Natriumgeschichte, Struktur, Eigenschaften, Risiken und Verwendung

Er Natrium Es ist ein alkalisches Metall der Gruppe 1 des Periodensystems. Seine Atomzahl ist 11 und wird mit dem chemischen NA -Symbol dargestellt. Es ist ein leichter Metall, weniger dicht als das Wasser, silberweiß, das grau wird, wenn es der Luft ausgesetzt ist; Deshalb wird es in Paraffinen oder edlen Gasen gespeichert.

Darüber hinaus ist es ein weiches Metall, das mit einem Messer geschnitten werden kann und bei niedrigen Temperaturen spröde wird. Reagiert explosionsartig mit Wasser, um Natriumhydroxid und gasförmige Wasserstoff zu bilden; Es reagiert auch mit feuchter Luft und mit der Luftfeuchtigkeit der nackten Hände.

Metallisches Natrium, das in einer Flasche gespeichert und in Öl eingetaucht ist, so dass es nicht mit der Luft reagiert. Quelle: Hi-Res-Bilder von chemischen Elementen [CC von 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/3.0)]]

Dieses Metall kommt in Felsenmineralgesteinen wie Halit (Natriumchlorid), in Salmuelas und im Meer vor. Natriumchlorid entspricht 80% aller im Meer gelösten Materialien, wobei das Natrium eine Häufigkeit von 1,05% hat. Es ist das sechste Element im Überfluss der Erdkruste.

Die Analyse der Spektren des Lichts von den Sternen hat ihre Anwesenheit in ihnen, einschließlich der Sonne, erkennen. Ebenso wurde seine Anwesenheit bei Meteoriten bestimmt.

Natrium ist ein guter thermischer und elektrischer Leiter sowie eine große Wärmeabsorptionskapazität. Erleben Sie das photoelektrische Phänomen, das heißt, es ist in der Lage, Elektronen nach Beleuchtung zu emittieren. Während seine Flamme verbrennt, gibt es ein intensives gelbes Licht aus.

Das geschmolzene Natrium wirkt als Wärmeübertragungsmittel, weshalb es in bestimmten Kernreaktoren als Kältemittel verwendet wird. Es wird auch als Desoxidationsmittel- und Metallreduzierer verwendet, sodass es bei der Reinigung von Übergangsmetallen wie Titan und Zirkonium verwendet wurde.

Natrium ist der Hauptsteuerzahler für die Osmolarität des extrazellulären Kompartiments und seines Volumens. Es ist auch verantwortlich für die Erzeugung von Aktionspotentialen in aufgeregten Zellen und den Beginn der Muskelkontraktion.

Übermäßige Natriumaufnahme kann erzeugen: Herz -Kreislauf -Erkrankungen, erhöhtes Risiko für Hirnunfälle, Osteoporose aufgrund von Knochenkalzmobilisierung und Nierenschäden.

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Geschichte

Der Mensch hat seit der Antike Natriumverbindungen verwendet, insbesondere Natriumchlorid (häufiges Salz) und Natriumcarbonat. Die Bedeutung von Salz ist ein Beweis dafür.

Im Mittelalter wurde eine Natriumverbindung mit dem lateinischen Namen "Sodanum" verwendet, was Kopfschmerzen bedeutete.

Im Jahr 1807 isolierte Sir Humbrey Davy Natrium durch Natriumhydroxidelektrolyse. Davy isolierte auch Kalium, zu einer Zeit, als sie Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid wie elementare Substanzen betrachteten und feste Alkalis bezeichnen.

Davy in einem Brief an einen Freund schrieb er: „Ich habe die festen Alkalis zusammengebrochen und zurückgekauft und festgestellt, dass ihre Basen zwei neue, sehr brennbare Substanzen waren, die Metallen ähnlich sind; Aber einer von ihnen ist brennbarer als der andere und sehr reaktiv. ".

