Sodyum (Latince Natrium, Na ile sembolize edilir), atom numarası 11 ve atom ağırlığı 22.98977 olan bir elementtir. Dmitry Ivanovich Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sisteminin üçüncü dönemi olan birinci grubun ana alt grubunun bir unsurudur. Basit madde sodyum, yumuşak, eriyebilir (erime 97,86 °C), esnek, hafif (yoğunluk 0,968 g/cm3), gümüş-beyaz renkli alkali metaldir.
Doğal sodyum, kütle numarası 23 olan tek bir izotoptan oluşur. Şu anda toplam 15 izotop ve 2 nükleer izomer bilinmektedir. Yapay olarak üretilen radyoaktif izotopların çoğunun yarı ömrü bir dakikadan azdır. Yalnızca iki izotopun yarı ömrü nispeten uzundur: pozitron kaynağı olarak ve bilimsel araştırmalarda kullanılan, yarı ömrü 2,6 yıl olan pozitron yayan 22Na ve yarı ömrü 15 saat olan 24Na. Tıpta bazı lösemi türlerinin tanı ve tedavisinde kullanılır.
Sodyumun çeşitli bileşikler halinde olduğu eski çağlardan beri bilinmektedir. Sodyum klorür (NaCl) veya sofra tuzu, Neolitik dönemde insanoğlunun bildiği en önemli hayati bileşiklerden biridir, yani insanlığın altı bin yıldan fazla bir süredir sodyum klorür tükettiği ortaya çıkmıştır; ! Eski Ahit'te "neter" adı verilen bir maddenin deterjan olarak kullanıldığı belirtiliyor. Büyük olasılıkla Mısır'daki tuz göllerinin sularında bulunan soda, sodyum karbonattır.
18. yüzyılda kimyagerler çok sayıda sodyum bileşiğini zaten biliyorlardı; bu metalin tuzları tıpta ve tekstil endüstrisinde (kumaşları boyamak ve deriyi tabaklamak için) yaygın olarak kullanılıyordu. Ancak metalik sodyum ancak 1807'de İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından elde edildi.
Sodyumun en önemli uygulama alanları nükleer enerji, metalurji ve organik sentez endüstrisidir. Nükleer enerjide, sıvı metal soğutucu olarak sodyum ve potasyum ile alaşımı kullanılır. Metalurjide, sodyum metal yöntemi bir dizi ürün üretir. refrakter metaller KOH'un sodyum ile indirgenmesiyle potasyum açığa çıkar. Ayrıca kurşun alaşımlarını güçlendiren katkı maddesi olarak sodyum kullanılır. Organik sentez endüstrisinde birçok maddenin üretiminde sodyum kullanılmaktadır. Sodyum, bazı organik polimerlerin üretiminde katalizör görevi görür. En önemli sodyum bileşikleri sodyum oksit Na2O, sodyum peroksit Na2O2 ve sodyum hidroksit NaOH'dir. Sodyum peroksit, kumaşların ağartılmasında ve izole odalarda hava rejenerasyonu için kullanılır. Sodyum hidroksit, temel kimya endüstrisinin en önemli ürünlerinden biridir. Petrol ürünlerini saflaştırmak için muazzam miktarlarda tüketilir. Ayrıca sodyum hidroksit sabun, kağıt, tekstil ve diğer endüstrilerin yanı sıra suni elyaf üretiminde de yaygın olarak kullanılmaktadır.
Sodyum, hayvanların ve insanların mineral metabolizmasında yer alan en önemli elementlerden biridir. İnsan vücudunda sodyum şu formdadır: çözünür tuzlar(klorür, fosfat, bikarbonat) esas olarak hücre dışı sıvılarda bulunur - kan plazması, lenf, sindirim suları. Kan plazmasının ozmotik basıncı, öncelikle sodyum klorür nedeniyle gerekli seviyede tutulur.
Sodyum eksikliğinin belirtileri arasında kilo kaybı, kusma, gastrointestinal sistemde gaz oluşumu ve amino asitlerin ve monosakkaritlerin emiliminin bozulması yer alır. Uzun süreli eksiklik kas kramplarına ve nevraljiye neden olur. Aşırı sodyum, bacakların ve yüzün şişmesine ve ayrıca idrarla potasyum atılımının artmasına neden olur.
Biyolojik özellikler
Sodyum, mikro elementlerle birlikte hayvanların ve insanların mineral metabolizmasında önemli rol oynayan makro elementler grubuna aittir. Makroelementler vücutta, vücut ağırlığının ortalama %0,1 ila 0,9'u kadar önemli miktarlarda bulunur. Bir yetişkinin vücudundaki sodyum içeriği 70 kg ağırlık başına 55-60 g'dır. Onbir numaralı element esas olarak hücre dışı sıvılarda bulunur: kanda - 160-240 mg, plazmada - 300-350 mg, kırmızı kan hücrelerinde - 50-130 mg. Kemik 180 mg'a kadar sodyum içerir, diş minesi bu makro element açısından çok daha zengindir - 250 mg. Akciğerlerde 250 mg'a kadar, kalpte ise 185 mg'a kadar sodyum konsantre olur. Kas dokusu yaklaşık 75 mg sodyum içerir.
