NATRIS: ISTORIJA, STRUKTŪRA, SAVYBĖS, RIZIKA IR NAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Natrio yra šarminio metalo lakštai iš 1 grupės periodinės lentelės. Jo atominis skaičius yra 11, ir jį vaizduoja cheminis simbolis Na. Tai yra lengvas metalas, ne toks tankus kaip vanduo, sidabriškai balta spalva, ore veikiant ji tampa pilka; Štai kodėl jis yra laikomas parafinuose arba tauriųjų dujų.

Be to, tai yra minkštas metalas, kurį galima pjaustyti peiliu ir jis tampa trapus žemoje temperatūroje. Sprogstamai reaguoja su vandeniu, sudarydamas natrio hidroksidą ir vandenilio dujas; Jis taip pat reaguoja su drėgnu oru ir plikų rankų drėgme.

Metalinis natris, laikomas butelyje ir panardinamas į aliejų, kad jis nereaguotų su oru. Šaltinis: Hi-Res vaizdai iš cheminių elementų

Šis metalas randamas akmens druskos mineraluose, tokiuose kaip halitas (natrio chloridas), sūrymuose ir jūroje. Natrio chloridas sudaro 80% visų jūroje ištirpusių medžiagų, natrio gausu 1,05%. Tai yra šeštasis žemės plutos gausos elementas.

Iš žvaigždžių sklindančios šviesos spektro analizė leido aptikti jų buvimą jose, įskaitant Saulę. Taip pat nustatytas jų buvimas meteorituose.

Natris yra geras šilumos ir elektros laidininkas, taip pat pasižymi didele šilumos sugerties galimybe. Jis patiria fotoelektrinį reiškinį, tai yra, jis yra pajėgus skleisti elektronus, kai jis yra apšviestas. Degant jo liepsna skleidžia stiprią geltoną šviesą.

Išlydytas natris veikia kaip šilumos perdavimo agentas, todėl jis naudojamas kaip aušinimo skystis tam tikruose branduoliniuose reaktoriuose. Jis taip pat naudojamas kaip metalų deoksidatorius ir reduktorius, todėl jis buvo naudojamas valyti pereinamuosius metalus, tokius kaip titanas ir cirkonis.

Natris yra pagrindinis tarpląstelinio skyriaus osmoliškumo ir jo tūrio veiksnys. Taip pat jis yra atsakingas už sužadinamų ląstelių veikimo potencialo generavimą ir raumenų susitraukimo inicijavimą.

Per didelis natrio vartojimas gali sukelti: širdies ir kraujagyslių ligas, padidėjusią insultų riziką, osteoporozę dėl mobilizuoto kaulo kalcio ir inkstų pažeidimų.

Istorija

Žmogus nuo seno naudojo natrio junginius, ypač natrio chloridą (paprastąją druską) ir natrio karbonatą. Druskos svarbą įrodo lotyniško žodžio „salarium“ vartojimas nurodant druskos dalį, kurią kareiviai gavo kaip išmoką.

Viduramžiais natrio junginys buvo naudojamas lotynišku pavadinimu „sodanum“, o tai reiškė galvos skausmą.

1807 m. Seras Humprey Davy'as išskyrė natrį elektrolizuodamas natrio hidroksidą. Davy taip pat išskyrė kalį tuo metu, kai natrio hidroksidas ir kalio hidroksidas buvo laikomi elementinėmis medžiagomis ir vadinami fiksuotaisiais šarmais.

Davy laiške draugui parašė: „Aš suskaidžiau ir perkomponavau fiksuotus šarmus ir sužinojau, kad jų bazės yra dvi naujos labai degios medžiagos, panašios į metalus; tačiau vienas iš jų yra degesnis už kitą ir labai reaktyvus “.

1814 m. Jönsas Jakobas savo cheminių simbolių sistemoje naudojo lotyniško žodžio „natrium“ santrumpą Na, norėdamas pavadinti natrį. Šis žodis kilęs iš Egipto pavadinimo „natron“, vartojamo natrio karbonatui paminėti.

