Sód

Sód, 11 Na
Na (Sodium).jpg
Sód
Wygląd srebrno-biały metalik
Standardowa masa atomowa A r ° (Na)
  • 22.989 769 28 ± 0,000 000 02
  • 22,990 ± 0,001 (skrócony)
Sód w układzie okresowym




Li Na K
neon sód magnez
liczba atomowa ( Z ) 11
Grupa grupa 1: wodór i metale alkaliczne
Okres okres 3
Blok   blok s
Konfiguracja elektronów [ Ne ] 3s 1
Elektrony na powłokę 2, 8, 1
Właściwości fizyczne
Faza w STP solidny
Temperatura topnienia 370,944 K (97,794 ° C, 208,029 ° F)
Temperatura wrzenia 1156,090 K (882,940 ° C, 1621,292 ° F)
Gęstość (blisko rt ) 0,968 g/ cm3
gdy ciecz (przy mp ) 0,927 g/cm 3
Punkt krytyczny 2573 K, 35 MPa (ekstrapolacja)
Ciepło topnienia 2,60 kJ/mol
Ciepło parowania 97,42 kJ/mol
Molowa pojemność cieplna 28,230 J/(mol·K)
Ciśnienie pary
  P (Pa) 1 10 100 1 tys 10 tys 100 tys
  w T (K) 554 617 697 802 946 1153
Właściwości atomowe
Stany utleniania −1, 0, +1 (silnie zasadowy tlenek)
Elektroujemność Skala Paulinga: 0,93
Energie jonizacji
  • 1.: 495,8 kJ/mol
  • 2.: 4562 kJ/mol
  • 3.: 6910,3 kJ/mol
  • ( więcej )
Promień atomowy empiryczne: 186 godz
Promień kowalencyjny 166±9 wieczorem
Promień Van der Waalsa 227 godz
Color lines in a spectral range
Widmowe linie sodu
Inne właściwości
Występowanie naturalne pierwotny
Struktura krystaliczna sześcienny wyśrodkowany <a i=0>na ciele (bcc)
Body-centered cubic crystal structure for sodium
Prędkość dźwięku cienki pręt 3200 m/s (przy 20°C)
Rozszerzalność cieplna 71 µm/(m⋅K) (przy 25 °C)
Przewodność cieplna 142 W/(m⋅K)
Rezystancja 47,7 nΩ⋅m (przy 20 ° C)
Zamawianie magnetyczne paramagnetyczny
Molowa podatność magnetyczna +16,0 × 10-6 cm3 / mol (298 K )
Moduł Younga 10 GPa
Moduł ścinania 3,3 GPa
Moduł objętościowy 6,3 GPa
Twardość Mohsa 0,5
Twardość Brinella 0,69 MPa
Numer CAS 7440-23-5
Historia
Odkrycie i pierwsza izolacja Humphry'ego Davy'ego (1807)
Symbol „Na”: od New Latin natrium , ukuty z niemieckiego Natron , „ natron
Izotopy sodu
Główne izotopy Rozkład
obfitość okres półtrwania ( t 1/2 ) tryb produkt
22 Na namierzać 2,6019 r β + 22 Np
23 Na 100% stabilny
24 Na namierzać 14.9560 godz β- _ 24 Mg
 
Kategoria: Sód | Bibliografia

  Sód to pierwiastek chemiczny o symbolu Na (z łac. natrium ) i liczbie atomowej 11. Jest to miękki, srebrzystobiały, wysoce reaktywny metal . Sód jest metalem alkalicznym , należącym do 1 grupy układu okresowego pierwiastków. Jedynym stabilnym izotopem jest 23 Na. Wolny metal nie występuje w naturze i musi być przygotowany ze związków. Sód jest szóstym najczęściej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej i występuje w wielu ilościach minerały , takie jak skalenie , sodalit i halit (NaCl). Wiele soli sodu jest dobrze rozpuszczalnych w wodzie: jony sodu były wypłukiwane przez działanie wody z minerałów Ziemi przez eony, a zatem sód i chlor są najczęściej rozpuszczonymi pierwiastkami wagowymi w oceanach.

Sód został po raz pierwszy wyizolowany przez Humphry'ego Davy'ego w 1807 roku przez elektrolizę wodorotlenku sodu . Wśród wielu innych przydatnych związków sodu, wodorotlenek sodu ( ług ) jest używany do produkcji mydła , a chlorek sodu ( sól spożywcza ) jest środkiem przeciwoblodzeniowym i składnikiem odżywczym dla zwierząt, w tym ludzi.

