medici Jöns Jakob Berzelius pentru a desemna sărurile minerale naturale, care includeau sifon [11] . Anterior (și încă în engleză, franceză și o serie de alte limbi) elementul a fost numit sodiu ( lat.  sodiu ) - acest nume de sodiu , probabil, se întoarce la cuvântul arab sudame care înseamnă „durere de cap”, deoarece soda era folosită în acel moment. ca medicament pentru dureri de cap [12] .

Sodiul metalic a fost obținut pentru prima dată de chimistul englez Humphry Davy prin electroliza unei topituri de hidroxid de sodiu . Davy a raportat acest lucru la 19 noiembrie 1807, în Baker Lecture [13] (în manuscrisul prelegerii, Davy a indicat că a descoperit potasiul pe 6 octombrie 1807 și sodiul la câteva zile după potasiu [14] ).

Fiind în natură

Clarcul de sodiu din scoarța terestră este de 25 kg/t. Conținutul în apa de mare sub formă de compuși este de 10,5 g/l [15] . Atomii de sodiu metalic intră ca o impuritate care devine sarea gemă albastră. Sarea capătă această culoare sub acțiunea radiațiilor.

Proprietăți fizice

Sodiul este un metal alb-argintiu, în straturi subțiri cu o nuanță violetă, plastic, chiar moale (tăiat ușor cu un cuțit), o tăietură proaspătă de sodiu strălucește.

Conductivitatea electrică și termică a sodiului este destul de ridicată, densitatea este de 0,96842 g / cm³ (la 19,7 ° C ), punctul de topire 97,86 ° C , punctul de fierbere 883,15 ° C.

La temperatura camerei, sodiul formează cristale cubice , grupa spațială I m 3 m , parametrii celulei  a = 0,42820 nm , Z = 2 .

La o temperatură de -268 ° C (5 K), sodiul trece în faza hexagonală , grupul spațial P 6 3 / mmc , parametrii celulei a \u003d 0,3767 nm , c \u003d 0,6154 nm , Z \u003d 2 .

Proprietăți chimice

Un metal alcalin care se oxidează cu ușurință în oxid de sodiu în aer . Pentru a proteja împotriva oxigenului atmosferic, sodiul metalic este depozitat sub un strat de kerosen sau ulei mineral.

Când este ars în aer sau în oxigen, se formează peroxid de sodiu :

În plus, există ozonidă de sodiu .

Sodiul reacționează foarte violent cu apa, o bucată de sodiu pusă în apă plutește, se topește din cauza căldurii degajate, transformându-se într-o minge albă care se deplasează rapid în diferite direcții peste suprafața apei [16] , reacția continuă cu evoluția. de hidrogen , care se poate aprinde. Ecuația reacției:

Ca toate metalele alcaline, sodiul este un agent reducător puternic și interacționează puternic cu multe nemetale (cu excepția azotului , iodului , carbonului , gazelor nobile):

Sodiul este mai activ decât litiul . Reacționează extrem de slab cu azotul într-o descărcare strălucitoare, formând o substanță foarte instabilă - nitrură de sodiu (spre deosebire de nitrura de litiu ușor de formată):

Reacționează cu acizii diluați ca un metal normal:

Cu acizi oxidanți concentrați, se eliberează produși de reducere:

Se dizolvă în amoniac lichid , formând o soluție albastră:

Interacționează cu amoniacul gazos atunci când este încălzit:

Cu mercur , formează amalgam de sodiu, care este folosit ca agent reducător mai blând în locul metalului pur. Când este fuzionat cu potasiu, dă un aliaj lichid.

Halogenurile de alchil cu un exces de metal pot da compuși organosodici - compuși foarte activi care de obicei se aprind spontan în aer și explodează cu apă. Cu o lipsă de metal, are loc reacția Wurtz .

Reacționează cu alcoolii, fenolii, acizii carboxilici formând săruri.

Se dizolvă în eteri coroană în prezența solvenților organici, dând o electridă sau alcalidă (în aceasta din urmă, sodiul are o stare de oxidare neobișnuită de -1 [3] ).

Obținerea

Prima metodă industrială de obținere a sodiului a fost reacția de reducere a carbonatului de sodiu cu cărbune prin încălzirea unui amestec apropiat de aceste substanțe într-un recipient de fier la 1000 ° C ( metoda Deville ) [17] :

În loc de cărbune, se poate folosi carbură de calciu , aluminiu , siliciu , ferosiliciu , aluminiu silico [18] [19] .

Odată cu apariția industriei energiei electrice, o altă metodă de obținere a sodiului a devenit mai practică - electroliza unei topituri de sodă caustică sau clorură de sodiu :

În prezent, electroliza este principala metodă de producere a sodiului.