Natrio struktūra ir elektronų konfigūracija

Metalinis natris kristalizuojasi į kūną atitinkančią kubinę (BCC) struktūrą. Todėl jo Na atomai yra išdėstyti taip, kad sudarytų kubus, vienas jų yra centre ir kiekvienas turi aštuonis kaimynus.

Ši struktūra pasižymi mažiausiai tankiu iš visų, kas atitinka mažą šio metalo tankį; toks žemas, kad kartu su ličiu ir kaliu yra vieninteliai metalai, kurie gali plūduriuoti skystame vandenyje (žinoma, prieš sprogstant). Prie šios savybės prisideda ir maža jo atominė masė, palyginti su tūriniu atominio spinduliu.

Tačiau susidariusi metalinė jungtis yra gana silpna, ir tai galima paaiškinti elektronine konfigūracija:

3s ¹

Uždarame apvalkale esantys elektronai nedalyvauja (bent normaliomis sąlygomis) metalo jungtyje; bet elektronas 3s orbitoje. Na atomai persidengia per 3s orbitalės ir sukuria valentinę juostą; ir tuščia 3p laidumo juosta.

Ši perpus užpildyta 3 s juosta, taip pat kaip mažas kristalo tankis, daro jėgą, valdomą „elektronų jūra“, silpną. Taigi metalinis natris gali būti supjaustytas metalu ir lydosi tik 98ºC temperatūroje.

Faziniai perėjimai

Natrio kristalo struktūra gali pakisti, kai padidėja slėgis; kaitinant mažai tikėtina, kad dėl žemos lydymosi temperatūros jis pereitų fazes.

Kai prasideda faziniai perėjimai, metalo savybės pasikeičia. Pavyzdžiui, pirmasis perėjimas sukuria į veidą orientuotą kubinę (fcc) struktūrą. Taigi, spausdama metalinį natrį, nedidelė struktūra bcc sutankinama iki fcc.

Tai negali sukelti pastebimo natrio savybių pokyčio, išskyrus jo tankį. Tačiau kai slėgis yra labai didelis, allotropai (ne polimorfiniai, nes jie yra grynas metalas) stebėtinai tampa izoliatoriais ir elektridais; y., net elektronai yra įsitvirtinę kristaluose kaip anijonai ir laisvai cirkuliuoja.

Be jau minėtų, keičiasi ir jų spalvos; natris nustoja būti pilkšvas, kad taptų tamsus, rausvas ar net skaidrus, nes padidėja darbinis slėgis.

Oksidacijos skaičiai

Atsižvelgiant į 3s valentinę orbitalę, kai natris praranda savo vienintelį elektroną, jis greitai virsta Na ⁺ katijonu , kuris yra izoelektroninis į neoną. Tai yra, tiek Na ⁺ , tiek Ne turi tą patį elektronų skaičių. Jei daroma prielaida , kad junginyje yra Na ⁺ , tada jo oksidacijos skaičius yra +1.

Kadangi, jeigu priešais atsitinka, tai yra, natrio įgyti elektroną, jos Gautas elektronų konfigūracija yra 3s ² ; dabar jis yra izoelektroninėje su magniu, kuri yra Na anijonas ^- vadinamas natrio. Jei daroma prielaida , kad junginyje yra Na ^- tada natrio oksidacijos skaičius bus -1.

Savybės

Natrio chlorido etilo tirpalas, deginantis, kad parodytų šiam metalui būdingą geltoną liepsnos spalvą. Šaltinis: Der Messer

Fizinis aprašymas

Minkštas, kalusis, kalusis lengvasis metalas.

Atominis svoris

22,989 g / mol.

Spalva

Natris yra lengvas sidabrinis metalas. Šviežiai nupjauta, bet blizgi, bet, praleidusi sąlytį su oru, praranda blizgesį ir tampa nepermatoma. Minkštas temperatūroje, bet gana kietas -20 ºC temperatūroje.

Virimo taškas

880 ° C.

