SODYUM: TARIHÇE, YAPI, ÖZELLIKLER, RISKLER VE KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Sodyum periyodik tablonun 1 bir alkali metaldir. Atom numarası 11'dir ve Na kimyasal sembolü ile temsil edilir. Hafif bir metaldir, sudan daha az yoğun, havaya maruz kaldığında griye dönen gümüş-beyaz renklidir; bu nedenle parafinlerde veya soy gazlarda depolanır.

Ayrıca bıçakla kesilebilen ve düşük sıcaklıklarda kırılgan hale gelen yumuşak bir metaldir. Suyla patlayarak sodyum hidroksit ve hidrojen gazı oluşturmak için reaksiyona girer; Ayrıca nemli hava ve çıplak ellerin nemi ile reaksiyona girer.

Bir şişede depolanan ve hava ile reaksiyona girmemesi için yağa daldırılan metalik sodyum. Kaynak: Kimyasal Elementlerin Yüksek Çözünürlüklü Görüntüleri

Bu metal, halit (sodyum klorür) gibi kaya tuzu minerallerinde, tuzlu sularda ve denizde bulunur. Sodyum klorür, denizde çözünmüş tüm maddelerin% 80'ini temsil eder ve sodyum% 1.05 bolluğa sahiptir. Yerkabuğunda bol miktarda bulunan altıncı elementtir.

Yıldızlardan gelen ışığın spektrumlarının analizi, Güneş de dahil olmak üzere içlerindeki varlıklarını tespit etmeyi mümkün kılmıştır. Aynı şekilde, meteorlardaki varlıkları da tespit edilmiştir.

Sodyum, iyi bir termal ve elektrik iletkeni olmasının yanı sıra, büyük bir ısı emme kapasitesine sahiptir. Fotoelektrik fenomeni yaşar, yani aydınlatıldığında elektron yayabilir. Yandığında alevi yoğun bir sarı ışık yayar.

Erimiş sodyum, bir ısı transfer ajanı görevi görür, bu nedenle bazı nükleer reaktörlerde soğutucu olarak kullanılır. Aynı zamanda bir metal deoksidizör ve redüktör olarak da kullanılır, bu nedenle titanyum ve zirkonyum gibi geçiş metallerinin saflaştırılmasında kullanılmıştır.

Sodyum, hücre dışı bölmenin ozmolaritesine ve hacmine ana katkı sağlar. Aynı şekilde, uyarılabilir hücrelerde aksiyon potansiyellerinin oluşmasından ve kas kasılmasının başlatılmasından sorumludur.

Aşırı sodyum alımı şunlara neden olabilir: kardiyovasküler hastalıklar, artmış felç riski, kemik kalsiyumunun mobilizasyonu nedeniyle osteoporoz ve böbrek hasarı.

Tarih

İnsan, antik çağlardan beri sodyum bileşikleri, özellikle sodyum klorür (yemek tuzu) ve sodyum karbonat kullanmıştır. Tuzun önemi, askerlerin ödemenin bir parçası olarak aldıkları tuzun bir kısmını belirtmek için Latince "salarium" kelimesinin kullanılmasıyla kanıtlanmıştır.

Ortaçağda, baş ağrısı anlamına gelen Latince adı "sodanum" olan bir sodyum bileşiği kullanıldı.

1807'de Sir Humprey Davy, sodyum hidroksitin elektroliziyle sodyumu izole etti. Davy ayrıca, sodyum hidroksit ve potasyum hidroksitin temel maddeler olarak kabul edildiği ve sabit alkaliler olarak adlandırıldığı bir zamanda potasyumu izole etti.

Davy bir arkadaşına yazdığı bir mektupta şöyle yazdı: “Sabit alkalileri parçalayıp yeniden oluşturdum ve bazlarının metallere benzer iki yeni yüksek derecede yanıcı madde olduğunu keşfettim; ama biri diğerinden daha yanıcı ve çok reaktif ”.

1814'te Jöns Jakob, Kimyasal Semboller Sisteminde sodyumu adlandırmak için Latince 'natrium' kelimesi için Na kısaltmasını kullandı. Bu kelime, sodyum karbonatı ifade etmek için kullanılan Mısır 'natron' adından gelmektedir.

Sodyumun yapısı ve elektron konfigürasyonu

Metalik sodyum, vücut merkezli kübik (bcc) bir yapıya kristalize olur. Bu nedenle, Na atomları, biri merkezde ve her biri sekiz komşulu olmak üzere küpler oluşturacak şekilde konumlandırılmıştır.

Bu yapı, bu metal için düşük yoğunluğa uyan, en az yoğun olmasıyla karakterize edilir; o kadar düşük ki, lityum ve potasyum ile birlikte, sıvı suda yüzebilen tek metaller (elbette patlamadan önce). Hacimli atom yarıçapına göre düşük atom kütlesi de bu özelliğe katkıda bulunur.

Bununla birlikte ortaya çıkan metalik bağ oldukça zayıftır ve elektronik konfigürasyondan açıklanabilir:

3 sn ¹

Kapalı kabuktaki elektronlar (en azından normal koşullar altında) metalik bağa katılmazlar; ama 3s yörüngesindeki elektron. Na atomları bir değerlik bandı oluşturmak için kendi yörüngelerini üst üste bindirir; ve 3p, boş, bir iletim bandı.

Yarı dolu olan bu 3s bandı ve kristalin düşük yoğunluğu, kuvveti “elektron denizi” tarafından yönetilen gücü zayıflatır. Sonuç olarak, metalik sodyum bir metalle kesilebilir ve ancak 98ºC'de erir.

Faz geçişleri

Sodyum kristali, basınçta artış yaşandığında yapısında değişikliklere uğrayabilir; ısıtıldığında, düşük erime noktası nedeniyle faz geçişlerine girmesi olası değildir.

Faz geçişleri başladığında metalin özellikleri değişir. Örneğin, ilk geçiş yüz merkezli bir kübik (fcc) yapı oluşturur. Böylece, metalik sodyum preslendiğinde seyrek yapı bcc, fcc'ye sıkıştırılır.

Bu, yoğunluğu dışında sodyumun özelliklerinde kayda değer bir değişiklik yaratmayabilir. Bununla birlikte, basınçlar çok yüksek olduğunda, allotroplar (saf metal oldukları için polimorfik değildirler) şaşırtıcı bir şekilde yalıtkanlar ve elektritler haline gelirler; yani elektronlar bile kristalde anyon olarak sabitlenir ve serbestçe dolaşmaz.

Yukarıdakilere ek olarak renkleri de değişir; çalışma basınçları arttıkça sodyum grimsi hale gelip koyu, kırmızımsı ve hatta şeffaf olmayı bırakır.

Oksidasyon numaraları

3s valans orbitali verildiğinde, sodyum tek elektronunu kaybettiğinde, hızla neon ile izoelektronik olan Na ⁺ katyonuna dönüşür . Yani, hem Na ⁺ hem de Ne aynı sayıda elektrona sahiptir. Bileşikte Na ⁺ olduğu varsayılırsa , oksidasyon sayısının +1 olduğu söylenir.

Halbuki bunun tersi olursa, yani sodyum bir elektron kazanırsa, sonuçta ortaya çıkan elektron konfigürasyonu 3s ^{2 olur} ; şimdi, magnezyum izoelektronik olan Na anyondur ^- sodyum adı. Bileşikte Na ^- varlığı varsayılırsa , sodyumun oksidasyon sayısı -1 olacaktır.

Özellikleri

Bu metal için alevin karakteristik sarı rengini ortaya çıkarmak için yanan bir sodyum klorür etil çözeltisi. Kaynak: Der Messer

Fiziksel tanım

Yumuşak, sünek, dövülebilir hafif metal.

Atom ağırlığı

22.989 g / mol.

Renk

Sodyum hafif gümüşi bir metaldir. Yeni kesildiğinde parlaktır, ancak hava ile temas ettiğinde parlaklığını kaybeder ve opak hale gelir. Sıcaklıkta yumuşak, ancak -20 ºC'de oldukça sert.