Sodiul poate fi obținut și prin metoda termică cu zirconiu sau prin descompunerea termică a azidei de sodiu .

Aplicație

Sodiul metalic este utilizat pe scară largă ca agent reducător puternic în chimia preparativă și industrie, inclusiv în metalurgie. Folosit pentru uscarea solvenților organici precum eterul . Sodiul este utilizat în producția de baterii de sodiu-sulf foarte consumatoare de energie . Este, de asemenea, utilizat în supapele de evacuare a motoarelor de camion ca radiator lichid. Ocazional, sodiul metalic este folosit ca material pentru firele electrice concepute pentru curenți foarte mari.

Într-un aliaj cu potasiu, precum și cu rubidiu și cesiu , este folosit ca lichid de răcire foarte eficient. În special, un aliaj cu compoziție sodiu 12%, potasiu 47%, cesiu 41% are un punct de topire scăzut record de -78 °C și a fost propus ca fluid de lucru pentru motoarele cu rachete ionice și ca lichid de răcire pentru centralele nucleare.

Sodiul este, de asemenea, folosit ca lichid de răcire metal în unele reactoare nucleare cu neutroni rapidi . Acum există două reactoare de putere cu sodiu în funcțiune - BN-600 și BN-800 . În plus, reactorul de cercetare BOR-60 este în funcțiune . Un reactor de cercetare multifuncţional este în construcţie .

Sodiul este, de asemenea, utilizat în lămpile cu descărcare de înaltă și joasă presiune (HLD și HLD). Lămpile NLVD tip DNaT (Arc Sodium Tubular) sunt foarte utilizate în iluminatul stradal. Ei emit o lumină galbenă strălucitoare. Durata de viață a lămpilor HPS este de 12-24 mii de ore. Prin urmare, lămpile cu descărcare în gaz de tip DNaT sunt indispensabile pentru iluminatul urban, arhitectural și industrial. Există și lămpi DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) și DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

Sodiul metalic este utilizat în analiza calitativă a materiei organice. Aliajul de sodiu și substanța de testat este neutralizat cu etanol , se adaugă câțiva mililitri de apă distilată și se împarte în 3 părți, testul lui J. Lassen (1843), are ca scop determinarea azotului, sulfului și halogenilor ( testul Beilstein ) .

Utilizarea compușilor de sodiu în industrie

Compușii de sodiu sunt utilizați activ în industrie:

• Clorura de sodiu (NaCl) ( sare comună ) este cel mai vechi aromat și conservant folosit.

• Azida de sodiu (NaN 3 ) este utilizată ca agent de nitrurare în metalurgie și în producția de azidă de plumb .

• Cianura de sodiu (NaCN) este utilizată în metoda hidrometalurgică de levigare a aurului din roci, precum și în nitrocarburarea oțelului și în galvanizare (argint, aurire).

• Cloratul de sodiu (NaClO 3 ) este folosit pentru a distruge vegetația nedorită de pe șinele de cale ferată.

• Bromura de sodiu (NaBr) este utilizată pe scară largă în medicină (ca sedativ și anticonvulsivant) [20] .

Izotopi de sodiu

Din 2012, sunt cunoscuți 20 de izotopi cu numere de masă de la 18 la 37 și 2 izomeri nucleari de sodiu. Singurul izotop stabil este 23 Na. Majoritatea izotopilor au un timp de înjumătățire mai mic de un minut; doar un izotop radioactiv, 22 Na, are un timp de înjumătățire mai mare de un an. 22 Na suferă dezintegrare a pozitronilor cu un timp de înjumătățire de 2,6027 ani și este folosit ca sursă de pozitroni și în cercetarea științifică. 24 Na, cu un timp de înjumătățire de 15 ore în canalul de dezintegrare β , este utilizat în medicină pentru diagnosticul și tratamentul anumitor forme de leucemie .

Rolul biologic

Sodiul aparține macroelementelor [21] și face parte din toate organismele vii. În organismele superioare, sodiul se găsește mai ales în fluidul intercelular al celulelor (de aproximativ 15 ori mai mult decât în ​​citoplasma celulei ). Diferența de concentrații este susținută de pompa de sodiu-potasiu încorporată în membranele celulare , care pompează ionii de sodiu din citoplasmă în fluidul intercelular.

Împreună cu potasiul , sodiul îndeplinește următoarele funcții:

• Crearea condițiilor pentru apariția potențialului membranar și a contracțiilor musculare.
• Menținerea concentrației osmotice a sângelui.
• Mentinerea echilibrului acido-bazic .
• Normalizarea echilibrului apei.
• Asigurarea transportului membranar.
• Activarea multor enzime .

Pentru adulți, conform American Heart Association, doza minimă necesară este mai mică de 500 de miligrame, doza recomandată este de până la 1500 de miligrame pe zi (cu excepția pacienților cu anumite boli și profesii care necesită o cantitate crescută de sodiu). Sub formă de sare de masă , 3/4 de linguriță conține 1725 miligrame de sodiu [22] . Potrivit altora, adulții sănătoși ar trebui să limiteze aportul de sodiu la 2300 de miligrame, iar persoanele cu hipertensiune arterială și o serie de alte boli - 1500 sau mai puțin.

Sodiul se găsește în aproape toate alimentele în cantități diferite, deși organismul primește cea mai mare parte din sarea de masă , inclusiv în conserve, semifabricate, sosuri, cârnați etc. Suplimentele alimentare precum glutamatul monosodic servesc, de asemenea, ca sursă de sodiu , bicarbonat de sodiu (bicarbonat de sodiu), nitrit de sodiu, zaharinat de sodiu și benzoat de sodiu [23] . Absorbția are loc în principal în stomac și intestinul subțire . Vitamina D îmbunătățește absorbția sodiului, dar alimentele excesiv de sărate și alimentele bogate în proteine ​​interferează cu absorbția normală. Cantitatea de sodiu ingerată cu alimente indică cantitatea de sodiu din urină . Alimentele bogate în sodiu se caracterizează printr-o excreție accelerată .

Deficitul de sodiu la o persoană care mănâncă o dietă echilibrată nu apare, totuși, pot apărea unele probleme în timpul postului. Deficiența temporară poate fi cauzată de utilizarea de diuretice , diaree , transpirație excesivă sau aport excesiv de apă .

Simptomele deficienței de sodiu sunt scăderea în greutate, vărsăturile , gazele în tractul gastrointestinal și absorbția afectată a aminoacizilor și a monozaharidelor . Deficiența prelungită provoacă crampe musculare și nevralgie .

Un exces de sodiu provoacă umflarea picioarelor și a feței, creșterea excreției de potasiu în urină , hipertensiune arterială și acumulare de lichid la unele persoane [23] . Cantitatea maximă de sare care poate fi procesată de rinichi este de aproximativ 20-30 de grame, o cantitate mai mare pune deja viața în pericol.

Precauții

patru 3 2W

NFPA 704 pentru sodiu metalic

Sodiul metalic pur este inflamabil. În aer tinde să se aprindă spontan. Contactul cu apa și suprafețele umede este deosebit de periculos, deoarece sodiul reacționează foarte activ cu apa, adesea cu o explozie, formând un alcali caustic ( NaOH ). În laboratoare, cantități mici de sodiu (până la aproximativ 1 kg) sunt depozitate în borcane de sticlă închise sub un strat de kerosen, naftă, benzină sau ulei de vaselină, astfel încât stratul de lichid să acopere întregul metal. Un borcan de sodiu trebuie depozitat într-un dulap metalic ignifug (seif). Sodiul se ia cu pensete sau clești, se taie cu un bisturiu (sodiul este plastic și se taie ușor cu un cuțit) pe o suprafață uscată (într-o cană de sticlă); cantitatea necesară și restul sunt imediat returnate în borcan sub un strat de kerosen, iar bucata tăiată fie se pune în kerosen, fie se introduce imediat în reacție. Înainte de a începe să lucrați cu sodiu, trebuie să fiți instruit în protecția muncii. Nou-veniții care lucrează cu sodiu ar trebui să facă acest lucru sub supravegherea personalului cu experiență în astfel de muncă. De obicei, în condiții de laborator, pentru reacții se folosesc cantități de sodiu care nu depășesc câteva zeci de grame. Pentru experimente demonstrative, de exemplu, la școală, la lecțiile de chimie, nu trebuie luat mai mult de un gram de sodiu. După lucrul cu sodiu metalic, toate vasele și reziduurile de sodiu sunt turnate cu alcool nediluat și soluția rezultată este neutralizată cu o soluție de acid slab. Ar trebui să se acorde o atenție deosebită pentru a se asigura că toate reziduurile de sodiu și butașii sunt complet neutralizate înainte de a fi aruncate, deoarece sodiul din coșul de gunoi poate provoca un incendiu, iar într-o scurgere de canalizare, o explozie și o defecțiune a conductei. Toate lucrările cu sodiu, precum și cu alcaline și metale alcaline în general, trebuie efectuate cu ochelari sau o mască de protecție. Nu este recomandat să păstrați sodiul acasă și să faceți orice experimente cu acesta.

Aprinderea și chiar explozia sodiului metalic în contact cu apa și mulți compuși organici pot provoca vătămări grave și arsuri . Încercarea de a ridica o bucată de sodiu metalic cu mâinile goale poate face ca aceasta să se aprindă (uneori să explodeze) din cauza umezelii pielii și să provoace arsuri grave de la sodiu și alcalii rezultate. Arderea sodiului creează un aerosol de oxid, peroxid și hidroxid de sodiu, care are un efect coroziv. Unele reacții ale sodiului au loc foarte violent (de exemplu, cu sulf , brom ).

Note

1. ↑ Meija J. , Coplen T. B. , Berglund M., Brand W. A., Bièvre P. D., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T. et al. Greutăți atomice ale elementelor 2005 (Raport tehnic IUPAC)  (engleză) // Chimie pură și aplicată - IUPAC , 2016. - Vol. 88, Iss. 3. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Meija J. și colab. Greutăți atomice ale elementelor 2013 (Raport tehnic IUPAC  )  // Chimie pură și aplicată . - 2016. - Vol. 88 , nr. 3 . - P. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
3. ↑ 1 2 Greenwood NN, Earnshaw A. Chimia elementelor  . — Ed. a II-a. - Butterworth-Heinemann , 1997. - ISBN 0-08-037941-9 .
4. ↑ Alikberova L. Yu. Sodium // Enciclopedia chimică  : în 5 volume / Cap. ed. I. L. Knunyants . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1992. - T. 3: Cupru - Polimer. - S. 178-179. — 639 p. - 48.000 de exemplare.  — ISBN 5-85270-039-8 .
5. ↑ Sodiu
6. ↑ Simfonia Formelor Dicționarului Grec
7. ↑ Dicționarul antic greco-rus al lui Dvoretsky (link inaccesibil) . Consultat la 24 octombrie 2018. Arhivat din original la 30 martie 2016. (nedefinit) 
8. ↑ Simfonia biblică cu dicționar ebraic și grec
9. ↑ Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : in 86 volumes (82 volumes and 4 additional). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
10. ↑ Petrovsky N. S. Limba egipteană. O introducere în hieroglife, vocabular și o schiță a gramaticii limbii egiptene medii. L., 1958. - S. 83.
11. ↑ Thomas Thomson, Analele filosofiei
12. ↑ Newton D.E. Elemente chimice. ISBN 0-7876-2847-6 .
13. ↑ Davy, H. Lectura Bakerian, despre unele fenomene noi ale schimbărilor chimice produse de electricitate, în special descompunerea alcalinelor fixe, și expunerea noilor substanțe care constituie bazele lor; și despre natura generală a corpurilor alcaline  (engleză)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : journal. - 1808. - Vol. 98 . - P. 1-44 .
14. ↑ Davy, John. Operele colectate ale lui Sir Humphry Davy  (neopr.) . - Londra: Smith, Elder, and Company , 1839. - T. I. - P. 109.
15. ↑ Riley JP, Skirrow G. Chemical Oceanography. Vol. 1, 1965.
16. ↑ Interacțiunea sodiului cu apa  - experiență video în Colecția Unificată de Resurse Educaționale Digitale
17. ↑ Mendeleev D. Fundamentals of Chemistry, ed. a VII-a, Sankt Petersburg, 1903. - S. 386.
18. ↑ Alabyshev A.F., Grachev K.D., Zaretsky S.A., Lantratov M.F. Sodiu și potasiu (obținere, proprietăți, aplicare), L.: State. n.-t. Editura Chem. lit., 1959, p. 255.
19. ↑ Morachevsky A. G., Shesterkin I. A., Busse-Machukas V. B. și alții. Sodiu. Proprietăți, producție, aplicare (Sub redacția lui A. G. Morachevsky), Sankt Petersburg: Chimie, 1992, p. 186. ISBN 5-7245-0760-9
20. ↑ Aplicarea compușilor de sodiu în industrie
21. ↑ Rolul biologic al sodiului
22. ↑ Cât de mult sodiu ar trebui să mănânc pe zi? (link indisponibil) . Preluat la 20 iulie 2016. Arhivat din original la 28 septembrie 2016. (nedefinit) 
23. ↑ 1 2 Sodiu în dietă

Literatură

• Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron  : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.

Link -uri

• Sodiu pe Webelements
• Tabel periodic al videoclipurilor: sodiu
• Sodiu la Biblioteca Populară a Elementelor Chimice

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană Mare norvegian Rusă mare Brockhaus și Efron in jurul lumii Micul Brockhaus și Efron Nou Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis Rodie
În cataloagele bibliografice BNF : 11980515x GND : 4171239-0 J9U : 987007553566405171 LCCN : sh85124249 NDL : 00568053 NKC : ph323347