História de sódio, estrutura, propriedades, riscos e usos

Ele sódio É um metal alcalino do grupo 1 da tabela periódica. Seu número atômico é 11 e é representado com o símbolo químico da NA. É um metal leve, menos denso que a água, o branco prateado que fica cinza quando exposto ao ar; É por isso que é armazenado em parafinas ou gases nobres.

Além disso, é um metal macio que pode ser cortado com uma faca e se torna quebradiço a baixas temperaturas. Reage explosivamente com água para formar hidróxido de sódio e hidrogênio gasoso; Também reage com o ar úmido e com a umidade das mãos nuas.

Sódio metálico armazenado em uma garrafa e submerso em óleo para que não reaja com o ar. Fonte: imagens de alta resolução de elementos químicos [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Este metal é encontrado em rochas minerais de rochas, como halita (cloreto de sódio), em salmuelas e no mar. O cloreto de sódio representa 80% de todos os materiais dissolvidos no mar, tendo o sódio uma abundância de 1,05%. É o sexto elemento em abundância da crosta terrestre.

A análise dos espectros da luz das estrelas, permitiu detectar sua presença nelas, incluindo o sol. Da mesma forma, sua presença em meteoritos foi determinada.

O sódio é um bom condutor térmico e elétrico, além de ter uma ótima capacidade de absorção de calor. Experimente o fenômeno fotoelétrico, ou seja, é capaz de emitir elétrons quando iluminado. Enquanto sua chama queima, emite uma intensa luz amarela.

O sódio fundido atua como um agente de transferência de calor, e é por isso que é usado como refrigerante em certos reatores nucleares. Também é usado como desoxidante e redutor de metal, por isso foi usado na purificação de metais de transição, como titânio e zircônio.

O sódio é o principal contribuinte da osmolaridade do compartimento extracelular e seu volume. Também é responsável pela geração de potenciais de ação nas células excitáveis ​​e pelo início da contração muscular.

A ingestão excessiva de sódio pode produzir: doenças cardiovasculares, aumento do risco de acidentes cerebrais, osteoporose devido à mobilização óssea de cálcio e danos renais.

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História

O homem usa compostos de sódio desde os tempos antigos, especialmente cloreto de sódio (sal comum) e carbonato de sódio. A importância do sal é evidência.

Na Idade Média, um composto de sódio foi usado com o nome latino "Sodanum", o que significava dor de cabeça.

Em 1807, Sir Humbrey Davy isolou o sódio através da eletrólise de hidróxido de sódio. Davy também isolou o potássio, em um momento em que considerava hidróxido de sódio e hidróxido de potássio, como substâncias elementares e chamadas de álcalis fixos.

Davy, em uma carta a um amigo, ele escreveu: “Eu quebrei e recompro os alcalses fixos e descobri que suas bases eram duas substâncias novas substâncias muito inflamáveis ​​semelhantes aos metais; Mas um deles é mais inflamável que o outro e muito reativo ".

Em 1814, Jöns Jakob em seu sistema de símbolos químicos usou a abreviação de Na para a palavra latina 'natrium', a fim de chamar o sódio. Esta palavra vem do nome do 'natron' egípcio usado para chamar de carbonato de sódio.

Estrutura eletrônica de sódio e configuração

O sódio metálico cristaliza em uma estrutura cúbica centrada no corpo (BCC). Portanto, seus átomos de Na são posicionados formando cubos, com um localizado no centro e cada um com oito vizinhos.

Essa estrutura é caracterizada por ser a menos densa de todas, que concorda com baixa densidade para este metal; Tão baixo, que é junto com lítio e potássio, os únicos metais que podem flutuar em água líquida (antes de explodir, é claro). Sua baixa massa atômica, em relação ao seu volumoso rádio atômico, também contribui para esta propriedade.

O link de metal resultante, no entanto, é bastante fraco, sendo capaz de explicar a partir da configuração eletrônica:

[NE] 3s¹

Os elétrons da camada fechada não participam (pelo menos em condições normais) na ligação metálica; Mas o elétron orbital 3S. O Na Orbital Na átomos 3s para criar uma banda de Valência; e o 3p, vazio, uma banda de condução.

Esta banda 3 é semente, bem como para a baixa densidade do vidro, faz a força, governada pelo "mar de elétrons", é fraco. Consequentemente, o sódio metálico pode ser cortado com um metal e derrete apenas 98ºC.

Transições de fase

O cristal de sódio pode experimentar mudanças em sua estrutura, experimentando aumentos de pressão; Enquanto ao aquecê -lo, é improvável que sofra transições de fase devido ao seu baixo ponto de fusão.

Quando as transições de fase começam, as propriedades do metal mudam. Por exemplo, a primeira transição gera uma estrutura cúbica centrada em faces (FCC). Assim, a pequena estrutura densa BCC é compactada na FCC, pressionando o sódio metálico.

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Talvez isso não produza uma mudança apreciável nas propriedades de sódio, e não em sua densidade. No entanto, quando as pressões são muito altas, os alotrópicos (não polimorfos porque são um metal puro) tornam -se surpreendentemente em isoladores e elétricos; isto é, mesmo os elétrons são fixados no vidro como ânions e não circulam livremente.

Além do exposto, suas cores também mudam; O sódio deixa de ser acinzentado para ficar escuro, avermelhado ou até transparente, à medida que as pressões operacionais aumentam.

Números de oxidação

Dado o orbital de Valência 3s, quando o sódio perde seu único elétron, ele se transforma rapidamente no náutico⁺, que é isoletrônico para neon. Isto é, tanto o na⁺ Como o NE tem o mesmo número de elétrons. Se a presença de Na for assumida⁺ No composto, é dito que seu número de oxidação é +1.

Enquanto o contrário acontecer, ou seja, vencendo um elétron, sua configuração eletrônica resultante é [ne] 3s²; Agora é isoletrônico com magnésio, no caso de Anion na^- chamado Soduro. Se a presença de Na for assumida^- No composto, então o sódio terá o número de oxidação de -1.

Propriedades

Uma solução etílica de queima de cloreto de sódio para manifestar a característica cor amarela de chama para este metal. Fonte: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)]

Descrição física

Metal macio, dúctil e maleável.

Peso atômico

22.989 g/mol.

Cor

Sódio é um metal prateado claro. Brilhante quando você é recém -cortado, mas você perde o brilho quando é colocado em contato com o ar, tornando -se opaco. Macio em temperatura, mas bastante difícil em -20 ºC.

Ponto de ebulição

880 ºC.

Ponto de fusão

97,82 ºC (quase 98 ºC).

Densidade

À temperatura ambiente: 0,968 g/cm³.

No estado líquido (ponto de fusão): 0,927 g/cm³.

Solubilidade

Insolúvel em benzeno, kerosén e gasolina. Ele se dissolve em amônio líquido, dando uma solução azul. Dissolve -se em mercúrio formando um amálgama.

Pressão de vapor

802 K Temperatura: 1 kPa; isto é, sua pressão de vapor é consideravelmente baixa, mesmo em altas temperaturas.

Decomposição

Decompõe -se violentamente na água, formando hidróxido de sódio e hidrogênio.

Temperatura de auto -ignição

120-125 ºC.

Gosma

0,680 cp a 100 ºC

Tensão superficial

192 Dins/cm para o ponto de fusão.

Índice de refração

4.22.

Eletro-negatividade

0,93 na escala Pauling.

Energia de ionização

Primeira ionização: 495,8 kJ/mol/mol.

Segunda ionização: 4.562 kJ/mol.

Terceira ionização: 6.910,3 KJ/mol/mol.

Rádio atômico

186 PM.

Rádio covalente

166 ± 21 pm.

Expansão térmica

71 µm (M · k) a 26 ° C.

