Natrium dioksidasi oleh oksigen. Natrium di alam (2,6% di kerak bumi)

Garis besar perkuliahan:

1. Distribusi natrium di alam.

2. Latar belakang sejarah.

3. Sifat fisik natrium

4. 4.Sifat kimia natrium

5. Memperoleh natrium.

6. 6.Memperoleh natrium.

Sodium(Natrium), Na, unsur kimia golongan I sistem periodik Mendeleev: nomor atom 11, massa atom 22,9898; logam lunak berwarna putih keperakan yang dengan cepat teroksidasi dari permukaan di udara. Unsur alam terdiri dari satu isotop stabil, 23 Na.

Referensi sejarah. Senyawa alami Natrium - garam meja NaCl, soda Na 2 CO 3 - telah dikenal sejak zaman dahulu. Nama "Natrium" berasal dari bahasa Arab natrun, bahasa Yunani. nitron, awalnya disebut soda alami. Sudah di abad ke-18, ahli kimia mengetahui banyak senyawa natrium lainnya. Namun logam itu sendiri baru diperoleh pada tahun 1807 oleh G. Davy dengan cara elektrolisis soda kaustik NaOH. Di Inggris, AS, Prancis, unsur tersebut disebut Natrium (dari kata Spanyol soda - soda), di Italia - sodio.

MenyebarNatrium di alam.

Natrium merupakan unsur khas yang terdapat di bagian atas kerak bumi. Kandungan rata-ratanya di litosfer adalah 2,5% massa, pada batuan beku asam (granit dan lain-lain) 2,77, pada batuan basa (basal dan lain-lain) 1,94, pada batuan ultrabasa (batuan mantel) 0,57. Karena isomorfisme Na + dan Ca 2+, karena kedekatan jari-jari ioniknya, feldspar natrium-kalsium (plagioklas) terbentuk di batuan beku. Di biosfer terdapat diferensiasi Natrium yang tajam: batuan sedimen, rata-rata, kekurangan Natrium (0,66% pada lempung dan serpih); hanya terdapat sedikit Natrium di sebagian besar tanah (rata-rata 0,63%). Jumlah total mineral Natrium adalah 222. Na tertahan lemah di benua dan dibawa oleh sungai ke laut dan samudera, dengan kandungan rata-rata 1,035% (Na adalah unsur logam utama air laut). Selama penguapan, garam natrium diendapkan di laguna laut pesisir, serta di danau kontinental di stepa dan gurun, membentuk lapisan batuan yang mengandung garam. Mineral utama sumber Natrium dan senyawanya adalah halit (garam batu) NaCl, sendawa Chile NaNO 3, tenardit Na 2 SO 4, mirabilit Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O Na merupakan bioelemen penting, makhluk hidup rata-rata mengandung 0,02% Na; Jumlahnya lebih banyak pada hewan daripada tumbuhan.

Properti fisikNatrium

Pada suhu biasa, Natrium mengkristal dalam kisi kubik, a = 4,28 Å. Jari-jari atom 1,86Å, jari-jari ionik Na+ 0,92Å. Massa jenis 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), titik leleh 97,83 °C, titik didih 882,9 °C; kapasitas panas spesifik (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) atau 0,295 kal/(g derajat); koefisien konduktivitas termal 1,32·10 2 W/(m·K) atau 0,317 kal/(cm·detik·deg); koefisien suhu ekspansi linier (20 °C) 7.1·10 -5; resistivitas listrik (0 °C) 4,3·10 -8 ohm·m (4,3·10 -6 ohm·cm). Natrium bersifat paramagnetik, kerentanan magnetik spesifik +9,2·10 -6; sangat plastik dan lembut (mudah dipotong dengan pisau).

Sifat kimiaNatrium

Potensi elektroda normal Natrium adalah -2,74 V; potensial elektroda dalam lelehan -2,4 V. Uap natrium mewarnai nyala api dengan warna kuning cerah yang khas. Konfigurasi elektron terluar atom adalah 3s 1; Dalam semua senyawa yang diketahui, Natrium bersifat monovalen. Aktivitas kimianya sangat tinggi. Ketika berinteraksi langsung dengan oksigen, tergantung pada kondisinya, Na 2 O oksida atau Na 2 O 2 peroksida terbentuk - zat kristal tidak berwarna. Dengan air, Natrium membentuk NaOH hidroksida dan H2; reaksinya mungkin disertai dengan ledakan. Asam mineral membentuk garam yang larut dalam air dengan Natrium, namun Natrium relatif inert terhadap asam sulfat 98-100%.

Reaksi Natrium dengan hidrogen dimulai pada 200 °C dan menghasilkan produksi NaH hidrida, zat kristal higroskopis yang tidak berwarna. Natrium bereaksi langsung dengan fluor dan klor bahkan pada suhu biasa, dengan brom - hanya jika dipanaskan; tidak ada interaksi langsung yang diamati dengan yodium. Bereaksi hebat dengan belerang, membentuk natrium sulfida; interaksi uap natrium dengan nitrogen di medan pelepasan listrik yang tenang mengarah pada pembentukan Na 3 N nitrida, dan dengan karbon pada 800-900 ° C - hingga produksi Na 2 C 2 karbida.

Natrium larut dalam amonia cair (34,6 g per 100 g NH 3 pada 0°C) untuk membentuk kompleks amonia. Ketika gas amonia dilewatkan melalui Natrium cair pada suhu 300-350 °C, natrium amina NaNH 2 terbentuk - zat kristal tidak berwarna yang mudah terurai oleh air. Senyawa organosodium telah diketahui sejumlah besar, yang sifat kimianya sangat mirip dengan senyawa organolitium, tetapi lebih unggul dalam reaktivitasnya. Senyawa organosodium digunakan dalam sintesis organik sebagai zat alkilasi.

Natrium merupakan komponen dari banyak paduan yang penting secara praktis. Paduan Na–K, mengandung 40-90% K (berdasarkan massa) pada suhu sekitar 25°C, merupakan cairan berwarna putih keperakan yang sangat reaktif secara kimia dan mudah terbakar di udara. Konduktivitas listrik dan konduktivitas termal paduan Na–K cair lebih rendah dari nilai yang sesuai untuk Na dan K. Amalgam natrium mudah diperoleh dengan memasukkan Natrium logam ke dalam merkuri; dengan kandungan Na lebih dari 2,5% (berat) pada suhu biasa sudah berbentuk padat.

KuitansiNatrium.

Metode industri utama untuk memproduksi Natrium adalah elektrolisis garam NaCl cair yang mengandung aditif KCl, NaF, CaCl 2 dan lain-lain, yang menurunkan titik leleh garam menjadi 575-585 °C. Elektrolisis NaCl murni akan menyebabkan hilangnya Natrium dalam jumlah besar melalui penguapan, karena titik leleh NaCl (801 °C) dan titik didih Na (882,9 °C) sangat dekat. Elektrolisis dilakukan dalam elektroliser dengan diafragma, katoda terbuat dari besi atau tembaga, anoda terbuat dari grafit. Klorin diproduksi bersamaan dengan Natrium. Metode lama untuk memperoleh Natrium adalah elektrolisis lelehan natrium hidroksida NaOH, yang jauh lebih mahal daripada NaCl, tetapi terurai secara elektrolitik pada suhu yang lebih rendah (320-330 °C).

AplikasiNatrium.

Natrium dan paduannya banyak digunakan sebagai pendingin untuk proses yang memerlukan pemanasan seragam pada kisaran 450-650 °C - pada katup mesin pesawat terbang dan khususnya pada pembangkit listrik tenaga nuklir. Dalam kasus terakhir, paduan Na–K berfungsi sebagai pendingin logam cair (kedua elemen memiliki penampang penyerapan neutron termal yang kecil, untuk gudang Na 0,49); paduan ini dicirikan oleh titik didih tinggi dan koefisien perpindahan panas dan tidak berinteraksi dengan bahan struktural pada suhu tinggi yang dikembangkan di pembangkit listrik, reaktor nuklir. Senyawa NaPb (10% Na menurut beratnya) digunakan dalam produksi timbal tetraetil, bahan anti ketukan yang paling efektif. Pada paduan berbahan dasar timbal (0,73% Ca, 0,58% Na, dan 0,04% Li) yang digunakan untuk pembuatan bantalan gandar gerbong kereta api, Natrium merupakan bahan tambahan penguat. Dalam metalurgi, Natrium berfungsi sebagai zat pereduksi aktif dalam produksi beberapa logam langka (Ti, Zr, Ta) dengan metode metalotermik; dalam sintesis organik - dalam reaksi reduksi, kondensasi, polimerisasi dan lain-lain.

Karena aktivitas kimia Natrium yang tinggi, penanganannya memerlukan kehati-hatian. Hal ini sangat berbahaya jika air bersentuhan dengan Sodium, yang dapat menyebabkan kebakaran dan ledakan. Mata harus dilindungi dengan kacamata, tangan dengan sarung tangan karet tebal; Kontak Natrium dengan kulit atau pakaian basah dapat menyebabkan luka bakar parah.

Natrium dalam bentuk murni diperoleh pada tahun 1807 oleh Humphry Davy, seorang ahli kimia Inggris yang menemukan natrium tidak lama sebelumnya. Davy melakukan proses elektrolisis salah satu senyawa natrium - hidroksida, dengan melelehkannya ia memperoleh natrium. Umat ​​​​manusia telah menggunakan senyawa natrium sejak zaman kuno, soda yang berasal dari alam digunakan di Mesir Kuno (kalorizator). Dinamakan elemen tersebut natrium (sodium) , terkadang nama ini dapat ditemukan bahkan sampai sekarang. Nama umumnya adalah natrium (dari bahasa Latin sodium- soda) diusulkan oleh orang Swedia Jens Berzelius.

Natrium adalah unsur golongan I III periode ketiga tabel periodik unsur kimia D.I. Mendeleev, memiliki nomor atom 11 dan massa atom 22,99. Sebutan yang diterima adalah Tidak(dari bahasa Latin sodium).

Berada di alam

Senyawa natrium terdapat di kerak bumi dan air laut sebagai pengotor yang cenderung mewarnai garam batu menjadi biru akibat aksi radiasi.

Natrium adalah logam alkali lunak dan mudah dibentuk, berwarna putih keperakan dan mengkilat bila dipotong segar (natrium sangat mungkin dipotong dengan pisau). Ketika tekanan diterapkan, ia berubah menjadi zat merah transparan, pada suhu normal ia mengkristal. Saat berinteraksi dengan udara, ia cepat teroksidasi, sehingga natrium harus disimpan di bawah lapisan minyak tanah.

Kebutuhan natrium harian

Natrium merupakan unsur mikro yang penting bagi tubuh manusia, kebutuhan harian untuk orang dewasa adalah 550 mg, untuk anak-anak dan remaja - 500-1300 mg. Selama kehamilan, norma natrium per hari adalah 500 mg, dan dalam beberapa kasus (keringat berlebihan, dehidrasi, penggunaan diuretik) harus ditingkatkan.

Natrium ditemukan di hampir semua makanan laut (udang karang, kepiting, gurita, cumi-cumi, kerang, rumput laut), ikan (teri, sarden, flounder, smelt, dll), telur ayam, sereal (gandum, nasi, jelai mutiara, oatmeal, millet ), kacang-kacangan (kacang polong, buncis), sayuran (tomat, seledri, wortel, kubis, bit), produk susu dan produk sampingan daging.

Khasiat natrium yang bermanfaat dan pengaruhnya terhadap tubuh

Khasiat natrium yang bermanfaat bagi tubuh adalah:

• Normalisasi metabolisme air-garam;
• Aktivasi enzim kelenjar ludah dan pankreas;
• Partisipasi dalam produksi jus lambung;
• Menjaga keseimbangan asam-basa normal;
• Menghasilkan fungsi sistem saraf dan otot;
• Efek vasodilator;
• Mempertahankan konsentrasi osmotik darah.

Kecernaan natrium

Natrium ditemukan di hampir semua makanan, meskipun tubuh menerima sebagian besarnya (sekitar 80%) darinya. Penyerapan terutama terjadi di lambung dan usus halus. meningkatkan penyerapan natrium, namun makanan yang terlalu asin dan makanan kaya protein mengganggu penyerapan normal.

Interaksi dengan orang lain

Logam natrium digunakan dalam industri kimia dan metalurgi, di mana ia bertindak sebagai zat pereduksi yang kuat. Natrium klorida (garam meja) digunakan oleh semua penghuni planet kita tanpa kecuali; ini adalah zat penyedap paling terkenal dan pengawet tertua.

Tanda-tanda kekurangan natrium

Kekurangan natrium biasanya terjadi karena keringat berlebih - di iklim panas atau saat melakukan aktivitas fisik. Kekurangan natrium dalam tubuh ditandai dengan gangguan daya ingat dan kehilangan nafsu makan, pusing, kelelahan, dehidrasi, kelemahan otot, dan terkadang kram, ruam kulit, kram perut, mual, dan muntah.

Tanda-tanda kelebihan natrium

Jumlah natrium yang berlebihan dalam tubuh membuat dirinya terasa haus terus-menerus, bengkak, dan reaksi alergi.

Natrium adalah logam alkali. Aktivitas kimianya adalah yang tertinggi di antara semua logam lain pada tabel periodik. Itulah sebabnya banyak masalah kimia didasarkan pada sifat-sifat unsur ini, serta produksinya.

Cara mendapatkan natrium: rumus

Sebelumnya, natrium diperoleh dengan mereduksi natrium karbonat. Untuk melakukan ini, batu bara dan natrium karbonat ditempatkan rapat dalam wadah besi. Setelah itu, campuran dipanaskan hingga 1000 derajat:

Na 2 CO 3 + 2C -> 2Na + 3 CO

Saat ini, industri menggunakan metode lain untuk memproduksi logam natrium. Untuk tujuan ini, elektrolisis lelehan natrium klorida dilakukan.

2NaCl -> 2Na + Cl2

Untuk mendapatkan lelehan, kristal natrium klorida harus dipanaskan hingga 500 - 600 derajat.

Banyak orang yang tertarik dengan cara mendapatkan natrium di rumah. Seperti yang Anda lihat, hal ini mungkin terjadi jika Anda dapat mencapai titik leleh garam meja (natrium klorida). Setelah itu, celupkan dua elektroda grafit ke dalam lelehan dan sambungkan ke sumber arus listrik searah.

Cara membuat natrium hidroksida

Natrium bereaksi sangat keras dengan air membentuk natrium hidroksida, melepaskan hidrogen dan menghasilkan banyak panas. Natrium bahkan bereaksi dengan uap air di udara, sehingga logam natrium tersimpan di bawah lapisan parafin cair atau minyak tanah.

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

Natrium hidroksida banyak digunakan dalam industri dan kehidupan sehari-hari. Senyawa ini memiliki nama lain: soda kaustik, alkali kaustik, soda kaustik, teknis atau soda kaustik.

Cara membuat natrium oksida

Natrium mudah teroksidasi oleh oksigen atmosfer (oleh karena itu logam natrium disimpan di bawah lapisan minyak tanah) untuk membentuk natrium oksida:

4Na + O 2 = 2Na 2 O

Banyak siswa percaya bahwa natrium oksida dapat diperoleh dengan membakar natrium dalam oksigen. Tapi ini tidak benar. Selama pembakaran, natrium bereaksi sangat aktif dengan oksigen sehingga natrium peroksida terbentuk sebagai pengganti oksida:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Cara membuat natrium asetat

Natrium asetat dapat diperoleh dengan menetralkan natrium bikarbonat dengan asam asetat:

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

Reaksi kimia ini sudah diketahui oleh para ibu rumah tangga, ketika memanggang berbagai produk adonan, mereka sering menggunakannya.

Jika perlu untuk memperoleh natrium asetat dalam bentuk kristal, larutan yang diperoleh selama reaksi diuapkan.

Oleh karena itu, sangat mudah untuk mendapatkan natrium asetat di rumah. Namun lebih mudah lagi untuk pergi dan membelinya di toko yang menjual bahan kimia, karena... Bahan ini sangat murah, dan hampir tidak ada gunanya membuatnya sendiri.

Natrium klorida: cara mendapatkannya

Natrium klorida dapat diperoleh dengan menetralkan asam klorida dengan natrium karbonat. Selama reaksi, larutan natrium klorida dalam air terbentuk dan karbon dioksida dilepaskan. Jika perlu untuk mendapatkan kristal natrium klorida, larutan yang diperoleh selama reaksi harus diuapkan.

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

Di bawah nama natrium klorida terdapat garam meja yang terkenal.

Sodium —elemen subgrup utama golongan pertama, periode ketiga sistem periodik unsur kimia DI Mendeleev, dengan nomor atom 11. Dilambangkan dengan simbol Na (lat. Natrium). Zat sederhana natrium (nomor CAS: 7440-23-5) merupakan logam alkali lunak dengan warna putih keperakan.

Dalam air, natrium berperilaku hampir sama dengan litium: reaksi berlangsung dengan pelepasan hidrogen yang cepat, dan natrium hidroksida terbentuk dalam larutan.

Sejarah dan asal usul nama tersebut

Natrium (atau lebih tepatnya, senyawanya) telah digunakan sejak zaman kuno. Misalnya soda (natron), yang ditemukan secara alami di perairan danau soda di Mesir. Orang Mesir kuno menggunakan soda alami untuk pembalseman, memutihkan kanvas, memasak makanan, dan membuat cat dan glasir. Pliny the Elder menulis bahwa di Delta Nil, soda (mengandung cukup banyak kotoran) diisolasi dari air sungai. Dijual dalam bentuk potongan besar, berwarna abu-abu atau bahkan hitam karena adanya campuran batu bara.

Natrium pertama kali diperoleh oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy pada tahun 1807 dengan elektrolisis NaOH padat.

Nama "natrium" berasal dari bahasa Arab natrun dalam bahasa Yunani - nitron dan aslinya mengacu pada soda alami. Unsur itu sendiri sebelumnya disebut Natrium.

Kuitansi

Cara pertama untuk menghasilkan natrium adalah reaksi reduksi sodium karbonat batubara ketika memanaskan campuran zat-zat berikut dalam wadah besi hingga suhu 1000°C:

Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO

Kemudian metode lain untuk memperoleh natrium muncul - elektrolisis lelehan natrium hidroksida atau natrium klorida.

Properti fisik

Natrium logam disimpan dalam minyak tanah

Penentuan kualitatif natrium menggunakan nyala api - warna kuning cerah dari spektrum emisi “garis natrium D”, doublet 588.9950 dan 589.5924 nm.

Natrium adalah logam berwarna putih keperakan, berlapis tipis dengan warna ungu, plastik, bahkan lunak (mudah dipotong dengan pisau), potongan natrium segar mengkilat. Nilai hantaran listrik dan panas natrium cukup tinggi, massa jenisnya 0,96842 g/cm³ (pada suhu 19,7°C), titik lelehnya 97,86°C, dan titik didihnya 883,15°C.

Sifat kimia

Logam alkali yang mudah teroksidasi di udara. Untuk melindungi dari oksigen atmosfer, natrium logam disimpan di bawah lapisan minyak tanah. Natrium kurang aktif dibandingkan litium, oleh karena itu dengan nitrogen hanya bereaksi jika dipanaskan:

2Na + 3N 2 = 2NaN 3

Ketika ada kelebihan oksigen dalam jumlah besar, natrium peroksida akan terbentuk

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Aplikasi

Logam natrium banyak digunakan dalam kimia preparatif dan industri sebagai zat pereduksi kuat, termasuk dalam metalurgi. Natrium digunakan dalam produksi baterai natrium-sulfur yang sangat boros energi. Ini juga digunakan pada katup buang truk sebagai heat sink. Kadang-kadang, logam natrium digunakan sebagai bahan kabel listrik yang dimaksudkan untuk mengalirkan arus yang sangat tinggi.

Dalam paduan dengan kalium, serta dengan rubidium dan sesium digunakan sebagai pendingin yang sangat efisien. Khususnya, komposisi paduannya adalah natrium 12%, kalium 47 %, sesium 41% memiliki rekor titik leleh rendah yaitu −78 °C dan telah diusulkan sebagai fluida kerja untuk mesin roket ion dan pendingin untuk pembangkit listrik tenaga nuklir.

Natrium juga digunakan pada lampu pelepasan tekanan tinggi dan rendah (HPLD dan LPLD). Lampu NLVD jenis DNaT (Arc Sodium Tubular) sangat banyak digunakan pada penerangan jalan raya. Mereka mengeluarkan cahaya kuning terang. Masa pakai lampu HPS 12-24 ribu jam. Oleh karena itu, lampu pelepasan gas tipe HPS sangat diperlukan untuk penerangan perkotaan, arsitektur, dan industri. Ada juga lampu DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) dan DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

Logam natrium digunakan dalam analisis kualitatif bahan organik. Paduan natrium dan zat uji dinetralkan etanol, tambahkan beberapa mililiter air suling dan bagi menjadi 3 bagian, uji J. Lassaigne (1843), bertujuan untuk menentukan nitrogen, sulfur dan halogen (uji Beilstein)

— Natrium klorida (garam meja) adalah penyedap dan pengawet tertua yang digunakan.
— Natrium azida (Na 3 N) digunakan sebagai zat nitridasi dalam metalurgi dan produksi timbal azida.
— Natrium sianida (NaCN) digunakan dalam metode hidrometalurgi untuk pelindian emas dari batuan, serta dalam nitrokarburisasi baja dan pelapisan listrik (perak, penyepuhan).
— Natrium klorat (NaClO 3) digunakan untuk menghancurkan vegetasi yang tidak diinginkan di rel kereta api.

Peran biologis

Di dalam tubuh, natrium sebagian besar ditemukan di luar sel (sekitar 15 kali lebih banyak dibandingkan di sitoplasma). Perbedaan ini dipertahankan oleh pompa natrium-kalium, yang memompa keluar natrium yang terperangkap di dalam sel.

Bersama dengankaliumnatrium melakukan fungsi-fungsi berikut:
Penciptaan kondisi terjadinya potensial membran dan kontraksi otot.
Mempertahankan konsentrasi osmotik darah.
Menjaga keseimbangan asam-basa.
Normalisasi keseimbangan air.
Memastikan transportasi membran.
Aktivasi banyak enzim.

Natrium ditemukan di hampir semua makanan, meski sebagian besar tubuh memperolehnya dari garam meja. Penyerapan terutama terjadi di lambung dan usus halus. Vitamin D meningkatkan penyerapan natrium, namun makanan yang terlalu asin dan makanan kaya protein mengganggu penyerapan normal. Jumlah natrium yang diambil dari makanan menunjukkan kandungan natrium dalam urin. Makanan kaya natrium ditandai dengan percepatan ekskresi.

Kekurangan natrium pada pelaku diet makanan seimbang tidak terjadi pada manusia, namun beberapa masalah dapat timbul pada pola makan vegetarian. Defisiensi sementara mungkin disebabkan oleh penggunaan diuretik, diare, keringat berlebih, atau asupan air berlebih. Gejala kekurangan natrium antara lain penurunan berat badan, muntah, gas di saluran cerna, dan gangguan penyerapan asam amino dan monosakarida. Kekurangan jangka panjang menyebabkan kram otot dan neuralgia.

Kelebihan natrium menyebabkan pembengkakan pada kaki dan wajah, serta peningkatan ekskresi kalium melalui urin. Jumlah maksimum garam yang dapat diproses oleh ginjal adalah sekitar 20-30 gram; jumlah yang lebih besar dapat mengancam jiwa.

Senyawa natrium

Natrium, Natrium, Na (11)
Nama natrium – natrium, natrium berasal dari kata kuno yang umum di Mesir, di kalangan orang Yunani kuno (vixpov) dan Romawi. Ini ditemukan di Pliny (Nitron) dan penulis kuno lainnya dan berhubungan dengan neter Ibrani. Di Mesir kuno, natron, atau nitron, umumnya disebut alkali yang diperoleh tidak hanya dari danau soda alami, tetapi juga dari abu tumbuhan. Itu digunakan untuk mencuci, membuat glasir, dan membuat mumi mayat. Pada Abad Pertengahan, nama nitron (nitron, natron, nataron), serta boron (baurach), juga diterapkan pada sendawa (Nitrum). Alkemis Arab menyebut alkali sebagai alkali. Dengan ditemukannya bubuk mesiu di Eropa, sendawa (Sal Petrae) mulai dibedakan secara ketat dari basa, dan pada abad ke-17. sudah dibedakan antara alkali yang tidak mudah menguap, atau alkali tetap, dan alkali yang mudah menguap (Alkali volatil). Pada saat yang sama, perbedaan dibuat antara nabati (Alkali fixum vegetabile - potash) dan mineral alkali (Alkali fixum minerale - soda).

Pada akhir abad ke-18. Klaproth memperkenalkan nama Natron, atau soda, untuk alkali mineral, dan untuk alkali nabati, Kali.Lavoisier tidak menempatkan alkali dalam “Tabel Benda Sederhana,” yang menunjukkan dalam catatannya bahwa alkali mungkin merupakan zat kompleks yang pernah ada. Suatu hari nanti mereka akan membusuk. Memang, pada tahun 1807 Davy, dengan elektrolisis alkali padat yang sedikit dibasahi, memperoleh logam bebas - kalium dan natrium, menyebutnya kalium dan natrium. Tahun berikutnya, Gilbert, penerbit Annals of Physics yang terkenal, mengusulkan agar logam baru tersebut diberi nama kalium dan natrium (Natronium); Berzelius menyingkat nama terakhir menjadi “natrium” (Natrium). Pada awal abad ke-19. di Rusia natrium disebut natrium (Dvigubsky, 182i; Solovyov, 1824); Strakhov mengusulkan nama sod (1825). Garam natrium disebut, misalnya, soda sulfat, soda klorida, dan sekaligus soda asetat (Dvigubsky, 1828). Hess, mengikuti contoh Berzelius, memperkenalkan nama natrium.

Natrium (bahasa Latin Natrium, dilambangkan Na) adalah suatu unsur dengan nomor atom 11 dan berat atom 22,98977. Ini adalah elemen dari subkelompok utama dari kelompok pertama, periode ketiga dari sistem periodik unsur kimia Dmitry Ivanovich Mendeleev. Zat sederhana natrium adalah logam alkali yang lunak, dapat melebur (meleleh 97,86 °C), ulet, ringan (massa jenis 0,968 g/cm3), berwarna putih keperakan.

Natrium alam hanya terdiri dari satu isotop dengan nomor massa 23. Saat ini diketahui total 15 isotop dan 2 isomer inti. Kebanyakan isotop radioaktif yang diproduksi secara artifisial mempunyai waktu paruh kurang dari satu menit. Hanya dua isotop yang mempunyai waktu paruh yang relatif lama: 22Na yang memancarkan positron, dengan waktu paruh 2,6 tahun, yang digunakan sebagai sumber positron dan dalam penelitian ilmiah, dan 24Na, dengan waktu paruh 15 jam, digunakan dalam pengobatan untuk diagnosis dan pengobatan beberapa bentuk leukemia.

Natrium dalam bentuk berbagai senyawa telah dikenal sejak zaman dahulu. Natrium klorida (NaCl) atau garam meja merupakan salah satu senyawa vital yang paling penting, diyakini sudah diketahui manusia pada masa Neolitikum, yaitu ternyata umat manusia telah mengonsumsi natrium klorida selama lebih dari enam ribu tahun. ! Dalam Perjanjian Lama disebutkan zat yang disebut “neter”, yang digunakan sebagai deterjen. Kemungkinan besar itu adalah soda, natrium karbonat yang ditemukan di perairan danau garam di Mesir.

Pada abad ke-18, ahli kimia telah mengetahui sejumlah besar senyawa natrium, garam dari logam ini banyak digunakan dalam pengobatan dan industri tekstil (untuk mewarnai kain dan penyamakan kulit). Namun, logam natrium baru diperoleh pada tahun 1807 oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy.

Bidang penerapan natrium yang paling penting adalah energi nuklir, metalurgi, dan industri sintesis organik. Dalam energi nuklir, natrium dan paduannya dengan kalium digunakan sebagai pendingin logam cair. Dalam metalurgi, sejumlah logam tahan api diperoleh dengan metode logam natrium, dengan mereduksi KOH dengan natrium, kalium diisolasi. Selain itu, natrium digunakan sebagai bahan tambahan yang memperkuat paduan timbal. Dalam industri sintesis organik, natrium digunakan dalam produksi banyak zat. Natrium bertindak sebagai katalis dalam produksi beberapa polimer organik. Senyawa natrium yang paling penting adalah natrium oksida Na2O, natrium peroksida Na2O2 dan natrium hidroksida NaOH. Natrium peroksida digunakan untuk memutihkan kain dan untuk regenerasi udara di ruangan terisolasi. Natrium hidroksida adalah salah satu produk terpenting dari industri kimia dasar. Ini dikonsumsi dalam jumlah besar untuk memurnikan produk minyak bumi. Selain itu, natrium hidroksida banyak digunakan dalam sabun, kertas, tekstil dan industri lainnya, serta dalam produksi serat buatan.

Natrium adalah salah satu elemen terpenting yang terlibat dalam metabolisme mineral hewan dan manusia. Dalam tubuh manusia, natrium dalam bentuk garam larut (klorida, fosfat, bikarbonat) ditemukan terutama dalam cairan ekstraseluler - plasma darah, getah bening, cairan pencernaan. Tekanan osmotik plasma darah dipertahankan pada tingkat yang diperlukan, terutama karena natrium klorida.

Gejala kekurangan natrium antara lain penurunan berat badan, muntah, pembentukan gas di saluran pencernaan, dan gangguan penyerapan asam amino dan monosakarida. Kekurangan jangka panjang menyebabkan kram otot dan neuralgia. Kelebihan natrium menyebabkan pembengkakan pada kaki dan wajah, serta peningkatan ekskresi kalium melalui urin.

Sifat biologis

Natrium termasuk dalam kelompok unsur makro yang bersama-sama dengan unsur mikro berperan penting dalam metabolisme mineral hewan dan manusia. Unsur makro terkandung di dalam tubuh dalam jumlah yang banyak, rata-rata 0,1 hingga 0,9% dari berat badan. Kandungan natrium dalam tubuh orang dewasa adalah 55-60 g per 70 kg berat badan. Unsur nomor sebelas terutama ditemukan dalam cairan ekstraseluler: dalam darah - 160-240 mg, dalam plasma - 300-350 mg, dalam eritrosit - 50-130 mg. Jaringan tulang mengandung hingga 180 mg natrium, email gigi jauh lebih kaya akan unsur makro ini - 250 mg. Berkonsentrasi hingga 250 mg di paru-paru dan 185 mg natrium di jantung. Jaringan otot mengandung sekitar 75 mg natrium.

Fungsi utama natrium dalam tubuh manusia, hewan bahkan tumbuhan adalah menjaga keseimbangan air-garam dalam sel, mengatur tekanan osmotik dan keseimbangan asam basa. Oleh karena itu, kandungan natrium dalam sel tumbuhan cukup tinggi (sekitar 0,01% berat basah); natrium menciptakan tekanan osmotik yang tinggi dalam getah sel dan dengan demikian berkontribusi terhadap ekstraksi air dari tanah. Dalam tubuh manusia dan hewan, natrium bertanggung jawab untuk normalisasi aktivitas neuromuskular (berpartisipasi dalam konduksi normal impuls saraf) dan menjaga mineral penting dalam darah dalam keadaan terlarut. Secara umum peran natrium dalam mengatur metabolisme jauh lebih luas, karena unsur ini diperlukan untuk pertumbuhan dan kondisi normal tubuh. Natrium berperan sebagai “kurir”, mengantarkan berbagai zat ke setiap sel, seperti gula darah. Ini mencegah terjadinya panas atau sengatan matahari, dan juga memiliki efek vasodilatasi yang nyata.

Natrium aktif berinteraksi dengan unsur lain, sehingga bersama dengan klorin mencegah kebocoran cairan dari pembuluh darah ke jaringan yang berdekatan. Namun, “mitra” utama natrium adalah kalium, yang bekerja sama dengannya melakukan sebagian besar fungsi di atas. Dosis natrium harian optimal untuk anak-anak adalah 600 hingga 1.700 miligram, untuk orang dewasa 1.200 hingga 2.300 miligram. Dalam setara garam meja (sumber natrium paling populer dan mudah diakses), ini setara dengan 3-6 gram per hari (100 gram garam meja mengandung 40 gram natrium). Kebutuhan natrium harian terutama bergantung pada jumlah garam yang hilang melalui keringat, dan bisa mencapai 10 gram NaCl. Natrium ditemukan di hampir semua makanan (dalam jumlah besar pada roti gandum hitam, telur ayam, keju keras, daging sapi, dan susu), tetapi tubuh menerima sebagian besar natrium dari garam meja. Penyerapan unsur kesebelas terjadi terutama di lambung dan usus kecil, vitamin D meningkatkan penyerapan natrium. Pada saat yang sama, makanan yang kaya protein dan terutama yang asin dapat menyebabkan kesulitan dalam penyerapan. Konsentrasi ion natrium dalam tubuh diatur terutama oleh hormon korteks adrenal - aldosteron, ginjal menahan atau melepaskan natrium, tergantung pada apakah seseorang menyalahgunakan atau tidak menerima cukup natrium. Oleh karena itu, dalam kondisi eksternal yang normal dan fungsi ginjal yang baik, kekurangan atau kelebihan natrium tidak dapat terjadi. Kekurangan elemen ini dapat terjadi pada sejumlah pola makan vegetarian. Selain itu, orang-orang yang memiliki pekerjaan fisik berat dan atlet menderita kehilangan banyak natrium melalui keringat. Kekurangan natrium juga mungkin terjadi pada berbagai keracunan, disertai keringat berlebih, muntah, dan diare. Namun, ketidakseimbangan seperti itu dapat dengan mudah diperbaiki dengan air mineral, yang dengannya tubuh tidak hanya menerima natrium, tetapi juga sejumlah garam mineral lainnya (kalium, klorin, dan litium).

Dengan kekurangan natrium (hiponatremia), gejala seperti kehilangan nafsu makan, penurunan indra perasa, kram perut, mual, muntah, pembentukan gas, dan akibatnya, penurunan berat badan yang parah terjadi. Kekurangan jangka panjang menyebabkan kram otot dan neuralgia: pasien mungkin mengalami kesulitan menyeimbangkan saat berjalan, pusing dan kelelahan, dan keadaan syok dapat terjadi. Gejala kekurangan natrium juga meliputi masalah ingatan, perubahan suasana hati yang tiba-tiba, dan depresi.

Kelebihan natrium menyebabkan retensi air dalam tubuh, yang mengakibatkan peningkatan kepadatan darah, sehingga meningkatkan tekanan darah (hipertensi), edema dan penyakit pembuluh darah. Selain itu, kelebihan natrium menyebabkan peningkatan ekskresi kalium melalui urin. Jumlah maksimum garam yang dapat diproses oleh ginjal adalah sekitar 20-30 gram; jumlah yang lebih besar dapat mengancam jiwa!

Sejumlah besar sediaan natrium digunakan dalam pengobatan, yang paling umum digunakan adalah natrium sulfat, klorida (untuk kehilangan darah, kehilangan cairan, muntah); tiosulfat Na2S2O3∙5H2O (agen antiinflamasi dan antitoksik); borat Na2B4O7∙10H2O (antiseptik); bikarbonat NaHCO3 (sebagai ekspektoran, serta untuk mencuci dan membilas untuk rinitis, radang tenggorokan).

Garam meja, bumbu makanan yang tak tergantikan dan berharga, sudah dikenal sejak zaman dahulu. Saat ini, natrium klorida adalah produk yang murah, bersama dengan batu bara, batu kapur, dan belerang, natrium klorida adalah salah satu dari apa yang disebut bahan baku mineral “empat besar”, yang paling penting untuk industri kimia. Namun ada kalanya harga garam setara dengan emas. Misalnya, di Roma kuno, legiuner sering kali dibayar bukan dengan uang, tetapi dengan garam, oleh karena itu disebut prajurit. Garam dikirim ke Kievan Rus dari wilayah Carpathian, serta dari danau garam dan muara Laut Hitam dan Laut Azov. Ekstraksi dan pengirimannya sangat mahal sehingga pada pesta-pesta seremonial, makanan ini hanya disajikan di meja tamu bangsawan, sementara yang lain pergi “menyeruput”. Bahkan setelah aneksasi kerajaan Astrakhan dengan danau-danau penghasil garam di wilayah Kaspia ke Rus', harga garam tidak turun, yang menyebabkan ketidakpuasan di kalangan masyarakat termiskin, yang berkembang menjadi pemberontakan yang dikenal sebagai pemberontakan. Kerusuhan Garam (1648). Peter I pada tahun 1711 memperkenalkan monopoli atas perdagangan garam, sebagai bahan mentah yang penting secara strategis; hak eksklusif untuk memperdagangkan garam untuk negara berlangsung hingga tahun 1862. Tradisi kuno menyapa tamu dengan “roti dan garam” masih dilestarikan, yang berarti berbagi barang paling berharga di rumah.

Semua orang tahu betul ungkapan: “Untuk mengenal seseorang, Anda perlu makan satu pon garam bersamanya,” tetapi hanya sedikit orang yang memikirkan arti ungkapan ini. Diperkirakan seseorang mengonsumsi hingga 8 kilogram natrium klorida per tahun. Ternyata slogannya hanya menyiratkan satu tahun - lagipula, satu pon garam (16 kg) bisa dimakan oleh dua orang selama periode ini.

Konduktivitas listrik natrium tiga kali lebih rendah dibandingkan konduktivitas listrik tembaga. Namun, natrium sembilan kali lebih ringan, sehingga ternyata kabel natrium, jika ada, harganya lebih murah dibandingkan kabel tembaga. Benar, ada busbar baja berisi natrium yang dirancang untuk arus tinggi.

Diperkirakan garam batu dalam jumlah yang setara dengan kandungan natrium klorida di Samudra Dunia akan menempati volume 19 juta meter kubik. km (50% lebih banyak dari total volume benua Amerika Utara di atas permukaan laut). Prisma sebesar ini dengan luas alas 1 km2 dapat mencapai Bulan sebanyak 47 kali! Garam yang diekstraksi dari perairan laut dapat menutupi seluruh daratan bumi dengan lapisan setinggi 130 m! Kini total produksi natrium klorida dari air laut telah mencapai 6-7 juta ton per tahun, yaitu sekitar sepertiga dari total produksi dunia.

Ketika natrium peroksida bereaksi dengan karbon dioksida, terjadi proses kebalikan dari respirasi:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Selama reaksi, karbon dioksida terikat dan oksigen dilepaskan. Reaksi ini telah diterapkan pada kapal selam untuk regenerasi udara.

Fakta menarik ditemukan oleh para ilmuwan Kanada. Mereka menemukan bahwa pada orang yang mudah marah dan mudah tersinggung, natrium dengan cepat dikeluarkan dari tubuh. Orang yang tenang dan ramah, serta mereka yang mengalami emosi positif, seperti kekasih, menyerap zat ini dengan baik.

Dengan bantuan natrium, sebuah komet buatan diciptakan pada jarak 113 ribu km dari Bumi pada tanggal 3 Januari 1959 dengan melemparkan uap natrium ke luar angkasa dari pesawat ruang angkasa Soviet yang terbang menuju Bulan. Cahaya terang komet natrium memungkinkan untuk memperjelas lintasan pesawat pertama yang melewati rute Bumi-Bulan.

Sumber yang mengandung natrium dalam jumlah besar adalah: garam laut olahan, kecap berkualitas, aneka air garam, asinan kubis, kaldu daging. Unsur kesebelas terdapat dalam jumlah kecil pada rumput laut, tiram, kepiting, wortel dan bit segar, sawi putih, seledri dan dandelion.

Cerita

Senyawa natrium alami - garam meja NaCl dan soda Na2CO3 - telah dikenal manusia sejak zaman dahulu. Orang Mesir kuno menggunakan soda alami, yang diekstrak dari air danau soda, untuk pembalseman, pemutihan kanvas, memasak makanan, dan membuat cat dan glasir. Orang Mesir menyebut senyawa ini neter, namun istilah ini tidak hanya berlaku untuk soda alami, tetapi juga untuk alkali secara umum, termasuk yang diperoleh dari abu tanaman. Sumber-sumber Yunani (Aristoteles, Dioscorides) dan Romawi (Plutarch) kemudian juga menyebutkan zat ini, tetapi sudah dengan nama “nitron”. Sejarawan Romawi kuno Pliny the Elder menulis bahwa di Delta Nil, soda (dia menyebutnya “nitrum”) diisolasi dari air sungai, dan dijual dalam bentuk potongan besar. Memiliki banyak pengotor, terutama batu bara, soda tersebut berwarna abu-abu dan terkadang bahkan hitam. Istilah "natron" muncul dalam literatur Arab abad pertengahan, yang secara bertahap digunakan pada abad ke-17-18. istilah “natra” terbentuk, yaitu bahan dasar dari mana garam meja dapat diperoleh. Dari “natra” muncullah nama modern untuk elemen tersebut.

Singkatan modern "Na" dan kata Latin "natrium" pertama kali digunakan pada tahun 1811 oleh akademisi dan pendiri Perkumpulan Dokter Swedia Jens Jakob Berzelius untuk merujuk pada garam mineral alami, termasuk soda. Istilah baru ini menggantikan nama asli "natrium", yang diberikan kepada logam oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy, orang pertama yang memperoleh natrium logam. Dipercayai bahwa Davy dipandu oleh nama Latin untuk soda - "soda", meskipun ada asumsi lain: dalam bahasa Arab ada kata "suda", yang berarti sakit kepala; pada zaman dahulu penyakit ini diobati dengan soda. Perlu dicatat bahwa di sejumlah negara Eropa Barat (Inggris Raya, Prancis, Italia), serta di Amerika Serikat, natrium disebut natrium.

Terlepas dari kenyataan bahwa senyawa natrium telah dikenal sejak lama, logam dalam bentuk murni baru dapat diperoleh pada tahun 1807, oleh ahli kimia Inggris Humphry Davy dengan elektrolisis natrium hidroksida padat NaOH yang sedikit dibasahi. Faktanya adalah bahwa natrium tidak dapat diperoleh dengan menggunakan metode kimia tradisional - karena tingginya aktivitas logam, tetapi metode Davy berada di depan pemikiran ilmiah dan perkembangan teknis pada waktu itu. Pada awal abad ke-19, satu-satunya sumber arus yang benar-benar dapat diterapkan dan cocok adalah kolom volta. Yang digunakan Davy memiliki 250 pasang pelat tembaga dan seng. Proses yang dijelaskan oleh D.I. Mendeleev dalam salah satu karyanya, sangat kompleks dan boros energi: “Dengan menghubungkan sepotong soda kaustik basah (dari tembaga atau batu bara) ke kutub positif (dari tembaga atau batu bara) dan melubangi ceruk di dalamnya, di mana merkuri dituangkan, dihubungkan ke kutub negatif ( katoda) kolom volta kuat, Davy memperhatikan bahwa dalam merkuri, ketika arus dialirkan, logam khusus terlarut, kurang mudah menguap dibandingkan merkuri, dan mampu menguraikan air, sekali lagi membentuk kaustik soda. Karena intensitas energinya yang tinggi, metode alkali menjadi industri hanya pada akhir abad ke-19 - dengan munculnya sumber energi yang lebih maju, dan pada tahun 1924, insinyur Amerika G. Downs secara mendasar mengubah proses produksi natrium secara elektrolitik, mengganti alkali dengan garam meja yang jauh lebih murah.

Setahun setelah penemuan Davy, Joseph Gay-Lussac dan Louis Thénard memperoleh natrium bukan dengan elektrolisis, tetapi dengan mereaksikan soda kaustik dengan besi yang dipanaskan hingga panas merah. Kemudian, Sainte-Clair Deville mengembangkan metode dimana natrium diperoleh dengan mereduksi soda dengan batu bara dengan adanya batu kapur.

Berada di alam

Natrium adalah salah satu unsur yang paling umum - kandungan kuantitatif keenam di alam (dari non-logam, hanya oksigen yang lebih umum - 49,5% dan silikon - 25,3%) dan keempat di antara logam (hanya besi yang lebih umum - 5,08%, aluminium - 7 ,5% dan kalsium - 3,39%). Clarke-nya (kandungan rata-rata di kerak bumi), menurut berbagai perkiraan, berkisar antara 2,27% massa hingga 2,64%. Sebagian besar unsur ini ditemukan di berbagai aluminosilikat. Natrium merupakan unsur khas yang terdapat pada kerak bumi bagian atas, hal ini dapat dengan mudah dilihat dari derajat kandungan logam pada berbagai batuan. Dengan demikian, konsentrasi natrium tertinggi - 2,77% berat - terdapat pada batuan beku asam (granit dan sejumlah lainnya); pada batuan basa (basal dan sejenisnya), rata-rata kandungan unsur kesebelas sudah 1,94% berat . Batuan mantel ultrabasa memiliki kandungan natrium paling rendah, hanya 0,57%. Batuan sedimen (tanah liat dan serpih) juga miskin unsur kesebelas - 0,66% berat; sebagian besar tanah tidak kaya akan natrium - kandungan rata-ratanya sekitar 0,63%.

Karena aktivitas kimianya yang tinggi, natrium terdapat di alam secara eksklusif dalam bentuk garam. Jumlah total mineral natrium yang diketahui lebih dari dua ratus. Namun, tidak semuanya dianggap terpenting, yang merupakan sumber utama produksi logam alkali ini dan senyawanya. Perlu disebutkan halit (garam batu) NaCl, mirabilite (garam Glauber) Na2SO4 · 10H2O, sendawa Chili NaNO3, kriolit Na3, tincal (boraks) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3∙2H2O, kemudianardit Na2SO4, serta silikat alami, seperti albite Na, nepheline Na, mengandung unsur lain selain natrium. Akibat isomorfisme Na+ dan Ca2+, yang disebabkan oleh kedekatan jari-jari ioniknya, feldspar natrium-kalsium (plagioklas) terbentuk pada batuan beku.

Natrium merupakan unsur logam utama dalam air laut, diperkirakan perairan Samudera Dunia mengandung 1,5.1016 ton garam natrium (konsentrasi rata-rata garam terlarut di perairan Samudera Dunia kurang lebih 35 ppm, yaitu 3,5% berdasarkan beratnya, porsi natriumnya mencapai 1,07%). Konsentrasi yang begitu tinggi disebabkan oleh apa yang disebut siklus natrium di alam. Faktanya adalah logam alkali ini tertahan agak lemah di benua dan secara aktif diangkut oleh air sungai ke laut dan samudera. Selama penguapan, garam natrium diendapkan di laguna laut pesisir, serta di danau kontinental di stepa dan gurun, membentuk lapisan batuan yang mengandung garam. Endapan garam natrium serupa terdapat dalam bentuk yang relatif murni di semua benua, sebagai akibat dari penguapan laut purba. Proses-proses ini terus terjadi di zaman kita; contohnya termasuk Salt Lake, yang terletak di Utah (AS), Baskunchak (Rusia, distrik Akhtubinsky), danau garam di Wilayah Altai (Rusia), serta Laut Mati dan tempat serupa lainnya.

Garam batu membentuk endapan bawah tanah yang luas (seringkali setebal ratusan meter) yang mengandung lebih dari 90% NaCl. Deposit garam khas Cheshire (sumber utama natrium klorida di Inggris Raya) meliputi area seluas 60 kali 24 km dan memiliki lapisan garam setebal sekitar 400 m. Deposit ini saja diperkirakan bernilai lebih dari 1011 ton.

Selain itu, natrium merupakan bioelemen penting; ditemukan dalam jumlah yang relatif besar pada organisme hidup (rata-rata 0,02%, terutama dalam bentuk NaCl), dan lebih banyak pada hewan daripada tumbuhan. Kehadiran natrium telah diketahui di atmosfer matahari dan ruang antarbintang. Di lapisan atas atmosfer (pada ketinggian sekitar 80 kilometer) ditemukan lapisan atom natrium. Faktanya adalah bahwa pada ketinggian seperti itu hampir tidak ada oksigen, uap air, dan zat lain yang dapat berinteraksi dengan natrium.

Aplikasi

Logam natrium dan senyawanya banyak digunakan di berbagai industri. Karena reaktivitasnya yang tinggi, logam alkali ini digunakan dalam metalurgi sebagai zat pereduksi untuk produksi logam seperti niobium, titanium, hafnium, dan zirkonium melalui metalotermi. Pada paruh pertama abad ke-19, natrium digunakan untuk mengisolasi aluminium (dari aluminium klorida); saat ini, unsur kesebelas dan garamnya masih digunakan sebagai pengubah dalam produksi jenis paduan aluminium cor tertentu. Natrium juga digunakan dalam paduan berbahan dasar timbal (0,58% Na), yang digunakan dalam pembuatan bantalan gandar untuk gerbong kereta api; logam alkali dalam paduan ini merupakan elemen penguat. Natrium dan paduannya dengan kalium adalah cairan pendingin dalam reaktor nuklir - lagipula, kedua elemen tersebut memiliki penampang serapan neutron termal yang kecil (untuk Na 0,49 gudang). Selain itu, paduan ini dicirikan oleh titik didih dan koefisien perpindahan panas yang tinggi serta tidak berinteraksi dengan bahan struktural pada suhu tinggi yang dikembangkan dalam reaktor tenaga nuklir, sehingga tidak mempengaruhi jalannya reaksi berantai.

Namun, bukan hanya energi nuklir yang menggunakan natrium sebagai zat perpindahan panas - elemen No. 11 banyak digunakan sebagai pendingin untuk proses yang memerlukan pemanasan seragam dalam kisaran suhu 450 hingga 650 ° C - pada katup mesin pesawat, pada truk katup buang, pada mesin cetak injeksi.tekanan. Paduan natrium, kalium dan sesium (Na 12%, K 47%, Cs 41%) memiliki rekor titik leleh yang rendah (hanya 78 °C), oleh karena itu diusulkan sebagai fluida kerja untuk mesin roket ion. Dalam industri kimia, natrium digunakan dalam produksi garam sianida, deterjen sintetik (detergenida), dan obat-obatan. Dalam produksi karet buatan, natrium berperan sebagai katalis, menggabungkan molekul butadiena menjadi suatu produk yang sifatnya tidak kalah dengan varietas karet alam terbaik. Senyawa NaPb (10% Na menurut beratnya) digunakan dalam produksi timbal tetraetil - bahan anti ketukan yang paling efektif. Uap natrium digunakan untuk mengisi lampu pelepasan gas bertekanan tinggi dan rendah (NLLD dan NLND). Lampu natrium diisi dengan neon dan mengandung sejumlah kecil logam natrium; ketika lampu tersebut dinyalakan, pelepasan muatan neon dimulai. Panas yang dilepaskan selama pelepasan natrium menguap, dan setelah beberapa waktu, cahaya merah neon digantikan oleh cahaya kuning natrium. Lampu natrium adalah sumber cahaya kuat dengan efisiensi tinggi (di laboratorium hingga 70%). Lampu natrium dengan efisiensi tinggi memungkinkannya digunakan untuk menerangi jalan raya, stasiun kereta api, marina, dan objek berskala besar lainnya. Oleh karena itu, lampu NLVD jenis DNaT (Arc Sodium Tubular), yang menghasilkan cahaya kuning terang, sangat banyak digunakan pada penerangan jalan, masa pakai lampu tersebut adalah 12-24 ribu jam. Selain itu, ada lampu DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) dan DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury). Natrium digunakan dalam produksi baterai natrium-sulfur yang sangat boros energi. Dalam sintesis organik, natrium digunakan dalam reduksi, kondensasi, polimerisasi dan reaksi lainnya. Kadang-kadang, logam natrium digunakan sebagai bahan kabel listrik yang dimaksudkan untuk mengalirkan arus yang sangat tinggi.

Banyak senyawa natrium yang tidak kalah luasnya digunakan: garam meja NaCl digunakan dalam industri makanan; Natrium hidroksida NaOH (soda kaustik) digunakan dalam industri sabun, dalam produksi cat, dalam industri pulp dan kertas serta minyak bumi, dalam produksi serat buatan, dan juga sebagai elektrolit. Soda - natrium karbonat Na2CO3 digunakan dalam kaca, pulp dan kertas, makanan, tekstil, minyak dan industri lainnya. Di bidang pertanian, garam natrium dari asam nitrat NaNO3, yang dikenal sebagai nitrat Chili, banyak digunakan sebagai pupuk. Natrium klorat NaClO3 digunakan untuk menghancurkan vegetasi yang tidak diinginkan di rel kereta api. Natrium fosfat Na3PO4 adalah komponen deterjen, digunakan dalam produksi kaca dan cat, industri makanan, dan fotografi. Natrium azida NaN3 digunakan sebagai zat nitridasi dalam metalurgi dan produksi timbal azida. Natrium sianida NaCN digunakan dalam metode hidrometalurgi untuk pelindian emas dari batuan, serta dalam nitrokarburisasi baja dan pelapisan listrik (perak, penyepuhan). Silikat mNa2O nSiO2 adalah komponen muatan dalam produksi kaca, untuk produksi katalis aluminosilikat, beton tahan panas dan tahan asam.

Produksi

Seperti diketahui, natrium logam pertama kali diperoleh pada tahun 1807 oleh ahli kimia Inggris Davy dengan elektrolisis natrium hidroksida NaOH. Dari sudut pandang ilmiah, isolasi logam alkali merupakan penemuan besar di bidang kimia. Namun, industri pada tahun-tahun itu tidak dapat menghargai pentingnya peristiwa ini - pertama, kapasitas yang diperlukan untuk produksi natrium dalam skala industri pada awal abad ke-19 belum tersedia, dan kedua, tidak ada yang tahu di mana logam lunak yang menyala saat berinteraksi dapat berguna dengan air. Dan jika kesulitan pertama diselesaikan pada tahun 1808 oleh Joseph Gay-Lussac dan Louis Thénard, memperoleh natrium tanpa menggunakan elektrolisis intensif energi, menggunakan reaksi soda kaustik dengan besi yang dipanaskan hingga panas merah, maka masalah kedua adalah luas​ ​​aplikasi - diselesaikan hanya pada tahun 1824 ketika aluminium diisolasi dengan bantuan natrium. Pada paruh kedua abad ke-19, Sainte-Clair Deville mengembangkan metode baru untuk memperoleh natrium logam - dengan mereduksi soda dengan batu bara dengan adanya batu kapur:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

Metode ini diperbaiki pada tahun 1886. Namun, pada tahun 1890, metode elektrolitik untuk memproduksi natrium diperkenalkan ke industri. Jadi, ide Humphry Davy baru terwujud dalam skala industri 80 tahun kemudian! Segala pencarian dan penelitian diakhiri dengan kembali ke metode semula. Pada tahun 1924, insinyur Amerika Downs membuat proses produksi natrium secara elektrolitik lebih murah dengan mengganti alkali dengan garam meja yang jauh lebih murah. Modernisasi ini mempengaruhi produksi logam natrium yang meningkat dari 6 ribu ton (1913) menjadi 180 ribu ton (1966). Metode Downes menjadi dasar metode modern untuk memperoleh natrium logam.

Sekarang metode industri utama untuk memproduksi logam natrium adalah elektrolisis natrium klorida cair (produk sampingan dari proses ini adalah klorin) dengan penambahan KCl, NaF atau CaCl2, yang menurunkan titik leleh garam menjadi 575-585 ° C. Jika tidak, elektrolisis natrium klorida murni akan menyebabkan hilangnya logam dalam jumlah besar akibat penguapan, karena titik leleh NaCl (801 °C) dan titik didih logam natrium (882,9 °C) sangat dekat. Prosesnya berlangsung di elektroliser baja dengan diafragma. Elektroliser modern untuk memproduksi natrium memiliki struktur yang mengesankan, mengingatkan pada tungku. Unit ini terbuat dari batu bata tahan api, yang bagian luarnya dikelilingi oleh selubung baja. Anoda grafit dimasukkan melalui bagian bawah elektroliser, dikelilingi oleh jaring berbentuk cincin - diafragma, yang mencegah natrium menembus ke dalam ruang anoda, tempat klorin disimpan. Jika tidak, natrium akan terbakar di dalam klorin.

Katoda berbentuk cincin terbuat dari besi atau tembaga. Tutup dipasang di atas katoda dan anoda untuk menghilangkan natrium dan klorin. Campuran natrium klorida dan kalsium klorida yang dikeringkan secara menyeluruh dimasukkan ke dalam elektroliser; kita telah mengetahui bahwa campuran tersebut meleleh pada suhu yang lebih rendah daripada natrium klorida murni. Biasanya proses terjadi pada suhu sekitar 600 °C. Arus searah sekitar 6 V disuplai ke elektroda, sementara ion Na+ dilepaskan di katoda dan natrium logam dilepaskan, yang mengapung dan dibawa ke pengumpul khusus. Secara alami, proses tersebut berlangsung tanpa akses udara. Di anoda, ion klor Cl– dilepaskan dan gas klor dilepaskan - produk sampingan yang berharga dari produksi natrium. Selama hari pengoperasian elektroliser, dihasilkan 400-500 kg natrium dan 600-700 kg klorin. Logam yang diperoleh dimurnikan dari pengotor (klorida, oksida dan lain-lain) dengan menambahkan campuran NaOH + Na2CO3 + NaCl atau Na2O2 ke dalam natrium cair; memproses lelehan dengan logam litium, titanium atau paduan titanium-zirkonium, klorida TiCl3, TiCl2 yang lebih rendah; distilasi vakum.

Properti fisik

Humphry Davy bukan hanya orang pertama yang memperoleh logam natrium, tetapi juga orang pertama yang mempelajari sifat-sifatnya. Melaporkan di London tentang penemuan unsur-unsur baru (kalium dan natrium), ahli kimia tersebut menunjukkan sampel logam baru kepada khalayak ilmiah untuk pertama kalinya. Ahli kimia Inggris menyimpan sepotong logam natrium di bawah lapisan minyak tanah, yang dengannya natrium tidak berinteraksi atau teroksidasi di lingkungannya, mempertahankan warna perak cemerlang. Selain itu, natrium (massa jenis pada 20 °C adalah 0,968 g/cm3) lebih berat daripada minyak tanah (massa jenis pada 20 °C dengan berbagai tingkat pemurnian adalah 0,78-0,85 g/cm3) dan tidak mengapung di permukaannya, oleh karena itu, natrium tidak mengalami oksidasi oleh oksigen dan karbon dioksida. Davy tidak membatasi dirinya pada demonstrasi biasa sebuah bejana dengan sampel logam baru, ia mengambil natrium dari minyak tanah dan melemparkan sampel tersebut ke dalam ember berisi air. Yang mengejutkan semua orang, logam tersebut tidak tenggelam, tetapi mulai bergerak aktif di sepanjang permukaan air, meleleh menjadi tetesan-tetesan kecil yang mengilap, beberapa di antaranya terbakar. Faktanya adalah massa jenis air (pada 20 °C adalah 0,998 g/cm3) lebih besar daripada massa jenis logam alkali ini, oleh karena itu natrium tidak tenggelam dalam air, tetapi mengapung di dalamnya, berinteraksi secara aktif dengannya. Publik terkesima dengan “presentasi” elemen baru tersebut.

Sekarang apa yang dapat kita ketahui tentang sifat fisik natrium? Unsur kesebelas dari tabel periodik adalah logam lunak (mudah dipotong dengan pisau, dapat ditekan dan digulung), ringan, logam putih keperakan mengkilat yang cepat ternoda di udara. Lapisan tipis natrium memiliki warna ungu, dan di bawah tekanan logam menjadi transparan dan merah, seperti batu delima. Pada suhu biasa, natrium mengkristal dalam kisi kubik dengan parameter berikut: a = 4,28 A, jari-jari atom 1,86 A, jari-jari ion Na+ 0,92 A. Potensi ionisasi atom natrium (eV) 5,138; 47.20; 71,8; keelektronegatifan logam adalah 0,9. Fungsi kerja elektron 2,35 eV. Modifikasi ini stabil pada suhu di atas -222 °C. Di bawah suhu tersebut, modifikasi heksagonal stabil dengan parameter berikut: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.

Natrium merupakan logam yang dapat melebur, titik lelehnya hanya 97,86 °C. Ternyata logam ini bisa meleleh dalam air mendidih jika tidak berinteraksi aktif dengannya. Selain itu, selama peleburan, massa jenis natrium berkurang sebesar 2,5%, tetapi volumenya meningkat sebesar ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg. Dengan meningkatnya tekanan, titik leleh logam meningkat, mencapai 242°C pada 3 GPa dan 335°C pada 8 GPa. Titik didih natrium cair adalah 883,15°C. Kalor penguapan natrium pada tekanan normal = 3869 kJ/kg. Kapasitas kalor jenis unsur kesebelas (pada suhu kamar) adalah 1,23 · 103 J/(kg K) atau 0,295 kal/(g derajat); koefisien konduktivitas termal natrium adalah 1,32 102 W/(m K) atau 0,317 kal/(cm detik derajat). Koefisien termal ekspansi linier untuk logam alkali ini (pada suhu 20 °C) adalah 7,1 · 10-5. Resistivitas listrik natrium (pada 0 °C) adalah 4,3 · 10-8 ohm · m (4,3 · 10-6 ohm · cm). Ketika meleleh, resistivitas listrik natrium meningkat 1,451 kali lipat. Natrium bersifat paramagnetik, kerentanan magnetik spesifiknya adalah +9,2 · 10-6. Kekerasan brinell natrium HB = 0,7 MPa. Modulus tarik normal pada suhu kamar E = 5,3 GPa. Kompresibilitas natrium x = 15,99∙10-11 Pa-1. Natrium adalah logam yang sangat ulet dan mudah berubah bentuk dalam cuaca dingin. Tekanan aliran keluar natrium, menurut N. S. Kurnakov dan S. F. Zhemchuzhny, berada pada kisaran 2,74-3,72 MPa, tergantung diameter saluran keluar.

Sifat kimia

Dalam senyawa kimia, termasuk hidrida, natrium menunjukkan bilangan oksidasi +1. Unsur kesebelas merupakan salah satu logam paling reaktif, oleh karena itu tidak ditemukan di alam dalam bentuk murni. Bahkan pada suhu kamar, ia aktif bereaksi dengan oksigen atmosfer, uap air, dan karbon dioksida, membentuk kerak lepas dari campuran peroksida, hidroksida, dan karbonat di permukaan. Oleh karena itu, logam natrium disimpan di bawah lapisan cairan dehidrasi (minyak tanah, minyak mineral). Gas mulia sedikit larut dalam natrium padat dan cair; pada 200 °C, natrium mulai menyerap hidrogen, membentuk hidrida NaH yang sangat higroskopis. Logam alkali ini bereaksi sangat lemah dengan nitrogen dalam pelepasan pijar, membentuk zat yang sangat tidak stabil - natrium nitrida:

6Na + N2 → 2Na3N

Natrium nitrida stabil di udara kering, tetapi langsung terurai oleh air atau alkohol membentuk amonia.

Ketika natrium berinteraksi langsung dengan oksigen, tergantung pada kondisinya, Na2O oksida terbentuk (bila natrium dibakar dalam jumlah oksigen yang tidak mencukupi) atau Na2O2 peroksida (bila natrium dibakar di udara atau dalam jumlah oksigen berlebih). Natrium oksida menunjukkan sifat basa yang jelas; bereaksi hebat dengan air membentuk NaOH hidroksida, basa kuat:

Na2O + H2O → 2NaOH

Natrium hidroksida adalah alkali yang sangat larut dalam air (108 g NaOH larut dalam 100 g air pada suhu 20 °C) dalam bentuk kristal higroskopis putih padat, menimbulkan korosi pada kulit, kain, kertas, dan bahan organik lainnya. Ketika dilarutkan dalam air, ia melepaskan sejumlah besar panas. Di udara, natrium hidroksida secara aktif menyerap karbon dioksida dan berubah menjadi natrium karbonat:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Oleh karena itu, natrium hidroksida harus disimpan dalam wadah kedap udara. Dalam industri, NaOH diperoleh dengan elektrolisis larutan NaCl atau Na2CO3 menggunakan membran dan diafragma penukar ion:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

Natrium peroksida adalah bubuk kuning pucat yang meleleh tanpa terurai, Na2O2 merupakan zat pengoksidasi yang sangat kuat. Sebagian besar zat organik terbakar jika bersentuhan dengannya. Ketika Na2O2 bereaksi dengan karbon dioksida, oksigen dilepaskan:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Natrium logam, seperti oksidanya, secara aktif berinteraksi dengan air untuk membentuk NaOH hidroksida dan melepaskan hidrogen; dengan permukaan kontak yang besar, reaksi berlangsung secara eksplosif. Natrium bereaksi dengan alkohol jauh lebih tenang dibandingkan dengan air, menghasilkan natrium alkoksida. Jadi, bereaksi dengan etanol, natrium menghasilkan natrium etanolat C2H5ONa:

2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2

Natrium larut dalam hampir semua asam membentuk sejumlah besar garam:

2Nа + 2НCl → 2NаСl + Н2

2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O

Dalam suasana fluor dan klor, natrium terbakar secara spontan, bereaksi dengan brom ketika dipanaskan, dan tidak berinteraksi langsung dengan yodium. Ia bereaksi hebat dengan belerang ketika digiling dalam mortar, membentuk sulfida dengan komposisi bervariasi. Natrium sulfida Na2S diperoleh dengan mereduksi natrium sulfat dengan karbon. Senyawa natrium dengan belerang dan oksigen yang sangat umum disebut garam Glauber Na2SO4∙10H2O. Selain belerang, ia aktif bereaksi dengan selenium dan telurium membentuk kalkogenida dengan komposisi Na2X, NaX, NaX2, Na2X5.

Natrium larut dalam amonia cair (34,6 g per 100 g NH3 pada 0 °C) membentuk kompleks amonia (larutan biru dengan konduktivitas logam). Ketika amonia menguap, logam aslinya tetap ada, selama penyimpanan larutan dalam jangka panjang, secara bertahap berubah warna karena reaksi logam dengan amonia dengan pembentukan Amida NaNH2 atau imida Na2NH dan pelepasan hidrogen. Ketika gas amonia dilewatkan melalui natrium cair pada suhu 300-350 °C, natrium amina NaNH2 terbentuk - zat kristal tidak berwarna yang mudah terurai oleh air.

Pada suhu 800-900 °C, gas natrium dengan karbon membentuk karbida (asetilenida) Na2C2. Natrium membentuk senyawa inklusi dengan grafit.

Natrium membentuk sejumlah senyawa intermetalik - dengan perak, emas, timah, timbal, bismut, sesium, kalium, dan logam lainnya. Tidak membentuk senyawa dengan barium, strontium, magnesium, litium, seng dan aluminium. Dengan merkuri, natrium membentuk amalgam - senyawa intermetalik dengan komposisi NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg. Yang signifikan adalah amalgam cair (mengandung natrium kurang dari 2,5% beratnya), diperoleh dengan memasukkan natrium secara bertahap ke dalam merkuri yang terletak di bawah lapisan minyak tanah atau minyak mineral.

Sejumlah besar senyawa organosodium diketahui memiliki sifat kimia yang mirip dengan senyawa organolitium, tetapi lebih unggul dalam reaktivitasnya.