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 y 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, 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, el método del sodio metal produce una serie de metales refractarios Al reducir KOH con sodio, se libera 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 se encuentra en la forma. 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. Hueso 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 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 preserva lo necesario. minerales 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 fenómenos térmicos o insolación, 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. Óptimo dosis diaria El sodio para niños oscila entre 600 y 1700 miligramos, para adultos entre 1200 y 2300 miligramos. Equivalente 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). Requisito diario El contenido de sodio depende principalmente de la cantidad de sales que se pierden a través del sudor, pudiendo 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 intestino delgado, La vitamina D promueve una mejor absorción de 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 presentan síntomas como pérdida de apetito, disminución del sentido del gusto, calambres estomacales, náuseas, vómitos, formación de gases y, como resultado de todo esto, una pérdida de peso severa. 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 organismo, lo que se traduce en un aumento de la densidad sanguínea y, por tanto, en un aumento de la presión arterial(hipertensión), edema y enfermedad vascular. 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, la obtención del metal en forma pura no tuvo éxito hasta 1807, lo logró el químico inglés Humphry Davy como resultado de la electrólisis de sosa cáustica sólida NaOH ligeramente humedecida. 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 soda 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 diversas rocas. Así, la mayor concentración 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. Numero total Hay más de doscientos minerales de sodio conocidos. 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, que es del 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) cubre un área de 60 por 24 km y tiene 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. Gracias a su alto reactividad Este metal alcalino se utiliza en metalurgia como agente reductor para producir 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 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 a presión. 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, 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. Por lo tanto, 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 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 retorno 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 balde 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 de bajo punto de fusión, 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, como sus óxidos, interactúa activamente con el agua para formar hidróxido NaOH y liberar hidrógeno con una gran superficie de contacto, la reacción es 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 que tienen propiedades químicas similares al litio. compuestos orgánicos, pero superior a ellos en reactividad.
-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.
Diagrama del átomo de sodio.
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 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 de 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 bajo 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 analisis cualitativo materia orgánica. Se neutraliza la aleación de sodio y la sustancia problema. 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 la mantiene 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; una cantidad mayor pone en peligro la vida.
El sodio es uno de los metales alcalinos. La tabla de elementos químicos lo muestra como un átomo perteneciente al tercer período y al primer grupo.
Propiedades físicas
Esta sección examinará las características del sodio desde un punto de vista físico. Para empezar, en su forma pura es una sustancia sólida plateada con brillo metálico y baja dureza. El sodio es tan blando que se puede cortar fácilmente con un cuchillo. El punto de fusión de esta sustancia es bastante bajo y asciende a setenta y nueve grados centígrados. La masa atómica del sodio también es pequeña, hablaremos de ello más adelante. La densidad de este metal es 0,97 g/cm 3 .
Características químicas del sodio.
Este elemento tiene una actividad muy alta: puede reaccionar rápida y violentamente con muchas otras sustancias. Además, la tabla de elementos químicos le permite determinar un valor como la masa molar: para el sodio es veintitrés. Un mol es la cantidad de sustancia que contiene 6,02 x 10 elevado a 23 de átomos (moléculas, si la sustancia es compleja). Conociendo la masa molar de un elemento, se puede determinar cuánto pesará un mol específico de una sustancia determinada. Por ejemplo, dos moles de sodio pesan cuarenta y seis gramos. Como se mencionó anteriormente, este metal es uno de los más activos químicamente; por lo tanto, su óxido puede formar álcalis (bases fuertes);
Cómo se forman los óxidos
Todas las sustancias de este grupo, incluido el sodio, pueden obtenerse quemando el material original. Así, el metal reacciona con el oxígeno, lo que conduce a la formación de un óxido. Por ejemplo, si quemamos cuatro moles de sodio, gastaremos un mol de oxígeno y obtendremos dos moles del óxido de este metal. La fórmula del óxido de sodio es Na 2 O. La ecuación de reacción se ve así: 4Na + O 2 = 2Na 2 O. Si agrega agua a la sustancia resultante, se forma un álcali: NaOH.
Tomando un mol de óxido y un mol de agua, obtenemos dos moles de base. Aquí está la ecuación para esta reacción: Na 2 O + H 2 O = 2NaOH. La sustancia resultante también se llama hidróxido de sodio. Esto se debe a sus pronunciadas propiedades alcalinas y su alta actividad química. Al igual que los ácidos fuertes, el sodio cáustico reacciona activamente con sales de metales poco activos, compuestos orgánicos, etc. Durante la interacción con las sales, se produce una reacción de intercambio: se forman una nueva sal y una nueva base. Una solución de hidróxido de sodio puede destruir fácilmente telas, papel, piel y uñas, por lo que es necesario seguir las normas de seguridad al trabajar con ella. Se utiliza en la industria química como catalizador y también en la vida cotidiana como medio para eliminar el problema de las tuberías obstruidas.