Sód jest pierwiastkiem niezbędnym dla wszystkich zwierząt i niektórych roślin. Jony sodu są głównym kationem w płynie zewnątrzkomórkowym (ECF) i jako takie mają główny udział w ciśnieniu osmotycznym ECF i objętości kompartmentu ECF. [ Potrzebne źródło ] Utrata wody z przedziału ECF zwiększa stężenie sodu, stan zwany hipernatremią . Izotoniczna utrata wody i sodu z przedziału ECF zmniejsza rozmiar tego przedziału w stanie zwanym hipowolemią ECF .

Za pomocą pompy sodowo-potasowej żywe komórki ludzkie wypompowują z komórki trzy jony sodu w zamian za wpompowane dwa jony potasu; porównując stężenia jonów w poprzek błony komórkowej, wewnątrz i na zewnątrz, potas mierzy około 40:1, a sód około 1:10. W komórkach nerwowych ładunek elektryczny przez błonę komórkową umożliwia transmisję impulsu nerwowego – potencjału czynnościowego – gdy ładunek jest rozpraszany; sód odgrywa kluczową rolę w tej aktywności.

Charakterystyka

Fizyczny

Widmo emisyjne dla sodu , przedstawiające linię D.

Sód w standardowej temperaturze i ciśnieniu jest miękkim srebrzystym metalem, który łączy się z tlenem w powietrzu i tworzy szaro-biały tlenek sodu , chyba że jest zanurzony w oleju lub gazie obojętnym, w jakich jest zwykle przechowywany. Sód metaliczny można łatwo ciąć za pomocą nóż i jest dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła, ponieważ ma tylko jeden elektron w powłoce walencyjnej, co powoduje słabe wiązanie metaliczne i swobodnych elektronów, które przenoszą energię. Ze względu na małą masę atomową i duży promień atomowy sód jest trzecim najmniej gęstym ze wszystkich metali pierwiastkowych i jest jednym z zaledwie trzech metali, które mogą unosić się na wodzie, pozostałe dwa to lit i potas.

Temperatury topnienia (98 ° C) i wrzenia (883 ° C) sodu są niższe niż litu, ale wyższe niż w przypadku cięższych metali alkalicznych, potasu, rubidu i cezu, zgodnie z okresowymi trendami w dół grupy. Te właściwości zmieniają się dramatycznie przy podwyższonym ciśnieniu: przy 1,5 Mbar kolor zmienia się ze srebrzysto-metalicznego na czarny; przy 1,9 Mbar materiał staje się przezroczysty o czerwonym zabarwieniu; a przy ciśnieniu 3 Mbar sód jest klarownym i przezroczystym ciałem stałym. Wszystkie te wysokociśnieniowe alotropy są izolatorami i elektrydami .

Pozytywny test płomienia na sód ma jasnożółty kolor.

W teście płomieniowym sód i jego związki świecą na żółto, ponieważ wzbudzone elektrony 3s sodu emitują foton , gdy spadają z 3p do 3s; długość fali tego fotonu odpowiada linii D przy około 589,3 nm. Oddziaływania spin-orbita z udziałem elektronu na orbicie 3p dzielą linię D na dwie części, przy 589,0 i 589,6 nm; struktury nadsubtelne obejmujące oba orbitale powodują znacznie więcej linii.

izotopy

Znanych jest dwadzieścia izotopów sodu, ale tylko 23 Na jest stabilne. 23 Na powstaje w procesie spalania węgla w gwiazdach przez połączenie dwóch atomów węgla ; wymaga to temperatur powyżej 600 megakelwinów i gwiazdy o masie co najmniej trzech mas Słońca. Produktem ubocznym spallacji promieniowania kosmicznego są dwa radioaktywne , kosmogeniczne izotopy : 22 Na ma okres półtrwania 2,6 roku i 24 Na, okres półtrwania 15 godzin; wszystkie inne izotopy mają okres półtrwania krótszy niż jedna minuta.

dwa izomery jądrowe , z których najdłużej żyjący to 24 m Na z okresem półtrwania około 20,2 milisekundy. Ostre promieniowanie neutronowe, pochodzące z krytycznego wypadku jądrowego , przekształca część stabilnego 23 Na w ludzkiej krwi w 24 Na; dawkę promieniowania neutronowego ofiary można obliczyć, mierząc stężenie 24 Na w stosunku do 23 Na.

Chemia

Atomy sodu mają 11 elektronów, o jeden więcej niż stabilna konfiguracja neonu , gazu szlachetnego . Energie pierwszej i drugiej jonizacji wynoszą odpowiednio 495,8 kJ/mol i 4562 kJ/mol. W rezultacie sód zwykle tworzy związki jonowe z udziałem kationu Na + .