Im Jahr 1814 verwendete Jöns Jakob in seinem chemischen Symbolsystem die NA -Abkürzung für das lateinische Wort 'Natrium', um das Natrium zu nennen. Dieses Wort stammt aus dem ägyptischen 'Natron' -Namen, der zum Aufrufen von Natriumcarbonat verwendet wird.

Natriumelektronische Struktur und Konfiguration

Metallic Natrium kristallisiert in einer Kubikstruktur, die auf dem Körper zentriert ist (BCC). Daher sind ihre Na -Atome formende Würfel, wobei einer in der Mitte und jeweils acht Nachbarn befindet.

Diese Struktur zeichnet sich durch die am wenigsten dichte von allen aus, was mit einer geringen Dichte für dieses Metall übereinstimmt. So niedrig, dass es zusammen mit Lithium und Kalium die einzigen Metalle, die in flüssigem Wasser schweben können (natürlich explodieren, natürlich). Seine niedrige Atommasse in Bezug auf sein voluminöses Atomradio trägt ebenfalls zu dieser Eigenschaft bei.

Die resultierende Metallverbindung ist jedoch ziemlich schwach und kann aus der elektronischen Konfiguration erklären:

[Ne] 3s¹

Die Elektronen der geschlossenen Schicht beteiligen sich nicht (zumindest unter normalen Bedingungen) an der Metallbindung; Aber das 3S -Orbitalelektron. Die Na Orbital Na Atome 3s, um eine Valencia -Bande zu schaffen; und die 3p, leer, eine treibende Bande.

Dieses Band 3 ist sowohl Samen als auch für die geringe Dichte des Glas. Folglich kann metallisches Natrium mit einem Metall geschnitten werden und nur 98 ° C schmilzt.

Phasenübergänge

Natriumkristall kann Veränderungen in seiner Struktur erleben, indem Druckerhöhungen auftreten. Während beim Erhitzen ist es unwahrscheinlich, dass sie Phasenübergänge aufgrund seines niedrigen Schmelzpunkts leiden.

Sobald die Phasenübergänge beginnen, ändern sich die Metalleigenschaften. Zum Beispiel erzeugt der erste Übergang eine Kubikstruktur, die sich auf Gesichtern konzentriert (FCC). Somit wird die kleine dichte Struktur BCC durch Drücken des metallischen Natriums zu FCC verdichtet.

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Vielleicht führt dies nicht zu einer nennenswerten Veränderung der Natriumeigenschaften als in seiner Dichte. Wenn die Drücke jedoch sehr hoch sind, werden die Alotrope (nicht Polymorphe, weil sie ein reines Metall sind) in Isolatoren und elektrisch überraschend; Das heißt, selbst die Elektronen sind als Anionen im Glas fixiert und zirkulieren nicht frei.

Zusätzlich zu den oben genannten ändern sich auch seine Farben. Das Natrium hört auf, grau zu sein, um dunkel, rötlich oder sogar transparent zu werden, wenn der Betriebsdruck steigt.

Oxidationszahlen

Angesichts des Orbitals von Valencia 3S, wenn Natrium sein einziges Elektron verliert⁺, das ist isolektronisch für Neon. Das heißt, beide Na⁺ Da die NE die gleiche Anzahl von Elektronen haben. Wenn das Vorhandensein von NA angenommen wird⁺ In der Verbindung wird dann gesagt, dass seine Oxidationszahl +1 beträgt.

Wenn das Gegenteil auftritt, das heißt, Natrium, der ein Elektron gewinnt, ist die resultierende elektronische Konfiguration [NE] 3s²; Es ist jetzt isoliert mit Magnesium, im Fall von Anion Na^- Soduro genannt. Wenn das Vorhandensein von NA angenommen wird^- In der Verbindung hat das Natrium eine Oxidationszahl von -1.

Eigenschaften

Eine Ethyllösung des Verbrennens von Natriumchlorid, um die charakteristische gelbe Flammfarbe für dieses Metall zu manifestieren. Quelle: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Physische Beschreibung

Weiche, duktile, formbare Metall.

Atomares Gewicht

22.989 g/mol.