Reacciones con halógenos
Se trata de sustancias simples formadas por elementos químicos que pertenecen al séptimo grupo de la tabla periódica. Su lista incluye flúor, yodo, cloro y bromo. El sodio es capaz de reaccionar con todos ellos, formando compuestos como cloruro/bromuro/yoduro/fluoruro de sodio. Para llevar a cabo la reacción, es necesario tomar dos moles del metal en cuestión y agregarle un mol de flúor. Como resultado, obtenemos fluoruro de sodio en una cantidad de dos moles. Este proceso se puede escribir como una ecuación: Na + F 2 = 2NaF. El fluoruro de sodio que obtuvimos se utiliza en la producción de pastas dentales anticaries, así como detergentes para diversas superficies. Del mismo modo, añadiendo cloro se puede obtener (sal de cocina), yoduro de sodio, que se utiliza en la fabricación de lámparas de halogenuros metálicos, bromuro de sodio, que se utiliza como medicamento para las neurosis, el insomnio, la histeria y otros trastornos del sistema nervioso.
Con otras sustancias simples
También son posibles reacciones de sodio con fósforo, azufre (azufre) y carbono (carbono). Este tipo de interacción química sólo puede llevarse a cabo si se crean condiciones especiales en forma de alta temperatura. Por tanto, se produce una reacción de adición. Con su ayuda se pueden obtener sustancias como fosfuro de sodio, sulfuro de sodio y carburo de sodio.
Un ejemplo es la adición de átomos de un metal determinado a átomos de fósforo. Si se toman tres moles del metal en cuestión y un mol del segundo componente y luego se calientan, se obtiene un mol de fosfuro de sodio. Esta reacción se puede escribir en la forma de la siguiente ecuación: 3Na + P = Na 3 P. Además, el sodio puede reaccionar tanto con nitrógeno como con hidrógeno. En el primer caso, se forma un nitruro de este metal, en el segundo, un hidruro. Los ejemplos incluyen las siguientes ecuaciones de reacción química: 6Na + N2 = 2Na 3 N; 2Na + H2 = 2NaH. La primera interacción requiere una descarga eléctrica, la segunda requiere alta temperatura.
Reacciones con ácidos
Las características del sodio no se limitan a las simples. Este metal también reacciona con todos los ácidos. Como resultado de tales interacciones químicas también se forma hidrógeno. Por ejemplo, cuando el metal en cuestión reacciona con el ácido clorhídrico, se forman sal de cocina e hidrógeno, que se evapora. Esta reacción se puede expresar usando la ecuación de reacción: Na + HCl = NaCl + H 2. Este tipo de interacción química se llama reacción de sustitución. Utilizándolo también se pueden obtener sales como fosfato, nitrato, nitrito, sulfato, sulfito y carbonato de sodio.
Interacción con sales
El sodio reacciona con las sales de todos los metales excepto el potasio y el calcio (son más activos químicamente que el elemento en cuestión). En este caso, como en el anterior, se produce una reacción de sustitución. Los átomos del metal en cuestión reemplazan a los átomos de un metal químicamente más débil. Así, mezclando dos moles de sodio y un mol de nitrato de magnesio, obtenemos dos moles, además de magnesio puro, un mol. La ecuación para esta reacción se puede escribir de la siguiente manera: 2Na + Mg(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + Mg. Siguiendo el mismo principio, se pueden obtener muchas otras sales de sodio. Este método también se puede utilizar para obtener metales a partir de sus sales.
¿Qué pasa si le agregas agua al sodio?
Esta es quizás una de las sustancias más comunes del planeta. Y el metal en cuestión también es capaz de entrar en interacción química con él. En este caso, se forma sodio cáustico o hidróxido de sodio, ya comentado anteriormente.
Para llevar a cabo tal reacción, necesitará tomar dos moles de sodio, agregarle agua, también en una cantidad de dos moles, y como resultado obtenemos dos moles de hidróxido y un mol de hidrógeno, que se libera en en forma de gas con un olor acre.
El sodio y sus efectos en los organismos.
Habiendo examinado este metal desde un punto de vista químico, pasemos a cuáles son las características biológicas del sodio. Es uno de los microelementos importantes. En primer lugar, es uno de los componentes de la célula animal. Aquí cumple funciones importantes: junto con el potasio, apoya, participa en la formación y propagación de los impulsos nerviosos entre las células y es un elemento químico necesario para los procesos osmóticos (que es necesario, por ejemplo, para el funcionamiento de las células renales). Además, el sodio es responsable del equilibrio agua-sal de la célula. Además, sin este elemento químico, el transporte de glucosa a través de la sangre, tan necesaria para el funcionamiento del cerebro, es imposible. Este metal también participa en el proceso de contracción muscular.
Este microelemento no solo lo necesitan los animales: el sodio en el cuerpo de las plantas también desempeña funciones importantes: participa en el proceso de fotosíntesis, ayuda a transportar carbohidratos y también es necesario para el paso de sustancias orgánicas e inorgánicas a través de las membranas.
Exceso y deficiencia de sodio.