Lydymosi temperatūra

97,82 ºC (beveik 98 ºC).

Tankis

Kambario temperatūroje: 0,968 g / cm ³ .

Skystos būsenos (lydymosi temperatūra): 0,927 g / cm ³ .

Tirpumas

Netirpsta benzene, žibalelyje ir benzino. Jis ištirpsta skystame amoniake, gaunant mėlynos spalvos tirpalą. Jis ištirpsta gyvsidabryje ir sudaro amalgamą.

Garų slėgis

Temperatūra 802 K: 1 kPa; tai yra, jo garų slėgis yra labai žemas net esant aukštai temperatūrai.

Skilimas

Vandenyje jis smarkiai skyla, sudarydamas natrio hidroksidą ir vandenilį.

Savaiminio užsidegimo temperatūra

120–125 ° C.

Klampumas

0,680 cP 100 ° C temperatūroje

Paviršiaus įtempimas

192 dynai / cm lydymosi vietoje.

Lūžio rodiklis

4.22.

Elektronegatyvumas

0,93 pagal Paulingo skalę.

Jonizacijos energija

Pirmoji jonizacija: 495,8 kJ / mol.

Antroji jonizacija: 4562 kJ / mol.

Trečioji jonizacija: 6910,3 kJ / mol.

Atominis radijas

186 val.

Kovalentinis spindulys

166 ± 9 val.

Šiluminis plėtimasis

71 μm (m · K) 26 ° C temperatūroje.

Šilumos laidumas

132,3 W / m K esant 293,15 K.

Elektrinė varža

4,77 × 10 ^-8 atm esant 293 K temperatūrai.

Nomenklatūra

Kadangi natrio oksidacijos skaičius yra unikalus +1, jo junginių pavadinimai, kuriems taikoma atsargų nomenklatūra, yra supaprastinti, nes šis skaičius nėra nurodytas skliausteliuose ir romėniškais skaitmenimis.

Lygiai taip pat jų vardai pagal tradicinę nomenklatūrą baigiasi priesaga -ico.

Pavyzdžiui, pagal atsargų nomenklatūrą NaCl yra natrio chloridas, nes klaidingas natrio chloridas (I). Pagal sistemingą nomenklatūrą jis taip pat vadinamas natrio monochloridu; ir natrio chloridas pagal tradicinę nomenklatūrą. Tačiau labiausiai paplitęs jos pavadinimas yra stalo druska.

Biologinis vaidmuo

Osmosinis komponentas

Natrio tarpląstelinė koncentracija yra 140 mmol / L, jo jonų forma (Na ⁺ ). Siekiant išlaikyti tarpląstelinio skyriaus elektronerališkumą, Na ⁺ pridedami chlorido (Cl ^- ) ir bikarbonato (HCO ₃ ^- ) anijonai , kurių koncentracijos yra atitinkamai 105 mmol / L ir 25 mmol / L.

Na ⁺ katijonas yra pagrindinis osmosinis komponentas ir turi didžiausią indėlį į tarpląstelinio skyriaus osmoliškumą, tokiu būdu tarpląstelinis ir tarpląstelinis skyriai yra vienodai osmoliarūs, o tai garantuoja tarpląstelinio skyriaus vientisumą.

Kita vertus, tarpląstelinė Na ⁺ koncentracija yra 15 mmol / L. Taigi: Kodėl papildomos ir tarpląstelinės Na ⁺ koncentracijos nėra išlygintos ?

Yra dvi priežastys, kodėl taip neatsitiko: a) plazminė membrana prastai pralaidi Na ⁺ . b) Na ⁺ -K ⁺ siurblio buvimas .

Siurblys yra fermentinė sistema plazmos membranoje, kuri naudoja ATP esančią energiją trims Na ⁺ atomams pašalinti ir dviem K ⁺ atomams įvesti .

Be to, yra hormonų rinkinys, įskaitant aldosteroną, kuris, skatindamas natrio reabsorbciją inkstuose, garantuoja tarpląstelinio natrio koncentracijos palaikymą tinkama verte. Antidiurezinis hormonas padeda palaikyti tarpląstelinį tūrį.

Veiksmų potencialo kūrimas

Išskirtinės ląstelės (neuronai ir raumenų ląstelės) yra tos, kurios reaguoja į tinkamą stimulą, suformuodamos veikimo potencialą arba nervinį impulsą. Šios ląstelės palaiko įtampos skirtumą plazmos membranoje.

Ląstelės vidus yra neigiamai įkrautas, palyginti su ląstelės išore, ramybės sąlygomis. Dėl tam tikro stimulo padidėja membranos pralaidumas Na ⁺ ir į ląstelę patenka nedidelis kiekis Na ⁺ jonų , todėl ląstelės vidus tampa teigiamai įkrautas.

Aukščiau yra tai, kas vadinama veikimo potencialu, kuris gali plisti visame neurone ir yra būdas, kuriuo informacija keliauja per jį.

Kai veiksmo potencialas pasiekia raumenų ląsteles, jis skatina jas susitraukti per daugiau ar mažiau sudėtingus mechanizmus.

Apibendrinant galima pasakyti, kad natris yra atsakingas už sužadinamų ląstelių veikimo potencialą ir už raumenų ląstelių susitraukimo pradžią.

Kur tai yra

Žemės pluta

Natris yra septintasis gausiausias žemės plutos elementas, sudarantis 2,8% jo. Natrio chloridas yra mineralinio halito dalis, sudaranti 80% jūroje ištirpusių medžiagų. Natrio kiekis jūroje yra 1,05%.

Natris yra labai reaktyvus elementas, todėl jo nėra nei savo gimtojoje, nei elementinėje formoje. Jo yra tirpiuose mineraluose, tokiuose kaip halitas, arba netirpiuose mineraluose, pavyzdžiui, kriolite (natrio aliuminio fluoridas).

Jūra ir mineralinis halitas

Be jūrų, Negyvoji jūra pasižymi labai didele įvairių druskų ir mineralų, ypač natrio chlorido, koncentracija. Didžiajame druskos ežere JAV taip pat yra didelė natrio koncentracija.

Natrio chloridas randamas beveik grynas mineraliniame halite, esančiame jūroje ir uolienų struktūrose. Akmens arba mineralinė druska yra mažiau gryna nei halitas, randama mineralų telkiniuose Didžiojoje Britanijoje, Prancūzijoje, Vokietijoje, Kinijoje ir Rusijoje.

Druskos nuosėdos

Druska išgaunama iš jos uolienų nuosėdų, suskaidant uolienas, po to išvaloma druska. Kitu metu į druskos rezervuarus įpilamas vanduo, kad jis ištirptų ir susidarytų sūrymas, kuris po to pumpuojamas į paviršių.

Druska gaunama iš jūros sekliuose baseinuose, vadinamuose salinais, išgarinant saulę. Tokiu būdu gauta druska vadinama lauro arba jūros druska.

Downs ląstelė

Natris buvo gautas karboterminiu būdu natrio karbonato redukcija, atlikta esant 1100 oC. Šiuo metu jis gaminamas elektrolizuojant išlydytą natrio chloridą, naudojant Downo kamerą.

Tačiau kadangi išlydyto natrio chlorido lydymosi temperatūra yra ~ 800 ° C, pridedama kalcio chlorido arba natrio karbonato, kad lydymosi temperatūra būtų iki 600 ° C.

„Downs“ kameroje katodas pagamintas iš apvalios formos geležies, aplink anglies anodą. Elektrolizės produktai yra atskirti plienine tinkleliu, kad elektrolizės produktai nesiliestų: elementinis natris ir chloras.

Prie anodo (+) vyksta ši oksidacijos reakcija:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Tuo tarpu prie katodo (-) vyksta ši redukcijos reakcija:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

Reakcijos

Oksidų ir hidroksido susidarymas

Jis labai reaguoja į orą, priklausomai nuo drėgmės. Jis reaguoja sudarydamas natrio hidroksido plėvelę, kuri gali absorbuoti anglies dioksidą ir galiausiai sudaryti natrio bikarbonatą.

Ore jis oksiduojasi ir sudaro natrio monoksidą (Na ₂ O). Natrio superoksidas (NaO ₂ ) gaunamas kaitinant metalinį natrį iki 300 ° C su deguonimi esant aukštam slėgiui.

Skystas jis užsidega esant 125ºC ir išskiria dirginančius baltus dūmus, galinčius sukelti kosulį. Jis taip pat intensyviai reaguoja su vandeniu, kad susidarytų natrio hidroksidas ir vandenilio dujos, todėl reakcija sprogo. Ši reakcija yra stipriai egzoterminė.

Na + H ₂ O → NaOH + 1/2 H ₂ (3 367 kilokalorijos / mol)

Su halogenintomis rūgštimis

Halogenintos rūgštys, tokios kaip druskos rūgštis, reaguoja su natriu, sudarydamos atitinkamus halogenidus. Tuo tarpu jos reakcija su azoto rūgštimi sukuria natrio nitratą; o kartu su sieros rūgštimi susidaro natrio sulfatas.

Sumažinimai

Na sumažina pereinamųjų metalų oksidus, gaminant atitinkamus metalus, išlaisvinant juos iš deguonies. Taip pat natris reaguoja su pereinamųjų metalų halogenidais, sukeldamas metalų pasislinkimą, sudarydamas natrio chloridą, ir išskirdamas metalus.

Ši reakcija leido gauti pereinamuosius metalus, įskaitant titaną ir tantalą.

Su amoniaku

Natrio reaguoja su skystame amoniake žemoje temperatūroje ir lėtai į formos sodamide (NaNH ₂ ) ir vandenilio.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Skystas amoniakas naudojamas kaip tirpiklis natrio reakcijai su įvairiais metalais, įskaitant arseną, telurį, stibį ir bismutą.

Ekologiški

Reaguoja su alkoholiais, sudarydamas alkoholatus arba alkoksidus:

Na + ROH → Róna + 1/2 H ₂

Dėl to organiniai junginiai dehalogenuojami, todėl anglies junginių skaičius dvigubai padidėja:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Oktaną galima gauti dehalogeninant butano bromidą su natriu.

Su metalais

Natris gali reaguoti su kitais šarminiais metalais, sudarydamas eutektiką: lydinį, kuris susidaro žemesnėje temperatūroje nei jo komponentai; pavyzdžiui, NaK, kurio K procentas yra 78%. Natris taip pat sudaro lydinius su beriliu, o jų sudėtyje yra maža dalis.

Taurieji metalai, tokie kaip auksas, sidabras, platina, paladžio ir iridis, taip pat balti metalai, tokie kaip švinas, alavas ir stibis, sudaro lydinius su skystu natriu.

Pavojai

Tai metalas, stipriai reaguojantis su vandeniu. Todėl sąlytis su žmogaus audiniais, padengtais vandeniu, gali padaryti didelę žalą. Smarkiai nudegina susilietus su oda ir akimis.

Prarijus jis gali sukelti stemplės ir skrandžio perforaciją. Nors šie sužalojimai yra sunkūs, jais susiduria tik nedidelė dalis gyventojų.

Didžiausia žala, kurią natris gali padaryti, yra dėl per didelio jo vartojimo maisto produktuose ar gėrimuose, kuriuos gamina žmonės.

Žmogaus kūnui reikia 500 mg per parą natrio, kad jis atliktų savo funkcijas nervų laidumui ir raumenų susitraukimui.

Paprastai į racioną patenka daug didesnis natrio kiekis, dėl kurio padidėja jo koncentracija plazmoje ir kraujyje.

Tai gali sukelti aukštą kraujo spaudimą, širdies ir kraujagyslių ligas, insultus.