Farbe

Natrium ist ein leicht silberne Metall. Brillant, wenn Sie frisch geschnitten sind, aber Sie verlieren Ihren Glanz, wenn er mit der Luft in Kontakt gebracht wird, und werden undurchsichtig werden. Weich bei Temperatur, aber ziemlich hart bei -20 ° C.

Siedepunkt

880 ºC.

Schmelzpunkt

97,82 ºC (fast 98 ºC).

Dichte

Bei Raumtemperatur: 0,968 g/cm³.

Im flüssigen Zustand (Schmelzpunkt): 0,927 g/cm³.

Löslichkeit

Unlöslich in Benzol, Kerosén und Benzin. Es löst sich in flüssigem Ammonium und ergibt eine blaue Lösung. Es löst sich in Quecksilber auf und bildet ein Amalgam.

Dampfdruck

802 K Temperatur: 1 kPa; Das heißt, sein Dampfdruck ist selbst bei hohen Temperaturen erheblich niedrig.

Zersetzung

Es zersetzt sich heftig in Wasser und bildet Natrium- und Wasserstoffhydroxid.

Self -Anmut -Temperatur

120-125 ºC.

Schmiere

0,680 CP bei 100 ºC

Oberflächenspannung

192 Dins/cm zum Fusionspunkt.

Brechungsindex

4.22.

Elektronegativität

0,93 auf der Paulingskala.

Ionisationsenergie

Erste Ionisation: 495.8 kJ/mol.

Zweite Ionisation: 4.562 kJ/mol.

Dritte Ionisation: 6.910.3 kJ/mol.

Atomradio

186 Uhr.

Radio kovalent

166 ± 9 Uhr.

Wärmeausdehnung

71 µm (m · k) bei 26 ° C.

Wärmeleitfähigkeit

132,3 W/m · k bei 293,15 k.

Elektrischer widerstand

4,77 × 10^-8 Ω · m a 293 k.

Nomenklatur

Das Natrium für eine einzige Oxidationszahl von +1 Die Namen seiner Verbindungen, die von der Aktiennomenklatur bestimmt werden.

In ähnlicher Weise enden ihre Namen gemäß der traditionellen Nomenklatur alle mit dem Suffix -ICO.

Zum Beispiel ist NaCl Natriumchlorid gemäß der Aktiennomenklatur, die falsche Natriumchlorid ist (i). Es wird auch Natriummonoclorid gemäß der systematischen Nomenklatur bezeichnet. und Natriumchlorid nach der traditionellen Nomenklatur. Ihr gebräuchlichster Name ist jedoch Tischsalz.

Biologisches Papier

Osmotische Komponente

Natrium hat eine extrazelluläre Konzentration von 140 mmol/l in ionischer Form (Na⁺). Um die Elektroneuterität des extrazellulären Kompartiments zu erhalten, der NA⁺ Es wird von Chloridanionen begleitet (CL^-) und Bicarbonat (HCO₃^-) mit 105 mmol/l Konzentrationen bzw. 25 mmol/l.

Das na kation⁺ Es ist die osmotische Hauptkomponente und hat den größten Beitrag zur Osmolarität des extrazellulären Kompartiment.

Andererseits na intrazelluläre Konzentration⁺ ist 15 mmol/l. Also: Warum nicht die zusätzlichen und intrazellulären Konzentrationen von NA übereinstimmen?⁺?

Es gibt zwei Gründe dafür, dass dies nicht geschieht: a) Die Plasmamembran ist für die NA wenig durchlässig⁺. b) die Existenz der Na -Pumpe⁺-K⁺.

Die Pumpe ist ein vorhandenes enzymatisches System in der Plasmamembran, das die im ATP enthaltene Energie verwendet, um drei Na -Atome zu nehmen⁺ und zwei K -Atome einführen⁺.

Darüber hinaus gibt es eine Reihe von Hormonen, darunter Aldosteron, die durch die Förderung der Nierenreabsorption von Natrium die Aufrechterhaltung der extrazellulären Konzentration des Natriums im gebührenden Wert garantiert. Antidiuretisches Hormon hilft bei der Aufrechterhaltung des extrazellulären Volumens.