Metaliczny sód

sód jest na ogół mniej reaktywny niż potas i bardziej reaktywny niż lit. Metaliczny sód jest wysoce redukujący, przy czym standardowy potencjał redukcyjny dla pary Na + / Na wynosi -2,71 wolta, chociaż potas i lit mają jeszcze bardziej ujemne potencjały. Termiczne, płynne, chemiczne i jądrowe właściwości stopionego metalicznego sodu sprawiły, że jest on jednym z głównych chłodziw z wyboru w reaktorze szybkiego powielania . Takie reaktory jądrowe są postrzegane jako kluczowy krok w kierunku produkcji czystej energii.

Sole i tlenki

Struktura chlorku sodu , ukazująca koordynację oktaedryczną wokół centrów Na + i Cl . Ta struktura rozpada się po rozpuszczeniu w wodzie i składa się ponownie, gdy woda odparowuje.

Związki sodu mają ogromne znaczenie handlowe, szczególnie w przemyśle produkującym szkło , papier , mydło i tekstylia . Najważniejszymi związkami sodu są sól kuchenna (Na Cl ), soda kalcynowana (Na 2 CO 3 ), soda oczyszczona (Na HCO 3 ), soda kaustyczna (NaOH), azotan sodu (Na NO 3 ), di- i tri- sód fosforany , tiosiarczan sodu (Na 2 S 2 O 3 · 5 H 2 O) i boraks (Na 2 B 4 O 7 · 10 H 2 O). W związkach sód jest zwykle związany jonowo z wodą i anionami i jest postrzegany jako twardy kwas Lewisa .

Dwa równoważne obrazy struktury chemicznej stearynianu sodu , typowego mydła.

Większość mydeł to sole sodowe kwasów tłuszczowych . Mydła sodowe mają wyższą temperaturę topnienia (i wydają się „twardsze”) niż mydła potasowe.

Podobnie jak wszystkie metale alkaliczne , sód reaguje egzotermicznie z wodą. W reakcji powstaje ług sodowy ( wodorotlenek sodu ) i łatwopalny gazowy wodór . Podczas spalania na powietrzu tworzy głównie nadtlenek sodu z pewną ilością tlenku sodu .

Roztwory wodne

Sód ma tendencję do tworzenia związków rozpuszczalnych w wodzie, takich jak halogenki , siarczany , azotany , karboksylany i węglany . Głównymi formami wodnymi są kompleksy wodne [Na(H 2 O) n ] + , gdzie n = 4–8; gdzie n = 6 wskazane na podstawie danych dyfrakcji rentgenowskiej i symulacji komputerowych.

Bezpośrednie wytrącanie soli sodowych z roztworów wodnych jest rzadkie, ponieważ sole sodowe zazwyczaj mają wysokie powinowactwo do wody. Wyjątkiem jest bizmutan sodu (NaBiO 3 ). Ze względu na wysoką rozpuszczalność swoich związków sole sodowe są zwykle izolowane w postaci stałej przez odparowanie lub wytrącanie organicznym przeciwrozpuszczalnikiem, takim jak etanol ; na przykład tylko 0,35 g/L chlorku sodu rozpuści się w etanolu. Etery koronowe , takie jak 15-korona-5 , można stosować jako katalizator przeniesienia fazowego .

Zawartość sodu w próbkach oznacza się metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej lub metodą potencjometryczną z wykorzystaniem elektrod jonoselektywnych.

Elektrody i sody

Podobnie jak inne metale alkaliczne, sód rozpuszcza się w amoniaku i niektórych aminach, dając głęboko zabarwione roztwory; odparowanie tych roztworów pozostawia błyszczącą warstwę metalicznego sodu. Roztwory zawierają kompleks koordynacyjny (Na(NH 3 ) 6 ) + , z ładunkiem dodatnim równoważonym przez elektrony jako aniony ; kryptandy pozwalają na izolację tych kompleksów w postaci krystalicznych ciał stałych. Sód tworzy kompleksy z eterami koronowymi, kryptandami i innymi ligandami.

Na przykład 15-korona-5 ma wysokie powinowactwo do sodu, ponieważ rozmiar wnęki 15-korony-5 wynosi 1,7–2,2 Å, co wystarcza, aby zmieścić jon sodu (1,9 Å). Kryptandy, podobnie jak etery koronowe i inne jonofory , również mają wysokie powinowactwo do jonu sodu; pochodne alkalicznego Na można otrzymać przez dodanie kryptandów do roztworów sodu w amoniaku poprzez dysproporcjonowanie .

Związki sodowo-organiczne

Struktura kompleksu sodu (Na + , pokazany na żółto) i antybiotyku monenzyny -A.

Przygotowano wiele związków sodowych. Ze względu na wysoką polarność wiązań C-Na zachowują się one jak źródła karboanionów ( sole z anionami organicznymi ). Niektóre dobrze znane pochodne obejmują cyklopentadienidek sodu (NaC 5 H 5 ) i trityl sodu ((C 6 H 5 ) 3 CNa). Naftalen sodu , Na + [C 10 H 8 •] , silny środek redukujący, tworzy się po zmieszaniu Na i naftalenu w roztworach eterowych.