El consumo excesivo de sal durante un período prolongado puede provocar un aumento de los niveles de este elemento químico en el organismo. Los síntomas del exceso de sodio pueden incluir aumento de la temperatura corporal, hinchazón, aumento de la excitabilidad nerviosa y alteración de la función renal. Si aparecen tales síntomas, debe eliminar de su dieta la sal de mesa y los alimentos que contengan una gran cantidad de este metal (la lista se proporciona a continuación) y luego consultar inmediatamente a un médico. El contenido reducido de sodio en el cuerpo también provoca síntomas desagradables y disfunción orgánica. Este elemento químico puede eliminarse cuando se toman diuréticos durante un tiempo prolongado o cuando se bebe solo agua purificada (destilada), con aumento de la sudoración y deshidratación del cuerpo. Los síntomas de la deficiencia de sodio son sed, piel seca y membranas mucosas, vómitos y náuseas, falta de apetito, alteración de la conciencia y apatía, taquicardia y cese de la función renal adecuada.
Alimentos ricos en sodio
Para evitar demasiado alto o demasiado bajo contenido en el cuerpo del elemento químico en cuestión, es necesario saber qué alimento lo contiene en mayor cantidad. En primer lugar, se trata de la sal de cocina ya mencionada anteriormente. Se compone de cuarenta por ciento de sodio. También puede ser sal marina. Además, este metal se encuentra en la soja y la salsa de soja. Un gran número de El sodio se observa en los mariscos. Se trata de algas, la mayoría de tipos de pescado, camarones, pulpo, carne de cangrejo, caviar, cangrejos de río, etc. El contenido de sodio en ellos se debe a que estos organismos viven en un ambiente salado con una alta concentración de sales de varios metales importantes. para el funcionamiento normal del organismo.
Uso de este metal y algunos de sus compuestos.
El uso del sodio en la industria es muy versátil. En primer lugar, esta sustancia se utiliza en la industria química. Aquí es necesario obtener sustancias como el hidróxido del metal en cuestión, su fluoruro, sulfatos y nitratos. Además, se utiliza como fuerte agente reductor para aislar metales puros de sus sales. Existe un sodio técnico especial destinado a tales fines. Sus propiedades están registradas en GOST 3273-75. Debido a las fuertes propiedades reductoras mencionadas anteriormente, el sodio se usa ampliamente en metalurgia.
Este elemento químico también se utiliza en la industria farmacéutica, donde se necesita con mayor frecuencia para obtener su bromuro, que es uno de los componentes principales de muchos sedantes y antidepresivos. Además, el sodio se puede utilizar en la fabricación de lámparas de descarga de gas, que serán fuentes de luz amarilla brillante. Un compuesto químico como el clorato de sodio (NaClO 3) destruye las plantas jóvenes, por lo que se utiliza para retirarlas de las vías del tren para evitar que crezcan demasiado. El cianuro de sodio se utiliza ampliamente en la industria minera del oro. Con su ayuda, este metal se obtiene de las rocas.
¿Cómo se obtiene el sodio?
El método más común es la reacción del carbonato del metal en cuestión con carbono. Para ello, es necesario calentar las dos sustancias especificadas a una temperatura de unos mil grados centígrados. Como resultado, se forman dos compuestos químicos: sodio y vapor gaseoso. Cuando un mol de carbonato de sodio reacciona con dos moles de carbono, se obtienen dos moles del metal deseado y tres moles de monóxido de carbono. La ecuación para la reacción anterior se puede escribir de la siguiente manera: NaCO 3 + 2C = 2Na + 3CO. De manera similar, este elemento químico se puede obtener a partir de sus otros compuestos.
Reacciones cualitativas
La presencia de sodio+, como cualquier otro catión o anión, puede determinarse mediante manipulaciones químicas especiales. Una reacción cualitativa al ion sodio es la combustión; si está presente, la llama se coloreará de amarillo.
¿Dónde se puede encontrar en la naturaleza el elemento químico en cuestión?
En primer lugar, como ya se mencionó, es uno de los componentes de las células tanto animales como vegetales. Además, se observa su alta concentración en el agua de mar. Además, el sodio forma parte de algunos minerales. Este, por ejemplo, es silvinita, su fórmula es NaCl. KCl, así como la carnalita, cuya fórmula es KCl.MgCl 2 .6H 2 O. El primero de ellos tiene una estructura heterogénea con partes multicolores alternas, su color puede incluir naranja, rosa, azul y rojo; Este mineral es completamente soluble en agua. La carnalita, según el lugar de formación y las impurezas, también puede tener diferentes colores. Puede ser rojo, amarillo, blanco, celeste y también transparente. Tiene un brillo tenue y los rayos de luz se refractan fuertemente en él. Estos dos minerales sirven como materia prima para la producción de metales que forman parte de su composición: sodio, potasio, magnesio.
Los científicos creen que el metal que examinamos en este artículo es uno de los más comunes en la naturaleza, ya que representa el dos y medio por ciento de la corteza terrestre.
El contenido del artículo.
