Zgodovina natrija, struktura, lastnosti, tveganja in uporabe

On natrij Je alkalna kovina skupine 1 periodične tabele. Njegova atomska številka je 11 in je predstavljena s kemičnim simbolom NA. Je lahka kovina, manj gosta od vode, srebrno bela, ki postane siva, ko je izpostavljena zraku; Zato je shranjen v parafinih ali plemenitih plinih.

Poleg tega je mehka kovina, ki jo lahko režemo z nožem in postane krhka pri nizkih temperaturah. Reagira eksplozivno z vodo, da tvori natrijev hidroksid in plinasti vodik; Reagira tudi z vlažnim zrakom in z vlažnostjo golih rok.

Kovinski natrij, shranjen v steklenici in potopljen v olje, tako da ne reagira z zrakom. Vir: Hi-res slike kemičnih elementov [cc do 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/3.0)]

To kovino najdemo v skalnih mineralnih kamninah, kot so Haliti (natrijev klorid), v Salmuelasu in v morju. Natrijev klorid predstavlja 80% vseh materialov, raztopljenih v morju, pri čemer ima natrij veliko 1,05%. To je šesti element v obilici Zemljine skorje.

Analiza spektrov svetlobe iz zvezd je dovolila zaznati njihovo prisotnost v njih, vključno s soncem. Prav tako je bila določena njegova prisotnost v meteorijih.

Natrij je dober termični in električni prevodnik, poleg tega, da ima veliko zmogljivost absorpcije toplote. Doživite fotoelektrični pojav, to je, da lahko oddaja elektrone, ko je osvetljen. Ko plamen gori, oddaja intenzivno rumeno luč.

Staljeni natrij deluje kot sredstvo za prenos toplote, zato se v nekaterih jedrskih reaktorjih uporablja kot hladilno sredstvo. Uporablja se tudi kot deoksidant in kovinski reduktor, zato je bil uporabljen pri čiščenju prehodnih kovin, kot sta titan in cirkonij.

Natrij je glavni davčni zavezanec za osmolarnost zunajceličnega predela in njenega volumna. Odgovoren je tudi za ustvarjanje akcijskih potencialov v vznemirljivih celicah in začetek krčenja mišic.

Prekomerni vnos natrija lahko povzroči: srčno -žilne bolezni, povečano tveganje za možganske nesreče, osteoporoza zaradi mobilizacije kosti kalcija in poškodb ledvic.

[TOC]

Zgodovina

Človek že od antičnih časov uporablja natrijeve spojine, zlasti natrijev klorid (navadna sol) in natrijev karbonat. Pomen soli je dokaz.

V srednjem veku je bila uporabljena natrijeva spojina z latinskim imenom "Sodanum", kar je pomenilo glavobol.

Leta 1807 je sir Humbrey Davy izoliral natrij skozi elektrolizo natrijevega hidroksida. Davy je tudi izoliral kalij, v času, ko so upoštevali natrijev hidroksid in kalijev hidroksid, kot so osnovne snovi in ​​se imenujejo fiksni alkalis.

Davy v pismu prijatelju je zapisal: "Razčlenil sem in odkupil fiksne alkalije in ugotovil, da sta njuni bazi dve snovi novih zelo vnetljivih snovi, podobnih kovinam; Toda eden od njih je bolj vnetljiv kot drugi in zelo reaktiven ".

Leta 1814 je Jöns Jakob v svojem sistemu kemijskih simbolov uporabil k kratico za latinsko besedo "Natrium", da bi poklical natrij. Ta beseda izvira iz egipčanskega imena "Natron", ki se uporablja za klicanje natrijevega karbonata.

Natrijeva elektronska struktura in konfiguracija

Kovinski natrijev kristalizira v kubični strukturi, osredotočenem na telo (BCC). Zato so njihovi a atomi nameščeni v obliki kock, ki se nahajajo v središču in vsaka z osmimi sosedi.

Za to strukturo je značilno, da je najmanj gosta od vseh, kar se strinja z nizko gostoto za to kovino; Tako nizka, da je skupaj z litijem in kalijem, edini kovini, ki lahko plavajo v tekoči vodi (preden eksplodirajo, seveda). Njegova nizka atomska masa glede na voluminozen atomski radio prispeva tudi k tej lastnost.

Vendar je nastala kovinska povezava precej šibka, saj lahko iz elektronske konfiguracije razloži:

[NE] 3S¹

Elektroni zaprte plasti ne sodelujejo (vsaj v normalnih pogojih) v kovinski vezi; Toda 3S orbitalni elektron. NA Orbitalni NA Atomi 3s za ustvarjanje pasu Valencia; in 3p, prazen, gonilni pas.

Ta pas 3, ki so seme, in tudi za nizko gostoto kozarca, naredi silo, ki jo ureja "morje elektronov", je šibek. Posledično lahko kovinski natrij razrežemo s kovino in se stopi le 98 ° C.

Fazni prehodi

Natrijev kristal lahko doživi spremembe v svoji strukturi s povečanjem tlaka; Medtem ko ga ogreva, verjetno ne bo utrpela faznih prehodov zaradi nizke talilne točke.

Ko se fazni prehodi začnejo, se kovinske lastnosti spremenijo. Na primer, prvi prehod ustvari kubično strukturo, osredotočeno na obraze (FCC). Tako je majhna gosta struktura BCC stisnjena na FCC s pritiskom na kovinski natrij.

Vam lahko služi: etilni eter

Morda to ne povzroča opazne spremembe natrijevih lastnosti, ne pa v njegovi gostoti. Ko pa so pritiski zelo visoki, alotropi (ne polimorfi, ker so čista kovina) postanejo presenetljivo v izolatorjih in električnih; to pomeni, da so tudi elektroni pritrjeni v kozarcu kot anioni in ne krožijo prosto.

Poleg zgoraj navedenega se spreminjajo tudi njegove barve; Natrij preneha biti sivkast, da postane temen, rdečkast ali celo prozoren, ko se naraščajo operativni pritiski.

Oksidacijske številke

Glede na orbitalo Valencije 3S, ko natrij izgubi edini elektron, se hitro pretvori v na kation⁺, ki je izolektronski do neonskega. To je tako na⁺ Ker imajo ne enake število elektronov. Če se domneva prisotnost NA⁺ V spojini se nato reče, da je njegova oksidacijska številka +1.

Medtem ko se zgodi nasprotno, to je, da natrij zmaga v elektronu, je njegova elektronska konfiguracija [NE] 3S²; Zdaj je izolektronsko z magnezijem, v primeru aniona Na^- imenovan Soduro. Če se domneva prisotnost NA^- V spojini bo imel natrij oksidacijsko število -1.

Lastnosti

Etilna raztopina gorečega natrijevega klorida za manifestiranje značilne rumene barve plamena za to kovino. Vir: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)]

Fizični opis

Mehka, nodularna, kovinska kovina.

Atomska teža

22.989 g/mol.

Barva

Natrij je lahka srebrna kovina. Briljantno, ko ste sveže razrezani, vendar izgubite sijaj, ko ga vzpostavite v stik z zrakom in postanete neprozoren. Mehko pri temperaturi, a precej trdo pri -20 ° C.

Vrelišče

880 ° C.

Tališče

97,82 ° C (skoraj 98 ° C).

Gostota

Pri sobni temperaturi: 0,968 g/cm³.

V tekočem stanju (tališče): 0,927 g/cm³.

Topnost

Netopna v benzenu, kerosénu ​​in bencinu. Raztopi se v tekočem amoniju in daje modro raztopino. Se raztopi v živo srebro, ki tvori amalgam.

Parni tlak

802 K Temperatura: 1 kPa; to pomeni, da je njen parni tlak znatno nizek tudi pri visokih temperaturah.

Razgradnja

Nasilno se razgradi v vodi in tvori natrij in vodikov hidroksid.

Temperatura samoificiranja

120-125 ° C.

Goo

0,680 cp pri 100 ° C

Površinska napetost

192 DINS/cm do Fusion Point.

Lomni količnik

4.22.

Elektronegativnost

0,93 na lestvici Pauling.

Ionizacijska energija

Prva ionizacija: 495,8 kJ/mol.

Druga ionizacija: 4.562 kJ/mol.

Tretja ionizacija: 6.910,3 kJ/mol.

Atomski radio

186 popoldne.

Radijski kovalent

166 ± 21.00.

Toplotno raztezanje

71 µm (m · k) pri 26 ° C.

Toplotna prevodnost

132,3 w/m · k pri 293,15 K.

Električna upornost

4,77 × 10^-8 Ω · m A 293 K.

Nomenklatura

Natrij za eno samo oksidacijsko število +1 imen njegovih spojin, ki jih ureja nomenklatura zalog, je poenostavljen tako.

