- Povijest
- Struktura i elektronska konfiguracija natrija
- Fazni prijelazi
- Oksidacijski brojevi
- Svojstva
- Fizički opis
- Atomska težina
- Boja
- Vrelište
- Talište
- Gustoća
- Topljivost
- Tlak pare
- Raspad
- Temperatura automatskog paljenja
- Viskoznost
- Površinska napetost
- Indeks loma
- Elektronegativnost
- Energija ionizacije
- Atomski radio
- Kovalentni polumjer
- Toplinsko širenje
- Toplinska vodljivost
- Električni otpor
- Nomenklatura
- Biološka uloga
- Osmotska komponenta
- Proizvodnja akcijskih potencijala
- Gdje se nalazi
- Zemljina kora
- More i mineralni halit
- Naslage soli
- Downs ćelija
- reakcije
- Stvaranje oksida i hidroksida
- S halogeniranim kiselinama
- Smanjenja
- S amonijakom
- Organski
- S metalima
- rizici
- Prijave
- Metalni natrij
- spojevi
- Klorid
- Karbonat i bikarbonat
- Sulfat
- Hidroksid
- Nitrat
- Reference
Natrij je alkalijski metal grupe 1 periodičkog. Njegov atomski broj je 11 i predstavljen je kemijskim simbolom Na. To je lagan metal, manje gust od vode, srebrno bijele boje koji postaje siv ako je izložen zraku; zato se skladišti u parafinima ili plemenitim plinovima.
Uz to je mekani metal koji se može rezati nožem i postati lomljiv na niskim temperaturama. Eksplozivno reagira s vodom, pri čemu nastaje natrijev hidroksid i plin vodik; Također reagira s vlažnim zrakom i vlagom golih ruku.
Metalni natrij pohranjen u boci i uronjen u ulje tako da ne reagira sa zrakom. Izvor: Hi-Res slike kemijskih elemenata
Ovaj se metal nalazi u mineralima kamene soli poput halita (natrijevog klorida), u salamuri i moru. Natrijev klorid predstavlja 80% svih materijala otopljenih u moru, a natrij u obilju 1,05%. To je šesti element koji ima u izobilju u zemljinoj kori.
Analiza spektra svjetlosti koje dolaze od zvijezda omogućila je otkrivanje njihove prisutnosti u njima, uključujući i Sunce. Također je utvrđena i njihova prisutnost u meteoritima.
Natrij je dobar toplinski i električni provodnik, kao i da ima veliku sposobnost upijanja topline. Doživljava fotoelektrični fenomen, odnosno kad je sposoban emitirati elektrone. Kad izgori, njegov plamen emitira intenzivno žuto svjetlo.
Rastavani natrij djeluje kao sredstvo za prijenos topline, zbog čega se koristi kao rashladno sredstvo u određenim nuklearnim reaktorima. Također se koristi kao metalni deoksidizator i reduktor, zbog čega se koristio u pročišćavanju prijelaznih metala, poput titana i cirkonija.
Natrij je glavni doprinos osmolarnosti vanćelijskog odjeljka i njegovog volumena. Isto tako, odgovorna je za stvaranje akcijskih potencijala u uzbudljivim stanicama i za pokretanje mišićne kontrakcije.
Prekomjerni unos natrija može uzrokovati: kardiovaskularne bolesti, povećani rizik od moždanog udara, osteoporozu zbog mobilizacije koštanog kalcija i oštećenja bubrega.
Povijest
Čovjek je koristio natrijeve spojeve od davnina, posebno natrijev klorid (obična sol) i natrijev karbonat. O važnosti soli dokazuje se upotrebom latinske riječi "salarium" za označavanje dijela soli koji su vojnici dobili kao dio plaćanja.
U srednjem vijeku korišten je natrijev spoj s latinskim nazivom "sodanum", što je značilo glavobolju.
1807. sir Humprey Davy izolirao je natrij elektrolizom natrijevog hidroksida. Davy je također izolirao kalij, u vrijeme kada se natrijev hidroksid i kalijev hidroksid smatrao elementarnim tvarima i nazivali fiksne lužine.
Davy je u pismu prijatelju napisao: „Dekomponirao sam i ponovno sastavio fiksne lužine i otkrio da su njihove baze dvije nove vrlo zapaljive tvari slične metalima; ali jedan je od njih zapaljiviji od drugog i vrlo je reaktivan ”.
Godine 1814. Jöns Jakob je u svom sustavu kemijskih simbola upotrijebio kraticu Na za latinsku riječ 'natrium', kako bi imenovao natrij. Ova riječ dolazi od egipatskog naziva natron koji se koristi za natrijev karbonat.
Struktura i elektronska konfiguracija natrija
Metalni natrij kristalizira u kubičnu (bcc) strukturu usmjerenu na tijelo. Stoga su njegovi Na-atomi postavljeni tako da formiraju kocke, od kojih je jedna smještena u sredini, a svaka sa osam susjeda.
Ovu strukturu karakterizira najmanje gusta od svih, što se slaže s niskom gustoćom ovog metala; toliko nizak da je zajedno s litijem i kalijem jedini metali koji mogu plutati u tekućoj vodi (prije nego što eksplodira, naravno). Njena mala atomska masa, u odnosu na njegov voluminozni atomski polumjer, također doprinosi ovom svojstvu.
Međutim, dobivena metalna veza prilično je slaba, pa se može objasniti iz elektroničke konfiguracije:
3s 1
Elektroni u zatvorenoj ljusci ne sudjeluju (barem pod normalnim uvjetima) u metalnoj vezi; ali elektron u orbiti 3s. Na atomi preklapaju svoje 3s orbitale kako bi stvorili valentni pojas; i 3p, prazan, dirigent.
Ovaj 3s pojas, što je napola pun, kao i zbog niske gustoće kristala, čini silu, kojom upravlja "more elektrona", slabom. Zbog toga se metalni natrij može rezati s metalom i rastopiti samo na 98 ° C.
Fazni prijelazi
Natrijev kristal može pretrpjeti promjene u svojoj strukturi kada se osjeća porast tlaka; dok se zagrijava, malo je vjerojatno da će proći fazni prijelaz zbog niskog tališta.
Jednom kada počnu fazni prijelazi, svojstva metala se mijenjaju. Na primjer, prvi prijelaz stvara kubičnu (fcc) strukturu usmjerenu na lice. Stoga se rijetka struktura bcc sabija do fcc kada se preša metalni natrij.
Ovo možda neće stvoriti značajnu promjenu u svojstvima natrija, osim u gustoći. Međutim, kad su pritisci vrlo visoki, alotropi (nisu polimorfni jer su čisti metal) iznenađujuće postaju izolatori i elektrode; to jest, čak su i elektroni u kristalu fiksirani kao anioni i ne cirkuliraju slobodno.
Pored navedenog, mijenjaju se i njihove boje; natrij prestaje biti sivkast kako bi postao taman, crvenkast ili čak proziran, kako se povećavaju radni pritisci.
Oksidacijski brojevi
S obzirom na 3s valentnu orbitalu, kada natrij izgubi svoj jedini elektron, brzo se pretvara u Na + kation, koji je izoelektronski do neona. Odnosno, i Na + i Ne imaju isti broj elektrona. Ako se pretpostavlja prisutnost Na + u spoju, onda se kaže da je njegov broj oksidacije +1.
Dok ako se dogodi suprotno, to jest, natrij dobiva elektron, njegova rezultirajuća konfiguracija elektrona je 3s 2; sada je izelektronik s magnezijem, a to je Na anion - nazvan natrij. Ako se pretpostavi prisustvo Na - u spoju, tada će natrij imati oksidacijski broj -1.
Svojstva
Etilna otopina natrijevog klorida koja gori kako bi se pokazala karakteristična žuta boja plamena za ovaj metal. Izvor: Der Messer
Fizički opis
Mekani, duktilni, prosti laki metal.
Atomska težina
22.989 g / mol.
Boja
Natrij je lagan srebrnast metal. Sjajni kada je svježe rezan, ali izgubi sjaj kad ga dodiruje zrak, postaje neproziran. Meko na temperaturi, ali prilično tvrdo na -20 ºC.
Vrelište
880 ° C.
Talište
97,82 ºC (gotovo 98 ºC).
Gustoća
Na sobnoj temperaturi: 0.968 g / 3.
U tekućem stanju (točka taljenja): 0,927 g / cm 3.
Topljivost
Netopljivo u benzenu, kerozinu i nafti. Otapa se u tekućem amonijaku, što daje otopinu plave boje. Otapa se u živoj tvoreći amalgam.
Tlak pare
Temperatura 802 K: 1 kPa; to jest, njegov parni tlak je znatno nizak čak i pri visokim temperaturama.
Raspad
Raspada se nasilno u vodi, tvoreći natrijev hidroksid i vodik.
Temperatura automatskog paljenja
120-125 ° C.
Viskoznost
0,680 cP na 100 ° C
Površinska napetost
192 din / cm pri talištu.
Indeks loma
4.22.
Elektronegativnost
0,93 na Paulingovoj skali.
Energija ionizacije
Prva ionizacija: 495,8 kJ / mol.
Druga ionizacija: 4,562 kJ / mol.
Treća ionizacija: 6,910,3 kJ / mol.
Atomski radio
186 sati.
Kovalentni polumjer
166 ± 21 sat.
Toplinsko širenje
71 um (m · K) na 26 ° C.
Toplinska vodljivost
132,3 W / m K na 293,15 K.
Električni otpor
4,77 × 10 -8 Ωm pri 293 K.
Nomenklatura
Budući da natrij ima jedinstveni oksidacijski broj +1, nazivi njegovih spojeva kojima upravlja nomenklatura zaliha pojednostavljeni su jer taj broj nije naveden u zagradama i s rimskim brojevima.
Na isti način njihova imena prema tradicionalnoj nomenklaturi završavaju sufiksom -ico.
Na primjer, NaCl je natrijev klorid prema nomenklaturi zaliha, budući da je natrijev klorid (I) pogrešan. Naziva se i natrijevim monokloridom, prema sustavnoj nomenklaturi; i natrijev klorid, prema tradicionalnoj nomenklaturi. Međutim, njegov najčešći naziv je stolna sol.
Biološka uloga
Osmotska komponenta
Natrij ima izvanćelijsku koncentraciju od 140 mmol / L, a nalazi se u ionskom obliku (Na +). Da bi se održala elektroneutralnost ekstracelularnog odjeljka, Na + prati kloridni (Cl -) i bikarbonatni (HCO 3 -) anioni, s koncentracijom od 105 mmol / L, odnosno 25 mmol / L.
Kation Na + je glavna osmotska komponenta i ima najveći doprinos osmolarnosti izvanstaničnog odjeljka, tako da postoji jednaka osmolarnost između vanćelijskih i unutarćelijskih odjeljaka koja jamči integritet unutarćelijskog odjeljka.
S druge strane, unutarćelijska koncentracija Na + je 15 mmol / L. Dakle: Zašto se ekstra i intracelularne koncentracije Na + ne izjednačavaju ?
Dva su razloga zbog čega se to ne događa: a) plazma membrana je slabo propusna za Na +. b) postojanje Na + -K + pumpe.
Crpka je enzimski sustav u plazma membrani koji koristi energiju sadržanu u ATP-u za uklanjanje tri Na + atoma i uvođenje dva K + atoma.
Uz to, postoji niz hormona, uključujući aldosteron, koji promičući bubrežnu reapsorpciju, jamči održavanje koncentracije izvanćelijskog natrija u odgovarajućoj vrijednosti. Antidiuretski hormon pomaže u održavanju vanćelijskog volumena.
Proizvodnja akcijskih potencijala
Uzbudljive stanice (neuroni i mišićne stanice) su one koje reagiraju na odgovarajući poticaj formiranjem akcijskog potencijala ili živčanog impulsa. Te stanice održavaju razliku napona u plazma membrani.
Unutrašnjost stanice negativno se nabije u odnosu na vanjsku stanicu u mirovanju. S obzirom na određeni poticaj, dolazi do povećanja propusnosti membrane za Na + i mala količina Na + iona ulazi u stanicu, zbog čega unutrašnjost stanice postaje pozitivno nabijena.
To je ono što je poznato kao akcijski potencijal, koji se može proširiti kroz neuron i način na koji informacije prolaze kroz njega.
Kada akcijski potencijal dosegne mišićne stanice, to ih potiče na kontrakciju kroz više ili manje složene mehanizme.
Ukratko, natrij je odgovoran za proizvodnju akcijskih potencijala u ekscitabilnim stanicama i za pokretanje kontrakcije mišićnih stanica.
Gdje se nalazi
Zemljina kora
Natrij je sedmi najzastupljeniji element u zemljinoj kori, koji predstavlja 2,8%. Natrijev klorid dio je mineralnog halita koji predstavlja 80% otopljenih tvari u moru. Sadržaj natrija u moru je 1,05%.
Natrij je vrlo reaktivan element, zbog čega ga ne nalazimo u izvornom ili elementarnom obliku. Nalazi se u topivim mineralima poput halita ili netopljivih minerala poput kriolita (natrijevog aluminij-fluorida).
More i mineralni halit
Osim mora općenito, Mrtvo more karakterizira vrlo visoka koncentracija različitih soli i minerala, posebno natrijevog klorida. Veliko slano jezero u Sjedinjenim Državama također ima visoku koncentraciju natrija.
Natrijev klorid nalazi se gotovo čist u mineralnom halitu, prisutan u moru i u stijenama. Kamenita ili mineralna sol manje je čista od halita, nalazi se u mineralnim nalazištima u Velikoj Britaniji, Francuskoj, Njemačkoj, Kini i Rusiji.
Naslage soli
Sol se izvlači iz svojih kamenitih naslaga fragmentacijom stijena, nakon čega slijedi postupak pročišćavanja soli. U drugim vremenima, voda se unosi u spremnike soli kako bi se otopila i formirala slanu otopinu, koja se potom ispumpava na površinu.
Sol se dobiva iz mora u plitkim bazenima poznatim kao salinas, sunčanim isparavanjem. Sol dobivena na ovaj način naziva se lovorom ili morskom soli.
Downs ćelija
Natrij je dobiven karbotermičkom redukcijom natrijevog karbonata na 1100 ° C. Trenutno se proizvodi elektrolizom rastopljenog natrijevog klorida, pomoću Downsove stanice.
Međutim, budući da talina natrijevog klorida ima talište ~ 800 ° C, dodaje se kalcijev klorid ili natrijev karbonat kako bi se talište smanjilo na 600 ° C.
U Downsovoj komori katoda je izrađena od željeza kružnog oblika, oko ugljične anode. Proizvodi elektrolize razdvojeni su čeličnom mrežicom da se spriječe dodirivanje produkata elektrolize: elementarni natrij i klor.
Na anodi (+) dolazi do sljedeće oksidacijske reakcije:
2 Cl - (l) → Cl 2 (g) + 2 e -
U međuvremenu, na katodi (-) dolazi do sljedeće reakcije redukcije:
2 Na + (l) + 2 e - → 2 Na (l)
reakcije
Stvaranje oksida i hidroksida
Vrlo je reaktivan u zraku, ovisno o vlazi. Reagira tako da formira natrijev hidroksid koji može apsorbirati ugljični dioksid i na kraju oblikovati natrijev bikarbonat.
Ona oksidira na zraku da se dobije natrij monoksid (Na 2 O). Dok se natrijev superoksid (NaO 2) priprema zagrijavanjem metalnog natrija na 300 ºC s kisikom pri visokom tlaku.
U tekućem stanju se zapali na 125 ° C, stvarajući iritantni bijeli dim, sposoban proizvesti kašalj. Također snažno reagira s vodom, čime nastaje natrijev hidroksid i plin vodik, uzrokujući da reakcija eksplodira. Ta je reakcija snažno egzotermna.
Na + H 2 O → NaOH + 1/2 H 2 (3.367 kilokalorija / mol)
S halogeniranim kiselinama
Halogenirane kiseline, kao što je klorovodična kiselina, reagiraju s natrijom kako bi tvorile odgovarajuće halogenide. U međuvremenu, njegova reakcija s dušičnom kiselinom stvara natrijev nitrat; a sumpornom kiselinom stvara natrijev sulfat.
Smanjenja
Na smanjuje okside prijelaznih metala, proizvodeći odgovarajuće metale oslobađajući ih od kisika. Također, natrij reagira sa halidima prijelaznih metala, uzrokujući premještanje metala u tvorbu natrijevog klorida i oslobađanje metala.
Ovom reakcijom dobivaju se prijelazni metali, uključujući titan i tantal.
S amonijakom
Natrij reagira s tekućim amonijakom na niskoj temperaturi i polako da tvori sodamid (NaNH 2) i vodik.
Na + NH 3 → NaNH 2 + 1/2 H 2
Tekući amonijak služi kao otapalo za reakciju natrija sa različitim metalima, uključujući arsen, telur, antimon i bizmut.
Organski
Reagira s alkoholima kako bi se dobili alkoholi ili alkoksidi:
Na + ROH → Rona + 1/2 H 2
Stvara dehalogenaciju organskih spojeva, uzrokujući udvostručenje broja ugljika u spoju:
2 Na + 2 RC1 → RR + 2 NaCl
Oktan se može proizvesti dehalogenizacijom butan bromida sa natrijom.
S metalima
Natrij može reagirati s drugim alkalnim metalima da tvore eutektik: legura koja nastaje na nižim temperaturama od svojih komponenata; na primjer, NaK koji ima K postotak od 78%. Također natrij tvori legure s berilijem s malim postotkom prethodnog.
Plemeniti metali poput zlata, srebra, platine, paladija i iridija, kao i bijeli metali poput olova, kositra i antimona, tvore legure s tekućim natrijom.
rizici
To je metal koji snažno reagira s vodom. Stoga kontakt s ljudskim tkivima obloženim vodom može uzrokovati ozbiljnu štetu. Pri kontaktu s kožom i očima stvara ozbiljne opekotine.
Isto tako, gutanjem može prouzročiti perforaciju jednjaka i želuca. Međutim, iako su ove ozljede ozbiljne, izložen im je samo mali dio stanovništva.
Najveća šteta koju natrij može uzrokovati je zbog njegovog pretjeranog unosa u hranu ili piće koje proizvode ljudi.
Ljudskom tijelu je potreban unos natrija od 500 mg / dan da bi ispunio svoju funkciju u provođenju živaca, kao i u mišićnoj kontrakciji.
Ali obično se u prehranu unosi mnogo veća količina natrija, što stvara porast koncentracije u plazmi i krvi u njemu.
To može uzrokovati visoki krvni tlak, kardiovaskularne bolesti i moždane udare.
Hipernatremija je također povezana s stvaranjem osteoporoze induciranjem odliva kalcija iz koštanog tkiva. Bubrezi imaju poteškoće u održavanju normalne koncentracije natrija u plazmi usprkos prekomjernom unosu, što može dovesti do oštećenja bubrega.
Prijave
Metalni natrij
Koristi se u metalurgiji kao deoksidacijsko i reducirajuće sredstvo u pripremi kalcija, cirkonija, titana i drugih metala. Na primjer, smanjuje titanov tetraklorid (TiCl 4) kako bi se dobio metalni titanijum.
Rastaljeni natrij koristi se kao sredstvo za prijenos topline, zbog čega se koristi kao rashladno sredstvo u nekim nuklearnim reaktorima.
Koristi se kao sirovina u proizvodnji natrijevog lauril sulfata, glavnog sastojka u sintetičkom deterdžentu. Takođe sudjeluje u proizvodnji polimera poput najlona i spojeva poput cijanida i natrijevog peroksida. Također u proizvodnji boja i sinteti parfema.
Natrij se koristi u pročišćavanju ugljikovodika i u polimerizaciji netopljivih ugljikovodika. Također se koristi u mnogim organskim sniženjima. Otopljen u tekućem amonijaku koristi se za smanjivanje alkina do transalkena.
Natrijeve žarulje izrađene su za javnu rasvjetu u gradovima. Oni daju žutu boju, sličnu onoj opaženoj kada se natrij gori u upaljačima.
Natrij djeluje kao sredstvo za isušivanje koje daje plavi ton u prisutnosti benzofenona, što ukazuje da je proizvod u procesu sušenja postigao željeno sušenje.
spojevi
Klorid
Koristi se za začinjavanje i čuvanje hrane. Elektrolizom natrijevog klorida nastaje natrijev hipoklorit (NaOCl), koji se koristi u čišćenju domaćinstava kao klor. Osim toga, koristi se kao industrijski izbjeljivač za papirnu i tekstilnu kašu ili za dezinfekciju vode.
Natrijev hipoklorit se koristi u određenim ljekovitim pripravcima kao antiseptik i fungicid.
Karbonat i bikarbonat
Natrijev karbonat koristi se u proizvodnji čaša, deterdženata i sredstava za čišćenje. Natrijev karbonat monohidrat koristi se u fotografiji kao komponenta za razvoj.
Soda bikarbona je izvor ugljičnog dioksida. Iz tog razloga se koristi u praškom za pecivo, u solima i šumećim napicima, kao i u suhim kemijskim aparatima za gašenje požara. Također se koristi u procesu štavljenja i pripreme vune.
Soda bikarbona je alkalni spoj, koji se koristi u liječenju želučane i mokraćne hiperacidnosti.
Sulfat
Koristi se u proizvodnji kraft papira, kartona, stakla i deterdženata. Natrijev tiosulfat koristi se u fotografiji radi ispravljanja negativa i razvijenih otisaka.
Hidroksid
Često se naziva kaustična soda ili luž, koristi se za neutralizaciju kiselina u rafiniranju nafte. Reagira s masnim kiselinama pri stvaranju sapuna. Uz to se koristi u liječenju celuloze.
Nitrat
Koristi se kao gnojivo koje osigurava dušik, kao sastojak dinamita.
Reference
- Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
- Natrij. (2019). Natrij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Nacionalni centar za biotehnološke informacije. (2019). Natrij. PubChem baza podataka. CID = 5360545. Oporavak od: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- Ganong, WF (2003). Medicinska fiziologija 19. izdanje. Redakcija El Manual Moderno.
- Wikipedia. (2019). Natrij. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
- Predsjednik i suradnici Harvard Collegea. (2019). Sol i natrij. Oporavak od: hsph.harvard.edu
- Urednici Encyclopaedia Britannica. (07. lipnja 2019.). Natrij. Encyclopædia Britannica. Oporavilo od: britannica.com