SODIO– (Natrio) Na, elemento químico del grupo 1 (Ia) de la Tabla Periódica, pertenece a los elementos alcalinos. Número atómico 11, masa atómica relativa 22,98977. En la naturaleza existe un isótopo estable el 23 Na. Se conocen seis isótopos radiactivos de este elemento, dos de los cuales son de interés para la ciencia y la medicina. El sodio-22, con una vida media de 2,58 años, se utiliza como fuente de positrones. El sodio-24 (su vida media es de unas 15 horas) se utiliza en medicina para el diagnóstico y tratamiento de algunas formas de leucemia.
Estado de oxidación +1.
Los compuestos de sodio se conocen desde la antigüedad. El cloruro de sodio es un componente esencial de la alimentación humana. Se cree que la gente empezó a utilizarlo en el Neolítico, es decir. Hace unos 5 a 7 mil años.
EN Viejo Testamento Se menciona cierta sustancia “neter”. Esta sustancia se utilizó como detergente. Lo más probable es que el neter sea soda, un carbonato de sodio que se formó en los lagos salados egipcios con orillas calcáreas. Los autores griegos Aristóteles y Dioscórides escribieron más tarde sobre la misma sustancia, pero bajo el nombre de "nitrón", y el antiguo historiador romano Plinio el Viejo, mencionando la misma sustancia, la llamó "nitrum".
En el siglo 18 Los químicos ya conocían muchos compuestos de sodio diferentes. Las sales de sodio se usaban ampliamente en medicina, para curtir cuero y teñir telas.
El sodio metálico fue obtenido por primera vez por el químico y físico inglés Humphry Davy mediante electrólisis de hidróxido de sodio fundido (utilizando una columna voltaica de 250 pares de placas de cobre y zinc). El nombre "sodio" elegido por Davy para este elemento refleja su origen en la sosa Na 2 CO 3 . Los nombres latinos y rusos del elemento se derivan del árabe “natrun” (refresco natural).
Distribución del sodio en la naturaleza y su extracción industrial.
El sodio es el séptimo elemento más abundante y el quinto metal más abundante (después del aluminio, hierro, calcio y magnesio). Su contenido en la corteza terrestre es del 2,27%. La mayor parte del sodio se encuentra en varios aluminosilicatos.
En todos los continentes existen enormes depósitos de sales de sodio en forma relativamente pura. Son el resultado de la evaporación de mares antiguos. Este proceso aún continúa en Salt Lake (Utah), el Mar Muerto y otros lugares. El sodio se encuentra en forma de cloruro de NaCl (halita, sal gema), así como carbonato Na 2 CO 3 NaHCO 3 · 2H 2 O (trona), nitrato NaNO 3 (salitre), sulfato Na 2 SO 4 · 10H 2 O (mirabilita). ), tetraborato Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O (bórax) y Na 2 B 4 O 7 4H 2 O (kernita) y otras sales.
Existen reservas inagotables de cloruro de sodio en las salmueras naturales y en las aguas oceánicas (alrededor de 30 kg m–3). 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 un área de base de 1 m2. km puede llegar a la Luna 47 veces.
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.
La materia viva contiene una media de 0,02% de sodio; Hay más en los animales que en las plantas.
Características de una sustancia simple y producción industrial del sodio metálico.
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 conductividad térmica del sodio son bastante altos, la densidad es 0,96842 g/cm 3 (a 19,7 ° C), el punto de fusión es 97,86 ° C, el punto de ebullición es 883,15 ° C.
La aleación ternaria, que contiene 12% de sodio, 47% de potasio y 41% de cesio, tiene el punto de fusión más bajo para los sistemas metálicos, igual a –78 °C.
El sodio y sus compuestos tiñen la llama de color amarillo brillante. La doble línea en el espectro del sodio corresponde a la transición 3 s 1–3pag 1 en los átomos del elemento.
La actividad química del sodio es alta. En el aire, rápidamente se cubre con una película de una mezcla de peróxido, hidróxido y carbonato. El sodio se quema en oxígeno, flúor y cloro. Cuando un metal se quema en el aire, se forma peróxido de Na 2 O 2 (con una mezcla de óxido de Na 2 O).
El sodio reacciona con el azufre cuando se muele en un mortero y reduce el ácido sulfúrico a azufre o incluso sulfuro. El dióxido de carbono sólido (“hielo seco”) explota al entrar en contacto con el sodio (¡los extintores de dióxido de carbono no se pueden usar para extinguir un incendio de sodio!). Con el nitrógeno, la reacción se produce sólo en forma de descarga eléctrica. El sodio no interactúa sólo con gases inertes.
El sodio reacciona activamente con el agua:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
El calor liberado durante la reacción es suficiente para fundir el metal. Por tanto, si se arroja un pequeño trozo de sodio al agua, se funde por el efecto térmico de la reacción y una gota de metal, más ligera que el agua, “corre” por la superficie del agua, impulsada por la fuerza reactiva. del hidrógeno liberado. El sodio reacciona mucho más tranquilamente con los alcoholes que con el agua:
2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2
El sodio se disuelve fácilmente en amoníaco líquido para formar soluciones metaestables de color azul brillante con propiedades inusuales. A –33,8° C se disuelven hasta 246 g de sodio metálico en 1000 g de amoníaco. Las soluciones diluidas son azules, las soluciones concentradas son bronce. Se pueden almacenar durante aproximadamente una semana. Se ha establecido que en el amoníaco líquido el sodio se ioniza:
Na Na + + e –
La constante de equilibrio de esta reacción es 9,9·10 –3. El electrón saliente es solvatado por moléculas de amoníaco y forma un complejo -. Las soluciones resultantes tienen conductividad eléctrica metálica. Cuando el amoníaco se evapora, queda el metal original. Cuando la solución se almacena durante mucho tiempo, gradualmente se decolora debido a la reacción del metal con amoníaco para formar la amida NaNH 2 o imida Na 2 NH y la liberación de hidrógeno.
El sodio se almacena bajo una capa de líquido deshidratado (queroseno, aceite mineral) y se transporta únicamente en contenedores metálicos sellados.
El método electrolítico para la producción industrial de sodio se desarrolló en 1890. La electrólisis se realizaba sobre hidróxido de sodio fundido, como en los experimentos de Davy, pero utilizando fuentes de energía más avanzadas que la columna voltaica. En este proceso, junto con el sodio, se libera oxígeno:
ánodo (níquel): 4OH – – 4e – = O 2 + 2H 2 O.
Durante la electrólisis del cloruro de sodio puro surgen serios problemas asociados, en primer lugar, con el punto de fusión cercano del cloruro de sodio y el punto de ebullición del sodio y, en segundo lugar, con la alta solubilidad del sodio en cloruro de sodio líquido. Agregar cloruro de potasio, fluoruro de sodio y cloruro de calcio al cloruro de sodio permite reducir la temperatura de fusión a 600° C. Producción de sodio por electrólisis de una mezcla eutéctica fundida (una aleación de dos sustancias con el punto de fusión más bajo) 40% NaCl y 60% CaCl 2 a ~580° C en una celda desarrollada por el ingeniero estadounidense G. Downs, fue iniciada en 1921 por DuPont cerca de la central eléctrica de las Cataratas del Niágara.
En los electrodos se producen los siguientes procesos:
cátodo (hierro): Na + + e – = Na
Ca 2+ + 2e – = Ca
ánodo (grafito): 2Cl – – 2e – = Cl 2.
Los metales de sodio y calcio se forman en un cátodo de acero cilíndrico y son elevados por un tubo enfriado en el que el calcio se solidifica y vuelve a caer en la masa fundida. El cloro generado en el ánodo central de grafito se recoge bajo el techo de níquel y luego se purifica.
Actualmente, el volumen de producción de sodio metálico es de varios miles de toneladas al año.
El uso industrial del sodio metálico se debe a sus fuertes propiedades reductoras. Durante mucho tiempo, la mayor parte del metal producido se utilizó para producir tetraetilo de plomo PbEt 4 y tetrametilo de plomo PbMe 4 (agentes antidetonantes para gasolina) mediante la reacción de cloruros de alquilo con una aleación de sodio y plomo en hipertensión. Ahora esta producción está disminuyendo rápidamente debido a la contaminación ambiental.
Otro campo de aplicación es la producción de titanio, circonio y otros metales mediante la reducción de sus cloruros. Se utilizan cantidades más pequeñas de sodio para producir compuestos como hidruro, peróxido y alcoholatos.
El sodio disperso es un catalizador valioso en la producción de caucho y elastómeros.
Cada vez se utiliza más sodio fundido como fluido de intercambio de calor en reactores nucleares de neutrones rápidos. El bajo punto de fusión, la baja viscosidad y la pequeña sección transversal de absorción de neutrones del sodio, combinados con una capacidad calorífica y una conductividad térmica extremadamente altas, lo convierten (y sus aleaciones con potasio) en un material indispensable para estos fines.
El sodio limpia de forma fiable aceites de transformadores, éteres y otras sustancias orgánicas de trazas de agua y con la ayuda de la amalgama de sodio se puede determinar rápidamente el contenido de humedad en muchos compuestos.
Compuestos de sodio.
El sodio forma un conjunto completo de compuestos con todos los aniones habituales. Se cree que en tales compuestos existe una separación de carga casi completa entre las partes catiónica y aniónica de la red cristalina.
óxido de sodio Na 2 O se sintetiza mediante la reacción de Na 2 O 2, NaOH y más preferiblemente NaNO 2, con sodio metálico:
Na2O2 + 2Na = 2Na2O
2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2
2NaNO 2 + 6Na = 4Na 2 O + N 2
En la última reacción, el sodio se puede reemplazar con azida de sodio NaN 3:
5NaN3 + NaNO2 = 3Na2O + 8N2
Lo mejor es almacenar el óxido de sodio en gasolina anhidra. Sirve como reactivo para diversas síntesis.
peróxido de sodio El Na 2 O 2 en forma de un polvo de color amarillo pálido se forma por oxidación del sodio. En este caso, en condiciones de suministro limitado de oxígeno seco (aire), primero se forma óxido de Na 2 O, que luego se convierte en peróxido de Na 2 O 2. En ausencia de oxígeno, el peróxido de sodio es térmicamente estable hasta ~675°C.
El peróxido de sodio se utiliza ampliamente en la industria como agente blanqueador de fibras, pulpa de papel, lana, etc. Es un agente oxidante fuerte: explota cuando se mezcla con polvo de aluminio o carbón, reacciona con azufre (y se calienta) e enciende muchos líquidos orgánicos. El peróxido de sodio reacciona con el monóxido de carbono para formar carbonato. La reacción del peróxido de sodio con dióxido de carbono libera oxígeno:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
Esta reacción tiene importantes aplicaciones prácticas en aparatos respiratorios para submarinistas y bomberos.
superóxido de sodio El NaO 2 se obtiene calentando lentamente peróxido de sodio a 200-450°C bajo una presión de oxígeno de 10-15 MPa. La evidencia de la formación de NaO 2 se obtuvo por primera vez en la reacción del oxígeno con sodio disuelto en amoníaco líquido.
La acción del agua sobre el superóxido de sodio conduce a la liberación de oxígeno incluso en el frío:
2NaO 2 + H 2 O = NaOH + NaHO 2 + O 2
A medida que aumenta la temperatura, la cantidad de oxígeno liberado aumenta a medida que el hidroperóxido de sodio resultante se descompone:
4NaO 2 + 2H 2 O = 4NaOH + 3O 2
El superóxido de sodio es un componente de los sistemas de regeneración del aire en espacios confinados.
Ozonuro de sodio El NaO 3 se forma por la acción del ozono sobre el polvo de hidróxido de sodio anhidro a baja temperatura, seguido de la extracción del NaO 3 rojo con amoníaco líquido.
Hidróxido de sodio Al NaOH a menudo se le llama soda cáustica o sosa cáustica. Se trata de una base fuerte y se clasifica como un álcali típico. Se han obtenido numerosos hidratos de NaOH a partir de soluciones acuosas de hidróxido de sodio. norte H 2 O, donde norte= 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 y 7.
El hidróxido de sodio es muy agresivo. Destruye el vidrio y la porcelana debido a la interacción con el dióxido de silicio que contienen:
2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O
El nombre "sosa cáustica" refleja el efecto corrosivo del hidróxido de sodio sobre los tejidos vivos. Es especialmente peligroso que esta sustancia entre en contacto con los ojos.
El médico del duque de Orleans, Nicolas Leblanc (1742-1806), desarrolló un proceso conveniente para producir hidróxido de sodio a partir de NaCl en 1787 (patente 1791). Esta primera industria a gran escala proceso quimico se convirtió en un importante logro tecnológico en Europa en el siglo XIX. Posteriormente, el proceso Leblanc fue reemplazado por el proceso electrolítico. En 1874, la producción mundial de hidróxido de sodio ascendió a 525 mil toneladas, de las cuales 495 mil toneladas se obtuvieron por el método Leblanc; en 1902, la producción de hidróxido de sodio alcanzó las 1800 mil toneladas, pero sólo se obtuvieron 150 mil toneladas por el método Leblanc.
Hoy en día, el hidróxido de sodio es el álcali más importante en la industria. Sólo en EE.UU. la producción anual supera los 10 millones de toneladas. Se obtiene en grandes cantidades mediante electrólisis de salmueras. Cuando se electroliza una solución de cloruro de sodio, se forma hidróxido de sodio y se libera cloro:
cátodo (hierro) 2H 2 O + 2 mi– = H 2 + 2OH –
ánodo (grafito) 2Cl – – 2 mi– = Cl 2
La electrólisis va acompañada de la concentración de álcali en enormes evaporadores. El más grande del mundo (en la planta de PPG Inductries "Lake Charles) tiene una altura de 41 my un diámetro de 12 m. Aproximadamente la mitad del hidróxido de sodio producido se utiliza directamente en la industria química para producir diversas sustancias orgánicas e inorgánicas: fenol, resorcinol, b-naftol, sales de sodio (hipoclorito, fosfato, sulfuro, aluminatos). Además, el hidróxido de sodio se utiliza en la producción de papel y pulpa, jabón y detergentes, aceites y textiles. del hidróxido de sodio es la neutralización de ácidos.
Cloruro de sodio El NaCl se conoce como sal de mesa y sal de roca. Forma cristales cúbicos incoloros y ligeramente higroscópicos. El cloruro de sodio se funde a 801° C, hierve a 1413° C. Su solubilidad en agua depende poco de la temperatura: 35,87 g de NaCl se disuelven en 100 g de agua a 20° C y 38,12 g a 80° C.
El cloruro de sodio es un condimento alimentario necesario e indispensable. En el pasado lejano, la sal tenía el mismo precio que el oro. En la antigua Roma, a los legionarios a menudo se les pagaba no con dinero, sino con sal, de ahí la palabra soldado.
En Kievan Rus utilizaban sal de la región de los Cárpatos, de lagos salados y estuarios de los mares Negro y Azov. Era tan caro que en las fiestas ceremoniales se servía en las mesas de los invitados nobles, mientras otros se iban "sorbiendo".
Después de la anexión de la región de Astracán al estado de Moscú, los lagos del Caspio se convirtieron en importantes fuentes de sal, pero todavía no había suficiente, era cara, por lo que surgió el descontento entre los sectores más pobres de la población, que creció hasta convertirse en un levantamiento conocido como el Motín de la Sal (1648)
En 1711, Pedro I promulgó un decreto que introducía el monopolio de la sal. El comercio de sal se convirtió en derecho exclusivo del Estado. El monopolio de la sal duró más de ciento cincuenta años y fue abolido en 1862.
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 denominadas “cuatro grandes” materias primas minerales, las más esenciales para la industria química.
La mayor parte del cloruro de sodio se produce en Europa (39%), América del Norte (34%) y Asia (20%), mientras que América del Sur y Oceanía representan cada una sólo el 3% y África el 1%. 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) cubre un área de 60 × 24 km y tiene un lecho de sal de unos 400 m de espesor. Se estima que solo este depósito vale más de 10,11 toneladas. .
Producción mundial de sal a principios del siglo XXI. alcanzó los 200 millones de toneladas, de las cuales el 60% es consumido por la industria química (para la producción de cloro e hidróxido de sodio, así como pasta de papel, textiles, metales, cauchos y aceites), el 30% por la industria alimentaria, el 10% por otros campos de actividad. El cloruro de sodio se utiliza, por ejemplo, como agente descongelante económico.
carbonato de sodio Al Na 2 CO 3 a menudo se le llama carbonato de sodio o simplemente refresco. Se encuentra en la naturaleza en forma de salmueras molidas, salmueras de lagos y minerales natrón Na 2 CO 3 ·10H 2 O, termonatrita Na 2 CO 3 ·H 2 O, trona Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O Formas de sodio y otros carbonatos, bicarbonatos, carbonatos mixtos y dobles hidratados, por ejemplo Na 2 CO 3 7H 2 O, Na 2 CO 3 3NaHCO 3, aKCO 3. norte H2O, K2CO3NaHCO3·2H2O.
Entre las sales de elementos alcalinos obtenidas industrialmente, el carbonato de sodio tiene valor más alto. Muy a menudo, para su producción se utiliza el método desarrollado por el químico-tecnólogo belga Ernst Solvay en 1863.
Se satura una solución acuosa concentrada de cloruro de sodio y amoníaco con dióxido de carbono bajo ligera presión. En este caso, se forma un precipitado de bicarbonato de sodio relativamente poco soluble (la solubilidad del NaHCO 3 es de 9,6 g por 100 g de agua a 20 ° C):
NaCl + NH 3 + H 2 O + CO 2 = NaHCO 3 Ї + NH 4 Cl
Para obtener refrescos se calcina bicarbonato de sodio:
El dióxido de carbono liberado regresa al primer proceso. Se obtiene dióxido de carbono adicional calcinando carbonato de calcio (piedra caliza):
El segundo producto de esta reacción, el óxido de calcio (cal), se utiliza para regenerar amoníaco a partir de cloruro de amonio:
Por tanto, el único subproducto de la producción de refrescos mediante el método Solvay es el cloruro de calcio.
Ecuación general del proceso:
2NaCl + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + CaCl 2
Obviamente, en condiciones normales en una solución acuosa se produce la reacción inversa, ya que el equilibrio en este sistema se desplaza completamente de derecha a izquierda debido a la insolubilidad del carbonato de calcio.
La carbonato de sodio obtenida a partir de materias primas naturales (carbonato de sodio natural) es de mejor calidad en comparación con la soda producida por el método del amoníaco (contenido de cloruro inferior al 0,2%). Además, las inversiones de capital específicas y el costo de los refrescos a partir de materias primas naturales son entre un 40% y un 45% más bajos que los obtenidos sintéticamente. Alrededor de un tercio de la producción mundial de refrescos proviene ahora de depósitos naturales.
La producción mundial de Na 2 CO 3 en 1999 se distribuyó de la siguiente manera:
| Total | |
| Norte America | |
| Asia/Oceanía | |
| Borrar. Europa | |
| Este Europa | |
| África | |
| Lat. America |
El mayor productor mundial de carbonato de sodio natural es Estados Unidos, donde se concentran las mayores reservas exploradas de trona y salmuera de los lagos de sodio. El depósito en Wyoming forma una capa de 3 m de espesor y una superficie de 2300 km 2. Sus reservas superan las 10 10 toneladas. En Estados Unidos, la industria de las gaseosas se centra en materias primas naturales; la última planta de síntesis de soda se cerró en 1985. La producción de carbonato de sodio en los Estados Unidos se ha estabilizado entre 10,3 y 10,7 millones de toneladas en los últimos años.
A diferencia de Estados Unidos, la mayoría de los países del mundo dependen casi por completo de la producción de carbonato de sodio sintético. China ocupa el segundo lugar en el mundo en producción de carbonato de sodio después de Estados Unidos. La producción de este producto químico en China en 1999 alcanzó aproximadamente 7,2 millones de toneladas. La producción de carbonato de sodio en Rusia ese mismo año ascendió a aproximadamente 1,9 millones de toneladas.
En muchos casos, el carbonato de sodio es intercambiable con el hidróxido de sodio (por ejemplo, en la producción de pulpa de papel, jabón y productos de limpieza). Aproximadamente la mitad del carbonato de sodio se utiliza en la industria del vidrio. Una aplicación cada vez mayor es la eliminación de contaminantes de azufre de las emisiones de gases de plantas de generación de energía y grandes hornos. Al combustible se le añade carbonato de sodio en polvo, que reacciona con dióxido de azufre para formar productos sólidos, en particular sulfito de sodio, que se pueden filtrar o precipitar.
Anteriormente, el carbonato de sodio se usaba ampliamente como "bicarbonato de sodio", pero esta aplicación ahora ha desaparecido debido al uso de otros detergentes domésticos.
Bicarbonato de sodio NaHCO 3 ( bicarbonato), se utiliza principalmente como fuente de dióxido de carbono en la cocción de pan, la fabricación de productos de confitería, la producción de bebidas carbonatadas y aguas minerales artificiales, como componente de composiciones extintoras de incendios y medicamento. Esto se debe a la facilidad de su descomposición a 50-100° C.
Sulfato de sodio El Na 2 SO 4 se presenta en la naturaleza en forma anhidra (tenardita) y en forma decahidrato (mirabilita, sal de Glauber). Es parte de astraconita Na 2 Mg(SO 4) 2 · 4H 2 O, vanthoffita Na 2 Mg(SO 4) 2, glauberita Na 2 Ca(SO 4) 2. Las mayores reservas de sulfato de sodio se encuentran en los países de la CEI, así como en Estados Unidos, Chile y España. La mirabilita, aislada de depósitos naturales o salmuera de lagos salados, se deshidrata a 100 ° C. El sulfato de sodio también es un subproducto de la producción de cloruro de hidrógeno utilizando ácido sulfúrico, así como el producto final de cientos de procesos industriales que utilizan Neutralización del ácido sulfúrico con hidróxido de sodio.
No se publican datos sobre la producción de sulfato de sodio, pero se estima que la producción mundial de materia prima natural es de unos 4 millones de toneladas por año. La recuperación de sulfato de sodio como subproducto se estima a nivel mundial entre 1,5 y 2,0 millones de toneladas.
Durante mucho tiempo, el sulfato de sodio se utilizó poco. Ahora bien, esta sustancia es la base de la industria papelera, ya que Na 2 SO 4 es el principal reactivo en la pulpa kraft para la preparación de papel de regalo marrón y cartón ondulado. Las virutas de madera o el aserrín se procesan en una solución alcalina caliente de sulfato de sodio. Disuelve la lignina (el componente de la madera que mantiene unidas las fibras) y libera las fibras de celulosa, que luego se envían a las máquinas de fabricación de papel. La solución restante se evapora hasta que es capaz de arder, proporcionando vapor a la planta y calor para la evaporación. El sulfato y el hidróxido de sodio fundidos son resistentes al fuego y pueden reutilizarse.
Una porción más pequeña de sulfato de sodio se utiliza en la producción de vidrio y detergentes. La forma hidratada de Na 2 SO 4 ·10H 2 O (sal de Glauber) es un laxante. Se utiliza menos ahora que antes.
Nitrato de sodio NaNO 3 se llama sodio o nitrato chileno. Los grandes depósitos de nitrato de sodio encontrados en Chile parecen haberse formado por la descomposición bioquímica de restos orgánicos. El amoníaco liberado inicialmente probablemente se oxidó a ácidos nitroso y nítrico, que luego reaccionaron con cloruro de sodio disuelto.
El nitrato de sodio se obtiene mediante la absorción de gases nitrosos (una mezcla de óxidos de nitrógeno) con una solución de carbonato o hidróxido de sodio, o mediante la interacción de intercambio de nitrato de calcio con sulfato de sodio.
El nitrato de sodio se utiliza como fertilizante. Es un componente de refrigerantes de sal líquida, baños de enfriamiento en la industria metalúrgica y composiciones de almacenamiento de calor. Se puede utilizar una mezcla ternaria de 40 % NaNO 2, 7 % NaNO 3 y 53 % KNO 3 desde el punto de fusión (142 °C) hasta ~600 °C. El nitrato de sodio se utiliza como agente oxidante en explosivos, combustibles para cohetes, y composiciones pirotécnicas. Se utiliza en la producción de sales de vidrio y sodio, incluido el nitrito, que sirve como conservante de alimentos.
Nitrito de sodio NaNO 2 se puede obtener por descomposición térmica del nitrato de sodio o su reducción:
NaNO3 + Pb = NaNO2 + PbO
Para la producción industrial de nitrito de sodio, los óxidos de nitrógeno se absorben mediante una solución acuosa de carbonato de sodio.
El nitrito de sodio NaNO 2, además de usarse con nitratos como masas fundidas conductoras de calor, se usa ampliamente en la producción de colorantes azoicos, para inhibir la corrosión y conservar la carne.
Elena Savinkina