Podobno se njihova imena v skladu s tradicionalno nomenklaturo končajo s pripono -ico.

NaCl je na primer natrijev klorid glede na nomenklaturo zalog, ki je napačen natrijev klorid (i). Po sistematični nomenklaturi se imenuje tudi natrijev monoklorid; in natrijev klorid, v skladu s tradicionalno nomenklaturo. Vendar je vaše najpogostejše ime namizna sol.

Biološki papir

Osmotska komponenta

Natrij ima zunajcelično koncentracijo 140 mmol/L, ki je v ionski obliki (NA⁺). Za vzdrževanje elektronevtralnosti zunajceličnega predela, NA⁺ Spremljajo ga kloridni anioni (Cl^-) in bikarbonat (HCO₃^-), s koncentracijo 105 mmol/L oziroma 25 mmol/L.

Na kation⁺ To je glavna osmotska komponenta in ima največ prispeva k osmolarnosti zunajceličnega oddelka, tako da obstaja enaka osmolarnost med zunajceličnim in znotrajceličnim predelkom, ki zagotavlja celovitost znotrajceličnega predela.

Po drugi strani pa znotrajcelična koncentracija NA⁺ je 15 mmol/l. Torej: Zakaj ne bi dodatne in znotrajcelične koncentracije NA tekma⁺?

Obstajata dva razloga, da se to ne bo zgodilo: a) plazemska membrana je za NA malo prepustna⁺. b) obstoj črpalke NA⁺-K⁺.

Črpalka je obstoječi encimski sistem v plazemski membrani, ki porabi energijo, ki jo vsebuje ATP, da vzame tri atome NA⁺ in uvesti dva k atoma⁺.

Poleg tega obstaja niz hormonov, vključno z aldosteronom, ki s spodbujanjem ledvične reabsorpcije natrija zagotavlja vzdrževanje zunajcelične koncentracije natrija v ustrezni vrednosti. Antidiuretični hormon pomaga vzdrževanju zunajceličnega volumna.

Izdelava akcijskih potencialov

Vzdurljive celice (nevroni in mišične celice) so tiste, ki se odzivajo na ustrezen dražljaj z nastajanjem dejanja ali živčnega impulznega potenciala. Te celice vzdržujejo napetostno razliko skozi plazemsko membrano.

Vam lahko služi: materialni sistemi

Celična notranjost se negativno nabije glede na celično zunanjost v pogojih počitka. Glede na določeno spodbudo se poveča prepustnost membrane na NA⁺ in vnesite v celico majhno količino Na ionov⁺, zaradi česar se celična notranjost nalaga pozitivno.

Zgoraj je tisto, kar je znano kot akcijski potencial, ki ga lahko širimo po nevronu in je način, kako informacije potujejo skozi njega.

Ko akcijski potencial doseže mišične celice, jih spodbudi za krčenje skozi bolj ali manj zapletene mehanizme.

Če povzamemo, je natrij odgovoren za proizvodnjo akcijskih potencialov v vznemirljivih celicah in začetek krčenja mišičnih celic.

Kje je

Zemeljska skorja

Natrij je sedmi najpomembnejši element v Zemljini skorji, ki predstavlja 2,8 %. Natrijev klorid je del minerala Halita, ki predstavlja 80% materiala, raztopljenega v morju. Vsebnost natrija v morju je 1,05%.

Natrij je zelo reaktiven element, zato ni domač ali osnovni. Najdemo ga v topnih mineralih, kot so halit ali netopni minerali, kot sta kreol (aluminij in natrijev fluorid) natrij).

Mineral morja in Halita

Poleg morja na splošno je za Mrtvo morje značilna zelo visoka koncentracija različnih soli in mineralov, zlasti natrijevega klorida. Veliko slano jezero v ZDA predstavlja tudi visoko koncentracijo natrija.

Natrijev klorid je skoraj čist v mineralu Haliti, prisoten na morju in v skalnih strukturah. ROCA ali mineralna sol je manj čista od Halita, v nahajališčih mineralov v Veliki Britaniji, Franciji, Nemčiji, na Kitajskem in v Rusiji.

Slane nahajališča

Sol izvlečemo iz njegovih kamnin z razdrobljenostjo kamnin, ki ji sledi postopek čiščenja soli. Ob drugih priložnostih se voda vnese v nahajališča soli, da jo raztopi in tvori slanico, ki jo nato črpa na površino.

Sol dobimo iz morja v plitvih bazenih, znanih kot salinas, s sončnim izhlapevanjem. Sol, pridobljena na ta način, se imenuje sol iz zaliva ali morske soli.

Downsova celica

Natrij je bil proizveden z karbotermalno zmanjšanje natrijevega karbonata, izvedeno pri 1.100 ° C. Trenutno ga proizvaja elektroliza staljenega natrijevega klorida z uporabo celice Downs.

Ker pa ima staljeni natrijev klorid tališče ~ 800 ° C, se doda kalcijev klorid ali natrijev karbonat, da se tališče zmanjša na 600 ° C.

V komori Downs je katoda železo v krožni obliki, okoli ogljikove anode. Izdelke za elektrolizo so ločeni z jekleno mrežico, da preprečijo stik z elektrolizo: natrij in osnovni klor.

V anodi (+) pride do naslednje reakcije oksidacije:

2 Cl^- (L) → cl₂ (g) +2 e^-

Medtem v katodi (-) pride do naslednje reakcije redukcije:

2 na⁺ (L) +2 e^-    → 2 na (l)

Reakcije

Tvorba oksida in hidroksida

V zraku je zelo reaktiven, odvisno od vlage. Reagira tako, da tvori natrijev hidroksidni film, ki lahko absorbira ogljikov dioksid in končno tvori natrijev bikarbonat.

V zraku oksidira, da izvira natrijev monoksid (NA₂Da). Medtem ko natrijev superoksid (Nao₂) Pripravimo se s segrevanjem kovinskega natrija pri 300 ° C z visokotlačnim kisikom.

V tekočem stanju vnese 125 ° C, kar povzroči dražilni beli dim, ki lahko povzroči kašelj. Prav tako močno reagira z vodo, da proizvaja natrijev hidroksid in plinasti vodik, kar povzroči eksplozivnost reakcije. Ta reakcija je močno eksotermična.

Na +h₂O → NaOH +1/2 h₂  (3.367 kilokalorij/mol)

S halogeniranimi kislinami

Halogenirane kisline, kot je klorovodikova kislina, reagirajo z natrijem, da tvorijo ustrezne halogenide. Medtem njegova reakcija z dušikovo kislino ustvari natrijev nitrat; In z žveplovo kislino ustvari natrijev sulfat.

Zmanjšanja

NA zmanjšuje okside prehodnih kovin in ustvarijo ustrezne kovine, ko jih sproščajo iz kisika. Natrij reagira tudi s prehodnimi kovinami, ki proizvaja kovine, da tvori natrijev klorid in sprošča kovine.

Ta reakcija je služila za pridobivanje prehodnih kovin, vključno s Titanijem in Tantalusom.

Z amoniakom

Natrijeva reakcija s tekočim amonijakom pri nizki temperaturi in počasi tvori sodamid (NANH₂) in vodik.

Na +nh₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

Vam lahko služi: Renio: odkritje, lastnosti, struktura, uporabe

Tekoči amonijak služi kot topilo za natrijevo reakcijo z več kovinami, vključno z arzenom, teluro, antimonom in bizmutom.

Organsko

Reagira z alkoholi za proizvodnjo alkoholov ali alcoksidov:

Na +roh → rona +1/2 h₂

Proizvede razveljavitev organskih spojin, kar povzroči podvajanje v številu ogljikovih spojin:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NACL

Octane lahko nastane z razveljavitvijo butanskega bromida z natrijem.

S kovinami

Natrij lahko reagira z drugimi alkalnimi kovinami, da tvori eutktiko: zlitino, ki se tvori pri nižjih temperaturah kot njene komponente; Na primer NAK, ki ima odstotek K 78%. Natrij tvori tudi zlitine z berilijem z majhnim odstotkom prvega.

Dragocene kovine, kot so zlato, srebro, platina, paladij in iridij, pa tudi bele kovine, kot so svinec, kositer in antimon, tvorijo zlitine s tekočim natrijem.

Tveganja

Je kovina, ki intenzivno reagira z vodo. Zato lahko v stiku s človeškimi tkivi, prevlečenimi z vodo. Nastane s stikom s kožo in očmi resne opekline.

Tudi z zaužitjem lahko povzroči perforacijo požiralnika in želodca. Kljub temu, da so te poškodbe resne, jim je izpostavljen le majhen delež prebivalstva.

Največja škoda, ki jo lahko povzroči natrij, je zaradi pretiranega vnosa obrokov ali pijač, ki jih naredijo ljudje.

Človeško telo potrebuje vnos natrija 500 mg/dan, da izpolni svojo funkcijo v živčni vožnji, pa tudi pri krčenju mišic.

Toda v prehrani se običajno zaužije veliko večja količina natrija, kar povzroči povečanje koncentracije plazme in krvi iste.

To lahko povzroči arterijsko hipertenzijo, srčno -žilne bolezni in možganske nesreče.

Hipernatremija je povezana tudi z nastajanjem osteoporoze, da bi sprožila izhod kalcija v kostnem tkivu. Ledvice imajo težave pri ohranjanju plazemske koncentracije normalnega natrija kljub pretiranemu vnosu, kar lahko privede do poškodbe ledvic.

Prijave

Kovinski natrij

Uporablja se v metalurgiji kot deoksidant in reduktor pri pripravi kalcija, cirkonija, titana in drugih kovin. Na primer, zmanjšajte titanov tetraklorid (TICL₄) Za proizvodnjo kovinskega titana.

Staljeni natrij se uporablja kot sredstvo za prenos toplote, zato se uporablja kot hladilno sredstvo v nekaterih jedrskih reaktorjih.

Uporablja se kot surovina pri proizvodnji natrijevega lauril sulfata, glavne sestavine sintetičnega detergenta. Prav tako posega v proizvodnjo polimerov, kot so najlon, in v spojinah, kot sta cianid in natrijev peroksid. Tudi pri proizvodnji barvil in sinteze parfumov.

Natrij se uporablja pri čiščenju ogljikovodika in polimerizaciji netopnih ogljikovodikov. Uporablja se tudi pri številnih organskih zmanjšanjih. Raztopljen v tekočem amoniju se uporablja za zmanjšanje alkinov na transalqueno.

Natrijeve hlape so zgrajene za javno razsvetljavo v mestih. Dobavljajo rumeno barvo, podobno opaženemu, ko natrij gori v vžigalnikih.

Natrij deluje kot sušilec, ki zagotavlja modro barvo v benzofenonu, kar kaže na to, da je izdelek v procesu izsuševanja dosegel želeno sušenje.

Spojine

Klorid

Se uporablja za sezono in ohranjanje hrane. Elektroliza natrijevega klorida proizvaja natrijev hipoklorit (NAOCL), ki se uporablja pri čiščenju doma kot klor. Poleg tega se uporablja kot industrijski bel papirnate celuloze in tekstila ali v vodni dezinfekciji.

Natrijev hipoklorit se uporablja pri nekaterih zdravilnih pripravkih, kot sta antiseptik in fungicid.

Karbonat in bikarbonat

Natrijev karbonat se uporablja pri izdelavi stekla, detergentov in čistilcev. Monohidrirani natrijev karbonat se uporablja v fotografiji kot sestavni del razvijalcev.

Natrijev bikarbonat je vir ogljikovega dioksida. Zaradi tega se uporablja v pecilnem prahu, v šumečih soli in pijačah ter tudi v suhih kemičnih gasilnih aparatih. Uporablja se tudi v postopku usklajevanja in priprave volne.

Natrijev bikarbonat je alkalna spojina, ki se uporablja pri zdravilu želodčne in urinske hiperacidnosti.

Sulfat

Uporablja se pri proizvodnji kraft papirja, kartona, stekla in detergentov. Natrijev tiosulfat se uporablja v fotografiji, da se popravi negativnosti in vtise.

Hidroksid

Običajno imenovano kavstično ali belilo, se uporablja pri nevtralizaciji kislin pri rafiniranju olja. Reagira z maščobnimi kislinami v proizvodnji mila. Poleg tega se uporablja pri zdravljenju celuloze.

Nitrat

Uporablja se kot gnojilo, ki zagotavlja dušik, saj je dinamitna komponenta.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Natrij. (2019). Natrij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Natrij. Baza podatkov Pubchem. Cid = 5360545. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
4. Ganong, w. F. (2003). Medicinska fiziologija 19. izdaja. Uredništvo Moderni priročnik.
5. Wikipedija. (2019). Natrij. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
6. Predsednik in štipendisti Harvard Collegea. (2019). Sol in natrij. Okreval od: hsph.Harvard.Edu
7. Uredniki Enyclopeedia Britannica. (7. junij 2019). Natrij. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com