Historique, structure, propriétés, risques et utilisations du sodium

Il sodium C'est un métal alcalin du groupe 1 du tableau périodique. Son nombre atomique est de 11 et est représenté avec le symbole chimique NA. C'est un métal léger, moins dense que l'eau, blanc argenté qui devient gris lorsqu'il est exposé à l'air; C'est pourquoi il est stocké dans des paraffines ou des gaz nobles.

De plus, c'est un métal doux qui peut être coupé avec un couteau et devient cassant à basse température. Réagit de manière explosive avec de l'eau pour former l'hydroxyde de sodium et l'hydrogène gazeux; Il réagit également avec l'air humide et avec l'humidité des mains nues.

Sodium métallique stocké dans une bouteille et immergé dans de l'huile afin qu'il ne réagisse pas avec l'air. Source: Images haute résolution d'éléments chimiques [CC par 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / par / 3.0)]

Ce métal se trouve dans les rochers rochers comme l'halite (chlorure de sodium), dans les salmuelas et dans la mer. Le chlorure de sodium représente 80% de tous les matériaux dissous dans la mer, faisant du sodium une abondance de 1,05%. C'est le sixième élément de l'abondance de la croûte terrestre.

L'analyse des spectres de la lumière des étoiles a permis de détecter leur présence en eux, y compris le soleil. De même, sa présence en météorites a été déterminée.

Le sodium est un bon conducteur thermique et électrique, en plus d'avoir une grande capacité d'absorption de chaleur. Découvrez le phénomène photoélectrique, c'est-à-dire qu'il est capable d'émettre des électrons lorsqu'il est éclairé. Alors que sa flamme brûle, il émet une lumière jaune intense.

Le sodium fondu agit comme un agent de transfert de chaleur, c'est pourquoi il est utilisé comme réfrigérant dans certains réacteurs nucléaires. Il est également utilisé comme déoxydant et réducteur de métal, il a donc été utilisé dans la purification des métaux de transition, comme le titane et le zirconium.

Le sodium est le principal contribuable de l'osmolarité du compartiment extracellulaire et de son volume. Il est également responsable de la génération de potentiels d'action dans les cellules excitables et du début de la contraction musculaire.

Une consommation excessive de sodium peut produire: maladies cardiovasculaires, risque accru d'accidents cérébraux, de l'ostéoporose due à la mobilisation du calcium osseux et aux dommages rénaux.

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Histoire

L'homme a utilisé des composés de sodium depuis les temps anciens, en particulier le chlorure de sodium (sel commun) et le carbonate de sodium. L'importance du sel est la preuve.

Au Moyen Âge, un composé de sodium a été utilisé avec le nom latin "Sodanum", ce qui signifiait mal de tête.

En 1807, Sir Humbrey Davy a isolé le sodium par l'électrolyse d'hydroxyde de sodium. Davy a également isolé le potassium, à un moment où ils considéraient l'hydroxyde de sodium et l'hydroxyde de potassium comme les substances élémentaires et appelé alcalis fixes.

Davy dans une lettre à un ami, il a écrit: «Je suis tombé en panne et je rachète les alcalis fixes et j'ai découvert que leurs bases étaient deux substances nouvelles substances très inflammables similaires aux métaux; Mais l'un d'eux est plus inflammable que l'autre et très réactif ".

En 1814, Jöns Jakob dans son système de symboles chimiques a utilisé l'abréviation NA pour le mot latin «natrium», afin d'appeler le sodium. Ce mot vient du nom égyptien «Natron» utilisé pour appeler du carbonate de sodium.

Structure et configuration électroniques de sodium

Le sodium métallique cristallise dans une structure cubique centrée sur le corps (BCC). Par conséquent, leurs atomes de Na sont positionnés en formant des cubes, avec un situé au centre et chacun avec huit voisins.

Cette structure est caractérisée par le moins dense de tous, ce qui est d'accord avec une faible densité pour ce métal; Si bas, qu'il est avec le lithium et le potassium, les seuls métaux qui peuvent flotter dans l'eau liquide (avant d'exploser, bien sûr). Sa faible masse atomique, par rapport à sa radio atomique volumineuse, contribue également à cette propriété.

La liaison métallique résultante, cependant, est assez faible, pouvant expliquer à partir de la configuration électronique:

[NE] 3S¹

Les électrons de la couche fermée ne participent pas (au moins dans des conditions normales) dans la liaison métallique; Mais l'électron orbital 3S. Les atomes de Na Na Na 3S pour créer une bande de Valence; et le 3p, vide, une bande de conduite.

Cette bande 3S étant des semences, ainsi que pour la faible densité du verre, rend la force, régie par la "mer des électrons", est faible. Par conséquent, le sodium métallique peut être coupé avec un métal et fondre seulement 98 ° C.

Transitions de phase

Le cristal de sodium peut subir des changements dans sa structure en subissant une augmentation de la pression; Alors que lors du chauffage, il est peu probable qu'il subisse des transitions de phase en raison de son faible point de fusion.

Une fois que les transitions de phase commencent, les propriétés métalliques changent. Par exemple, la première transition génère une structure cubique centrée sur les faces (FCC). Ainsi, la petite structure dense BCC est compactée à la FCC en appuyant sur le sodium métallique.

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Peut-être que cela ne produit pas un changement appréciable des propriétés de sodium plutôt que dans sa densité. Cependant, lorsque les pressions sont très élevées, les alotropes (pas les polymorphes car ils sont un métal pur) deviennent étonnamment dans les isolateurs et électriques; c'est-à-dire que même les électrons sont fixés dans le verre sous forme d'anions et ne circulent pas librement.

En plus de ce qui précède, ses couleurs changent également; Le sodium cesse d'être grisâtre pour devenir sombre, rougeâtre ou même transparent, à mesure que les pressions opérationnelles augmentent.

Nombres d'oxydation

Étant donné l'orbital de Valencia 3S, lorsque le sodium perd son seul électron, il se transforme rapidement en na cation⁺, qui est isoléctronique au néon. C'est-à-dire à la fois le na⁺ Comme le NE a le même nombre d'électrons. Si la présence de Na est supposée⁺ Dans le composé, il est alors dit que son numéro d'oxydation est +1.

Alors que si l'inverse se produit, c'est-à-dire que le sodium gagne un électron, sa configuration électronique résultante est [NE] 3S²; Il est maintenant isoléctronique avec du magnésium, dans le cas de l'anion na^- appelé Soduro. Si la présence de Na est supposée^- Dans le composé, le sodium aura alors le nombre d'oxydation de -1.

Propriétés

Une solution éthylique de chlorure de sodium brûlant pour manifester la couleur jaune caractéristique de la flamme pour ce métal. Source: der Messer [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)]

Description physique

Métal doux, ductile, malléable.

Poids atomique

22 989 g / mol.

Couleur

Le sodium est un métal argenté léger. Brilliant lorsque vous êtes fraîchement coupé, mais vous perdez votre éclat lorsqu'il est mis en contact avec l'air, devenant opaque. Doux à température, mais assez fort à -20 ºC.

Point d'ébullition

880 ºC.

Point de fusion

97,82 ºC (près de 98 ºC).

Densité

À température ambiante: 0,968 g / cm³.

À l'état liquide (point de fusion): 0,927 g / cm³.

Solubilité

Insoluble dans le benzène, le kérosén et l'essence. Il se dissout dans l'ammonium liquide, donnant une solution bleue. Il se dissout dans le mercure formant un amalgame.

La pression de vapeur

Température 802 K: 1 kPa; c'est-à-dire que sa pression de vapeur est considérablement faible même à des températures élevées.

Décomposition

Il se décompose violemment dans l'eau, formant du sodium et de l'hydroxyde d'hydrogène.

Température d'auto-signification

120-125 ºC.

Gelée

0,680 cp à 100 ºC

Tension superficielle

192 DINS / CM à Fusion Point.

Indice de réfraction

4.22.

Électronégativité

0,93 sur l'échelle Pauling.

Énergie d'ionisation

Première ionisation: 495,8 kJ / mol.

Deuxième ionisation: 4.562 kJ / mol.

Troisième ionisation: 6.910.3 kJ / mol.

Radio atomique

186 h.

Radio-covalent

166 ± 9 h.

Dilatation thermique

71 µm (M · K) à 26 ° C.

Conductivité thermique

132.3 W / M · K à 293.15 K.

Résistivité électrique

4,77 × 10^-8 Ω · m a 293 K.

Nomenclature

Le sodium pour avoir un seul numéro d'oxydation de +1 Les noms de ses composés, régis par la nomenclature des stocks, sont simplifiés en ne spécifiant pas ledit numéro entre parenthèses et avec des numéros romains.

De même, leurs noms selon la nomenclature traditionnelle se terminent tous avec le suffixe -ico.

Par exemple, le NaCl est le chlorure de sodium selon la nomenclature des stocks, étant un mauvais chlorure de sodium (I). Il est également appelé monoclorure de sodium, selon la nomenclature systématique; et le chlorure de sodium, selon la nomenclature traditionnelle. Cependant, votre nom le plus courant est le sel de table.

Papier biologique

Composant osmotique

Le sodium a une concentration extracellulaire de 140 mmol / L, étant sous forme ionique (Na⁺). Pour maintenir l'électroneutralité du compartiment extracellulaire, le na⁺ Il s'accompagne d'anions chlorure (CL^-) et le bicarbonate (HCO₃^-), avec 105 mmol / L de concentrations et 25 mmol / L respectivement.

Le na cation⁺ C'est la principale composante osmotique et a la plus grande contribution à l'osmolarité du compartiment extracellulaire, de sorte qu'il existe une osmolarité égale entre le compartiment extracellulaire et intracellulaire qui garantit l'intégrité du compartiment intracellulaire.

D'un autre côté, une concentration intracellulaire na⁺ est 15 mmol / L. Alors: pourquoi les concentrations supplémentaires et intracellulaires de la correspondance de NA⁺?

Il y a deux raisons pour que cela ne se produise pas: a) La membrane plasmique est peu perméable au NA⁺. b) l'existence de la pompe NA⁺-K⁺.

La pompe est un système enzymatique existant dans la membrane plasmique qui utilise l'énergie contenue dans l'ATP pour prendre trois atomes de Na⁺ et introduire deux atomes K⁺.

De plus, il existe un ensemble d'hormones, y compris l'aldostérone qui, en favorisant la réabsorption rénale du sodium, garantit le maintien de la concentration extracellulaire du sodium en valeur due. L'hormone antidiurétique aide le maintien du volume extracellulaire.

Production de potentiels d'action

Les cellules excitables (neurones et cellules musculaires) sont celles qui répondent à un stimulus adéquat avec la formation d'une action ou d'un potentiel d'impulsion nerveuse. Ces cellules maintiennent une différence de tension à travers la membrane plasmique.

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L'intérieur cellulaire est chargé négativement par rapport à l'extérieur cellulaire dans des conditions de repos. Étant donné un certain stimulus, il y a une augmentation de la perméabilité de la membrane à Na⁺ et entrez dans la cellule une petite quantité d'ions na⁺, provoquant le chargement de l'intérieur de la cellule positive.

Ce qui précède est ce que l'on appelle un potentiel d'action, qui peut être réparti dans un neurone et est la façon dont l'information passe à travers elle.

Lorsque le potentiel d'action atteint les cellules musculaires, les stimule pour la contraction à travers des mécanismes plus ou moins complexes.

En résumé, le sodium est responsable de la production de potentiels d'action dans les cellules excitables et le début de la contraction des cellules musculaires.

Où est-il situé

croûte terrestre

Le sodium est le septième élément le plus abondant de la croûte terrestre, en représentant 2,8%. Le chlorure de sodium fait partie du minéral Halita, qui représente 80% du matériau dissous dans la mer. La teneur en sodium de la mer est de 1,05%.

Le sodium est un élément très réactif, c'est pourquoi il n'est pas natif ou élémentaire. Il se trouve dans des minéraux solubles tels que l'halite ou les minéraux insolubles tels que le créole (un aluminium et le fluorure de sodium) sodium).

Minéral maritime et halita

En plus de la mer en général, la mer Morte se caractérise par une très forte concentration de sels et de minéraux différents, en particulier le chlorure de sodium. Le grand lac salé aux États-Unis présente également une forte concentration de sodium.

Le chlorure de sodium est presque pur dans le minéral Halita, présent en mer et dans les structures rocheuses. Le roca ou le sel minéral est moins pur que l'halite, étant dans des dépôts minéraux en Grande-Bretagne, en France, en Allemagne, en Chine et en Russie.

Dépôts salins

Le sel est extrait de ses dépôts de roche par fragmentation des roches, suivie d'un processus de purification du sel. À d'autres occasions, l'eau est introduite dans des dépôts de sel pour le dissoudre et former une saumure, qui est ensuite pompée à la surface.

Le sel est obtenu de la mer dans les bassins peu profonds connus sous le nom de Salinas, par évaporation solaire. Le sel obtenu de cette manière est appelé sel de la baie ou du sel de mer.

Downs cellule

Le sodium a été produit par la réduction carbothermique du carbonate de sodium effectué à 1.100 ºC. Actuellement, il est produit par l'électrolyse du chlorure de sodium fondu, en utilisant la cellule Downs.

Cependant, comme le chlorure de sodium fondu a un point de fusion ~ 800 ºC, du chlorure de calcium ou du carbonate de sodium est ajouté pour réduire le point de fusion à 600 ºC.

Dans la chambre Downs, la cathode est en fer sous forme circulaire, autour d'une anode de carbone. Les produits d'électrolyse sont séparés par un maillage en acier pour empêcher les produits d'électrolyse de contacter: sodium et chlore élémentaire.

Dans l'anode (+), la réaction d'oxydation suivante se produit:

2 CL^- (L) → Cl₂ (g) +2 e^-

En attendant, dans la cathode (-), la réaction de réduction suivante se produit:

2 Na⁺ (L) +2 e^-    → 2 Na (L)

Réactions

Formation d'oxyde et d'hydroxyde

Il est très réactif dans l'air en fonction de son humidité. Réagit pour former un film d'hydroxyde de sodium, qui peut absorber le dioxyde de carbone et enfin former du bicarbonate de sodium.

Il s'oxyde dans l'air pour créer du monoxyde de sodium (Na₂SOIT). Tandis que le superoxyde de sodium (Nao₂) Il est préparé par chauffage du sodium métallique à 300 ºC avec de l'oxygène à haute pression.

À l'état liquide, il enflamme 125 ºC, produisant une fumée blanche irritante, capable de produire une toux. Il réagit également vigoureusement avec de l'eau pour produire de l'hydroxyde de sodium et de l'hydrogène gazeux, provoquant l'explosivité de la réaction. Cette réaction est fortement exothermique.

Na + h₂O → NaOH +1/2 H₂  (3.367 kilocalories / mol)

Avec des acides halogénés

Les acides halogénés, comme l'acide chlorhydrique, réagissent avec le sodium pour former les halogénures correspondants. Pendant ce temps, sa réaction avec l'acide nitrique génère du nitrate de sodium; Et avec de l'acide sulfurique, génère du sulfate de sodium.

Réductions

Le NA réduit les oxydes des métaux de transition, produisant les métaux correspondants lors de la libération d'oxygène. Le sodium réagit également avec les métaux de transition s'arrête, produisant des métaux pour former du chlorure de sodium et libérer des métaux.

Cette réaction a servi à obtenir des métaux de transition, y compris le titane et le tantale.

Avec l'ammoniac

La réaction de sodium avec l'ammoniac liquide à basse température et lentement pour former le sodamide (NANH₂) et hydrogène.

Na + NH₃    → Nanh₂     +       1/2 h₂

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L'ammoniac liquide sert de solvant pour la réaction de sodium avec plusieurs métaux, notamment l'arsenic, la téléluro, l'antimoine et le bismuth.

BIO

Réagit avec des alcools pour produire des alcools ou des alcoxydes:

Na + roh → Rona +1/2 H₂

Il produit la perte de composés organiques, provoquant une duplication dans le nombre de carbones du composé:

2 Na +2 RCL → R-R +2 NaCl

L'octane peut être produit par l'annulation du bromure de butane avec du sodium.

Avec des métaux

Le sodium peut réagir avec d'autres métaux alcalins pour former un eutctique: un alliage formé à des températures plus basses que ses composants; Par exemple, Nak qui a un pourcentage de K de 78%. Le sodium forme également des alliages avec du béryllium avec un petit pourcentage du premier.

Les métaux précieux tels que l'or, l'argent, le platine, le paladium et l'iridium, ainsi que les métaux blancs tels que le plomb, l'étain et l'antimoine, forment des alliages avec du sodium liquide.

Des risques

C'est un métal qui réagit intensément avec l'eau. Par conséquent, en contact avec les tissus humains recouverts d'eau, il peut causer de graves dommages. Produit par contact avec la peau et les yeux de graves brûlures.

De plus, par ingestion, cela peut provoquer la perforation de l'œsophage et de l'estomac. Cependant, bien que ces blessures soient graves, seule une petite proportion de la population y est exposée.

Le plus grand dommage que le sodium peut causer est due à son apport excessif dans les repas ou les boissons faites par les personnes.

Le corps humain a besoin d'un apport en sodium de 500 mg / jour, pour remplir sa fonction dans la conduite nerveuse, ainsi que dans la contraction musculaire.

Mais une quantité beaucoup plus grande de sodium est généralement ingérée dans l'alimentation, ce qui produit une augmentation du plasma et de la concentration sanguine.

Cela peut provoquer une hypertension artérielle, des maladies cardiovasculaires et des accidents cérébraux.

L'hypernatrémie est également associée à la génération d'ostéoporose pour induire une sortie de calcium du tissu osseux. Les reins ont du mal à maintenir une concentration plasmatique de sodium normal malgré leur apport excessif, ce qui peut entraîner des dommages rénaux.

Applications

Sodium métallique

Il est utilisé en métallurgie comme agent désoxydant et réducteur dans la préparation du calcium, du zirconium, du titane et d'autres métaux. Par exemple, réduire le tétrachlorure de titane (TICL₄) Pour produire du titane métallique.

Le sodium fondu est utilisé comme agent de transfert de chaleur, il est donc utilisé comme réfrigérant dans certains réacteurs nucléaires.

Il est utilisé comme matière première dans la fabrication de sulfate de laurille de sodium, l'ingrédient principal du détergent synthétique. Il intervient également dans la fabrication de polymères tels que le nylon et dans des composés tels que le cyanure et le peroxyde de sodium. Également dans la production de colorants et de synthèse de parfum.

Le sodium est utilisé dans la purification des hydrocarbures et la polymérisation des hydrocarbures insolubles. Il est également utilisé dans de nombreuses réductions organiques. Dissous dans l'ammonium liquide est utilisé pour réduire les alkines à transalqueno.

Des lampes à vapeur de sodium sont conçues pour l'éclairage public dans les villes. Ils fournissent une couleur jaune, similaire à celle observée lorsque le sodium est brûlé dans les briquets.

Le sodium agit comme un dessicant qui fournit une couleur bleue dans la benzofénone, indiquant que le produit du processus de dessiccation a atteint le séchage souhaité.

Composés

Chlorure

Est utilisé pour assaisonner et conserver la nourriture. L'électrolyse du chlorure de sodium produit de l'hypochlorite de sodium (NaOCL), utilisé dans le nettoyage à domicile comme chlore. De plus, il est utilisé comme un blanc industriel de la pulpe de papier et des textiles ou dans la désinfection de l'eau.

L'hypochlorite de sodium est utilisé dans certaines préparations médicinales telles que l'antiseptique et le fongicide.

Carbonate et bicarbonate

Le carbonate de sodium est utilisé dans la fabrication de verre, de détergents et de nettoyants. Le carbonate de sodium monohydraté est utilisé dans la photographie comme composante des développeurs.

Le bicarbonate de sodium est une source de dioxyde de carbone. Pour cette raison, il est utilisé dans la levure chimique, dans les sels et les boissons effervescents et aussi dans les extincteurs chimiques secs. Il est également utilisé dans le processus de tannerie et la préparation de la laine.

Le bicarbonate de sodium est un composé alcalin, utilisé dans le traitement médicinal de l'hyperacidité gastrique et urinaire.

Sulfate

Il est utilisé dans la fabrication du papier kraft, du carton, du verre et des détergents. Le thiosulfate de sodium est utilisé dans la photographie afin de corriger les négatifs et les impressions développées.

Hydroxyde

Communément appelé caustique ou blanchie, il est utilisé dans la neutralisation des acides dans le raffinage d'huile. Réagit avec les acides gras dans la fabrication du savon. De plus, il est utilisé dans le traitement de la cellulose.

Nitrate

Il est utilisé comme engrais qui fournit de l'azote, étant un composant de dynamite.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Sodium. (2019). Sodium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Centre national d'information sur la biotechnologie. (2019). Sodium. Base de données PubChem. CID = 5360545. Récupéré de: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gouvernement
4. Ganong, W. F. (2003). Physiologie médicale 19e édition. Éditorial Le manuel moderne.
5. Wikipédia. (2019). Sodium. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
6. Le président et les camarades du Harvard College. (2019). Sel et sodium. Récupéré de: HSPH.Harvard.Édu
7. Les éditeurs d'Enyclopaedia Britannica. (7 juin 2019). Sodium. Encyclopædia Britannica. Récupéré de: Britannica.com