Produktion von Aktionspotentialen

Erregbare Zellen (Neuronen und Muskelzellen) sind solche, die auf einen angemessenen Stimulus mit der Bildung einer Wirkung oder eines Nervenimpuls -Potentials reagieren. Diese Zellen behalten einen Spannungsunterschied durch die Plasmamembran bei.

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Das zelluläre Innenraum wird in Bezug. Bei einem bestimmten Reiz steigt die Membranpermeabilität an Na⁺ und betreten Sie die Zelle eine kleine Menge Na -Ionen⁺, das Innenraum des Zells positiv laden.

Das oben oben genannte ist ein Aktionspotential, das in einem Neuron verteilt werden kann und die Art und Weise ist, wie Informationen durch sie reisen.

Wenn das Aktionspotential Muskelzellen erreicht, stimuliert sie für die Kontraktion durch mehr oder weniger komplexe Mechanismen.

Zusammenfassend ist Natrium für die Produktion von Aktionspotentialen in aufgeregten Zellen und zum Beginn der Muskelzellkontraktion verantwortlich.

Wo befindet es sich

Erdkruste

Natrium ist das siebstreichste Element in der Erdkruste, das 2,8 % davon ausmacht. Natriumchlorid ist Teil des Halita -Minerals, das 80% des im Meer gelösten Materials ausmacht. Der Natriumgehalt des Meeres beträgt 1,05%.

Natrium ist ein sehr reaktives Element, weshalb es nicht nativ oder elementar ist. Es kommt in löslichen Mineralien wie Halit oder unlöslichen Mineralien wie kreolischem (ein Aluminium und Natriumfluorid) Natrium vor).

Sea- und Halita -Mineral

Zusätzlich zum Meer im Allgemeinen ist das Tote Meer durch eine sehr hohe Konzentration an verschiedenen Salzen und Mineralien gekennzeichnet, insbesondere Natriumchlorid. Der große salzige See in den Vereinigten Staaten präsentiert auch eine hohe Natriumkonzentration.

Natriumchlorid ist im Halita -Mineral fast rein, auf See und in Felsstrukturen. Roca oder Mineralsalz ist weniger rein als Halit und befindet sich in Mineralablagerungen in Großbritannien, Frankreich, Deutschland, China und Russland.

Salzablagerungen

Salz wird durch Fragmentierung der Gesteine ​​aus seinen Gesteinsablagerungen extrahiert, gefolgt von einem Salzreinigungsprozess. Bei anderen Gelegenheiten wird Wasser in Salzablagerungen eingeführt, um sie aufzulösen und eine Salzlake zu bilden, die dann an die Oberfläche gepumpt wird.

Salz wird aus dem Meer in den flachen Becken gewonnen. Das auf diese Weise gewonnene Salz wird als Salz aus der Bucht oder Meersalz bezeichnet.

Downs Cell

Das Natrium wurde durch die karbothermale Reduktion von Natriumcarbonat produziert, die bei 1 durchgeführt wurde.100 ºC. Derzeit wird es durch die Elektrolyse von geschmolzenem Natriumchlorid unter Verwendung der Downs -Zelle erzeugt.

Da jedoch geschmolzenes Natriumchlorid einen Schmelzpunkt ~ 800 ° C aufweist, wird Calciumchlorid oder Natriumcarbonat zugesetzt, um den Schmelzpunkt auf 600 ºC zu reduzieren.

In der Downs -Kammer befindet sich die Kathode in kreisförmiger Form um eine Kohlenstoffanode, um. Elektrolyseprodukte werden durch ein Stahlnetz getrennt, um zu verhindern, dass Elektrolyseprodukte sich kontaktieren: Natrium und Elementarchlor.