Sodyumun insan, hayvan ve hatta bitki vücudundaki temel işlevi hücrelerdeki su-tuz dengesini korumak, ozmotik basıncı ve asit-baz dengesini düzenlemektir. Bu nedenle bitki hücrelerindeki sodyum içeriği oldukça yüksektir (ıslak ağırlığın yaklaşık %0,01'i); sodyum, hücre özsuyunda yüksek ozmotik basınç oluşturarak suyun topraktan çekilmesine katkıda bulunur. İnsan ve hayvan vücudunda sodyum, nöromüsküler aktivitenin normalleşmesinden sorumludur (sinir uyarılarının normal iletilmesine katılır) ve gerekli olanı korur. mineraller kanda çözünmüş halde bulunur. Genel olarak, sodyumun metabolizmayı düzenlemedeki rolü çok daha geniştir çünkü bu element vücudun normal büyümesi ve durumu için gereklidir. Sodyum, kan şekeri gibi çeşitli maddeleri her hücreye ileten bir “kurye” görevi görür. Termal veya güneş çarpması Ayrıca belirgin bir damar genişletici etkiye sahiptir.
Sodyum diğer elementlerle aktif olarak etkileşime girer, böylece klor ile birlikte sıvının kan damarlarından bitişik dokulara sızmasını önler. Bununla birlikte, sodyumun ana "ortağı", yukarıdaki işlevlerin çoğunu birlikte gerçekleştirdikleri potasyumdur. En uygun günlük dozÇocuklar için sodyum 600 ila 1.700 miligram, yetişkinler için ise 1.200 ila 2.300 miligram arasında değişmektedir. Eş değer sofra tuzu(en popüler ve ulaşılabilir sodyum kaynağı) bu, günde 3-6 grama karşılık gelir (100 gram sofra tuzu, 40 gram sodyum içerir). Günlük gereksinim Sodyumun içeriği esas olarak ter yoluyla kaybedilen tuz miktarına bağlıdır ve 10 gram NaCl'ye kadar ulaşabilir. Sodyum hemen hemen tüm gıdalarda bulunur (önemli miktarlarda çavdar ekmeği, tavuk yumurtası, sert peynir, sığır eti ve sütte), ancak vücut çoğunu sofra tuzundan alır. Onbirinci elementin emilimi esas olarak midede meydana gelir ve ince bağırsak D vitamini daha iyi sodyum emilimini destekler. Aynı zamanda protein açısından zengin ve özellikle tuzlu besinler emilim güçlüğüne yol açabilir. Vücuttaki sodyum iyonlarının konsantrasyonu esas olarak adrenal korteks hormonu - aldosteron tarafından düzenlenir, kişinin sodyumu kötüye kullanmasına veya yeterince sodyum almamasına bağlı olarak böbrekler sodyumu tutar veya serbest bırakır. Bu nedenle normal dış koşullar ve uygun böbrek fonksiyonu altında ne sodyum eksikliği ne de fazlalığı meydana gelebilir. Bu elementin eksikliği bazı vejetaryen diyetlerde ortaya çıkabilir. Ayrıca ağır fiziksel mesleklerde çalışanlar ve sporcular ter yoluyla ağır sodyum kaybına uğrarlar. Aşırı terleme, kusma ve ishalin eşlik ettiği çeşitli zehirlenmelerde de sodyum eksikliği mümkündür. Ancak böyle bir dengesizlik, vücudun yalnızca sodyumu değil aynı zamanda belirli miktarda diğer mineral tuzlarını (potasyum, klor ve lityum) aldığı maden suyuyla kolayca düzeltilebilir.
Sodyum eksikliği (hiponatremi) ile birlikte iştahsızlık, tat alma duyusunda azalma, mide krampları, bulantı, kusma, gaz oluşumu gibi belirtiler ortaya çıkar ve tüm bunların sonucunda ciddi kilo kaybı meydana gelir. Uzun süreli eksiklik kas kramplarına ve nevraljiye neden olur: Hasta yürürken dengede zorluk yaşayabilir, baş dönmesi ve yorgunluk yaşayabilir ve şok durumu oluşabilir. Sodyum eksikliğinin belirtileri arasında hafıza sorunları, ani ruh hali değişiklikleri ve depresyon da yer alır.
Aşırı sodyum vücutta su tutulmasına neden olur, bu da kan yoğunluğunun artmasına ve dolayısıyla kanın artmasına neden olur. tansiyon(hipertansiyon), ödem ve damar hastalıkları. Ayrıca fazla sodyum idrarla potasyum atılımının artmasına neden olur. Böbreklerin işleyebileceği maksimum tuz miktarı yaklaşık 20-30 gramdır; daha fazlası hayati tehlike oluşturur!