Kaynama noktası

880 ° C

Erime noktası

97,82ºC (neredeyse 98ºC).

Yoğunluk

Oda sıcaklığında: 0.968 g / cm ' ³ .

Sıvı halde (erime noktası): 0,927 g / cm ³ .

Çözünürlük

Benzen, gazyağı ve nafta içinde çözünmez. Sıvı amonyakta çözünerek mavi renkli bir çözelti verir. Bir amalgam oluşturan civa içinde çözünür.

Buhar basıncı

Sıcaklık 802 K: 1 kPa; yani buhar basıncı yüksek sıcaklıklarda bile oldukça düşüktür.

ayrışma

Suda şiddetli bir şekilde ayrışarak sodyum hidroksit ve hidrojen oluşturur.

Kendiliğinden tutuşma sıcaklığı

120-125 ° C

Viskozite

100 ° C'de 0,680 cP

Yüzey gerilimi

Erime noktasında 192 din / cm.

Kırılma indisi

4.22.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 0,93.

İyonlaşma enerjisi

İlk iyonizasyon: 495,8 kJ / mol.

İkinci iyonlaşma: 4,562 kJ / mol.

Üçüncü iyonlaşma: 6,910,3 kJ / mol.

Atomik radyo

186 pm.

Kovalent yarıçap

166 ± 21:00.

Termal Genleşme

26 ° C'de 71 µm (m · K)

Termal iletkenlik

293,15 K'da 132,3 W / m K

Elektriksel direnç

293 K'da 4,77 x ^{10-8 m}

terminoloji

Sodyumun benzersiz bir oksidasyon sayısı +1 olduğundan, stok isimlendirmesi tarafından yönetilen bileşiklerinin adları, bu numara parantez içinde ve Roma rakamlarıyla belirtilmediği için basitleştirilmiştir.

Aynı şekilde, geleneksel terminolojiye göre isimlerinin tümü -ico sonekiyle biter.

Örneğin, NaCl, stok terminolojisine göre sodyum klorürdür, sodyum klorür (I) hatalı. Sistematik terminolojiye göre sodyum monoklorür olarak da adlandırılır; ve geleneksel terminolojiye göre sodyum klorür. Ancak en yaygın adı sofra tuzudur.

Biyolojik rol

Ozmotik bileşen

Sodyum, iyonik formda (Na ⁺ ) olmak üzere 140 mmol / L'lik bir hücre dışı konsantrasyona sahiptir . Hücre dışı bölmenin elektronötrlüğünü korumak için Na ^{+ 'ya} sırasıyla 105 mmol / L ve 25 mmol / L konsantrasyonlarda klorür (Cl ^- ) ve bikarbonat (HCO ₃ ^- ) anyonları eşlik eder.

Na ⁺ katyon ana ozmotik bileşendir ve hücre dışı bölmenin ozmolaritesine en büyük katkıyı yapar, öyle ki hücre dışı ve hücre içi bölmeler arasında hücre içi bölmenin bütünlüğünü garanti eden eşit bir ozmolarite vardır.

Öte yandan, Na ^{+ '} nın hücre içi konsantrasyonu 15 mmol / L'dir. Öyleyse: Ekstra ve hücre içi Na ⁺ konsantrasyonları neden eşitlenmiyor ?

Bunun meydana gelmemesinin iki nedeni vardır: a) plazma membranı Na ^{+ '} yı zayıf bir şekilde geçirir . b) Na ⁺ -K ⁺ pompasının varlığı .

Pompa, üç Na ⁺ atomunu çıkarmak ve iki K ⁺ atomu eklemek için ATP'de bulunan enerjiyi kullanan plazma membranındaki enzimatik bir sistemdir .

Ek olarak, aldosteron da dahil olmak üzere, renal sodyum geri emilimini teşvik ederek hücre dışı sodyum konsantrasyonunun uygun değerinde korunmasını garanti eden bir dizi hormon vardır. Antidiüretik hormon, hücre dışı hacmin korunmasına yardımcı olur.

Aksiyon potansiyellerinin üretimi

Uyarılabilir hücreler (nöronlar ve kas hücreleri), bir aksiyon potansiyeli veya sinir impulsu oluşumu ile uygun bir uyarana yanıt veren hücrelerdir. Bu hücreler, plazma zarı boyunca bir voltaj farkı sağlar.

Hücrenin içi, dinlenme koşulları altında hücre dışına göre negatif olarak yüklenir. Belirli bir uyarı verildiğinde, zarın Na ^{+ '} ya geçirgenliğinde bir artış olur ve hücreye az miktarda Na ⁺ iyonu girerek hücre iç kısmının pozitif yüklü olmasına neden olur.

Bu, bir nörona yayılabilen ve bilginin içinden geçme yolu olan aksiyon potansiyeli olarak bilinen şeydir.

Aksiyon potansiyeli kas hücrelerine ulaştığında, onları az çok karmaşık mekanizmalarla kasılmaları için uyarır.

Özetle, uyarılabilir hücrelerde aksiyon potansiyellerinin üretilmesinden ve kas hücresi kasılmasının başlamasından sodyum sorumludur.

Nerede bulunuyor

yer kabuğu

Sodyum, yer kabuğunda en çok bulunan yedinci elementtir ve bunun% 2,8'ini temsil eder. Sodyum klorür, denizdeki çözünmüş maddelerin% 80'ini temsil eden mineral halitin bir parçasıdır. Denizin sodyum içeriği% 1.05'tir.

Sodyum çok reaktif bir elementtir, bu yüzden doğal veya temel formunda bulunmaz. Halit gibi çözünür minerallerde veya kriyolit (bir sodyum alüminyum florür) gibi çözünmeyen minerallerde bulunur.

Deniz ve mineral halit

Genel olarak denizin yanı sıra, Ölü Deniz, çok yüksek konsantrasyonda farklı tuz ve minerallere, özellikle sodyum klorüre sahip olmasıyla karakterize edilir. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Büyük Tuz Gölü de yüksek bir sodyum konsantrasyonuna sahiptir.

Sodyum klorür, denizde ve kaya yapılarında bulunan halit mineralinde neredeyse saf bulunur. Kaya veya mineral tuzu, Büyük Britanya, Fransa, Almanya, Çin ve Rusya'daki maden yataklarında bulunan halitten daha az saftır.

Tuz birikintileri

Tuz, kayalık birikintilerinden, kayaların parçalanması ve ardından tuzun arındırılmasıyla çıkarılır. Diğer zamanlarda, onu çözmek ve tuzlu su oluşturmak için tuz tanklarına su verilir ve bu daha sonra yüzeye pompalanır.

Tuz, salina olarak bilinen sığ havzalarda güneşin buharlaşmasıyla denizden elde edilir. Bu şekilde elde edilen tuza defne tuzu veya deniz tuzu denir.

Downs hücresi

Sodyum, sodyum karbonatın 1.100ºC'de karbotermik indirgenmesi ile üretilmiştir. Şu anda, Downs hücresi kullanılarak erimiş sodyum klorürün elektrolizi ile üretilmektedir.

Bununla birlikte, erimiş sodyum klorürün erime noktası ~ 800 ° C olduğundan, erime noktasını 600 ° C'ye düşürmek için kalsiyum klorür veya sodyum karbonat eklenir.

Downs bölmesinde, katot bir karbon anot etrafında dairesel bir şekilde demirden yapılmıştır. Elektroliz ürünleri, elektroliz ürünlerinin temas etmesini önlemek için bir çelik ağ ile ayrılır: elemental sodyum ve klor.

Anotta (+) aşağıdaki oksidasyon reaksiyonu meydana gelir:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Bu arada, katotta (-) aşağıdaki indirgeme reaksiyonu meydana gelir:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

Tepkiler

Oksitler ve hidroksit oluşumu

Nemine bağlı olarak havada çok reaktiftir. Karbondioksiti emebilen ve sonunda sodyum bikarbonat oluşturabilen bir sodyum hidroksit filmi oluşturmak için reaksiyona girer.

Sodyum monoksit (Na ₂ O) oluşturmak için havada oksitlenir . Sodyum süperoksit (NaO ₂ ) ise metalik sodyumun yüksek basınçta oksijen ile 300 ºC'ye ısıtılmasıyla hazırlanır.

Sıvı haldeyken 125ºC'de tutuşarak öksürmeye neden olabilecek tahriş edici beyaz bir duman çıkarır. Ayrıca, sodyum hidroksit ve hidrojen gazı üretmek için su ile şiddetli bir şekilde reaksiyona girerek reaksiyonun patlamasına neden olur. Bu reaksiyon oldukça ekzotermiktir.

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

Halojenli asitlerle

Hidroklorik asit gibi halojenlenmiş asitler sodyum ile reaksiyona girerek karşılık gelen halojenürleri oluşturur. Bu arada nitrik asit ile reaksiyonu sodyum nitrat oluşturur; ve sülfürik asit ile sodyum sülfat üretir.

İndirimler

Na, geçiş metallerinin oksitlerini indirgeyerek karşılık gelen metalleri oksijenden kurtararak üretir. Ayrıca sodyum, geçiş metallerinin halojenürleriyle reaksiyona girerek metallerin yer değiştirmesine neden olarak sodyum klorür oluşturur ve metalleri serbest bırakır.

Bu reaksiyon, titanyum ve tantal dahil olmak üzere geçiş metallerinin elde edilmesine hizmet etmiştir.

Amonyaklı

Düşük sıcaklıkta, sıvı amonyak ile ve yavaş yavaş bir şekilde sodamid (NaNH Sodyum reaksiyona girer ₂ ) ve hidrojen.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Sıvı amonyak, sodyumun arsenik, tellür, antimon ve bizmut gibi çeşitli metallerle reaksiyonu için bir çözücü görevi görür.

Organik

Alkolatlar veya alkoksitler oluşturmak için alkollerle reaksiyona girer:

Na + ROH → RONa + 1/2 H ₂

Organik bileşiklerin dehalojenasyonunu üreterek, bileşiğin karbon sayısının iki katına çıkmasına neden olur:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Oktan, bütan bromürün sodyum ile dehalojenasyonu ile üretilebilir.

Metallerle

Sodyum, ötektik oluşturmak için diğer alkali metallerle reaksiyona girebilir: bileşenlerinden daha düşük sıcaklıklarda oluşan bir alaşım; örneğin K yüzdesi% 78 olan NaK. Ayrıca sodyum, eskisinin küçük bir yüzdesi ile berilyum ile alaşımlar oluşturur.

Altın, gümüş, platin, paladyum ve iridyum gibi değerli metaller ile kurşun, kalay ve antimon gibi beyaz metaller sıvı sodyum ile alaşımlar oluşturur.

Riskler

Su ile kuvvetli tepkimeye giren bir metaldir. Bu nedenle su ile kaplı insan dokuları ile temas halinde olması ciddi hasara neden olabilir. Deri ve gözlerle temasında ciddi yanıklara neden olur.

Aynı şekilde yutulduğunda yemek borusu ve midede delinmeye neden olabilir. Ancak, bu yaralanmalar ciddi olmasına rağmen, nüfusun sadece küçük bir kısmı bunlara maruz kalmaktadır.

Sodyumun neden olabileceği en büyük zarar, insanlar tarafından yapılan yiyecek veya içeceklerin aşırı alımından kaynaklanmaktadır.

İnsan vücudu, sinir iletiminde ve kas kasılmasında işlevini yerine getirmek için 500 mg / gün sodyum alımına ihtiyaç duyar.

Ancak diyette genellikle çok daha yüksek miktarda sodyum alınır ve bu da plazma ve kan konsantrasyonunda artışa neden olur.

Bu, yüksek tansiyon, kardiyovasküler hastalık ve felçlere neden olabilir.

Hipernatremi aynı zamanda kemik dokusundan kalsiyum çıkışına neden olarak osteoporoz oluşumuyla da ilişkilidir. Böbrekler, aşırı alımına rağmen normal bir plazma sodyum konsantrasyonunu korumakta zorluk çekerler ve bu da böbrek hasarına yol açabilir.

Uygulamalar

Metalik sodyum

Metalurjide kalsiyum, zirkonyum, titanyum ve diğer metallerin hazırlanmasında deoksidasyon ve indirgeme ajanı olarak kullanılır. Örneğin, metalik titanyum üretmek için titanyum tetraklorürü (TiCl ₄ ) azaltır .

Erimiş sodyum, ısı transfer maddesi olarak kullanılır, bu nedenle bazı nükleer reaktörlerde soğutucu olarak kullanılır.

Sentetik deterjanın ana maddesi sodyum lauril sülfat üretiminde hammadde olarak kullanılmaktadır. Ayrıca naylon gibi polimerlerin ve siyanür ve sodyum peroksit gibi bileşiklerin üretiminde de yer almaktadır. Ayrıca boya üretiminde ve parfüm sentezinde.

Sodyum, hidrokarbonların saflaştırılmasında ve çözünmeyen hidrokarbonların polimerizasyonunda kullanılır. Ayrıca birçok organik indirgemede kullanılır. Sıvı amonyakta çözülmüş alkinleri transalkene indirgemek için kullanılır.

Şehirlerde genel aydınlatma için sodyum buharlı lambalar yapılmıştır. Bunlar, çakmaklarda sodyum yakıldığında gözlenene benzer sarı bir renk sağlar.

Sodyum, benzofenon varlığında mavi bir renk veren bir kurutucu görevi görür, bu da kurutma sürecindeki ürünün istenen kurutmaya ulaştığını gösterir.

Bileşikler

Klorür

Yiyecekleri baharatlamak ve muhafaza etmek için kullanılır. Sodyum klorürün elektrolizi, ev temizliğinde klor olarak kullanılan sodyum hipoklorit (NaOCl) üretir. Ayrıca kağıt ve tekstil hamurları için endüstriyel ağartıcı olarak veya su dezenfeksiyonunda kullanılır.

Sodyum hipoklorit, bazı tıbbi preparatlarda antiseptik ve fungisit olarak kullanılır.

Karbonat ve bikarbonat

Sodyum karbonat, bardak, deterjan ve temizleyici üretiminde kullanılır. Sodyum karbonat monohidrat, fotoğrafçılıkta geliştirici bir bileşen olarak kullanılır.

Kabartma tozu bir karbondioksit kaynağıdır. Bu nedenle kabartma tozlarında, tuzlarda ve efervesan içeceklerde ve ayrıca kuru kimyevi yangın söndürücülerde kullanılır. Ayrıca yün tabaklama ve hazırlama işlemlerinde de kullanılır.

Sodyum bikarbonat, mide ve idrar hiperasiditesinin tıbbi tedavisinde kullanılan alkali bir bileşiktir.

Sülfat

Kraft kağıt, karton, cam ve deterjan imalatında kullanılır. Sodyum tiyosülfat, fotoğrafta negatifleri düzeltmek ve baskıları geliştirmek için kullanılır.

Hidroksit

Genel olarak kostik soda veya kül suyu olarak adlandırılan bu, petrol rafinasyonunda asitlerin nötralizasyonunda kullanılır. Sabun yapımında yağ asitleri ile reaksiyona girer. Ayrıca selüloz tedavisinde kullanılmaktadır.

Nitrat

Dinamitin bir bileşeni olan azot sağlayan gübre olarak kullanılır.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Sodyum. (2019). Sodyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Sodyum. PubChem Veritabanı. CID = 5360545. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganong, WF (2003). Medical Physiology 19. Baskı. Editoryal El Kılavuzu Moderno.
5. Vikipedi. (2019). Sodyum. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
6. Harvard Koleji Başkanı ve Üyeleri. (2019). Tuz ve sodyum. Kurtarıldı: hsph.harvard.edu
7. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (7 Haziran 2019). Sodyum. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı