NATRIUM: SEJARAH, STRUKTUR, SIFAT, RISIKO DAN PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The natrium merupakan logam alkali Kumpulan 1 dalam jadual berkala. Nombor atomnya adalah 11 dan diwakili oleh simbol kimia Na. Ia adalah logam ringan, kurang padat daripada air, berwarna putih-perak yang berubah menjadi kelabu apabila terkena udara; sebab itulah ia disimpan dalam parafin atau gas mulia.

Di samping itu, ia adalah logam lembut yang dapat dipotong dengan pisau dan menjadi rapuh pada suhu rendah. Bertindak secara meletup dengan air untuk membentuk natrium hidroksida dan gas hidrogen; Ia juga bertindak balas dengan udara lembap dan kelembapan tangan kosong.

Natrium logam disimpan dalam botol dan direndam dalam minyak sehingga tidak bertindak balas dengan udara. Sumber: Imej Hi-Res Elemen Kimia

Logam ini terdapat dalam mineral garam batu seperti halit (natrium klorida), dalam air garam, dan di laut. Natrium klorida mewakili 80% dari semua bahan yang dilarutkan di laut, natrium mempunyai kelimpahan 1.05%. Ini adalah unsur keenam yang melimpah di kerak bumi.

Analisis spektrum cahaya yang datang dari bintang memungkinkan untuk mengesan kehadiran mereka di dalamnya, termasuk Matahari. Begitu juga, kehadiran mereka di meteorit telah ditentukan.

Natrium adalah konduktor haba dan elektrik yang baik, serta mempunyai kapasiti penyerapan haba yang hebat. Ia mengalami fenomena fotolistrik, iaitu, ia mampu memancarkan elektron ketika disinari. Apabila terbakar, nyalaannya memancarkan cahaya kuning yang kuat.

Natrium lebur bertindak sebagai agen pemindahan haba, sebab itulah ia digunakan sebagai penyejuk dalam reaktor nuklear tertentu. Ia juga digunakan sebagai deoksidator logam dan pengurang, itulah sebabnya ia digunakan dalam pemurnian logam peralihan, seperti titanium dan zirkonium.

Natrium adalah penyumbang utama osmolariti petak ekstraselular dan isipadu. Begitu juga, ia bertanggungjawab untuk penjanaan potensi tindakan dalam sel yang dapat digerakkan dan permulaan pengecutan otot.

Pengambilan natrium yang berlebihan boleh menyebabkan: penyakit kardiovaskular, peningkatan risiko strok, osteoporosis kerana mobilisasi kalsium tulang dan kerosakan buah pinggang.

Sejarah

Manusia telah menggunakan sebatian natrium sejak zaman kuno, terutamanya natrium klorida (garam biasa) dan natrium karbonat. Kepentingan garam dibuktikan dengan penggunaan kata Latin "salarium" untuk menunjukkan sebahagian garam yang diterima tentera sebagai sebahagian daripada pembayaran.

Pada Zaman Pertengahan, sebatian natrium digunakan dengan nama Latin "sodanum," yang bermaksud sakit kepala.

Pada tahun 1807, Sir Humprey Davy mengasingkan natrium dengan elektrolisis natrium hidroksida. Davy juga mengasingkan kalium, pada saat natrium hidroksida dan kalium hidroksida dianggap sebagai unsur unsur dan disebut alkali tetap.

Davy dalam sepucuk surat kepada seorang teman, menulis: “Saya menguraikan dan mengomposisi semula alkali tetap dan mendapati bahawa pangkalan mereka adalah dua bahan baru yang mudah terbakar yang serupa dengan logam; tetapi salah satunya lebih mudah terbakar daripada yang lain dan sangat reaktif ”.

Pada tahun 1814, Jöns Jakob dalam Sistem Simbol Kimia menggunakan singkatan Na untuk perkataan Latin 'natrium', untuk menamakan natrium. Perkataan ini berasal dari nama 'natron' Mesir yang digunakan untuk merujuk kepada natrium karbonat.

Struktur dan konfigurasi elektron natrium

Natrium logam mengkristal menjadi struktur kubik (bcc) yang berpusat pada badan. Oleh itu, atom Na diposisikan untuk membentuk kubus, dengan satu terletak di tengah dan masing-masing mempunyai lapan tetangga.

Struktur ini dicirikan oleh yang paling padat dari semua, yang setuju dengan ketumpatan rendah untuk logam ini; sangat rendah, bersama-sama dengan litium dan kalium, satu-satunya logam yang boleh terapung di dalam air cair (tentu saja sebelum meletup). Jisim atomnya yang rendah, berbanding dengan radius atomnya yang besar, juga menyumbang kepada sifat ini.

Ikatan logam yang dihasilkan, bagaimanapun, agak lemah, dan dapat dijelaskan dari konfigurasi elektronik:

3s ¹

Elektron dalam shell tertutup tidak berpartisipasi (sekurang-kurangnya dalam keadaan normal) dalam ikatan logam; tetapi elektron dalam orbit 3s. Atom Na bertindih dengan orbital 3s mereka untuk membuat jalur valensi; dan 3p, kosong, jalur penggerak.

Jalur 3s ini, yang separuh penuh, dan kerana ketumpatan kristal yang rendah, menjadikan daya, yang ditadbir oleh "lautan elektron" menjadi lemah. Akibatnya, natrium logam dapat dipotong dengan logam dan mencair hanya pada suhu 98ºC.

Peralihan fasa

Kristal natrium dapat mengalami perubahan strukturnya ketika mengalami peningkatan tekanan; semasa dipanaskan, tidak mungkin mengalami peralihan fasa kerana titik leburnya yang rendah.

Setelah peralihan fasa bermula, sifat logam berubah. Sebagai contoh, peralihan pertama menghasilkan struktur kubik (fcc) yang berpusat pada muka. Oleh itu, struktur jarang bcc dipadatkan ke fcc ketika natrium logam ditekan.

Ini mungkin tidak menghasilkan perubahan yang ketara dalam sifat natrium selain ketumpatannya. Walau bagaimanapun, apabila tekanannya sangat tinggi, allotrop (bukan polimorfik kerana logam tulen) secara mengejutkan menjadi penebat dan elektrida; iaitu, bahkan elektron terpaku di kristal sebagai anion dan tidak beredar bebas.

Selain yang disebutkan di atas, warna mereka juga berubah; natrium berhenti menjadi kelabu menjadi gelap, kemerahan atau bahkan telus, apabila tekanan operasi meningkat.

Nombor pengoksidaan

Memandangkan orbit valensi 3s, apabila natrium kehilangan satu-satunya elektronnya, ia berubah dengan cepat menjadi kation Na ⁺ , yang isoelektronik menjadi neon. Maksudnya, kedua Na ⁺ dan Ne mempunyai bilangan elektron yang sama. Sekiranya kehadiran Na ⁺ dalam sebatian diasumsikan , maka bilangan pengoksidaannya dikatakan +1.

Manakala jika sebaliknya berlaku, iaitu natrium memperoleh elektron, konfigurasi elektron yang dihasilkannya adalah 3s ² ; sekarang isoelektronik dengan magnesium, menjadi anion Na ^- disebut natrium. Sekiranya kehadiran Na ^- dalam sebatian diasumsikan , maka natrium akan mempunyai bilangan pengoksidaan -1.

Hartanah

Larutan etil pembakaran natrium klorida untuk mewujudkan ciri warna kuning api untuk logam ini. Sumber: Der Messer

Penerangan fizikal

Logam ringan yang lembut, mulur dan mudah ditempa.

Berat atom

22.989 g / mol.