In der Anode (+) tritt die folgende Oxidationsreaktion auf:

2 Cl^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

In der Kathode (-) tritt die folgende Reduktionsreaktion auf:

2 Na⁺ (L) +2 e^-    → 2 na (l)

Reaktionen

Oxid- und Hydroxidbildung

Es ist je nach Feuchtigkeit in der Luft sehr reaktiv. Reagiert auf einen Natriumhydroxidfilm, der Kohlendioxid absorbieren und schließlich Natriumbicarbonat bilden kann.

Es oxidiert in der Luft, um Natriummonoxid zu studieren (Na₂ENTWEDER). Während Natrium -Superoxid (Nao₂) Es wird durch Erhitzen des metallischen Natriums bei 300 ºC mit hohem Sauerstoff erhoben.

In flüssigem Zustand entzündet es 125 ° C und erzeugt einen irritierenden weißen Rauch, der Husten produzieren kann. Es reagiert auch kräftig mit Wasser, um Natriumhydroxid und gasförmige Wasserstoff zu erzeugen, was die Explosivität der Reaktion verursacht. Diese Reaktion ist stark exotherm.

Na +h₂O → naOH +1/2 h₂  (3.367 Kilokalorien/mol)

Mit halogenierten Säuren

Halogenierte Säuren wie Salzsäure reagieren mit Natrium, um die entsprechenden Halogenide zu bilden. Inzwischen erzeugt seine Reaktion mit Salpetersäure Natriumnitrat; Und mit Schwefelsäure erzeugt Natriumsulfat.

Reduzierungen

Der Na reduziert die Oxide der Übergangsmetalle und produziert die entsprechenden Metalle, wenn sie aus Sauerstoff freigesetzt werden. Natrium reagiert auch mit Übergangsmetallen, die Metalle produzieren, um Natriumchlorid zu bilden und Metalle freizugeben.

Diese Reaktion hat dazu dient, Übergangsmetalle wie Titan und Tantalus zu erhalten.

Mit dem Ammoniak

Die Natriumreaktion mit flüssigem Ammoniak bei niedriger Temperatur und langsam, um das Sodamid zu bilden (NANH₂) und Wasserstoff.

Na +NH₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

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Flüssiges Ammoniak dient als Lösungsmittel für die Natriumreaktion mit mehreren Metallen, darunter Arsen, Teluro, Antimon und Wismut.

Organisch

Reagiert mit Alkoholen, um Alkohole oder Alcoxides zu produzieren:

Na +roh → rona +1/2 h₂

Es erzeugt das Rückgängigmachen von organischen Verbindungen, was zu einer Duplikation in der Anzahl der Kohlenstoffe der Verbindung führt:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NaCl

Oktan kann durch das Rückgängigmachen von Butanbromid mit Natrium erzeugt werden.

Mit Metallen

Natrium kann mit anderen alkalischen Metallen reagieren, um eine Eutktis zu bilden: eine Legierung, die bei niedrigeren Temperaturen als bei seinen Komponenten gebildet wird; Zum Beispiel NAK, der einen Prozentsatz von K von 78% hat. Natrium bildet auch Legierungen mit Beryllium mit einem kleinen Prozentsatz des ersten.

Edelmetalle wie Gold, Silber, Platin, Paladium und Iridium sowie weiße Metalle wie Blei, Zinn und Antimon bilden Legierungen mit flüssigem Natrium.

Risiken

Es ist ein Metall, das intensiv mit Wasser reagiert. Daher kann es im Kontakt mit Wasser -beschichteten menschlichen Geweben schwerwiegende Schäden verursachen. Produziert durch Kontakt mit Haut und Augen schwerwiegende Verbrennungen.

Auch durch Einnahme kann es die Perforation der Speiseröhre und des Magens verursachen. Obwohl diese Verletzungen schwerwiegend sind, ist ihnen nur ein kleiner Teil der Bevölkerung ausgesetzt.

Der größte Schaden, den Natrium verursachen kann.

Der menschliche Körper benötigt eine Natriumaufnahme von 500 mg/Tag, um seine Funktion im Nervenantrieb sowie bei der Muskelkontraktion zu erfüllen.

Eine viel größere Menge Natrium wird normalerweise in der Ernährung aufgenommen, was zu einem Anstieg der Plasma- und Blutkonzentration derselben führt.

Dies kann arterielle Hypertonie, Herz -Kreislauf -Erkrankungen und Gehirnunfälle verursachen.

Hypernatriämie ist auch mit der Erzeugung von Osteoporose verbunden, um einen Ausgang des Knochengewebes Calcium zu induzieren. Die Nieren haben Schwierigkeiten, trotz ihrer übermäßigen Aufnahme eine Plasmakonzentration normaler Natrium aufrechtzuerhalten, was zu Nierenschäden führen kann.

Anwendungen

Metallisches Natrium

Es wird in Metallurgie als Desoxidationsmittel und Reduziermittel bei der Herstellung von Kalzium, Zirkonium, Titan und anderen Metallen verwendet. Reduzieren Sie beispielsweise Titantetrachlorid (TICL₄) Metallic Titanium produzieren.

Das geschmolzene Natrium wird als Wärmeübertragungsmittel verwendet, daher wird es als Kältemittel in einigen Kernreaktoren verwendet.

Es wird als Rohstoff bei der Herstellung von Natriumlaurilsulfat verwendet, dem Hauptbestandteil des synthetischen Waschmittels. Es stellt auch die Herstellung von Polymeren wie Nylon und in Verbindungen wie Cyanid und Natriumperoxid ein. Auch bei der Produktion von Farbstoffen und Parfümsynthese.

Natrium wird in der Kohlenwasserstoffreinigung und in unlöslichen Kohlenwasserstoffen verwendet. Es wird auch in zahlreichen organischen Reduktionen verwendet. In flüssigem Ammonium gelöst wird zur Reduzierung von Alkinen auf Transalqueno.

Natriumdampflampen werden für öffentliche Beleuchtung in Städten gebaut. Sie liefern eine gelbe Farbe, ähnlich dem beobachteten, wenn das Natrium in Feuerzeugen verbrannt wird.

Das Natrium wirkt als Trockenmittel, der eine blaue Farbe in Benzofenon liefert, was darauf hinweist.

Verbindungen

Chlorid

Wird gewohnt, Lebensmittel zu würzen und zu sparen. Natriumchloridelektrolyse produziert Natriumhypochlorit (Naocl), die in der Heimreinigung als Chlor verwendet werden. Darüber hinaus wird es als industriell weißerer Papierzellstoff und Textilien oder in der Wasserdesinfektion verwendet.

Natriumhypochlorit wird in bestimmten medizinischen Präparaten wie Antiseptikum und Fungizid verwendet.

Carbonat und Bicarbonat

Natriumcarbonat wird zur Herstellung von Glas, Reinigungsmitteln und Reinigungsmitteln verwendet. Monohydratisiertes Natriumcarbonat wird in der Fotografie als Bestandteil der Entwickler verwendet.

Natriumbicarbonat ist eine Kohlendioxidquelle. Aus diesem Grund wird es in Backpulver, in Sprudelsalzen und Getränken sowie in trockenen chemischen Feuerlöschern verwendet. Es wird auch für den Vorbereitungsverfahren und die Wollvorbereitung verwendet.

Natriumbicarbonat ist eine alkalische Verbindung, die bei der medizinischen Behandlung von Magen- und Harnhyperacidität verwendet wird.

Sulfat

Es wird zur Herstellung von Kraftpapier, Pappe, Glas und Reinigungsmitteln verwendet. Natriumthiosulfat wird in der Fotografie verwendet, um die entwickelten Negative und Eindrücke zu korrigieren.

Hydroxid

Häufig als ätzend oder bleiche bezeichnet, wird es bei der Neutralisation von Säuren bei der Ölraffinierung verwendet. Reagiert mit Fettsäuren in der Seifenherstellung. Zusätzlich wird es bei der Behandlung von Cellulose verwendet.

Nitrat

Es wird als Dünger verwendet, der Stickstoff liefert und eine Dynamitkomponente ist.

Verweise

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