Hipernatremija taip pat yra susijusi su osteoporozės formavimu, sukeliant kalcio nutekėjimą iš kaulinio audinio. Inkstams sunku išlaikyti normalią natrio koncentraciją plazmoje, nepaisant to, kad jų suvartojama per daug, dėl ko gali būti pažeisti inkstai.

Programos

Metalinis natris

Jis naudojamas metalurgijoje kaip deoksidatorius ir reduktorius kalcio, cirkonio, titano ir kitų metalų gamyboje. Pavyzdžiui, jis redukuoja titano tetrachloridą (TiCl ₄ ), kad gautų metalinį titaną.

Išlydytas natris naudojamas kaip šilumos perdavimo agentas, todėl kai kuriuose branduoliniuose reaktoriuose jis naudojamas kaip aušinimo skystis.

Jis naudojamas kaip žaliava natrio laurilsulfato, pagrindinio sintetinio ploviklio, gamyboje. Jis taip pat dalyvauja gaminant tokius polimerus kaip nailonas ir junginius, tokius kaip cianidas ir natrio peroksidas. Taip pat gaminant dažus ir kvepalų sintezę.

Natris naudojamas angliavandeniliams valyti ir netirpiems angliavandeniliams polimerizuoti. Jis taip pat naudojamas daugelyje organinių redukcijų. Ištirpintas skystame amoniake jis naudojamas redukuoti alkūnus iki transalkeno.

Natrio garų lempos statomos viešam miesto apšvietimui. Jie įgauna geltoną spalvą, panašią į tą, kuri pastebima deginant natrį žiebtuvėliuose.

Natris veikia kaip sausiklis, kuris, esant benzofenonui, suteikia mėlyną atspalvį, tai rodo, kad džiovinimo metu produktas pasiekė norimą džiovinimą.

Junginiai

Chloridas

Jis naudojamas maistui pagardinti ir konservuoti. Natrio chlorido elektrolizės metu gaunamas natrio hipochloritas (NaOCl), naudojamas namų valymui kaip chloras. Be to, jis naudojamas kaip pramoninis baliklis popieriui ir tekstilės masei ar vandens dezinfekavimui.

Natrio hipochloritas yra naudojamas kai kuriuose vaistiniuose preparatuose kaip antiseptikas ir fungicidas.

Karbonatas ir bikarbonatas

Natrio karbonatas naudojamas stiklų, ploviklių ir valiklių gamyboje. Natrio karbonato monohidratas naudojamas fotografijoje kaip kūrėjo komponentas.

Kepimo soda yra anglies dioksido šaltinis. Dėl šios priežasties jis naudojamas kepimo milteliuose, druskose ir gazuotuose gėrimuose, taip pat sausuose cheminiuose gesintuvuose. Jis taip pat naudojamas rauginant ir ruošiant vilną.

Natrio bikarbonatas yra šarminis junginys, naudojamas gydant skrandžio ir šlapimo rūgštingumą.

Sulfato

Jis naudojamas kraftpopieriaus, kartono, stiklo ir ploviklių gamyboje. Natrio tiosulfatas yra naudojamas fotografijoje, siekiant ištaisyti negatyvus ir išsivysčiusias nuotraukas.

Hidroksidas

Paprastai vadinamas kaustine soda arba šarmu, jis naudojamas neutralizuojant rūgštis perdirbant naftą. Reaguoja su riebalų rūgštimis gamindamas muilą. Be to, jis naudojamas gydant celiuliozę.

Nitratas

Jis naudojamas kaip trąša, teikianti azotą, kaip dinamito komponentas.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Natris. (2019 m.). Natris. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Natris. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 5360545. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganongas, WF (2003). Medicininė fiziologija, 19-asis leidimas. Redakcija El Manual Moderno.
5. Vikipedija. (2019 m.). Natris. Atkurta iš: en.wikipedia.org
6. Harvardo kolegijos prezidentas ir kolegos. (2019 m.). Druska ir natris. Atkurta iš: hsph.harvard.edu
7. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2019 m. Birželio 07 d.). Natris. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com