Związki międzymetaliczne

Sód tworzy stopy z wieloma metalami, takimi jak potas, wapń , ołów oraz pierwiastki z grupy 11 i 12 . Sód i potas tworzą KNa 2 i NaK . NaK zawiera 40–90% potasu i jest płynny w temperaturze otoczenia . Jest doskonałym przewodnikiem ciepła i elektryczności. Stopy sodowo-wapniowe są produktami ubocznymi elektrolitycznej produkcji sodu z dwuskładnikowej mieszaniny soli NaCl-CaCl 2 i trójskładnikowej mieszaniny NaCl-CaCl 2 -BaCl 2 . Wapń jest tylko częściowo miesza się z sodem, a jego 1-2% rozpuszczone w sodzie otrzymanym z tych mieszanin można wytrącić przez schłodzenie do 120°C i przesączenie.

W stanie ciekłym sód jest całkowicie mieszalny z ołowiem. Istnieje kilka metod wytwarzania stopów sodowo-ołowiowych. Jednym z nich jest stopienie ich razem, a drugim elektrolityczne osadzanie sodu na katodach ze stopionego ołowiu. NaPb3 , NaPb , Na9Pb4 , Na5Pb2 i Na15Pb4 to niektóre ze znanych stopów sodowo- ołowiowych . Sód tworzy również stopy ze złotem (NaAu 2 ) i srebrem (NaAg 2 ). metale grupy 12 ( cynk , kadm i rtęć ) są znane z tworzenia stopów z sodem. NaZn 13 i NaCd 2 to stopy cynku i kadmu. Sód i rtęć tworzą NaHg, NaHg 4 , NaHg 2 , Na 3 Hg 2 i Na 3 Hg.

Historia

Ze względu na swoje znaczenie dla zdrowia człowieka, sól od dawna jest ważnym towarem, o czym świadczy angielskie słowo pensja , które wywodzi się od salarium , opłatków solnych, które czasami wręczano rzymskim żołnierzom wraz z innymi zarobkami. W średniowiecznej Europie związek sodu o łacińskiej nazwie sodan był stosowany jako lek na ból głowy . Uważa się, że nazwa sodu pochodzi od arabskiego suda , oznaczającego ból głowy, ponieważ łagodzące ból właściwości węglanu sodu lub sody były dobrze znane w dawnych czasach.

Chociaż sód, czasami nazywany sodą , był od dawna rozpoznawany w związkach, sam metal został wyizolowany dopiero w 1807 roku przez Sir Humphry'ego Davy'ego poprzez elektrolizę wodorotlenku sodu . W 1809 roku niemiecki fizyk i chemik Ludwig Wilhelm Gilbert zaproponował nazwy Natronium dla „sodu” Humphry'ego Davy'ego i Kalium dla „potasu” Davy'ego.

Skrót chemiczny sodu został po raz pierwszy opublikowany w 1814 roku przez Jönsa Jakoba Berzeliusa w jego systemie symboli atomowych i jest skrótem nowej łacińskiej nazwy pierwiastka natrium , która odnosi się do egipskiego natronu , naturalnej soli mineralnej składającej się głównie z uwodnionego węglanu sodu . Historycznie Natron miał kilka ważnych zastosowań przemysłowych i domowych, później przyćmionych przez inne związki sodu.

Sód nadaje płomieniom intensywnie żółty kolor. Już w 1860 roku Kirchhoff i Bunsen zauważyli wysoką czułość testu płomienia sodowego i stwierdzili w Annalen der Physik und Chemie :

najbardziej oddalonym od aparatu kącie naszego pokoju o powierzchni 60 m 3 eksplodowaliśmy 3 mg chloranu sodu z cukrem mlecznym, obserwując nieświecący płomień przed szczeliną. Po chwili zaczął świecić na jasnożółto i pokazywał silną linię sodową, która zniknęła dopiero po 10 minutach. Na podstawie masy soli sodowej i objętości powietrza w pomieszczeniu łatwo obliczymy, że jedna część wagowa powietrza nie może zawierać więcej niż 1/20 milionowej masy sodu.

Występowanie

Skorupa ziemska zawiera 2,27% sodu, co czyni go siódmym najczęściej występującym pierwiastkiem na Ziemi i piątym najbardziej rozpowszechnionym metalem, za aluminium , żelazem , wapniem i magnezem , a przed potasem. Szacunkowa obfitość sodu w oceanach wynosi 10,8 gramów na litr. Ze względu na wysoką reaktywność nigdy nie występuje jako czysty pierwiastek. Występuje w wielu minerałach, niektóre bardzo dobrze rozpuszczalne, takie jak halit i natron , inne znacznie mniej rozpuszczalne, takie jak amfibol i zeolit . Nierozpuszczalność niektórych minerałów sodowych, takich jak kriolit i skaleń, wynika z ich polimerycznych anionów, którymi w przypadku skalenia jest polikrzemian.

Obserwacje astronomiczne

Atomowy sód ma bardzo silną linię widmową w żółto-pomarańczowej części widma (ta sama linia, która jest używana w ulicznych lampach sodowych ). Pojawia się jako linia absorpcyjna w wielu rodzajach gwiazd, w tym w Słońcu . Linia została po raz pierwszy zbadana w 1814 roku przez Josepha von Fraunhofera podczas jego badania linii w widmie słonecznym, obecnie znanych jako linie Fraunhofera . Fraunhofer nazwał ją linią „D”, chociaż obecnie wiadomo, że jest to grupa blisko siebie rozmieszczonych linii podzielonych cienką i struktura nadsubtelna .

Siła linii D pozwala na jej wykrycie w wielu innych środowiskach astronomicznych. W gwiazdach jest widoczny we wszystkich, których powierzchnie są wystarczająco chłodne, aby sód mógł istnieć w postaci atomowej (a nie zjonizowanej). Odpowiada to gwiazdom mniej więcej typu F i chłodniejszym. Wydaje się, że wiele innych gwiazd ma linię absorpcji sodu, ale w rzeczywistości jest to spowodowane gazem w ośrodku międzygwiazdowym na pierwszym planie . Można je rozróżnić za pomocą spektroskopii o wysokiej rozdzielczości, ponieważ linie międzygwiazdowe są znacznie węższe niż te rozszerzone przez rotację gwiazd .

Sód wykryto również w wielu środowiskach Układu Słonecznego , w tym w atmosferze Merkurego , egzosferze Księżyca i wielu innych ciałach. Niektóre komety mają ogon sodowy , który po raz pierwszy wykryto podczas obserwacji komety Hale-Boppa w 1997 r. Sód wykryto nawet w atmosferach niektórych planet pozasłonecznych za pomocą spektroskopii tranzytowej .

Produkcja komercyjna

Stosowany tylko w raczej specjalistycznych zastosowaniach, rocznie produkuje się tylko około 100 000 ton metalicznego sodu. Metaliczny sód został po raz pierwszy wyprodukowany komercyjnie pod koniec XIX wieku w drodze karbotermicznej redukcji węglanu sodu w temperaturze 1100 ° C, jako pierwszy etap procesu Deville'a do produkcji aluminium:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

Wysoki popyt na aluminium stworzył potrzebę produkcji sodu. Wprowadzenie procesu Halla-Héroulta do produkcji aluminium poprzez elektrolizę w stopionej kąpieli solnej zakończyło zapotrzebowanie na duże ilości sodu. Powiązany proces oparty na redukcji wodorotlenku sodu został opracowany w 1886 roku.

Sód jest obecnie produkowany komercyjnie poprzez elektrolizę stopionego chlorku sodu , w oparciu o proces opatentowany w 1924 r. Odbywa się to w celce Downs, w której NaCl miesza się z chlorkiem wapnia w celu obniżenia temperatury topnienia poniżej 700 ° C. Ponieważ wapń jest mniej elektrododatni niż sód, na katodzie nie osadza się wapń. Ta metoda jest tańsza niż poprzedni proces Castnera (elektroliza wodorotlenku sodu ). Jeśli wymagany jest sód o wysokiej czystości, można go destylować raz lub kilka razy.

Rynek sodu jest niestabilny ze względu na trudności w jego przechowywaniu i transporcie; musi być przechowywany w suchej gazu obojętnego lub bezwodnego oleju mineralnego , aby zapobiec tworzeniu się powierzchniowej warstwy tlenku sodu lub nadtlenku sodu .

Używa

Chociaż metaliczny sód ma kilka ważnych zastosowań, główne zastosowania sodu wykorzystują związki; miliony ton chlorku , wodorotlenku i węglanu sodu są produkowane rocznie. Chlorek sodu jest szeroko stosowany do zapobiegania oblodzeniu i odladzania oraz jako środek konserwujący; przykłady zastosowań wodorowęglanu sodu obejmują pieczenie jako środek spulchniający i sodowanie . Wraz z potasem wiele ważnych leków zawiera sód w celu poprawy ich biodostępności ; chociaż potas jest w większości przypadków lepszym jonem, sód jest wybierany ze względu na niższą cenę i masę atomową. Wodorek sodu jest używany jako podstawa w różnych reakcjach (takich jak reakcja aldolowa ) w chemii organicznej.

Sód metaliczny wykorzystywany jest głównie do produkcji borowodorku sodu , azydku sodu , indygo i trifenylofosfiny . Kiedyś powszechnym zastosowaniem było wytwarzanie tetraetyloołowiu i metalicznego tytanu; z powodu odejścia od TEL i nowych metod produkcji tytanu produkcja sodu spadła po 1970 r. Sód jest również używany jako metal stopowy, środek zapobiegający osadzaniu się kamienia kotłowego oraz jako środek redukujący metale, gdy inne materiały są nieskuteczne.

Należy zauważyć, że wolny pierwiastek nie jest używany jako środek odkamieniający, jony w wodzie są wymieniane na jony sodu. Lampy sodowo-plazmowe („parowe”) są często używane do oświetlenia ulicznego w miastach, rzucając światło w zakresie od żółto-pomarańczowego do brzoskwiniowego w miarę wzrostu ciśnienia. Sam lub z potasem sód jest środkiem osuszającym ; daje intensywne niebieskie zabarwienie z benzofenonem , gdy osuszacz jest suchy.

W syntezie organicznej sód jest używany w różnych reakcjach, takich jak redukcja brzozy , a test fuzji sodu jest przeprowadzany w celu jakościowej analizy związków. Sód reaguje z alkoholem i daje alkoholany, a po rozpuszczeniu sodu w roztworze amoniaku można go użyć do redukcji alkinów do trans-alkenów. Lasery emitujące światło na sodowej linii D są wykorzystywane do tworzenia sztucznych laserowych gwiazd prowadzących , które pomagają w optyce adaptacyjnej dla naziemnych teleskopów światła widzialnego.

Przenikanie ciepła

Diagram fazowy NaK , przedstawiający temperaturę topnienia sodu w funkcji stężenia potasu. NaK z 77% potasem jest eutektyczny i ma najniższą temperaturę topnienia stopów NaK przy -12,6 ° C.

Ciekły sód jest stosowany jako płyn przenoszący ciepło w reaktorach prędkich chłodzonych sodem, ponieważ ma wysoką przewodność cieplną i niski przekrój absorpcji neutronów wymagany do uzyskania wysokiego strumienia neutronów w reaktorze. Wysoka temperatura wrzenia sodu pozwala reaktorowi pracować pod ciśnieniem otoczenia (normalnym), ale wady obejmują jego nieprzezroczystość, która utrudnia konserwację wizualną, oraz jego właściwości silnie redukujące. Sód eksploduje w kontakcie z wodą, chociaż pali się tylko delikatnie w powietrzu.

Radioaktywny sód-24 może być wytwarzany podczas bombardowania neutronami podczas pracy, stwarzając niewielkie zagrożenie promieniowaniem; radioaktywność ustaje w ciągu kilku dni po wyjęciu z reaktora. Jeśli reaktor musi być często wyłączany, stosuje się NaK . Ponieważ NaK jest cieczą w temperaturze pokojowej, płyn chłodzący nie krzepnie w rurach.

W takim przypadku piroforyczność potasu wymaga dodatkowych środków ostrożności w celu zapobiegania i wykrywania wycieków. Innym zastosowaniem do przenoszenia ciepła są zawory grzybkowe w wysokowydajnych silnikach spalinowych; trzpienie zaworów są częściowo wypełnione sodem i działają jak rura cieplna do chłodzenia zaworów.

Rola biologiczna

Rola biologiczna u ludzi

U ludzi sód jest niezbędnym minerałem, który reguluje objętość krwi , ciśnienie krwi, równowagę osmotyczną i pH . Szacuje się, że minimalne fizjologiczne zapotrzebowanie na sód wynosi od około 120 miligramów dziennie u noworodków do 500 miligramów dziennie w wieku powyżej 10 lat.

Dieta

Chlorek sodu ( sól ) jest głównym źródłem sodu w diecie i jest stosowany jako przyprawa i środek konserwujący w takich produktach, jak konserwy marynowane i suszone mięso ; dla Amerykanów większość chlorku sodu pochodzi z przetworzonej żywności . Innym źródłem sodu jest jego naturalne występowanie w żywności oraz dodatki do żywności, takie jak glutaminian sodu (MSG), azotyn sodu , sacharynian sodu, soda oczyszczona (wodorowęglan sodu) i benzoesan sodu .

Amerykański Instytut Medycyny ustalił górny tolerowany poziom spożycia sodu na 2,3 grama dziennie, ale przeciętny mieszkaniec Stanów Zjednoczonych spożywa 3,4 grama dziennie. American Heart Association zaleca nie więcej niż 1,5 g sodu dziennie.

Wysokie spożycie sodu

Wysokie spożycie sodu jest niezdrowe i może prowadzić do zmian w mechanicznej wydajności serca. Wysokie spożycie sodu jest również związane z przewlekłą chorobą nerek , wysokim ciśnieniem krwi , chorobami układu krążenia i udarem mózgu .

Wysokie ciśnienie krwi

Istnieje silna korelacja między wyższym spożyciem sodu a wyższym ciśnieniem krwi. Badania wykazały, że obniżenie spożycia sodu o 2 g dziennie ma tendencję do obniżania skurczowego ciśnienia krwi o około 2 do 4 mm Hg. Oszacowano, że takie zmniejszenie spożycia sodu doprowadziłoby do zmniejszenia liczby przypadków nadciśnienia tętniczego o 9 do 17% .

Nadciśnienie jest przyczyną 7,6 miliona przedwczesnych zgonów każdego roku na całym świecie. (Zauważ, że sól zawiera około 39,3% sodu — reszta to chlor i śladowe ilości substancji chemicznych; tak więc 2,3 g sodu to około 5,9 g lub 5,3 ml soli — około jednej łyżeczki do herbaty ) .

Jedno z badań wykazało, że osoby z nadciśnieniem lub bez, które wydalały z moczem mniej niż 3 gramy sodu dziennie (a zatem przyjmowały mniej niż 3 g dziennie), miały większe ryzyko śmierci, udaru mózgu lub zawału serca niż osoby wydalające 4 do 5 gramów dziennie. Poziomy 7 g lub więcej dziennie u osób z nadciśnieniem były związane z wyższą śmiertelnością i incydentami sercowo-naczyniowymi, ale nie stwierdzono tego w przypadku osób bez nadciśnienia . Amerykańska FDA stwierdza, że ​​dorośli z nadciśnieniem tętniczym i stanem przednadciśnieniowym powinni ograniczyć dzienne spożycie sodu do 1,5 g.

Fizjologia

Układ renina-angiotensyna reguluje ilość płynów i stężenie sodu w organizmie. Obniżenie ciśnienia krwi i stężenia sodu w nerkach skutkuje produkcją reniny , która z kolei wytwarza aldosteron i angiotensynę , która stymuluje ponowne wchłanianie sodu z powrotem do krwioobiegu. Kiedy stężenie sodu wzrasta, zmniejsza się produkcja reniny, a stężenie sodu wraca do normy. Jon sodu (Na + ) jest ważnym elektrolitem w neuronach funkcji i osmoregulacji między komórkami a płynem zewnątrzkomórkowym . Jest to osiągane u wszystkich zwierząt przez Na + /K + -ATPazę , aktywny transporter pompujący jony w kierunku przeciwnym do gradientu oraz kanały sodowo-potasowe. Sód jest najbardziej rozpowszechnionym jonem metalu w płynie pozakomórkowym.

U ludzi niezwykle niski lub wysoki poziom sodu we krwi jest rozpoznawany w medycynie jako hiponatremia i hipernatremia . Warunki te mogą być spowodowane czynnikami genetycznymi, starzeniem się lub długotrwałymi wymiotami lub biegunką.

Rola biologiczna w roślinach

W roślinach C4 sód jest mikroelementem wspomagającym metabolizm, szczególnie w regeneracji fosfoenolopirogronianu i syntezie chlorofilu . W innych zastępuje potas w kilku rolach, takich jak utrzymywanie turgoru i wspomaganie otwierania i zamykania aparatów szparkowych . Nadmiar sodu w glebie może ograniczać pobieranie wody poprzez zmniejszenie potencjału wodnego , co może skutkować więdnięciem roślin; nadmierne stężenie w cytoplazmie może prowadzić do hamowania enzymów, co z kolei powoduje martwicę i chlorozę.

W odpowiedzi niektóre rośliny rozwinęły mechanizmy ograniczające pobieranie sodu przez korzenie, magazynowanie go w wakuolach komórkowych i ograniczanie transportu soli z korzeni do liści. Nadmiar sodu może być również magazynowany w starej tkance roślinnej, ograniczając uszkodzenia nowego wzrostu. Halofity przystosowały się do rozwoju w środowiskach bogatych w sód.

Bezpieczeństwo i środki ostrożności

Sód
Zagrożenia
Oznakowanie GHS :
GHS02: FlammableGHS05: Corrosive
Niebezpieczeństwo
H260 , H314
P223 , P231+P232 , P280 , P305+P351+P338 , P370+P378 , P422
NFPA 704 (ognisty diament)
3
2
2

Sód tworzy łatwopalny wodór i żrący wodorotlenek sodu w kontakcie z wodą; połknięcie i kontakt z wilgocią na skórze, oczach lub błonach śluzowych może spowodować poważne oparzenia. Sód spontanicznie wybucha w obecności wody w wyniku tworzenia się wodoru (wysoce wybuchowy) i wodorotlenku sodu (który rozpuszcza się w wodzie, uwalniając większą powierzchnię). Jednak sód wystawiony na działanie powietrza i zapalający się lub osiągający samozapłon (zgłoszono, że występuje, gdy stopiony sód osiąga temperaturę około 290 ° C, 554 ° F) wykazuje stosunkowo łagodny ogień.