Warna

Natrium adalah logam keperakan ringan. Berkilat apabila dipotong baru, tetapi kehilangan kilauannya apabila disentuh dengan udara, menjadi legap. Lembut pada suhu, tetapi cukup keras pada suhu -20 ºC.

Takat didih

880 ° C.

Takat lebur

97.82 ºC (hampir 98 ºC).

Ketumpatan

Pada suhu bilik: 0.968 g / cm ³ .

Dalam keadaan cair (takat lebur): 0,927 g / cm ³ .

Keterlarutan

Tidak larut dalam benzena, minyak tanah dan nafta. Ini larut dalam ammonia cair, memberikan larutan berwarna biru. Ia larut dalam merkuri membentuk amalgam.

Tekanan wap

Suhu 802 K: 1 kPa; iaitu tekanan wapnya sangat rendah walaupun pada suhu tinggi.

Penguraian

Ia terurai dengan teruk di dalam air, membentuk natrium hidroksida dan hidrogen.

Suhu pencucuhan automatik

120-125 ° C.

Kelikatan

0.680 cP pada 100 ° C

Ketegangan permukaan

192 dynes / cm pada titik lebur.

Indeks biasan

4.22.

Elektronegativiti

0.93 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

Pengionan pertama: 495.8 kJ / mol.

Pengionan kedua: 4,562 kJ / mol.

Pengionan ketiga: 6,910.3 kJ / mol.

Radio atom

186 petang.

Jejari kovalen

166 ± 9 malam.

Pengembangan haba

71 µm (m · K) pada 26 ° C.

Kekonduksian terma

132.3 W / m K pada 293.15 K.

Ketahanan elektrik

4.77 × 10 ^-8 Ωm pada 293 K.

Tatanama

Oleh kerana natrium mempunyai nombor pengoksidaan yang unik +1, nama sebatiannya, yang diatur oleh nomenklatur saham, dipermudahkan kerana nombor ini tidak dinyatakan dalam tanda kurung dan dengan angka Rom.

Dengan cara yang sama, nama mereka mengikut tatanama tradisional semuanya berakhir dengan akhiran -ico.

Sebagai contoh, NaCl adalah natrium klorida mengikut nomenklatur stok, kerana natrium klorida (I) salah. Ia juga disebut natrium monoklorida, menurut tata nama sistematik; dan natrium klorida, menurut tatanama tradisional. Walau bagaimanapun, nama yang paling biasa adalah garam meja.

Peranan biologi

Komponen osmotik

Natrium mempunyai kepekatan ekstraselular 140 mmol / L, dalam bentuk ion (Na ⁺ ). Untuk mengekalkan kesegaran elektron dari petak ekstraselular, Na ⁺ disertai dengan anion klorida (Cl ^- ) dan bikarbonat (HCO ₃ ^- ), dengan kepekatan masing-masing 105 mmol / L dan 25 mmol / L.

Kation Na ⁺ adalah komponen osmotik utama dan mempunyai sumbangan terbesar terhadap osmolariti petak ekstraselular, sehingga terdapat persamaan osmolariti antara petak ekstraselular dan intraselular yang menjamin integriti petak intraselular.

Sebaliknya, kepekatan intraselular Na ⁺ adalah 15 mmol / L. Oleh itu: Mengapa kepekatan Na ⁺ tambahan dan intraselular tidak disamakan ?

Terdapat dua sebab mengapa ini tidak berlaku: a) membran plasma kurang telap terhadap Na ⁺ . b) kewujudan pam Na ⁺ -K ⁺ .

Pam adalah sistem enzim dalam membran plasma yang menggunakan tenaga yang terkandung dalam ATP untuk mengeluarkan tiga atom Na ⁺ dan memperkenalkan dua atom K ⁺ .

Di samping itu, terdapat sekumpulan hormon, termasuk aldosteron, yang, dengan mempromosikan penyerapan semula natrium ginjal, menjamin pemeliharaan kepekatan natrium ekstraselular pada nilai yang sepatutnya. Hormon antidiuretik membantu mengekalkan jumlah ekstraselular.

Penghasilan potensi tindakan

Sel-sel yang menarik (sel-sel neuron dan otot) adalah sel-sel yang bertindak balas terhadap rangsangan yang sesuai dengan pembentukan potensi tindakan atau dorongan saraf. Sel-sel ini mengekalkan perbezaan voltan pada membran plasma.

Bahagian dalam sel dicas negatif berbanding bahagian luar sel dalam keadaan rehat. Dengan adanya rangsangan tertentu, terdapat peningkatan kebolehtelapan membran ke Na ⁺ dan sebilangan kecil ion Na ⁺ memasuki sel , menyebabkan bahagian dalam sel menjadi bermuatan positif.

Inilah yang dikenali sebagai potensi tindakan, yang dapat merebak ke seluruh neuron dan cara maklumat melaluinya.

Apabila potensi tindakan mencapai sel otot, ia mendorong mereka berkontraksi melalui mekanisme yang lebih kurang.

Ringkasnya, natrium bertanggungjawab untuk penghasilan potensi tindakan dalam sel yang terangsang dan untuk permulaan pengecutan sel otot.

Di mana ia berada

Kerak bumi

Natrium adalah unsur ketujuh yang paling banyak terdapat di kerak bumi, mewakili 2.8% daripadanya. Natrium klorida adalah sebahagian daripada halit mineral, yang mewakili 80% bahan terlarut di laut. Kandungan natrium di laut adalah 1.05%.

Natrium adalah unsur yang sangat reaktif, sebab itulah ia tidak dijumpai dalam bentuk semula jadi atau unsur. Ia terdapat dalam mineral larut seperti halit atau mineral tidak larut seperti cryolite (natrium aluminium fluorida).

Laut dan mineral halit

Selain laut secara umum, Laut Mati dicirikan dengan kepekatan garam dan mineral yang sangat tinggi, terutama natrium klorida. Great Salt Lake di Amerika Syarikat juga mempunyai kandungan sodium yang tinggi.

Natrium klorida didapati hampir tulen dalam halit mineral, terdapat di laut dan struktur batuan. Garam batu atau mineral kurang murni daripada halit, yang terdapat dalam simpanan mineral di Great Britain, Perancis, Jerman, China, dan Rusia.

Deposit masin

Garam diekstrak dari endapan berbatu oleh pemecahan batu, diikuti dengan proses pemurnian garam. Pada masa lain, air dimasukkan ke dalam tangki garam untuk melarutkannya dan membentuk air garam, yang kemudian dipam ke permukaan.

Garam diperoleh dari laut di lembangan cetek yang dikenali sebagai salinas, melalui penyejatan matahari. Garam yang diperoleh dengan cara ini disebut garam bay atau garam laut.

Menurunkan sel

Natrium dihasilkan oleh pengurangan karbotermik natrium karbonat yang dilakukan pada suhu 1,100ºC. Pada masa ini, ia dihasilkan oleh elektrolisis natrium klorida cair, menggunakan sel Downs.

Walau bagaimanapun, kerana natrium klorida cair mempunyai takat lebur ~ 800 ° C, kalsium klorida atau natrium karbonat ditambahkan untuk menurunkan titik lebur hingga 600 ° C.

Di ruang Downs, katod terbuat dari besi dalam bentuk bulat, di sekitar anoda karbon. Produk elektrolisis dipisahkan oleh mesh keluli untuk mengelakkan produk elektrolisis daripada bersentuhan: unsur natrium dan klorin.

Pada anod (+) tindak balas pengoksidaan berikut berlaku:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Sementara itu, pada katod (-) tindak balas pengurangan berikut berlaku:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

Reaksi

Pembentukan oksida dan hidroksida

Ia sangat reaktif di udara bergantung kepada kelembapannya. Ia bertindak balas untuk membentuk filem natrium hidroksida, yang dapat menyerap karbon dioksida dan akhirnya membentuk natrium bikarbonat.

Ia mengoksidakan di udara untuk membentuk natrium monoksida (Na ₂ O). Sementara natrium superoksida (NaO ₂ ) disiapkan dengan memanaskan natrium logam hingga 300 ºC dengan oksigen pada tekanan tinggi.

Dalam keadaan cair ia menyala pada suhu 125ºC, menghasilkan asap putih yang menjengkelkan, mampu menghasilkan batuk. Ia juga bertindak balas dengan kuat dengan air untuk menghasilkan natrium hidroksida dan gas hidrogen, menyebabkan reaksi meletup. Tindak balas ini sangat eksotermik.

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

Dengan asid halogenasi

Asid halogenasi, seperti asid hidroklorik, bertindak balas dengan natrium untuk membentuk halida yang sesuai. Sementara itu, tindak balasnya dengan asid nitrat menghasilkan natrium nitrat; dan dengan asid sulfurik, ia menghasilkan natrium sulfat.

Pengurangan

Na mengurangkan oksida logam peralihan, menghasilkan logam yang sesuai dengan membebaskannya dari oksigen. Juga, natrium bertindak balas dengan halida logam peralihan, menyebabkan anjakan logam membentuk natrium klorida dan melepaskan logam.

Tindak balas ini berfungsi untuk mendapatkan logam peralihan, termasuk titanium dan tantalum.

Dengan amonia

Natrium bertindak balas dengan ammonia cair pada suhu rendah dan perlahan-lahan membentuk sodamida (NaNH ₂ ) dan hidrogen.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Amonia cair berfungsi sebagai pelarut untuk tindak balas natrium dengan pelbagai logam, termasuk arsenik, Tellurium, antimoni, dan bismut.

Organik

Bertindak balas dengan alkohol untuk menghasilkan alkoholat atau alkoksida:

Na + ROH → RONa + 1/2 H ₂

Ia menghasilkan dehalogenasi sebatian organik, menyebabkan dua kali ganda bilangan karbon sebatian:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Octane boleh dihasilkan oleh dehalogenasi butana bromida dengan natrium.

Dengan logam

Natrium boleh bertindak balas dengan logam alkali lain untuk membentuk eutektik: aloi yang terbentuk pada suhu yang lebih rendah daripada komponennya; sebagai contoh, NaK yang mempunyai peratusan K 78%. Juga natrium membentuk aloi dengan berilium dengan peratusan kecil bekas.

Logam berharga seperti emas, perak, platinum, paladium, dan iridium, serta logam putih seperti timbal, timah, dan antimoni, membentuk aloi dengan natrium cair.

Risiko

Ia adalah logam yang bertindak balas dengan kuat dengan air. Oleh itu, jika bersentuhan dengan tisu manusia yang dilapisi air boleh menyebabkan kerosakan teruk. Menghasilkan luka bakar yang teruk apabila bersentuhan dengan kulit dan mata.

Begitu juga, dengan pengambilannya, boleh menyebabkan berlubang-liang esofagus dan perut. Walau bagaimanapun, walaupun kecederaan ini serius, hanya sebilangan kecil penduduk yang terdedah kepada mereka.

Kerosakan terbesar yang boleh menyebabkan natrium disebabkan oleh pengambilan makanan atau minuman yang berlebihan oleh orang.

Tubuh manusia memerlukan pengambilan natrium 500 mg / hari, untuk memenuhi peranannya dalam pengaliran saraf, serta pengecutan otot.

Tetapi biasanya jumlah natrium yang lebih tinggi dicerna dalam makanan, yang menghasilkan peningkatan kepekatan plasma dan darah di dalamnya.

Ini boleh menyebabkan tekanan darah tinggi, penyakit kardiovaskular, dan strok.

Hypernatremia juga dikaitkan dengan penghasilan osteoporosis dengan menyebabkan aliran keluar kalsium dari tisu tulang. Ginjal menghadapi masalah untuk mengekalkan kepekatan natrium plasma yang normal walaupun pengambilan berlebihan, yang boleh menyebabkan kerosakan ginjal.

Permohonan

Natrium logam

Ia digunakan dalam metalurgi sebagai agen penyahtoksidan dan pengurangan dalam penyediaan kalsium, zirkonium, titanium dan logam lain. Sebagai contoh, ia mengurangkan titanium tetraklorida (TiCl ₄ ) untuk menghasilkan titanium logam.

Natrium lebur digunakan sebagai agen pemindahan haba, sebab itulah ia digunakan sebagai penyejuk di beberapa reaktor nuklear.

Ia digunakan sebagai bahan mentah dalam pembuatan natrium lauril sulfat, bahan utama pencuci sintetik. Ia juga terlibat dalam pembuatan polimer seperti nilon dan sebatian seperti sianida dan natrium peroksida. Juga dalam penghasilan pewarna dan sintesis minyak wangi.

Natrium digunakan dalam pemurnian hidrokarbon dan dalam pempolimeran hidrokarbon tidak larut. Ia juga digunakan dalam banyak pengurangan organik. Dilarutkan dalam ammonia cair ia digunakan untuk mengurangkan alkena menjadi transalkena.

Lampu wap natrium dibina untuk pencahayaan awam di bandar. Ini memberikan warna kuning, serupa dengan yang diperhatikan ketika natrium dibakar dalam pemetik api.

Natrium bertindak sebagai pengering yang memberikan warna biru di hadapan benzofenon, menunjukkan bahawa produk dalam proses pengeringan telah mencapai pengeringan yang diinginkan.

Sebatian

Klorida

Ia digunakan untuk musim dan mengawet makanan. Elektrolisis natrium klorida menghasilkan natrium hipoklorit (NaOCl), yang digunakan dalam pembersihan rumah sebagai klorin. Selain itu, ia digunakan sebagai pemutih industri untuk kertas dan pulpa tekstil atau untuk pembasmian kuman air.

Natrium hipoklorit digunakan dalam sediaan ubat tertentu sebagai antiseptik dan racun kulat.

Karbonat dan bikarbonat

Natrium karbonat digunakan dalam pembuatan gelas, deterjen, dan pembersih. Natrium karbonat monohidrat digunakan dalam fotografi sebagai komponen pemaju.

Baking soda adalah sumber karbon dioksida. Atas sebab ini digunakan dalam serbuk penaik, garam dan minuman effervescent dan juga dalam alat pemadam api kimia kering. Ia juga digunakan dalam proses penyamakan dan penyediaan bulu.

Natrium bikarbonat adalah sebatian alkali, digunakan dalam rawatan perubatan hiperasidensi gastrik dan kencing.

Sulfat

Ia digunakan dalam pembuatan kertas kraft, kadbod, kaca dan deterjen. Natrium tiosulfat digunakan dalam fotografi untuk membetulkan kesan negatif dan cetakan yang dikembangkan.

Hidroksida

Biasanya disebut soda kaustik atau alkohol, ia digunakan dalam peneutralan asid dalam penyulingan petroleum. Bertindak dengan asid lemak dalam pembuatan sabun. Di samping itu, ia digunakan dalam rawatan selulosa.

Nitrat

Ini digunakan sebagai baja yang menyediakan nitrogen, menjadi komponen dinamit.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Natrium. (2019). Natrium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Natrium. Pangkalan Data PubChem. CID = 5360545. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganong, WF (2003). Fisiologi Perubatan Edisi ke-19. Editorial El Manual Moderno.
5. Wikipedia. (2019). Natrium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
6. Presiden dan Felo Harvard College. (2019). Garam dan natrium. Dipulihkan dari: hsph.harvard.edu
7. Penyunting Encyclopaedia Britannica. (07 Jun 2019). Natrium. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com