Condutividade térmica

132,3 W/M · K a 293,15 K.

Resistividade elétrica

4,77 × 10^-8 Ω · m A 293 K.

Nomenclatura

O sódio por ter um único número de oxidação de +1 Os nomes de seus compostos, governados pela nomenclatura de ações, são simplificados ao não especificar o referido número entre parênteses e com números romanos.

Da mesma forma, seus nomes de acordo com a nomenclatura tradicional terminam com o sufixo -ico.

Por exemplo, o NaCl é cloreto de sódio de acordo com a nomenclatura de ações, sendo cloreto de sódio errado (i). Também é chamado de monocloreto de sódio, de acordo com a nomenclatura sistemática; e cloreto de sódio, de acordo com a nomenclatura tradicional. No entanto, seu nome mais comum é sal de tabela.

Artigo biológico

Componente osmótico

O sódio tem uma concentração extracelular de 140 mmol/L, estando em forma iônica (NA⁺). Para manter a eletroneutralidade do compartimento extracelular, o NA⁺ É acompanhado por ânions de cloreto (CL^-) e bicarbonato (HCO₃^-), com concentrações de 105 mmol/L e 25 mmol/L, respectivamente.

O cátion⁺ É o principal componente osmótico e tem a maior contribuição para a osmolaridade do compartimento extracelular, de modo que existe uma osmolaridade igual entre o compartimento extracelular e intracelular que garante a integridade do compartimento intracelular.

Por outro lado, a concentração intracelular de Na⁺ é 15 mmol/l. Então: por que as concentrações extras e intracelulares não são⁺?

Há duas razões para isso não acontecer: a) a membrana plasmática é pouco permeável ao NA⁺. b) a existência da bomba de Na⁺-K⁺.

A bomba é um sistema enzimático existente na membrana plasmática que usa a energia contida no ATP para tomar três átomos de Na⁺ e apresentar dois átomos K⁺.

Além disso, há um conjunto de hormônios, incluindo a aldosterona que, promovendo a reabsorção renal de sódio, garante a manutenção da concentração extracelular do sódio no devido valor. O hormônio antidiurético ajuda a manutenção do volume extracelular.

Produção de potenciais de ação

Células excitáveis ​​(neurônios e células musculares) são aquelas que respondem a um estímulo adequado com a formação de uma ação ou potencial de impulso nervoso. Essas células mantêm uma diferença de tensão através da membrana plasmática.

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O interior celular é carregado negativamente em relação ao exterior celular em condições de repouso. Dado um certo estímulo, há um aumento na permeabilidade da membrana para NA⁺ e insira a célula uma pequena quantidade de íons Na⁺, fazendo com que o interior da célula carregue positivamente.

O exposto acima é o que é conhecido como um potencial de ação, que pode ser espalhado por um neurônio e é a maneira como as informações viajam por ele.

Quando o potencial de ação atinge as células musculares, as estimula por contração através de mecanismos mais ou menos complexos.

Em resumo, o sódio é responsável pela produção de potenciais de ação em células excitáveis ​​e pelo início da contração das células musculares.

Onde está

Crosta terrestre

O sódio é o sétimo elemento mais abundante na crosta terrestre, representando 2,8 %. O cloreto de sódio faz parte do mineral halita, que representa 80% do material dissolvido no mar. O teor de sódio do mar é de 1,05%.

O sódio é um elemento muito reativo, e é por isso que não é nativo ou elementar. É encontrado em minerais solúveis, como halita ou minerais insolúveis, como o crioulo (um alumínio e fluoreto de sódio) de sódio).

Mineral marítimo e halita

Além do mar em geral, o Mar Morto é caracterizado por ter uma concentração muito alta de diferentes sais e minerais, especialmente o cloreto de sódio. O grande lago salgado nos Estados Unidos também apresenta uma alta concentração de sódio.

O cloreto de sódio é quase puro no mineral halita, presente no mar e em estruturas rochosas. Roca ou sal mineral é menos puro que a halita, estando em depósitos minerais na Grã -Bretanha, França, Alemanha, China e Rússia.

Depósitos salinos

O sal é extraído de seus depósitos de rochas por fragmentação das rochas, seguido de um processo de purificação de sal. Em outras ocasiões, a água é introduzida em depósitos de sal para dissolvê -lo e formar uma salmoura, que é bombeada para a superfície.

O sal é obtido do mar nas bacias rasas conhecidas como salinas, através da evaporação solar. O sal obtido dessa maneira é chamado de sal da baía ou sal marinho.

Célula Downs

O sódio foi produzido pela redução carbotérmica do carbonato de sódio realizado em 1.100 ºC. Atualmente, é produzido pela eletrólise do cloreto de sódio fundido, usando a célula Downs.

No entanto, como o cloreto de sódio fundido tem um ponto de fusão ~ 800 ºC, o cloreto de cálcio ou o carbonato de sódio é adicionado para reduzir o ponto de fusão a 600 ºC.

Na câmara do Downs, o cátodo é de ferro em uma forma circular, em torno de um ânodo de carbono. Os produtos de eletrólise são separados por uma malha de aço para impedir que produtos de eletrólise entrem em contato: sódio e cloro elementar.

No ânodo (+) ocorre a seguinte reação de oxidação:

2 Cl^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

Enquanto isso, no cátodo (-) ocorre a seguinte reação de redução:

2 NA⁺ (L) +2 e^-    → 2 Na (l)

Reações

Formação de óxido e hidróxido

É muito reativo no ar, dependendo de sua umidade. Reage para formar um filme de hidróxido de sódio, que pode absorver dióxido de carbono e finalmente formar bicarbonato de sódio.

Ele oxida no ar para originar monóxido de sódio (NA₂QUALQUER). Enquanto superóxido de sódio (Nao₂) É preparado pelo aquecimento do sódio metálico a 300 ºC com oxigênio de alta pressão.

No estado líquido, inflama 125 ºC, produzindo uma fumaça branca irritante, capaz de produzir tosse. Também reage vigorosamente com água para produzir hidróxido de sódio e hidrogênio gasoso, causando a explosividade da reação. Esta reação é fortemente exotérmica.

Na +h₂O → Naoh +1/2 h₂  (3.367 quilocalorias/mol)

Com ácidos halogenados

Ácidos halogenados, como ácido clorídrico, reagem com sódio para formar os halogenetos correspondentes. Enquanto isso, sua reação com ácido nítrico gera nitrato de sódio; E com ácido sulfúrico, gera sulfato de sódio.

Reduções

O NA reduz os óxidos dos metais de transição, produzindo os metais correspondentes ao liberá -los do oxigênio. O sódio também reage com as paradas de transição, produzindo metais para formar cloreto de sódio e liberar metais.

Esta reação serviu para obter metais de transição, incluindo titânio e tântalo.

Com a amônia

A reação de sódio com amônia líquida a baixa temperatura e lentamente para formar a sodamida (NANH₂) e hidrogênio.

Na +NH₃    → NANH₂     +       1/2 h₂

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A amônia líquida serve como solvente para reação de sódio com vários metais, incluindo arsênico, teluro, antimônio e bismuto.

Orgânico

Reage com álcoois para produzir álcoois ou alcoxidados:

Na +roh → rona +1/2 h₂

Produz a ruína de compostos orgânicos, causando uma duplicação no número de carbonos do composto:

2 Na +2 Rcl → R-R +2 NaCl

O octano pode ser produzido pela ruína do brometo de butano com sódio.

Com metais

O sódio pode reagir com outros metais alcalinos para formar um Eutctic: uma liga que é formada a temperaturas mais baixas do que seus componentes; Por exemplo, Nak que tem uma porcentagem de k de 78%. O sódio também forma ligas com berílio com uma pequena porcentagem do primeiro.

Metais preciosos, como ouro, prata, platina, paládio e irídio, além de metais brancos como chumbo, lata e antimônio, formam ligas com sódio líquido.

Riscos

É um metal que reage intensamente com água. Portanto, em contato com os tecidos humanos revestidos com água, pode causar danos graves. Produz por contato com a pele e os olhos graves queimaduras.

Além disso, por ingestão, pode causar a perfuração do esôfago e do estômago. No entanto, embora essas lesões sejam graves, apenas uma pequena proporção da população é exposta a eles.

O maior dano que o sódio pode causar é devido à sua ingestão excessiva em refeições ou bebidas feitas por pessoas.

O corpo humano requer uma ingestão de sódio de 500 mg/dia, para cumprir sua função na direção nervosa, bem como na contração muscular.

Mas uma quantidade muito maior de sódio é geralmente ingerida na dieta, que produz um aumento no plasma e na concentração sanguínea do mesmo.

Isso pode causar hipertensão arterial, doenças cardiovasculares e acidentes cerebrais.

A hipernatremia também está associada à geração de osteoporose para induzir uma produção de cálcio de tecido ósseo. Os rins têm problemas para manter uma concentração plasmática de sódio normal, apesar de sua ingestão excessiva, o que pode levar a danos renais.

Formulários

Sódio metálico

É usado na metalurgia como desoxidante e um agente redutor na preparação de cálcio, zircônio, titânio e outros metais. Por exemplo, reduza o tetracloreto de titânio (Ticl₄) Produzir titânio metálico.

O sódio fundido é usado como agente de transferência de calor, por isso é usado como refrigerante em alguns reatores nucleares.

É usado como matéria -prima na fabricação de sulfato de lauril de sódio, o principal ingrediente do detergente sintético. Ele também intervém na fabricação de polímeros como nylon e em compostos como cianeto e peróxido de sódio. Também na produção de corantes e síntese de perfumes.

O sódio é usado na purificação de hidrocarbonetos e na polimerização de hidrocarbonetos insolúveis. Também é usado em inúmeras reduções orgânicas. Dissolvido em amônio líquido é usado para reduzir os alcinas para transalqueno.

Lâmpadas de vapor de sódio são construídas para iluminação pública nas cidades. Eles fornecem uma cor amarela, semelhante à observada quando o sódio é queimado em isqueiros.

O sódio atua como um dessecante que fornece uma cor azul na benzofenona, indicativa de que o produto no processo de dessecação atingiu a secagem desejada.

Compostos

Cloreto

É usado para temperar e conservar comida. A eletrólise de cloreto de sódio produz hipoclorito de sódio (NAOCL), usado na limpeza doméstica como cloro. Além.

O hipoclorito de sódio é usado em certas preparações medicinais, como anti -séptica e fungicida.

Carbonato e bicarbonato

O carbonato de sódio é usado na fabricação de vidro, detergentes e limpadores. O carbonato de sódio monohidrado é usado na fotografia como um componente dos desenvolvedores.

O bicarbonato de sódio é uma fonte de dióxido de carbono. Por esse motivo, é usado no fermento em pó, em sais e bebidas efervescentes e também em extintores de incêndio químico seco. Também é usado no processo de curtume e preparação de lã.

O bicarbonato de sódio é um composto alcalino, usado no tratamento medicinal da hiperacidez gástrica e urinária.

Sulfato

É usado na fabricação de papel kraft, papelão, vidro e detergentes. O tiossulfato de sódio é usado na fotografia para corrigir negativos e impressões desenvolvidas.

Hidróxido

Comumente chamado cáustico ou alvejante, é usado na neutralização de ácidos no refinamento de petróleo. Reage com ácidos graxos na fabricação de sabão. Além disso, é usado no tratamento da celulose.

Nitrato

É usado como um fertilizante que fornece nitrogênio, sendo um componente de dinamite.

Referências

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