W przypadku masywnych (niestopionych) kawałków sodu reakcja z tlenem w końcu staje się powolna ze względu na tworzenie się warstwy ochronnej. Gaśnice na bazie wody przyspieszają pożary sodowe. Te na bazie dwutlenku węgla i bromochlorodifluorometanu nie powinny być używane do gaszenia sodem. Pożary metali należą do klasy D , ale nie wszystkie gaśnice klasy D są skuteczne w gaszeniu pożarów sodowych. Skutecznym środkiem gaśniczym dla pożarów sodowych jest Met-LX. Inne skuteczne środki obejmują Lith-X, który ma grafitowy i fosforoorganiczny ognioodporne i suchy piasek.

Pożarom sodu zapobiega się w reaktorach jądrowych poprzez izolowanie sodu od tlenu za pomocą otaczających rur zawierających gaz obojętny. Pożarom sodowym typu basenowego zapobiega się za pomocą różnych środków projektowych zwanych systemami zbiorników. Zbierają wyciekający sód do zbiornika do usuwania wycieków, gdzie jest on odizolowany od tlenu.

Pożary ciekłego sodu są bardziej niebezpieczne w obsłudze niż pożary stałego sodu, zwłaszcza jeśli nie ma wystarczającego doświadczenia w bezpiecznym obchodzeniu się ze stopionym sodem. W raporcie technicznym dla United States Fire Administration RJ Gordon pisze (podkreślenie w oryginale)

Po zapaleniu sód jest bardzo trudny do ugaszenia. Reaguje gwałtownie z wodą, jak wspomniano wcześniej, oraz z każdym środkiem gaśniczym zawierającym wodę. Będzie również reagować z wieloma innymi powszechnymi środkami gaśniczymi, w tym dwutlenkiem węgla i związkami halogenowymi oraz większością suchych środków chemicznych. Jedynymi bezpiecznymi i skutecznymi środkami gaśniczymi są całkowicie suche, obojętne materiały, takie jak środki gaśnicze klasy D, soda kalcynowana, grafit, ziemia okrzemkowa lub chlorek sodu, z których wszystkie mogą być użyte do zakrycia niewielkiej ilości płonącego sodu i wykluczenia tlenu z dotarcie do metalu.

Środek gaśniczy musi być całkowicie suchy, ponieważ nawet śladowa ilość wody w materiale może zareagować z płonącym sodem i spowodować wybuch. Chlorek sodu jest uznawany za środek gaśniczy ze względu na swoją stabilność chemiczną, jednak jest higroskopijny (ma właściwość przyciągania i zatrzymywania cząsteczek wody na powierzchni kryształów soli) i musi być utrzymywany w stanie całkowicie suchym, aby można go było bezpiecznie stosować jako środek gaśniczy . Każdy kryształ chlorku sodu zawiera również śladowe ilości wilgoci w strukturze kryształu.

Roztopiony sód jest niezwykle niebezpieczny, ponieważ jest znacznie bardziej reaktywny niż stała masa. W postaci ciekłej każdy atom sodu jest wolny i mobilny, aby natychmiast połączyć się z dowolnym dostępnym atomem tlenu lub innym utleniaczem, a każdy gazowy produkt uboczny zostanie utworzony jako szybko rozszerzający się pęcherzyk gazu w stopionej masie. Nawet niewielka ilość wody może wywołać tego typu reakcję. Każda ilość wody wprowadzona do roztopionego sodu prawdopodobnie spowoduje gwałtowną eksplozję wewnątrz ciekłej masy, uwalniając wodór jako szybko rozprężający się gaz i powodując wybuch stopionego sodu z pojemnika.

Kiedy stopiony sód jest zaangażowany w ogień, spalanie zachodzi na powierzchni cieczy. Gaz obojętny, taki jak azot lub argon, może być użyty do utworzenia warstwy obojętnej nad jeziorkiem płonącego ciekłego sodu, ale gaz musi być nakładany bardzo delikatnie i utrzymywany na powierzchni. Z wyjątkiem sody kalcynowanej, większość sproszkowanych środków, które są używane do gaszenia małych pożarów w stałych kawałkach lub płytkich basenach, opadnie na dno stopionej masy płonącego sodu - sód wypłynie na powierzchnię i będzie się dalej palił. Jeśli płonący sód znajduje się w pojemniku, może być możliwe ugaszenie ognia przez umieszczenie pokrywy na pojemniku, aby wykluczyć dostęp tlenu.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne