El sodio se oxida con el oxígeno. Sodio en la naturaleza (2,6% en la corteza terrestre)

Esquema de la conferencia:

1. Distribución del sodio en la naturaleza.

2. Antecedentes históricos.

3. Propiedades físicas del sodio.

4. 4.Propiedades químicas del sodio.

5. Obtención de sodio.

6. 6.Obtención de sodio.

Sodio(Natrio), Na, elemento químico del grupo I del sistema periódico de Mendeleev: número atómico 11, masa atómica 22,9898; un metal blando de color blanco plateado que se oxida rápidamente desde la superficie en el aire. El elemento natural consta de un isótopo estable, 23 Na.

Referencia histórica. Los compuestos naturales del sodio (sal de mesa NaCl, refresco Na 2 CO 3) se conocen desde la antigüedad. El nombre "Sodio" proviene del árabe natrun, griego. nitron, originalmente referido a refresco natural. Ya en el siglo XVIII los químicos conocían muchos otros compuestos de sodio. Sin embargo, el metal en sí no fue obtenido hasta 1807 por G. Davy mediante electrólisis de sosa cáustica NaOH. En el Reino Unido, EE. UU. Y Francia, el elemento se llama sodio (de la palabra española soda - soda), en Italia - sodio.

Extensiónnorteaurículas en la naturaleza.

El sodio es un elemento típico de la parte superior de la corteza terrestre. Su contenido promedio en la litosfera es de 2,5% en masa, en rocas ígneas ácidas (granitos y otras) 2,77, en rocas básicas (basaltos y otras) 1,94, en rocas ultrabásicas (rocas del manto) 0,57. Debido al isomorfismo de Na + y Ca 2+, debido a la proximidad de sus radios iónicos, se forman feldespatos de sodio y calcio (plagioclasas) en rocas ígneas. En la biosfera hay una marcada diferenciación de sodio: las rocas sedimentarias están, en promedio, empobrecidas en sodio (0,66% en arcillas y lutitas); hay poco en la mayoría de los suelos (promedio 0,63%). El número total de minerales de sodio es 222. El Na se retiene débilmente en los continentes y es transportado por los ríos a los mares y océanos, donde su contenido promedio es del 1,035% (el Na es el principal elemento metálico del agua de mar). Durante la evaporación, las sales de sodio se depositan en las lagunas marinas costeras, así como en los lagos continentales de estepas y desiertos, formando estratos de rocas salinas. Los principales minerales que son fuente de Sodio y sus compuestos son halita (sal gema) NaCl, salitre chileno NaNO 3, tenardita Na 2 SO 4, mirabilita Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O. El Na es un bioelemento importante, la materia viva contiene en promedio un 0,02% de Na; Hay más en los animales que en las plantas.

Propiedades físicasnorteatrio

A temperatura normal, el sodio cristaliza en una red cúbica, a = 4,28 Å. Radio atómico 1,86 Å, radio iónico Na+ 0,92 Å. Densidad 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), punto de fusión 97,83 °C, punto de ebullición 882,9 °C; capacidad calorífica específica (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) o 0,295 cal/(g deg); coeficiente de conductividad térmica 1,32·10 2 W/(m·K) o 0,317 cal/(cm·seg·deg); coeficiente de temperatura de expansión lineal (20 °C) 7,1·10 -5; resistividad eléctrica (0 °C) 4,3·10 -8 ohm·m (4,3·10 -6 ohm·cm). El sodio es paramagnético, susceptibilidad magnética específica +9,2·10 -6; muy plástica y blanda (se corta fácilmente con un cuchillo).

Propiedades químicasnorteatrio

El potencial normal del electrodo de sodio es -2,74 V; Potencial del electrodo en la masa fundida -2,4 V. El vapor de sodio colorea la llama con un característico color amarillo brillante. La configuración de los electrones externos del átomo es 3s 1; En todos los compuestos conocidos, el sodio es monovalente. Su actividad química es muy alta. Cuando interactúa directamente con el oxígeno, según las condiciones, se forma óxido de Na 2 O o peróxido de Na 2 O 2, sustancias cristalinas incoloras. Con agua, el sodio forma hidróxido NaOH y H2; la reacción puede ir acompañada de una explosión. Los ácidos minerales forman las correspondientes sales solubles en agua con el sodio; sin embargo, el sodio es relativamente inerte con respecto al ácido sulfúrico al 98-100%.

La reacción del sodio con el hidrógeno comienza a 200 °C y conduce a la producción de hidruro de NaH, una sustancia cristalina higroscópica incolora. El sodio reacciona directamente con el flúor y el cloro incluso a temperaturas normales, con el bromo, solo cuando se calienta; no se observa interacción directa con el yodo. Reacciona violentamente con el azufre, formando sulfuro de sodio, la interacción del vapor de sodio con el nitrógeno en el campo de una descarga eléctrica silenciosa conduce a la formación de nitruro de Na 3 N, y con el carbono a 800-900 ° C, a la producción de Na. Carburo 2C2.

El sodio se disuelve en amoníaco líquido (34,6 g por 100 g de NH 3 a 0°C) para formar complejos de amoníaco. Cuando el amoníaco gaseoso pasa a través de sodio fundido a 300-350 °C, se forma la amina sódica NaNH 2, una sustancia cristalina incolora que se descompone fácilmente con el agua. Se conocen una gran cantidad de compuestos organosódicos que, en términos de propiedades químicas, son muy similares a los compuestos de organolitio, pero que los superan en reactividad. Los compuestos organosódicos se utilizan en síntesis orgánica como agentes alquilantes.

El sodio es un componente de muchas aleaciones prácticamente importantes. Las aleaciones Na-K, que contienen entre un 40% y un 90% de K (en masa) a una temperatura de aproximadamente 25°C, son líquidos de color blanco plateado que son altamente reactivos químicamente e inflamables en el aire. La conductividad eléctrica y la conductividad térmica de las aleaciones líquidas de Na-K son inferiores a los valores correspondientes para Na y K. Las amalgamas de sodio se obtienen fácilmente introduciendo sodio metálico en mercurio; con un contenido superior al 2,5% de Na (en peso) a temperaturas ordinarias ya son sólidos.

Recibonorteatrio.

El principal método industrial para producir sodio es la electrólisis de sal de NaCl fundida que contiene aditivos KCl, NaF, CaCl 2 y otros, que reducen el punto de fusión de la sal a 575-585 °C. La electrólisis del NaCl puro provocaría grandes pérdidas de sodio por evaporación, ya que los puntos de fusión del NaCl (801 °C) y los puntos de ebullición del Na (882,9 °C) están muy próximos. La electrólisis se realiza en electrolizadores con diafragma, los cátodos son de hierro o cobre, los ánodos son de grafito. El cloro se produce simultáneamente con el sodio. El antiguo método de obtención de Sodio es la electrólisis del hidróxido de sodio NaOH fundido, que es mucho más caro que el NaCl, pero se descompone electrolíticamente a una temperatura más baja (320-330 °C).

Solicitudnorteatrio.

El sodio y sus aleaciones se utilizan ampliamente como refrigerantes para procesos que requieren un calentamiento uniforme en el rango de 450-650 °C, en válvulas de motores de aviones y especialmente en centrales nucleares. En el último caso, las aleaciones Na-K sirven como refrigerantes de metales líquidos (ambos elementos tienen pequeñas secciones transversales de absorción de neutrones térmicos, para Na 0,49 barn); estas aleaciones se caracterizan por altos puntos de ebullición y coeficientes de transferencia de calor y no interactúan con materiales estructurales. a altas temperaturas desarrollado en centrales eléctricas, reactores nucleares. El compuesto NaPb (10% Na en peso) se utiliza en la producción de tetraetilo de plomo, el agente antidetonante más eficaz. En la aleación a base de plomo (0,73% Ca, 0,58% Na y 0,04% Li) utilizada para la fabricación de cojinetes de eje para vagones de ferrocarril, el sodio es un aditivo fortalecedor. En metalurgia, el sodio sirve como agente reductor activo en la producción de algunos metales raros (Ti, Zr, Ta) mediante métodos metalotérmicos; en síntesis orgánica - en reacciones de reducción, condensación, polimerización y otras.

Debido a la alta actividad química del sodio, su manipulación requiere precaución. Es especialmente peligroso si el agua entra en contacto con el sodio, lo que puede provocar un incendio y una explosión. Los ojos deben protegerse con gafas protectoras y las manos con guantes de goma gruesos; El contacto del sodio con la piel o la ropa mojadas puede provocar quemaduras graves.

El sodio en su forma pura fue obtenido en 1807 por Humphry Davy, un químico inglés que descubrió el sodio poco antes. Davy llevó a cabo el proceso de electrólisis de uno de los compuestos de sodio: el hidróxido, al fundirlo obtuvo sodio. La humanidad utiliza compuestos de sodio desde la antigüedad, la soda de origen natural se utilizaba en el Antiguo Egipto (calorizador). Nombró el elemento sodio (sodio) , a veces este mismo nombre se puede encontrar incluso ahora. El nombre habitual es sodio (del latín sodio- refresco) fue propuesto por el sueco Jens Berzelius.

El sodio es un elemento del grupo I del III del tercer período de la tabla periódica de elementos químicos D.I. Mendeleev, tiene un número atómico de 11 y una masa atómica de 22,99. La designación aceptada es N / A(del latín sodio).

Estar en la naturaleza

Los compuestos de sodio se encuentran en la corteza terrestre y en el agua de mar como una impureza que tiende a teñir de azul la sal gema debido a la acción de la radiación.

El sodio es un metal alcalino blando y maleable de color blanco plateado y brillante cuando se corta fresco (es muy posible cortar el sodio con un cuchillo). Cuando se aplica presión, se convierte en una sustancia roja transparente; a temperaturas normales cristaliza. Al interactuar con el aire, se oxida rápidamente, por lo que el sodio debe almacenarse debajo de una capa de queroseno.

Necesidad diaria de sodio

El sodio es un microelemento importante para el cuerpo humano, el requerimiento diario para adultos es de 550 mg, para niños y adolescentes, de 500 a 1300 mg. Durante el embarazo, la norma de sodio por día es de 500 mg y, en algunos casos (sudoración excesiva, deshidratación, toma de diuréticos), se debe aumentar.

El sodio se encuentra en casi todos los mariscos (cangrejos de río, cangrejos, pulpos, calamares, mejillones, algas), pescado (anchoas, sardinas, platija, eperlano, etc.), huevos de gallina, cereales (trigo sarraceno, arroz, cebada perlada, avena, mijo). ), legumbres (guisantes, judías), hortalizas (tomates, apio, zanahoria, col, remolacha), productos lácteos y subproductos cárnicos.

Propiedades beneficiosas del sodio y su efecto en el organismo.

Las propiedades beneficiosas del sodio para el organismo son:

• Normalización del metabolismo agua-sal;
• Activación de enzimas de la saliva y el páncreas;
• Participación en la producción de jugo gástrico;
• Mantener el equilibrio ácido-base normal;
• Funciones generadoras del sistema nervioso y muscular;
• Efecto vasodilatador;
• Mantener la concentración osmótica en sangre.

Digestibilidad del sodio

El sodio se encuentra en casi todos los alimentos, aunque el cuerpo lo recibe en su mayor parte (alrededor del 80%). La absorción se produce principalmente en el estómago y el intestino delgado. Mejora la absorción de sodio, sin embargo, los alimentos excesivamente salados y los alimentos ricos en proteínas interfieren con la absorción normal.

Interacción con otros

El uso del sodio metálico es en la industria química y metalúrgica, donde actúa como un poderoso agente reductor. El cloruro de sodio (sal de mesa) lo utilizan todos los habitantes de nuestro planeta, sin excepción, es el aromatizante más famoso y el conservante más antiguo.

Signos de deficiencia de sodio

La deficiencia de sodio suele producirse debido a la sudoración excesiva, en climas cálidos o durante la actividad física. La falta de sodio en el cuerpo se caracteriza por deterioro de la memoria y pérdida de apetito, mareos, fatiga, deshidratación, debilidad muscular y, a veces, calambres, erupciones cutáneas, calambres estomacales, náuseas y vómitos.

Signos de exceso de sodio

Una cantidad excesiva de sodio en el cuerpo se manifiesta por sed constante, hinchazón y reacciones alérgicas.

El sodio es un metal alcalino. Su actividad química es la más alta entre todos los demás metales de la tabla periódica. Es por eso que muchos problemas químicos se basan en las propiedades de este elemento, así como en su producción.

Cómo obtener sodio: fórmula

Anteriormente, el sodio se obtenía reduciendo el carbonato de sodio. Para ello, se colocaron herméticamente carbón y carbonato de sodio en un recipiente de hierro. Después de esto, la mezcla se calentó a 1000 grados:

Na2CO3 + 2C -> 2Na + 3CO

Actualmente, la industria utiliza otro método para producir sodio metálico. Para ello se lleva a cabo una electrólisis de la masa fundida de cloruro de sodio.

2NaCl -> 2Na + Cl 2

Para obtener una masa fundida, los cristales de cloruro de sodio deben calentarse a 500 - 600 grados.

Mucha gente está interesada en saber cómo obtener sodio en casa. Como puedes ver, esto es posible si puedes alcanzar el punto de fusión de la sal de mesa (cloruro de sodio). Después de esto, sumerja dos electrodos de grafito en la masa fundida y conéctelos a una fuente de corriente eléctrica directa.

Cómo hacer hidróxido de sodio

El sodio reacciona muy violentamente con el agua para formar hidróxido de sodio, libera hidrógeno y genera mucho calor. El sodio incluso reacciona con el vapor de agua del aire, por lo que el sodio metálico se almacena bajo una capa de parafina líquida o queroseno.

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

El hidróxido de sodio se utiliza ampliamente en la industria y en la vida cotidiana. Este compuesto tiene otros nombres: sosa cáustica, álcali cáustica, sosa cáustica, técnica o cáustica.

Cómo hacer óxido de sodio

El sodio se oxida fácilmente con el oxígeno atmosférico (por lo tanto, el sodio metálico se almacena debajo de una capa de queroseno) para formar óxido de sodio:

4Na + O 2 = 2Na 2 O

Muchos estudiantes creen que el óxido de sodio se puede obtener quemando sodio en oxígeno. Pero esto no es cierto. Durante la combustión, el sodio reacciona tan activamente con el oxígeno que en lugar de óxido se forma peróxido de sodio:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Cómo hacer acetato de sodio

El acetato de sodio se puede obtener neutralizando el bicarbonato de sodio con ácido acético:

CH 3 COOH + NaHCO 3 = CH 3 COONa + H 2 O + CO 2

Esta reacción química es bien conocida por las amas de casa, cuando hornean diversos productos de masa, a menudo recurren a ella.

Si es necesario obtener acetato de sodio en forma cristalina, se evapora la solución obtenida durante la reacción.

Así, es muy fácil obtener acetato de sodio en casa. Pero es aún más fácil ir a comprarlo a una tienda que venda productos químicos, porque... Esta sustancia es muy barata y no vale la pena molestarse en prepararla usted mismo.

Cloruro de sodio: cómo conseguirlo

El cloruro de sodio se puede obtener neutralizando el ácido clorhídrico con carbonato de sodio. Durante la reacción se forma una solución de cloruro de sodio en agua y se libera dióxido de carbono. Si es necesario obtener cloruro de sodio cristalino, se debe evaporar la solución obtenida durante la reacción.

Na 2 CO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

Bajo el nombre de cloruro de sodio se encuentra la conocida sal de mesa.

Sodio —elemento el subgrupo principal del primer grupo, el tercer período del sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev, con número atómico 11. Denotado por el símbolo Na (lat. Natrium). La sustancia simple sodio (número CAS: 7440-23-5) es un metal alcalino blando de color blanco plateado.

En agua, el sodio se comporta casi de la misma manera que el litio: la reacción continúa con la rápida liberación de hidrógeno y se forma hidróxido de sodio en la solución.

Historia y origen del nombre.

El sodio (o mejor dicho, sus compuestos) se utiliza desde la antigüedad. Por ejemplo, la soda (natrón), que se encuentra naturalmente en las aguas de los lagos de soda en Egipto. Los antiguos egipcios utilizaban la soda natural para embalsamar, blanquear lienzos, cocinar alimentos y fabricar pinturas y esmaltes. Plinio el Viejo escribe que en el delta del Nilo se aisló la soda (que contenía una proporción suficiente de impurezas) del agua del río. Salió a la venta en forma de piezas grandes, de color gris o incluso negro debido a la mezcla de carbón.

El sodio fue obtenido por primera vez por el químico inglés Humphry Davy en 1807 mediante electrólisis de NaOH sólido.

El nombre "sodio" proviene del árabe. natrun en griego - nitron y originalmente se refería a refresco natural. El elemento en sí se llamaba anteriormente sodio.

Recibo

La primera forma de producir sodio fue la reacción de reducción. carbonato de sodio carbón al calentar una mezcla compacta de estas sustancias en un recipiente de hierro a 1000°C:

Na2CO3 +2C=2Na+3CO

Luego apareció otro método para producir sodio: la electrólisis del hidróxido de sodio fundido o del cloruro de sodio.

Propiedades físicas

Sodio metálico almacenado en queroseno.

Determinación cualitativa del sodio mediante llama: color amarillo brillante del espectro de emisión de la “línea D de sodio”, doblete 588,9950 y 589,5924 nm.

El sodio es un metal de color blanco plateado, en capas finas con un tinte violeta, plástico, incluso blando (se corta fácilmente con un cuchillo), un corte fresco de sodio es brillante. Los valores de conductividad eléctrica y térmica del sodio son bastante altos, la densidad es 0,96842 g/cm³ (a 19,7° C), el punto de fusión es 97,86° C y el punto de ebullición es 883,15° C.

Propiedades químicas

Un metal alcalino que se oxida fácilmente en el aire. Para protegerse del oxígeno atmosférico, el sodio metálico se almacena bajo una capa. queroseno. El sodio es menos activo que litio, por lo tanto con nitrógeno reacciona sólo cuando se calienta:

2Na + 3N 2 = 2NaN 3

Cuando hay un gran exceso de oxígeno, se forma peróxido de sodio.

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Solicitud

El sodio metálico se utiliza ampliamente en la química preparativa y en la industria como potente agente reductor, incluso en la metalurgia. El sodio se utiliza en la producción de baterías de sodio y azufre que consumen mucha energía. También se utiliza en válvulas de escape de camiones como disipador de calor. Ocasionalmente, el sodio metálico se utiliza como material para cables eléctricos destinados a transportar corrientes muy altas.

En aleación con potasio, así como con rubidio y cesio utilizado como refrigerante altamente eficiente. En particular, la composición de la aleación es sodio 12%, potasio 47 %, cesio El 41% tiene un punto de fusión récord de -78 °C y se ha propuesto como fluido de trabajo para motores de cohetes de iones y refrigerante para centrales nucleares.

El sodio también se utiliza en lámparas de descarga de alta y baja presión (HPLD y LPLD). Las lámparas NLVD del tipo DNaT (Arc Sodium Tubular) son muy utilizadas en el alumbrado público. Emiten una luz amarilla brillante. La vida útil de las lámparas HPS es de 12 a 24 mil horas. Por tanto, las lámparas de descarga de gas del tipo HPS son indispensables para la iluminación urbana, arquitectónica e industrial. También existen lámparas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) y DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

El sodio metálico se utiliza en el análisis cualitativo de la materia orgánica. La aleación de sodio y la sustancia problema se neutraliza. etanol, añadir unos mililitros de agua destilada y dividir en 3 partes, prueba de J. Lassaigne (1843), destinada a determinar nitrógeno, azufre y halógenos (prueba de Beilstein)

— El cloruro de sodio (sal de mesa) es el saborizante y conservante más antiguo.
— La azida de sodio (Na 3 N) se utiliza como agente nitrurante en metalurgia y en la producción de azida de plomo.
— El cianuro de sodio (NaCN) se utiliza en el método hidrometalúrgico de lixiviación del oro de las rocas, así como en la nitrocarburación del acero y en la galvanoplastia (plateado, dorado).
— El clorato de sodio (NaClO 3) se utiliza para destruir la vegetación no deseada en las vías del tren.

papel biológico

En el cuerpo, el sodio se encuentra principalmente fuera de las células (unas 15 veces más que en el citoplasma). Esta diferencia se mantiene gracias a la bomba de sodio-potasio, que bombea el sodio atrapado dentro de la célula.

Juntos conpotasioEl sodio realiza las siguientes funciones:
Creando condiciones para la aparición de potenciales de membrana y contracciones musculares.
Mantener la concentración osmótica en sangre.
Mantener el equilibrio ácido-base.
Normalización del balance hídrico.
Asegurar el transporte de membrana.
Activación de muchas enzimas.

El sodio se encuentra en casi todos los alimentos, aunque el cuerpo obtiene la mayor parte de la sal de mesa. La absorción se produce principalmente en el estómago y el intestino delgado. La vitamina D mejora la absorción de sodio, sin embargo, los alimentos excesivamente salados y los alimentos ricos en proteínas interfieren con la absorción normal. La cantidad de sodio que se ingiere de los alimentos muestra el contenido de sodio en la orina. Los alimentos ricos en sodio se caracterizan por una excreción acelerada.

Deficiencia de sodio en la persona que hace dieta. alimento balanceado no ocurre en humanos, sin embargo, pueden surgir algunos problemas con las dietas vegetarianas. La deficiencia temporal puede ser causada por el uso de diuréticos, diarrea, sudoración excesiva o ingesta excesiva de agua. Los síntomas de la deficiencia de sodio incluyen pérdida de peso, vómitos, gases en el tracto gastrointestinal y alteración de la absorción. aminoácidos y monosacáridos. La deficiencia a largo plazo provoca calambres musculares y neuralgia.

El exceso de sodio provoca hinchazón de las piernas y la cara, así como un aumento de la excreción de potasio en la orina. La cantidad máxima de sal que pueden procesar los riñones es de aproximadamente 20 a 30 gramos; cualquier cantidad mayor pone en peligro la vida.

Compuestos de sodio

Sodio, Natrio, Na (11)
El nombre sodio - sodio, natrium proviene de una palabra antigua común en Egipto, entre los antiguos griegos (vixpov) y romanos. Se encuentra en Plinio (Nitron) y otros autores antiguos y corresponde al hebreo neter. En el antiguo Egipto, el natrón o nitrón se llamaba generalmente un álcali obtenido no solo de lagos de soda naturales, sino también de cenizas vegetales. Se utilizaba para lavar, hacer vidriados y momificar cadáveres. En la Edad Media, el nombre nitrón (nitron, natron, nataron), así como boro (baurach), también se aplicaba al salitre (Nitrum). Los alquimistas árabes llamaban álcali al álcali. Con el descubrimiento de la pólvora en Europa, el salitre (Sal Petrae) empezó a distinguirse estrictamente de los álcalis, y en el siglo XVII. Ya se distingue entre álcalis no volátiles, o fijos, y álcalis volátiles (Alkali volatile). Al mismo tiempo, se estableció una diferencia entre álcali vegetal (Alkali fixum vegetabile - potasa) y mineral (Alkali fixum minerale - soda).

A finales del siglo XVIII. Klaproth introdujo el nombre Natron, o soda, para el álcali mineral, y para el álcali vegetal, Kali. Lavoisier no colocó los álcalis en la “Tabla de cuerpos simples”, indicando en una nota que probablemente se trataba de sustancias complejas que alguna vez Algún día se descompondrán. De hecho, en 1807 Davy, mediante electrólisis de álcalis sólidos ligeramente humedecidos, obtuvo metales libres: potasio y sodio, llamándolos potasio y sodio. Al año siguiente, Gilbert, editor de los famosos Annals of Physics, propuso llamar a los nuevos metales potasio y sodio (Natronio); Berzelius acortó este último nombre a "sodio" (Natrium). A principios del siglo XIX. en Rusia el sodio se llamaba sodia (Dvigubsky, 182i; Solovyov, 1824); Strakhov propuso el nombre césped (1825). Las sales de sodio se denominaron, por ejemplo, sulfato de sodio, soda clorhídrico y, al mismo tiempo, soda acética (Dvigubsky, 1828). Hess, siguiendo el ejemplo de Berzelius, introdujo el nombre de sodio.

El sodio (del latín Natrium, simbolizado Na) es un elemento con número atómico 11 y peso atómico 22,98977. Es un elemento del subgrupo principal del primer grupo, el tercer período del sistema periódico de elementos químicos de Dmitry Ivanovich Mendeleev. La sustancia simple sodio es un metal alcalino blando, fusible (fundido a 97,86 °C), dúctil, ligero (densidad 0,968 g/cm3), de color blanco plateado.

El sodio natural se compone de un solo isótopo con un número másico de 23. Actualmente se conocen un total de 15 isótopos y 2 isómeros nucleares. La mayoría de los isótopos radiactivos producidos artificialmente tienen una vida media de menos de un minuto. Sólo dos isótopos tienen una vida media relativamente larga: el 22Na, que emite positrones, con una vida media de 2,6 años, que se utiliza como fuente de positrones y en investigaciones científicas, y el 24Na, con una vida media de 15 horas. Se utiliza en medicina para el diagnóstico y tratamiento de algunas formas de leucemia.

El sodio en forma de diversos compuestos se conoce desde la antigüedad. El cloruro de sodio (NaCl) o sal de mesa es uno de los compuestos vitales más importantes, se cree que fue conocido por el hombre allá por el Neolítico, es decir, resulta que la humanidad consume cloruro de sodio desde hace más de seis mil años. ! En el Antiguo Testamento se menciona una sustancia llamada “neter”, que se usaba como detergente. Lo más probable es que se trate de refresco, un carbonato de sodio que se encuentra en las aguas de los lagos salados de Egipto.

En el siglo XVIII, los químicos ya conocían una gran cantidad de compuestos de sodio; las sales de este metal se usaban ampliamente en la medicina y la industria textil (para teñir telas y curtir cuero). Sin embargo, el sodio metálico no fue obtenido hasta 1807 por el químico inglés Humphry Davy.

Las áreas de aplicación más importantes del sodio son la energía nuclear, la metalurgia y la industria de síntesis orgánica. En la energía nuclear, el sodio y su aleación con potasio se utilizan como refrigerantes de metales líquidos. En metalurgia, varios metales refractarios se obtienen mediante el método del metal sodio; al reducir KOH con sodio, se aísla el potasio. Además, el sodio se utiliza como aditivo que fortalece las aleaciones de plomo. En la industria de la síntesis orgánica, el sodio se utiliza en la producción de muchas sustancias. El sodio actúa como catalizador en la producción de algunos polímeros orgánicos. Los compuestos de sodio más importantes son el óxido de sodio Na2O, el peróxido de sodio Na2O2 y el hidróxido de sodio NaOH. El peróxido de sodio se utiliza para blanquear tejidos y para regenerar el aire en habitaciones aisladas. El hidróxido de sodio es uno de los productos más importantes de la industria química básica. Se consume en cantidades colosales para depurar productos derivados del petróleo. Además, el hidróxido de sodio se usa ampliamente en la industria del jabón, el papel, la textil y otras industrias, así como en la producción de fibra artificial.

El sodio es uno de los elementos más importantes implicados en el metabolismo mineral de animales y humanos. En el cuerpo humano, el sodio en forma de sales solubles (cloruro, fosfato, bicarbonato) se encuentra principalmente en los líquidos extracelulares: plasma sanguíneo, linfa y jugos digestivos. La presión osmótica del plasma sanguíneo se mantiene en el nivel requerido, principalmente gracias al cloruro de sodio.

Los síntomas de la deficiencia de sodio incluyen pérdida de peso, vómitos, formación de gases en el tracto gastrointestinal y alteración de la absorción de aminoácidos y monosacáridos. La deficiencia a largo plazo provoca calambres musculares y neuralgia. El exceso de sodio provoca hinchazón de las piernas y la cara, así como un aumento de la excreción de potasio en la orina.

Propiedades biológicas

El sodio pertenece al grupo de los macroelementos que, junto con los microelementos, desempeñan un papel importante en el metabolismo mineral de animales y humanos. Los macroelementos están contenidos en el cuerpo en cantidades significativas, con un promedio del 0,1 al 0,9% del peso corporal. El contenido de sodio en el cuerpo de un adulto es de 55 a 60 g por 70 kg de peso. El elemento número once se encuentra principalmente en los líquidos extracelulares: en la sangre - 160-240 mg, en el plasma - 300-350 mg, en los eritrocitos - 50-130 mg. El tejido óseo contiene hasta 180 mg de sodio, el esmalte dental es mucho más rico en este macroelemento: 250 mg. Concentra hasta 250 mg en los pulmones y 185 mg de sodio en el corazón. El tejido muscular contiene alrededor de 75 mg de sodio.

La función principal del sodio en el cuerpo de personas, animales e incluso plantas es mantener el equilibrio agua-sal en las células, regular la presión osmótica y el equilibrio ácido-base. Por esta razón, el contenido de sodio en las células vegetales es bastante alto (alrededor del 0,01% del peso húmedo); el sodio crea una alta presión osmótica en la savia celular y contribuye así a la extracción de agua del suelo. En el cuerpo humano y animal, el sodio es responsable de la normalización de la actividad neuromuscular (participa en la conducción normal de los impulsos nerviosos) y retiene minerales esenciales en la sangre en estado disuelto. En general, el papel del sodio en la regulación del metabolismo es mucho más amplio, porque este elemento es necesario para el crecimiento y la condición normales del cuerpo. El sodio desempeña el papel de "mensajero", entregando diversas sustancias a cada célula, como el azúcar en sangre. Previene la aparición de calor o insolación y también tiene un efecto vasodilatador pronunciado.

El sodio interactúa activamente con otros elementos, por lo que, junto con el cloro, previenen la fuga de líquido de los vasos sanguíneos a los tejidos adyacentes. Sin embargo, el principal "socio" del sodio es el potasio, en cooperación con el cual realizan la mayoría de las funciones anteriores. La dosis diaria óptima de sodio para niños es de 600 a 1700 miligramos, para adultos de 1200 a 2300 miligramos. En equivalente de sal de mesa (la fuente de sodio más popular y accesible), esto corresponde a 3-6 gramos por día (100 gramos de sal de mesa contienen 40 gramos de sodio). El requerimiento diario de sodio depende principalmente de la cantidad de sales perdidas a través del sudor y puede alcanzar hasta 10 gramos de NaCl. El sodio se encuentra en casi todos los alimentos (en cantidades significativas en el pan de centeno, los huevos de gallina, el queso duro, la carne de res y la leche), pero el cuerpo obtiene la mayor parte de la sal de mesa. La absorción del undécimo elemento se produce principalmente en el estómago y el intestino delgado; la vitamina D favorece una mejor absorción del sodio. Al mismo tiempo, los alimentos ricos en proteínas y especialmente salados pueden provocar dificultades de absorción. La concentración de iones de sodio en el cuerpo está regulada principalmente por la hormona de la corteza suprarrenal: la aldosterona, los riñones retienen o liberan sodio, dependiendo de si una persona abusa o no recibe suficiente sodio. Por este motivo, en condiciones externas normales y con una función renal adecuada, no puede producirse ni deficiencia ni exceso de sodio. Una deficiencia de este elemento puede ocurrir con varias dietas vegetarianas. Además, las personas con profesiones físicas intensas y los deportistas sufren grandes pérdidas de sodio a través del sudor. La deficiencia de sodio también es posible con diversas intoxicaciones, acompañadas de sudoración profusa, vómitos y diarrea. Sin embargo, este desequilibrio se puede corregir fácilmente con agua mineral, con la que el cuerpo recibe no sólo sodio, sino también una cierta cantidad de otras sales minerales (potasio, cloro y litio).

Con falta de sodio (hiponatremia), se producen síntomas como pérdida de apetito, disminución del sentido del gusto, calambres estomacales, náuseas, vómitos, formación de gases y, como consecuencia de todo ello, una fuerte pérdida de peso. La deficiencia a largo plazo provoca calambres musculares y neuralgias: el paciente puede experimentar dificultades para mantener el equilibrio al caminar, mareos y fatiga, y puede producirse un estado de shock. Los síntomas de la deficiencia de sodio también incluyen problemas de memoria, cambios repentinos de humor y depresión.

Un exceso de sodio provoca retención de agua en el cuerpo, lo que resulta en un aumento de la densidad sanguínea, por lo tanto, un aumento de la presión arterial (hipertensión), edema y enfermedades vasculares. Además, el exceso de sodio provoca una mayor excreción de potasio en la orina. La cantidad máxima de sal que pueden procesar los riñones es de aproximadamente 20 a 30 gramos; ¡cualquier cantidad mayor pone en peligro la vida!

En medicina se utiliza una gran cantidad de preparaciones de sodio, las más utilizadas son el sulfato de sodio, el cloruro (para la pérdida de sangre, la pérdida de líquidos, los vómitos); tiosulfato Na2S2O3∙5H2O (agente antiinflamatorio y antitóxico); borato Na2B4O7∙10H2O (antiséptico); bicarbonato NaHCO3 (como expectorante, así como para lavar y enjuagar en caso de rinitis, laringitis).

La sal de mesa, un condimento alimentario insustituible y valioso, era conocida desde la antigüedad. Hoy en día, el cloruro de sodio es un producto barato, junto con el carbón, la piedra caliza y el azufre, es una de las materias primas minerales llamadas “cuatro grandes”, las más esenciales para la industria química. Pero hubo momentos en que la sal tenía el mismo precio que el oro. Por ejemplo, en la antigua Roma, a los legionarios a menudo se les pagaba no con dinero, sino con sal, de ahí la palabra soldado. La sal llegaba a la Rus de Kiev desde la región de los Cárpatos, así como desde los lagos salados y los estuarios de los mares Negro y Azov. Su extracción y entrega era tan costosa que en las fiestas ceremoniales se servía sólo en las mesas de invitados nobles, mientras que otros se iban "sorbiendo". Incluso después de la anexión a la Rusia del reino de Astracán con sus lagos salados de la región del Caspio, el precio de la sal no bajó, lo que provocó el descontento entre los sectores más pobres de la población, que se convirtió en un levantamiento conocido como el Disturbios de sal (1648). Pedro I introdujo en 1711 un monopolio sobre el comercio de sal, como materia prima de importancia estratégica; el derecho exclusivo de comercializar sal para el estado duró hasta 1862. Aún se conserva la antigua tradición de recibir a los invitados con “pan y sal”, lo que significaba compartir lo más preciado de la casa.

Todo el mundo conoce bien la expresión: "Para conocer a una persona hay que comer con ella una libra de sal", pero pocas personas han pensado en el significado de esta frase. Se estima que una persona consume hasta 8 kilogramos de cloruro de sodio al año. Resulta que el eslogan implica solo un año; después de todo, dos personas pueden comer una libra de sal (16 kg) durante este período.

La conductividad eléctrica del sodio es tres veces menor que la conductividad eléctrica del cobre. Sin embargo, el sodio es nueve veces más ligero, por lo que resulta que los alambres de sodio, si existieran, costarían menos que los alambres de cobre. Es cierto que existen barras colectoras de acero rellenas de sodio diseñadas para corrientes elevadas.

Se estima que la sal gema en una cantidad equivalente al contenido de cloruro de sodio en el Océano Mundial ocuparía un volumen de 19 millones de metros cúbicos. km (50% más que el volumen total del continente norteamericano sobre el nivel del mar). ¡Un prisma de este volumen con una superficie de base de 1 km2 puede llegar a la Luna 47 veces! ¡La sal extraída del agua del mar podría cubrir toda la masa terrestre del globo con una capa de 130 m! Actualmente, la producción total de cloruro de sodio a partir del agua de mar ha alcanzado entre 6 y 7 millones de toneladas al año, lo que representa aproximadamente un tercio de la producción mundial total.

Cuando el peróxido de sodio reacciona con el dióxido de carbono, se produce un proceso opuesto a la respiración:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Durante la reacción, se une dióxido de carbono y se libera oxígeno. Esta reacción ha encontrado aplicación en submarinos para la regeneración del aire.

Los científicos canadienses establecieron un hecho interesante. Descubrieron que en las personas irritables y de mal genio, el sodio se elimina rápidamente del cuerpo. Las personas tranquilas y amigables, así como aquellas que experimentan emociones positivas, como los amantes, absorben bien esta sustancia.

Con la ayuda del sodio, se creó un cometa artificial a una distancia de 113 mil km de la Tierra el 3 de enero de 1959 arrojando vapor de sodio al espacio exterior desde una nave espacial soviética que volaba hacia la Luna. El brillante resplandor del cometa de sodio permitió aclarar la trayectoria del primer avión que recorrió la ruta Tierra-Luna.

Las fuentes que contienen grandes cantidades de sodio son: sal marina refinada, salsas de soja de calidad, diversas salmueras, chucrut y caldos de carne. El undécimo elemento está presente en pequeñas cantidades en las algas, las ostras, los cangrejos, las zanahorias y remolachas frescas, la achicoria, el apio y el diente de león.

Historia

Los compuestos naturales de sodio (sal de mesa NaCl y refresco Na2CO3) son conocidos por el hombre desde la antigüedad. Los antiguos egipcios utilizaban la soda natural, extraída de las aguas de los lagos de soda, para embalsamar, blanquear lienzos, cocinar alimentos y elaborar pinturas y esmaltes. Los egipcios llamaron a este compuesto neter, sin embargo, este término se aplicaba no solo a los refrescos naturales, sino también a los álcalis en general, incluidos los obtenidos de cenizas vegetales. Fuentes posteriores griegas (Aristóteles, Dioscórides) y romanas (Plutarco) también mencionan esta sustancia, pero ya con el nombre de "nitrón". El antiguo historiador romano Plinio el Viejo escribió que en el delta del Nilo, la soda (él la llama "nitrum") se aislaba del agua del río y se vendía en forma de trozos grandes. Al tener una gran cantidad de impurezas, principalmente carbón, esta soda tenía un color gris y, a veces, incluso negro. El término “natrón” aparece en la literatura medieval árabe, a partir de la cual se fue utilizando paulatinamente en los siglos XVII-XVIII. Se forma el término “natra”, es decir, la base a partir de la cual se puede obtener la sal de mesa. De “natra” proviene el nombre moderno del elemento.

La abreviatura moderna "Na" y la palabra latina "natrium" fueron utilizadas por primera vez en 1811 por el académico y fundador de la Sociedad Sueca de Médicos Jens Jakob Berzelius para designar las sales minerales naturales, entre las que se encontraba la soda. Este nuevo término sustituyó al nombre original "sodio", que le dio al metal el químico inglés Humphry Davy, el primero en obtener sodio metálico. Se cree que Davy se guió por el nombre latino de la soda: "soda", aunque hay otra suposición: en árabe existe la palabra "suda", que significa dolor de cabeza; en la antigüedad esta dolencia se trataba con soda. Vale la pena señalar que en varios países de Europa occidental (Gran Bretaña, Francia, Italia), así como en los Estados Unidos de América, el sodio se llama sodio.

A pesar de que los compuestos de sodio se conocen desde hace mucho tiempo, el metal en su forma pura no fue posible obtenerlo hasta 1807, por el químico inglés Humphry Davy mediante electrólisis de hidróxido de sodio NaOH sólido ligeramente humedecido. El hecho es que el sodio no se pudo obtener mediante métodos químicos tradicionales, debido a la alta actividad del metal, pero el método de Davy estaba por delante del pensamiento científico y los desarrollos técnicos de esa época. A principios del siglo XIX, la única fuente de corriente realmente aplicable y adecuada era una columna voltaica. El que usó Davy tenía 250 pares de placas de cobre y zinc. El proceso descrito por D.I. Mendeleev, en una de sus obras, fue extremadamente complejo y consumió mucha energía: “Conectando un trozo de sosa cáustica húmeda (de cobre o carbón) al polo positivo (de cobre o carbón) y ahuecando en él un hueco, en el que Se vertió mercurio, conectado al polo negativo ( cátodo) de una fuerte columna voltaica, Davy notó que en el mercurio, cuando pasa una corriente, se disuelve un metal especial, menos volátil que el mercurio y capaz de descomponer el agua, formando nuevamente cáustico. soda. Debido a su alta intensidad energética, el método alcalino se industrializó sólo a finales del siglo XIX, con la aparición de fuentes de energía más avanzadas, y en 1924, el ingeniero estadounidense G. Downs cambió fundamentalmente el proceso de producción electrolítica de sodio. reemplazar el álcali con sal de mesa mucho más barata.

Un año después del descubrimiento de Davy, Joseph Gay-Lussac y Louis Thénard obtuvieron sodio no por electrólisis, sino haciendo reaccionar sosa cáustica con hierro calentado al rojo vivo. Aún más tarde, Sainte-Clair Deville desarrolló un método mediante el cual se obtenía sodio reduciendo la soda con carbón en presencia de piedra caliza.

Estar en la naturaleza

El sodio es uno de los elementos más comunes: el sexto en contenido cuantitativo en la naturaleza (de los no metales, solo el oxígeno es más común, 49,5% y el silicio, 25,3%) y el cuarto entre los metales (solo el hierro es más común, 5,08%). aluminio - 7,5% y calcio - 3,39%). Su clarke (contenido medio en la corteza terrestre), según diversas estimaciones, oscila entre el 2,27% en masa y el 2,64%. La mayor parte de este elemento se encuentra en varios aluminosilicatos. El sodio es un elemento típico de la parte superior de la corteza terrestre, esto se puede comprobar fácilmente por el grado de contenido de metal en varias rocas. Así, la concentración más alta de sodio (2,77% en peso) se encuentra en las rocas ígneas ácidas (granitos y otras), en las rocas básicas (basaltos y similares), el contenido medio del undécimo elemento ya es del 1,94% en peso. . Las rocas del manto ultramáfico tienen el contenido de sodio más bajo, sólo el 0,57%. Las rocas sedimentarias (arcillas y lutitas) también son pobres en el undécimo elemento (0,66% en peso); la mayoría de los suelos no son ricos en sodio (el contenido promedio es de aproximadamente 0,63%).

Debido a su alta actividad química, el sodio se encuentra en la naturaleza exclusivamente en forma de sales. El número total de minerales de sodio conocidos es más de doscientos. Sin embargo, no se consideran todos los más importantes, que son las principales fuentes para la producción de este metal alcalino y sus compuestos. Cabe mencionar la halita (sal gema) NaCl, mirabilita (sal de Glauber) Na2SO4 · 10H2O, salitre chileno NaNO3, criolita Na3, tincal (bórax) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3∙2H2O, tenardita Na2SO4, así como silicatos naturales, como albita Na, nefelina Na, que contienen otros elementos además del sodio. Como resultado del isomorfismo del Na+ y Ca2+, debido a la proximidad de sus radios iónicos, en las rocas ígneas se forman feldespatos de sodio y calcio (plagioclasas).

El sodio es el principal elemento metálico en el agua de mar; se estima que las aguas del Océano Mundial contienen 1,5 1016 toneladas de sales de sodio (la concentración promedio de sales solubles en las aguas del Océano Mundial es de aproximadamente 35 ppm, lo que es 3,5% En peso, la proporción de sodio que contienen representa el 1,07%). Una concentración tan alta se debe al llamado ciclo del sodio en la naturaleza. El hecho es que este metal alcalino se retiene bastante débilmente en los continentes y es transportado activamente por las aguas de los ríos a los mares y océanos. Durante la evaporación, las sales de sodio se depositan en las lagunas marinas costeras, así como en los lagos continentales de estepas y desiertos, formando estratos de rocas salinas. En todos los continentes existen depósitos similares de sales de sodio en forma relativamente pura, como resultado de la evaporación de los mares antiguos. Estos procesos continúan ocurriendo en nuestro tiempo; los ejemplos incluyen Salt Lake, ubicado en Utah (EE. UU.), Baskunchak (Rusia, distrito de Akhtubinsky), lagos salados del territorio de Altai (Rusia), así como el Mar Muerto y otros lugares similares.

La sal gema forma vastos depósitos subterráneos (a menudo de cientos de metros de espesor) que contienen más del 90% de NaCl. Un depósito de sal típico de Cheshire (la principal fuente de cloruro de sodio en Gran Bretaña) tiene una superficie de 60 por 24 km y un lecho de sal de unos 400 m de espesor. Se estima que solo este depósito vale más de 1011 toneladas.

Además, el sodio es un bioelemento importante; se encuentra en cantidades relativamente grandes en los organismos vivos (0,02% en promedio, principalmente en forma de NaCl), y hay más en los animales que en las plantas. Se ha establecido la presencia de sodio en la atmósfera solar y el espacio interestelar. En las capas superiores de la atmósfera (a una altitud de unos 80 kilómetros) se descubrió una capa de sodio atómico. El hecho es que a tal altura casi no hay oxígeno, vapor de agua y otras sustancias con las que el sodio pueda interactuar.

Solicitud

El sodio metálico y sus compuestos se utilizan ampliamente en diversas industrias. Debido a su alta reactividad, este metal alcalino se utiliza en metalurgia como agente reductor para la producción de metales como niobio, titanio, hafnio y circonio mediante metalotermia. En la primera mitad del siglo XIX, el sodio se utilizaba para aislar el aluminio (a partir del cloruro de aluminio); hoy en día, el undécimo elemento y sus sales todavía se utilizan como modificador en la producción de ciertos tipos de aleaciones de aluminio fundido. El sodio también se utiliza en una aleación a base de plomo (0,58% Na), que se utiliza en la fabricación de cojinetes de eje para vagones de ferrocarril; el metal alcalino de esta aleación es un elemento de refuerzo. El sodio y sus aleaciones con potasio son refrigerantes líquidos en los reactores nucleares; después de todo, ambos elementos tienen pequeñas secciones transversales de absorción de neutrones térmicos (para Na 0,49 barn). Además, estas aleaciones se caracterizan por altos puntos de ebullición y coeficientes de transferencia de calor y no interactúan con los materiales estructurales a altas temperaturas desarrollados en los reactores nucleares, por lo que no afectan el curso de la reacción en cadena.

Sin embargo, no sólo la energía nuclear utiliza el sodio como agente de transferencia de calor: el elemento nº 11 se utiliza ampliamente como refrigerante para procesos que requieren un calentamiento uniforme en el rango de temperatura de 450 a 650 °C, en válvulas de motores de aviones, en camiones válvulas de escape, en máquinas de moldeo por inyección. La aleación de sodio, potasio y cesio (Na 12%, K 47%, Cs 41%) tiene un punto de fusión récord bajo (sólo 78 °C), por lo que fue propuesta como fluido de trabajo para motores de cohetes iónicos. En la industria química, el sodio se utiliza en la producción de sales de cianuro, detergentes sintéticos (detergenuros) y productos farmacéuticos. En la producción de caucho artificial, el sodio desempeña el papel de catalizador, combinando moléculas de butadieno en un producto que no es inferior en propiedades a las mejores variedades de caucho natural. El compuesto NaPb (10% Na en peso) se utiliza en la producción de tetraetilo de plomo, el agente antidetonante más eficaz. El vapor de sodio se utiliza para llenar lámparas de descarga de gas de alta y baja presión (NLLD y NLND). Una lámpara de sodio está llena de neón y contiene una pequeña cantidad de sodio metálico; cuando se enciende dicha lámpara, la descarga comienza en neón. El calor liberado durante la descarga evapora el sodio y, después de un tiempo, el brillo rojo del neón es reemplazado por el brillo amarillo del sodio. Las lámparas de sodio son fuentes de luz potentes y con una alta eficiencia (en condiciones de laboratorio, hasta el 70%). La alta eficiencia de las lámparas de sodio ha hecho posible utilizarlas para iluminar carreteras, estaciones de tren, puertos deportivos y otros objetos de gran tamaño. Así, las lámparas NLVD del tipo DNaT (Arc Sodium Tubular), que producen una luz amarilla brillante, se utilizan muy ampliamente en el alumbrado público; la vida útil de dichas lámparas es de 12 a 24 mil horas. Además, existen lámparas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) y DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury). El sodio se utiliza en la producción de baterías de sodio y azufre que consumen mucha energía. En síntesis orgánica, el sodio se utiliza en reducción, condensación, polimerización y otras reacciones. Ocasionalmente, el sodio metálico se utiliza como material para cables eléctricos destinados a transportar corrientes muy altas.

Numerosos compuestos de sodio se utilizan no menos ampliamente: la sal de mesa NaCl se utiliza en la industria alimentaria; El hidróxido de sodio NaOH (sosa cáustica) se utiliza en la industria del jabón, en la producción de pinturas, en las industrias de pulpa y papel y del petróleo, en la producción de fibras artificiales y también como electrolito. Soda: carbonato de sodio Na2CO3 se utiliza en las industrias del vidrio, pulpa y papel, alimentos, textiles, petróleo y otras. En agricultura, la sal sódica del ácido nítrico NaNO3, conocida como nitrato chileno, es muy utilizada como fertilizante. El clorato de sodio NaClO3 se utiliza para destruir la vegetación no deseada en las vías del tren. El fosfato de sodio Na3PO4 es un componente de los detergentes que se utilizan en la producción de vidrio y pinturas, en la industria alimentaria y en la fotografía. La azida de sodio NaN3 se utiliza como agente nitrurante en metalurgia y en la producción de azida de plomo. El cianuro de sodio NaCN se utiliza en el método hidrometalúrgico de lixiviación de oro de las rocas, así como en la nitrocarburación del acero y en la galvanoplastia (plateado, dorado). Los silicatos mNa2O nSiO2 son componentes de la carga en la producción de vidrio, para la producción de catalizadores de aluminosilicato y hormigón resistente al calor y a los ácidos.

Producción

Como se sabe, el sodio metálico fue obtenido por primera vez en 1807 por el químico inglés Davy mediante electrólisis de hidróxido de sodio NaOH. Desde un punto de vista científico, el aislamiento de metales alcalinos es un gran descubrimiento en el campo de la química. Sin embargo, la industria de esos años no pudo apreciar la importancia de este evento: en primer lugar, a principios del siglo XIX simplemente no existían las capacidades necesarias para la producción de sodio a escala industrial y, en segundo lugar, nadie sabía dónde un metal blando que se enciende al interactuar podría ser útil con el agua. Y si la primera dificultad fue resuelta en 1808 por Joseph Gay-Lussac y Louis Thénard, obteniendo sodio sin recurrir a la electrólisis que consume mucha energía, utilizando la reacción de la soda cáustica con hierro calentado al rojo vivo, entonces el segundo problema: el área de ​​La aplicación se resolvió recién en 1824, año en que se aisló el aluminio con la ayuda del sodio. En la segunda mitad del siglo XIX, Sainte-Clair Deville desarrolló un nuevo método para obtener sodio metálico: reduciendo la sosa con carbón en presencia de piedra caliza:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

Este método fue mejorado en 1886. Sin embargo, ya en 1890 se introdujo en la industria el método electrolítico para producir sodio. ¡Así, la idea de Humphry Davy se hizo realidad a escala industrial sólo 80 años después! Todas las búsquedas e investigaciones terminaron con un regreso al método original. En 1924, el ingeniero estadounidense Downs abarató el proceso de producción electrolítica de sodio reemplazando el álcali por sal de mesa mucho más barata. Esta modernización influyó en la producción de sodio metálico, que aumentó de 6 mil toneladas (1913) a 180 mil toneladas (1966). El método de Downes formó la base del método moderno para obtener sodio metálico.

Actualmente, el principal método industrial para producir sodio metálico es la electrólisis del cloruro de sodio fundido (un subproducto del proceso es el cloro) con la adición de KCl, NaF o CaCl2, que reduce el punto de fusión de la sal a 575-585 °. C. De lo contrario, la electrólisis del cloruro de sodio puro provocaría grandes pérdidas de metal por evaporación, ya que los puntos de fusión del NaCl (801 °C) y los puntos de ebullición del sodio metálico (882,9 °C) están muy próximos. El proceso se lleva a cabo en un electrolizador de acero con diafragma. Un electrolizador moderno para producir sodio tiene una estructura impresionante que recuerda a un horno. La unidad está hecha de ladrillo refractario, que está rodeado por fuera por una carcasa de acero. Se inserta un ánodo de grafito a través de la parte inferior del electrolizador, rodeado por una malla en forma de anillo, un diafragma, que evita que el sodio penetre en el espacio del ánodo, donde se deposita el cloro. De lo contrario, el sodio simplemente se quemaría en el cloro.

El cátodo en forma de anillo está hecho de hierro o cobre. Se instalan tapas encima del cátodo y el ánodo para eliminar el sodio y el cloro. Se carga en el electrolizador una mezcla de cloruro de sodio y cloruro de calcio completamente secos; ya sabemos que dicha mezcla se funde a una temperatura más baja que el cloruro de sodio puro. Normalmente el proceso se produce a una temperatura de unos 600 °C. Se suministra una corriente continua de aproximadamente 6 V a los electrodos, mientras que en el cátodo se descargan iones Na+ y se libera sodio metálico, que flota y se lleva a una colección especial. Naturalmente, el proceso se realiza sin acceso aéreo. En el ánodo se descargan iones de cloro Cl– y se libera cloro gaseoso, un valioso subproducto de la producción de sodio. Durante el día de funcionamiento del electrolizador se producen entre 400 y 500 kg de sodio y entre 600 y 700 kg de cloro. El metal así obtenido se purifica de impurezas (cloruros, óxidos y otros) añadiendo una mezcla de NaOH + Na2CO3 + NaCl o Na2O2 al sodio fundido; procesar la masa fundida con litio metálico, titanio o aleación de titanio-circonio, cloruros inferiores TiCl3, TiCl2; destilación al vacío.

Propiedades físicas

Humphry Davy no sólo fue el primero en obtener sodio metálico, sino también el primero en estudiar sus propiedades. Al informar en Londres sobre el descubrimiento de nuevos elementos (potasio y sodio), el químico mostró por primera vez muestras de nuevos metales a un público científico. El químico inglés almacenó un trozo de sodio metálico bajo una capa de queroseno, con el que el sodio no interactuaba ni se oxidaba en su entorno, manteniendo su brillante color plateado. Además, el sodio (la densidad a 20 °C es 0,968 g/cm3) es más pesado que el queroseno (la densidad a 20 °C con distintos grados de purificación es 0,78-0,85 g/cm3) y no flota en su superficie, por lo que no sufre oxidación por oxígeno y dióxido de carbono. Davy no se limitó a la habitual demostración de un recipiente con una muestra de un metal nuevo: tomó el sodio del queroseno y arrojó la muestra en un cubo de agua. Para sorpresa de todos, el metal no se hundió, sino que comenzó a moverse activamente a lo largo de la superficie del agua, fundiéndose en pequeñas gotas brillantes, algunas de las cuales se encendieron. El hecho es que la densidad del agua (a 20 °C es 0,998 g/cm3) es mayor que la densidad de este metal alcalino, por esta razón el sodio no se hunde en el agua, sino que flota en ella, interactuando activamente con ella. El público quedó asombrado por tal “presentación” de un nuevo elemento.

¿Qué podemos decir ahora sobre las propiedades físicas del sodio? El undécimo elemento de la tabla periódica es un metal blando (fácil de cortar con un cuchillo, que se puede presionar y enrollar), ligero y brillante, de color blanco plateado, que se empaña rápidamente con el aire. Las finas capas de sodio tienen un tinte violeta y, bajo presión, el metal se vuelve transparente y rojo, como un rubí. A temperaturas ordinarias, el sodio cristaliza en una red cúbica con los siguientes parámetros: a = 4,28 A, radio atómico 1,86 A, radio iónico Na+ 0,92 A. Potenciales de ionización del átomo de sodio (eV) 5,138; 47,20; 71,8; la electronegatividad del metal es 0,9. Función de trabajo electrónico 2,35 eV. Esta modificación es estable a temperaturas superiores a -222 °C. Por debajo de esta temperatura, la modificación hexagonal es estable con los siguientes parámetros: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.

El sodio es un metal fusible, su punto de fusión es de sólo 97,86 °C. Resulta que este metal podría derretirse en agua hirviendo si no interactuara activamente con él. Además, durante la fusión, la densidad del sodio disminuye un 2,5%, pero el volumen aumenta ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg. A medida que aumenta la presión, el punto de fusión del metal aumenta, llegando a 242°C a 3 GPa y 335°C a 8 GPa. El punto de ebullición del sodio fundido es 883,15° C. El calor de vaporización del sodio a presión normal = 3869 kJ/kg. La capacidad calorífica específica del undécimo elemento (a temperatura ambiente) es 1,23 103 J/(kg K) o 0,295 cal/(g grados); el coeficiente de conductividad térmica del sodio es 1,32·102 W/(m·K) o 0,317 cal/(cm·s·grado). El coeficiente térmico de expansión lineal de este metal alcalino (a una temperatura de 20 °C) es 7,1 · 10-5. La resistividad eléctrica del sodio (a 0 °C) es 4,3 · 10-8 ohm · m (4,3 · 10-6 ohm · cm). Al fundirse, la resistividad eléctrica del sodio aumenta 1,451 veces. El sodio es paramagnético, su susceptibilidad magnética específica es +9,2 10-6. Dureza Brinell del sodio HB = 0,7 MPa. Módulo de tracción normal a temperatura ambiente E = 5,3 GPa. Compresibilidad del sodio x = 15,99∙10-11 Pa-1. El sodio es un metal muy dúctil y se deforma fácilmente con el frío. La presión de salida de sodio, según N. S. Kurnakov y S. F. Zhemchuzhny, está en el rango de 2,74 a 3,72 MPa, dependiendo del diámetro de la salida.

Propiedades químicas

En los compuestos químicos, incluidos los hidruros, el sodio presenta un estado de oxidación de + 1. El undécimo elemento es uno de los metales más reactivos, por lo que no se encuentra en la naturaleza en su forma pura. Incluso a temperatura ambiente, reacciona activamente con el oxígeno atmosférico, el vapor de agua y el dióxido de carbono, formando en la superficie una costra suelta de una mezcla de peróxido, hidróxido y carbonato. Por este motivo, el sodio metálico se almacena bajo una capa de líquido deshidratado (queroseno, aceite mineral). Los gases nobles se disuelven ligeramente en sodio sólido y líquido; a 200 °C, el sodio comienza a absorber hidrógeno, formando un hidruro NaH muy higroscópico. Este metal alcalino reacciona extremadamente débilmente con el nitrógeno en una descarga luminosa, formando una sustancia muy inestable: el nitruro de sodio:

6Na + N2 → 2Na3N

El nitruro de sodio es estable en el aire seco, pero el agua o el alcohol lo descompone instantáneamente para formar amoníaco.

Cuando el sodio interactúa directamente con el oxígeno, según las condiciones, se forma óxido de Na2O (cuando el sodio se quema en una cantidad insuficiente de oxígeno) o peróxido de Na2O2 (cuando el sodio se quema en el aire o en exceso de oxígeno). El óxido de sodio presenta propiedades básicas pronunciadas; reacciona violentamente con el agua para formar hidróxido de NaOH, una base fuerte:

Na2O + H2O → 2NaOH

El hidróxido de sodio es un álcali muy soluble en agua (108 g de NaOH se disuelven en 100 g de agua a 20 °C) en forma de cristales higroscópicos blancos sólidos, corroe la piel, los tejidos, el papel y otras sustancias orgánicas. Cuando se disuelve en agua, libera una gran cantidad de calor. En el aire, el hidróxido de sodio absorbe activamente dióxido de carbono y se convierte en carbonato de sodio:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Por este motivo, el hidróxido de sodio debe almacenarse en recipientes herméticos. En la industria, el NaOH se obtiene por electrólisis de soluciones acuosas de NaCl o Na2CO3 utilizando membranas y diafragmas de intercambio iónico:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

El peróxido de sodio es un polvo de color amarillo pálido que se funde sin descomponerse, el Na2O2 es un agente oxidante muy fuerte. La mayoría de las sustancias orgánicas se encienden al entrar en contacto con él. Cuando el Na2O2 reacciona con el dióxido de carbono, se libera oxígeno:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

El sodio metálico, al igual que sus óxidos, interactúa activamente con el agua para formar hidróxido NaOH y liberar hidrógeno; con una gran superficie de contacto, la reacción procede de manera explosiva. El sodio reacciona con los alcoholes mucho más tranquilamente que con el agua, lo que da como resultado alcóxido de sodio. Así, al reaccionar con etanol, el sodio da etanolato de sodio C2H5ONa:

2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2

El sodio se disuelve en casi todos los ácidos para formar una gran cantidad de sales:

2Nа + 2НCl → 2NаСl + Н2

2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O

En una atmósfera de flúor y cloro, el sodio se enciende espontáneamente, reacciona con el bromo cuando se calienta y no interactúa directamente con el yodo. Reacciona violentamente con el azufre cuando se muele en un mortero, formando sulfuros de composición variable. El sulfuro de sodio Na2S se obtiene reduciendo el sulfato de sodio con carbono. Un compuesto muy común de sodio con azufre y oxígeno es la llamada sal de Glauber Na2SO4∙10H2O. Además del azufre, reacciona activamente con selenio y telurio para formar calcogenuros de las composiciones Na2X, NaX, NaX2, Na2X5.

El sodio se disuelve en amoníaco líquido (34,6 g por 100 g de NH3 a 0 °C) para formar complejos de amoníaco (una solución azul con conductividad metálica). Cuando el amoníaco se evapora, el metal original permanece; durante el almacenamiento prolongado de la solución, se decolora gradualmente debido a la reacción del metal con el amoníaco para formar la amida NaNH2 o la imida Na2NH y la liberación de hidrógeno. Cuando el amoníaco gaseoso pasa a través de sodio fundido a 300-350 °C, se forma la amina sódica NaNH2, una sustancia cristalina incolora que se descompone fácilmente con el agua.

A 800-900 °C, el gas sodio con carbono forma carburo (acetilenuro) Na2C2. El sodio forma compuestos de inclusión con el grafito.

El sodio forma numerosos compuestos intermetálicos con plata, oro, estaño, plomo, bismuto, cesio, potasio y otros metales. No forma compuestos con bario, estroncio, magnesio, litio, zinc y aluminio. Con mercurio, el sodio forma amalgamas: compuestos intermetálicos de la composición NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg. Son importantes las amalgamas líquidas (que contienen menos del 2,5% de sodio en peso), que se obtienen introduciendo gradualmente sodio en mercurio ubicado debajo de una capa de queroseno o aceite mineral.

Se conoce una gran cantidad de compuestos organosódicos, similares en propiedades químicas a los compuestos de organolitio, pero superiores a ellos en reactividad.