Tıpta çok sayıda sodyum preparatı kullanılmaktadır, en yaygın kullanılanlar sodyum sülfat, klorürdür (kan kaybı, sıvı kaybı, kusma için); tiyosülfat Na2S2O3∙5H2O (anti-inflamatuar ve antitoksik madde); borat Na2B4O7∙10H2O (antiseptik); bikarbonat NaHCO3 (balgam söktürücü olarak ve ayrıca rinit, larenjit için yıkama ve durulama için).
Vazgeçilmez ve değerli bir gıda baharatı olan sofra tuzu, eski çağlardan beri biliniyordu. Günümüzde sodyum klorür, kömür, kireçtaşı ve kükürt ile birlikte ucuz bir üründür ve kimya endüstrisi için en önemli olan "dört büyük" mineral hammaddesinden biridir. Ancak tuzun fiyatının altınla eşit olduğu zamanlar da vardı. Örneğin, eski Roma'da lejyonerlere genellikle parayla değil tuzla ödeme yapılırdı, dolayısıyla asker kelimesi de buradan gelir. Kiev Rus'a Karpat bölgesinden, ayrıca tuz göllerinden ve Kara ve Azak denizlerinin haliçlerinden tuz teslim edildi. Çıkarılması ve teslimatı o kadar pahalıydı ki, tören ziyafetlerinde yalnızca soylu misafirlerin sofralarında servis edilirken, diğerleri "höpürerek" uzaklaşıyordu. Hazar bölgesindeki tuz gölleriyle birlikte Astrahan krallığının Rusya'ya ilhak edilmesinden sonra bile tuz fiyatlarının düşmemesi, nüfusun en yoksul kesimleri arasında hoşnutsuzluğa neden oldu ve bu durum, "İslam Devrimi" olarak bilinen bir ayaklanmaya dönüştü. Tuz İsyanı (1648). Peter I, 1711'de stratejik açıdan önemli bir hammadde olarak tuz ticaretinde tekel kurdu; devlete özel tuz ticareti hakkı 1862'ye kadar sürdü. Misafirleri “ekmek ve tuzla” karşılama geleneği hâlâ korunuyor, bu da evdeki en değerli şeyin paylaşılması anlamına geliyordu.
Herkes şu ifadeyi çok iyi biliyor: "Bir insanı tanımak için onunla yarım kilo tuz yemelisiniz", ancak çok az kişi bu cümlenin anlamını düşünmüştür. Bir kişinin yılda 8 kilograma kadar sodyum klorür tükettiği tahmin edilmektedir. Sloganın yalnızca bir yılı ima ettiği ortaya çıktı - sonuçta, bu dönemde iki kişi bir pound tuzu (16 kg) yenebilir.
Sodyumun elektriksel iletkenliği bakırın elektriksel iletkenliğinden üç kat daha düşüktür. Bununla birlikte, sodyum dokuz kat daha hafiftir, bu nedenle, eğer mevcut olsaydı, sodyum tellerinin bakır tellerden daha ucuza mal olacağı ortaya çıktı. Doğru, yüksek akımlar için tasarlanmış sodyum dolu çelik baralar var.
Dünya Okyanuslarındaki sodyum klorür içeriğine eşdeğer miktardaki kaya tuzunun 19 milyon metreküp hacim kaplayacağı tahmin ediliyor. km (Kuzey Amerika kıtasının deniz seviyesinin üzerindeki toplam hacminden% 50 daha fazla). Taban alanı 1 km2 olan bu hacimdeki bir prizma, Ay'a 47 kez ulaşabilir! Deniz sularından elde edilen tuz, yerkürenin tüm kara parçasını 130 m'lik bir katmanla kaplayabilir! Artık deniz suyundan toplam sodyum klorür üretimi yılda 6-7 milyon tona ulaştı, bu da toplam dünya üretiminin yaklaşık üçte biri.
Sodyum peroksit karbondioksitle reaksiyona girdiğinde solunumun tersi olan bir işlem meydana gelir:
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2
Reaksiyon sırasında karbondioksit bağlanır ve oksijen açığa çıkar. Bu reaksiyon, havanın yenilenmesi için denizaltılarda uygulama alanı buldu.
Kanadalı bilim adamları tarafından ilginç bir gerçek tespit edildi. Çabuk sinirlenen ve asabi insanlarda sodyumun vücuttan hızla atıldığını buldular. Sakin ve dost canlısı insanlar ile sevgililer gibi olumlu duygular yaşayanlar bu maddeyi iyi emer.
Sodyumun yardımıyla 3 Ocak 1959'da Ay'a doğru uçan bir Sovyet uzay aracından sodyum buharının uzaya fırlatılmasıyla Dünya'dan 113 bin km uzaklıkta yapay bir kuyruklu yıldız oluşturuldu. Sodyum kuyruklu yıldızının parlak parıltısı, Dünya-Ay rotası boyunca geçen ilk uçağın yörüngesini netleştirmeyi mümkün kıldı.
Büyük miktarda sodyum içeren kaynaklar şunlardır: rafine deniz tuzu, kaliteli soya sosları, çeşitli salamuralar, lahana turşusu, et suları. Onbirinci element deniz yosunu, istiridye, yengeç, taze havuç ve pancar, hindiba, kereviz ve karahindibada az miktarda bulunur.
Hikaye
Doğal sodyum bileşikleri - sofra tuzu NaCl ve soda Na2CO3 - eski çağlardan beri insanoğlu tarafından bilinmektedir. Eski Mısırlılar, soda göllerinin sularından elde edilen doğal sodayı mumyalama, tuvali ağartma, yemek pişirme, boya ve cila yapımında kullandılar. Mısırlılar bu bileşiğe neter adını verdiler, ancak bu terim yalnızca doğal soda için değil aynı zamanda bitki külünden elde edilenler de dahil olmak üzere genel olarak alkali için de geçerliydi. Daha sonra Yunan (Aristoteles, Dioscorides) ve Roma (Plutarkhos) kaynaklarında da bu maddeden bahsedilir, ancak zaten “nitron” adı altında. Antik Roma tarihçisi Yaşlı Pliny, Nil Deltası'nda sodanın (kendisi buna "nitrum" diyor) nehir suyundan izole edildiğini ve büyük parçalar halinde satıldığını yazmıştır. Başta kömür olmak üzere çok miktarda yabancı madde içeren bu tür soda, gri ve hatta bazen siyah bir renge sahipti. "Natron" terimi, 17. ve 18. yüzyıllarda yavaş yavaş kullanıldığı Arap ortaçağ edebiyatında ortaya çıkıyor. “natra” terimi, yani sofra tuzunun elde edilebileceği baz oluşur. Elementin modern adı “natra”dan gelir.
Modern kısaltma "Na" ve Latince "natrium" kelimesi ilk kez 1811'de akademisyen ve İsveç Hekimler Derneği'nin kurucusu Jens Jakob Berzelius tarafından soda da dahil olmak üzere doğal mineral tuzlarını belirtmek için kullanıldı. Bu yeni terim, metalik sodyumu ilk elde eden İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından metale verilen orijinal "sodyum" adının yerini aldı. Davy'nin sodanın Latince adı olan “soda” tarafından yönlendirildiğine inanılıyor, ancak başka bir varsayım daha var: Arapça'da baş ağrısı anlamına gelen “suda” kelimesi var; eski zamanlarda bu rahatsızlık soda ile tedavi ediliyordu. Bazı Batı Avrupa ülkelerinde (İngiltere, Fransa, İtalya) ve Amerika Birleşik Devletleri'nde sodyumun sodyum olarak adlandırıldığını belirtmekte fayda var.
Sodyum bileşiklerinin çok uzun zamandan beri bilinmesine rağmen metalin elde edilmesi saf formu ancak 1807'de İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından hafif nemlendirilmiş katı kostik soda NaOH'nin elektrolizi sonucunda başarılı oldu. Gerçek şu ki, metalin yüksek aktivitesi nedeniyle geleneksel kimyasal yöntemler kullanılarak sodyum elde edilemiyordu, ancak Davy'nin yöntemi o zamanın bilimsel düşüncesinin ve teknik gelişmelerinin ilerisindeydi. 19. yüzyılın başında gerçekten uygulanabilir ve uygun tek akım kaynağı bir volta sütunuydu. Davy'nin kullandığında 250 çift bakır ve çinko levha vardı. D.I. tarafından açıklanan süreç. Mendeleev'in çalışmalarından birinde son derece karmaşık ve enerji yoğundu: "Bir parça ıslak (bakır veya kömürden) kostik sodayı pozitif (bakır veya kömürden) kutba bağlayarak ve içinde bir oyuk açarak, içine cıva döküldü, güçlü bir voltaik kolonun negatif kutbuna ( katot) bağlandı, Davy, cıvada, bir akım geçtiğinde, cıvadan daha az uçucu olan ve suyu ayrıştırabilen ve yine kostik oluşturabilen özel bir metalin çözündüğünü fark etti. soda. Yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle, alkalin yöntemi ancak 19. yüzyılın sonunda - daha gelişmiş enerji kaynaklarının ortaya çıkmasıyla - sanayileşmeye başladı ve 1924'te Amerikalı mühendis G. Downs, sodyumun elektrolitik üretim sürecini temelden değiştirdi. alkalinin çok daha ucuz sofra tuzu ile değiştirilmesi.
Davy'nin keşfinden bir yıl sonra, Joseph Gay-Lussac ve Louis Thénard sodyumu elektroliz yoluyla değil, kostik sodayı kırmızı ısıya kadar ısıtılan demirle reaksiyona sokarak elde ettiler. Daha sonra Sainte-Clair Deville, kireçtaşı varlığında sodanın kömürle indirgenmesiyle sodyumun elde edildiği bir yöntem geliştirdi.
Doğada olmak
Sodyum en yaygın elementlerden biridir - doğadaki niceliksel içerik açısından altıncı (metal olmayanlardan yalnızca oksijen daha yaygındır -% 49,5 ve silikon -% 25,3) ve metaller arasında dördüncü (yalnızca demir daha yaygındır -% 5,08, alüminyum - %7,5 ve kalsiyum - %3,39. Çeşitli tahminlere göre Clarke (yer kabuğundaki ortalama içerik) kütlece %2,27 ila %2,64 arasında değişmektedir. Bu elementin çoğu çeşitli alüminosilikatlarda bulunur. Sodyum, yerkabuğunun üst kısmındaki tipik bir elementtir; bu, çeşitli kayalardaki metal içeriğinin derecesine göre kolaylıkla görülebilir. Bu nedenle, en yüksek sodyum konsantrasyonu - ağırlıkça %2,77 - asidik magmatik kayalarda (granitler ve diğerleri); bazik kayalarda (bazaltlar ve benzeri), on birinci elementin ortalama içeriği zaten ağırlıkça %1,94'tür. . Ultramafik manto kayaçları yalnızca %0,57 ile en düşük sodyum içeriğine sahiptir. Tortul kayaçlar (killer ve şeyller) de on birinci element açısından fakirdir - ağırlıkça %0,66; çoğu toprak sodyum açısından zengin değildir - ortalama içerik yaklaşık %0,63'tür.
Yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle sodyum doğada yalnızca tuz formunda bulunur. Toplam sayısı Bilinen iki yüzden fazla sodyum minerali vardır. Ancak bu alkali metal ve bileşiklerinin üretimi için ana kaynaklar olan bunların hepsi en önemlileri olarak kabul edilmez. Halit (kaya tuzu) NaCl, mirabilit (Glauber tuzu) Na2SO4 · 10H2O, Şili güherçilesi NaNO3, kriyolit Na3, tinkal (boraks) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3∙2H2O, tenardit Na2SO4 ve doğal silikatlardan bahsetmeye değer. albit Na, nefelin Na gibi, sodyuma ek olarak başka elementler de içerir. İyonik yarıçaplarının yakınlığından dolayı Na+ ve Ca2+ izomorfizmi sonucunda magmatik kayaçlarda sodyum-kalsiyum feldispatlar (plajiyoklazlar) oluşur.
Sodyum, deniz suyundaki ana metal elementtir; Dünya Okyanusu sularının 1,5 1016 ton sodyum tuzu içerdiği tahmin edilmektedir (Dünya Okyanusu sularındaki ortalama çözünebilir tuz konsantrasyonu yaklaşık 35 ppm'dir, bu da %3,5'tir). ağırlıkça sodyumun payı %1,07'dir. Bu kadar yüksek bir konsantrasyon, doğadaki sodyum döngüsünden kaynaklanmaktadır. Gerçek şu ki, bu alkali metal kıtalarda oldukça zayıf bir şekilde tutuluyor ve nehir suları aracılığıyla aktif olarak denizlere ve okyanuslara taşınıyor. Buharlaşma sırasında, sodyum tuzları kıyıdaki deniz lagünlerinde, ayrıca bozkır ve çöllerdeki kıtasal göllerde birikerek tuz içeren kaya katmanları oluşturur. Eski denizlerin buharlaşmasının bir sonucu olarak, tüm kıtalarda benzer sodyum tuzları birikintileri nispeten saf biçimde mevcuttur. Bu süreçler günümüzde de gerçekleşmeye devam etmektedir; örnekler arasında Utah'ta (ABD), Baskunchak'ta (Rusya, Akhtubinsky bölgesi), Altay Bölgesi'ndeki (Rusya) tuz göllerinin yanı sıra Ölü Deniz ve diğer benzer yerler bulunmaktadır.
Kaya tuzu, %90'dan fazla NaCl içeren geniş yer altı birikintileri (genellikle yüzlerce metre kalınlığında) oluşturur. Tipik bir Cheshire tuzu yatağı (İngiltere'deki sodyum klorürün ana kaynağı) 60 x 24 km2'lik bir alanı kaplar ve yaklaşık 400 m kalınlığında bir tuz yatağına sahiptir. Tek başına bu yatağın değerinin 1011 tondan fazla olduğu tahmin edilmektedir.
Ek olarak, sodyum önemli bir biyoelementtir; canlı organizmalarda nispeten büyük miktarlarda bulunur (ortalama %0,02, çoğunlukla NaCl formunda) ve hayvanlarda bitkilere göre daha fazladır. Sodyumun varlığı güneş atmosferinde ve yıldızlararası uzayda tespit edilmiştir. Atmosferin üst katmanlarında (yaklaşık 80 kilometre yükseklikte) bir atomik sodyum tabakası keşfedildi. Gerçek şu ki, böyle bir yükseklikte, sodyumun etkileşime girebileceği neredeyse hiç oksijen, su buharı ve diğer maddeler yoktur.
Başvuru
Sodyum metali ve bileşikleri çeşitli endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksekliği sayesinde tepkime bu alkali metal, metalotermi yoluyla niyobyum, titanyum, hafniyum ve zirkonyum gibi metalleri üretmek için metalurjide indirgeyici bir madde olarak kullanılır. 19. yüzyılın ilk yarısında, alüminyumu (alüminyum klorürden) izole etmek için sodyum kullanılıyordu; bugün, onbirinci element ve tuzları, bazı dökme alüminyum alaşımlarının üretiminde hala değiştirici olarak kullanılıyor. Sodyum aynı zamanda demiryolu vagonları için aks yataklarının imalatında kullanılan kurşun bazlı bir alaşımda da (%0,58 Na) kullanılır; bu alaşımdaki alkali metal bir takviye elemanıdır. Sodyum ve potasyumlu alaşımları nükleer reaktörlerdeki sıvı soğutuculardır - sonuçta her iki element de küçük termal nötron emme kesitlerine sahiptir (Na 0,49 ahır için). Ayrıca bu alaşımlar, yüksek kaynama noktaları ve ısı transfer katsayıları ile karakterize edilir ve nükleer güç reaktörlerinde geliştirilen yüksek sıcaklıklarda yapısal malzemelerle etkileşime girmez, dolayısıyla zincirleme reaksiyonun seyrini etkilemez.
Bununla birlikte, ısı transfer maddesi olarak sodyum kullanan yalnızca nükleer enerji değildir - 11 numaralı element, uçak motor valflerinde, kamyonlarda, 450 ila 650 ° C sıcaklık aralığında eşit ısıtma gerektiren işlemler için soğutucu olarak yaygın şekilde kullanılır. enjeksiyonlu kalıplama makinelerinde egzoz valfleri. Sodyum, potasyum ve sezyum alaşımı (%12 Na, %47 K, %41 Cs) rekor derecede düşük bir erime noktasına sahiptir (sadece 78 °C), bu nedenle iyon roket motorları için çalışma sıvısı olarak önerilmiştir. Kimya endüstrisinde sodyum, siyanür tuzları, sentetik deterjanlar (deterjenitler) ve farmasötik ürünlerin üretiminde kullanılır. Yapay kauçuğun üretiminde sodyum, bütadien moleküllerini, özellikleri bakımından en iyi doğal kauçuk çeşitlerine göre daha düşük olmayan bir üründe birleştiren bir katalizör rolü oynar. NaPb bileşiği (ağırlıkça %10 Na), en etkili vuruntu önleyici madde olan tetraetil kurşunun üretiminde kullanılır. Sodyum buharı, yüksek ve düşük basınçlı gaz deşarjlı lambaları (NLLD ve NLND) doldurmak için kullanılır. Bir sodyum lambası neonla doldurulur ve az miktarda sodyum metali içerir; böyle bir lamba açıldığında neonda deşarj başlar. Deşarj sırasında açığa çıkan ısı, sodyumu buharlaştırır ve bir süre sonra neonun kırmızı parıltısının yerini sodyumun sarı parıltısı alır. Sodyum lambalar yüksek verimliliğe sahip güçlü ışık kaynaklarıdır (%70'e kadar laboratuvar koşullarında). Sodyum lambaların yüksek verimliliği, bunların otoyolları, tren istasyonlarını, marinaları ve diğer büyük ölçekli nesneleri aydınlatmak için kullanılmasını mümkün kılmıştır. Böylece parlak sarı ışık üreten DNaT tipi (Arc Sodium Tubular) NLVD lambalar sokak aydınlatmasında çok yaygın olarak kullanılmaktadır; bu tür lambaların kullanım ömrü 12-24 bin saattir. Ayrıca DNaS, DNaMT (Ark Sodyum Mat), DNaZ (Ark Sodyum Ayna) ve DNaTBR (Cıvasız Ark Sodyum Borulu) lambalar bulunmaktadır. Sodyum, yüksek enerji yoğunluğuna sahip sodyum-kükürt pillerin üretiminde kullanılır. Organik sentezde sodyum indirgeme, yoğunlaşma, polimerizasyon ve diğer reaksiyonlarda kullanılır. Bazen çok yüksek akımları taşıması amaçlanan elektrik kablolarının malzemesi olarak sodyum metali kullanılır.
Çok sayıda sodyum bileşiği daha az yaygın değildir: gıda endüstrisinde sofra tuzu NaCl kullanılır; Sodyum hidroksit NaOH (kostik soda), sabun endüstrisinde, boya üretiminde, kağıt hamuru ve kağıt ve petrol endüstrilerinde, suni elyaf üretiminde ve ayrıca elektrolit olarak kullanılır. Soda - sodyum karbonat Na2CO3 cam, kağıt hamuru ve kağıt, gıda, tekstil, petrol ve diğer endüstrilerde kullanılır. İÇİNDE tarımŞili nitratı olarak bilinen nitrik asit NaNO3'ün sodyum tuzu gübre olarak yaygın şekilde kullanılır. Sodyum klorat NaClO3 demiryolu raylarındaki istenmeyen bitki örtüsünü yok etmek için kullanılır. Sodyum fosfat Na3PO4, cam ve boya üretiminde, gıda endüstrisinde ve fotoğrafçılıkta kullanılan deterjanların bir bileşenidir. Sodyum azit NaN3, metalurjide ve kurşun azit üretiminde nitrürleme maddesi olarak kullanılır. Sodyum siyanür NaCN, hidrometalurjik yöntemle altının kayalardan ayrıştırılmasında, ayrıca çeliğin nitrokarbürizasyonunda ve elektrokaplamada (gümüşleme, yaldızlama) kullanılır. Silikatlar mNa2O nSiO2, alüminosilikat katalizörlerin, ısıya dayanıklı, aside dayanıklı betonun üretimi için cam üretiminde yükün bileşenleridir.
Üretme
Bilindiği gibi metalik sodyum ilk kez 1807 yılında İngiliz kimyager Davy tarafından sodyum hidroksit NaOH'nin elektrolizi ile elde edildi. Bilimsel açıdan bakıldığında alkali metallerin izolasyonu kimya alanında büyük bir keşiftir. Bununla birlikte, o yılların endüstrisi bu olayın önemini takdir edemedi - birincisi, 19. yüzyılın başında endüstriyel ölçekte sodyum üretimi için gerekli kapasiteler henüz mevcut değildi ve ikincisi, kimse nerede olduğunu bilmiyordu. etkileşime girdiğinde alev alan yumuşak bir metal su ile faydalı olabilir. Ve eğer ilk zorluk 1808'de Joseph Gay-Lussac ve Louis Thénard tarafından, enerji yoğun elektrolize başvurmadan, kostik sodanın kırmızı ısıya ısıtılan demir ile reaksiyonunu kullanarak sodyum elde etme tarafından çözüldüyse, o zaman ikinci problem - alanı uygulama - yalnızca 1824 yılında alüminyumun sodyum yardımıyla izole edildiği yıl çözüldü. 19. yüzyılın ikinci yarısında Sainte-Clair Deville, kireçtaşı varlığında sodayı kömürle indirgeyerek metalik sodyum elde etmek için yeni bir yöntem geliştirdi:
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO
Bu yöntem 1886'da geliştirildi. Bununla birlikte, 1890'da sodyum üretimine yönelik elektrolitik yöntem endüstriye tanıtıldı. Böylece Humphry Davy'nin fikri endüstriyel ölçekte ancak 80 yıl sonra hayata geçirildi! Tüm aramalar ve araştırmalar orijinal yönteme dönüşle sona erdi. 1924 yılında Amerikalı mühendis Downs, alkaliyi çok daha ucuz sofra tuzuyla değiştirerek elektrolitik olarak sodyum üretme işlemini daha ucuz hale getirdi. Bu modernizasyon, 6 bin tondan (1913) 180 bin tona (1966) çıkan sodyum metal üretimini etkiledi. Downes'in yöntemi, metalik sodyum elde etmek için kullanılan modern yöntemin temelini oluşturdu.
Şimdi sodyum metali üretmenin ana endüstriyel yöntemi, tuzun erime noktasını 575-585 ° 'ye düşüren KCl, NaF veya CaCl2 ilavesiyle erimiş sodyum klorürün (işlemin bir yan ürünü klordur) elektrolizidir. C. Aksi takdirde, saf sodyum klorürün elektrolizi, NaCl'nin erime noktaları (801 °C) ile sodyum metalinin kaynama noktaları (882,9 °C) çok yakın olduğundan, buharlaşma nedeniyle büyük metal kayıplarına yol açacaktır. İşlem diyaframlı çelik bir elektrolizörde gerçekleşir. Sodyum üretmek için kullanılan modern bir elektrolizör, bir fırını andıran etkileyici bir yapıdır. Ünite, dıştan çelik bir mahfaza ile çevrelenmiş refrakter tuğladan yapılmıştır. Elektrolizörün alt kısmından, halka şeklinde bir ağ ile çevrelenmiş bir grafit anot yerleştirilir - sodyumun, klorun biriktiği anot boşluğuna girmesini önleyen bir diyafram. Aksi halde sodyum, klorun içinde yanacaktır.
Halka şeklindeki katot demir veya bakırdan yapılmıştır. Sodyum ve klorun uzaklaştırılması için katot ve anotun üzerine kapaklar takılır. İyice kurutulmuş bir sodyum klorür ve kalsiyum klorür karışımı elektrolizöre yüklenir; böyle bir karışımın saf sodyum klorürden daha düşük bir sıcaklıkta eridiğini zaten biliyoruz. Tipik olarak işlem yaklaşık 600°C sıcaklıkta gerçekleşir. Elektrotlara yaklaşık 6 V'luk bir doğru akım sağlanırken, katotta Na+ iyonları boşaltılır ve metalik sodyum açığa çıkar, bu da yüzer ve özel bir koleksiyona alınır. Doğal olarak işlem hava erişimi olmadan gerçekleşir. Anotta, klor iyonları Сl– boşaltılır ve sodyum üretiminin değerli bir yan ürünü olan klor gazı açığa çıkar. Elektrolizörün çalıştığı gün boyunca 400-500 kg sodyum ve 600-700 kg klor üretilir. Bu şekilde elde edilen metal, erimiş sodyuma bir NaOH + Na2C03 + NaCl veya Na202 karışımı eklenerek safsızlıklardan (klorürler, oksitler ve diğerleri) arıtılır; eriyiğin metalik lityum, titanyum veya titanyum-zirkonyum alaşımı, düşük klorürler TiCl3, TiCl2 ile işlenmesi; Vakumla damıtma.
Fiziki ozellikleri
Humphry Davy yalnızca metalik sodyumu elde eden ilk kişi değil, aynı zamanda onun özelliklerini inceleyen ilk kişiydi. Londra'da yeni elementlerin (potasyum ve sodyum) keşfi hakkında haber yapan kimyager, ilk kez yeni metallerin örneklerini bilimsel bir izleyici kitlesine gösterdi. İngiliz kimyager, sodyumun etkileşime girmediği ve çevresinde oksitlenmediği bir gazyağı tabakası altında bir parça metalik sodyum depolayarak parlak gümüş rengini korudu. Ayrıca sodyum (20 °C'de yoğunluğu 0,968 g/cm3'tür) kerosenden daha ağırdır (değişen saflaştırma derecelerinde 20 °C'de yoğunluğu 0,78-0,85 g/cm3'tür) ve yüzeyinde yüzmez, bu nedenle oksijen ve karbondioksit ile oksidasyona uğramaz. Davy, kendisini yeni bir metal numunesinin bulunduğu bir kabın olağan gösterimi ile sınırlamadı; gazyağı içindeki sodyumu aldı ve numuneyi bir kova suya attı. Herkesi şaşırtacak şekilde, metal batmadı, ancak suyun yüzeyinde aktif olarak hareket etmeye başladı, bazıları tutuşan küçük parlak damlacıklar halinde eridi. Gerçek şu ki, suyun yoğunluğu (20 °C'de 0,998 g/cm3'tür) bu alkali metalin yoğunluğundan daha yüksektir, bu nedenle sodyum suda batmaz, ancak içinde yüzerek onunla aktif olarak etkileşime girer. Halk, yeni bir unsurun böyle bir "sunumuna" hayran kaldı.
Sodyumun fiziksel özellikleri hakkında şimdi ne söyleyebiliriz? Periyodik tablonun onbirinci elementi yumuşak (bıçakla kolayca kesilebilen, preslenmeye ve yuvarlanmaya uygun), hafif, parlak gümüşi beyaz bir metaldir ve havada hızla kararır. İnce sodyum katmanları mor bir renk tonuna sahiptir ve basınç altında metal yakut gibi şeffaf ve kırmızı hale gelir. Sıradan sıcaklıklarda sodyum, aşağıdaki parametrelerle kübik bir kafes içinde kristalleşir: a = 4,28 A, atom yarıçapı 1,86 A, iyon yarıçapı Na+ 0,92 A. Sodyum atomunun iyonizasyon potansiyeli (eV) 5,138; 47.20; 71.8; metalin elektronegatifliği 0,9'dur. Elektron çalışma fonksiyonu 2,35 eV. Bu modifikasyon -222 °C'nin üzerindeki sıcaklıklarda stabildir. Bu sıcaklığın altında altıgen modifikasyon aşağıdaki parametrelerle stabildir: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.
Sodyum düşük erime noktalı bir metaldir, erime noktası yalnızca 97,86 °C'dir. Bu metalin aktif olarak etkileşime girmemesi halinde kaynar suda eriyebileceği ortaya çıktı. Ayrıca erime sırasında sodyumun yoğunluğu %2,5 azalırken hacmi ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg artar. Basınç arttıkça metalin erime noktası artarak 3 GPa'da 242°C'ye ve 8 GPa'da 335°C'ye ulaşır. Erimiş sodyumun kaynama noktası 883,15° C'dir. Normal basınçta sodyumun buharlaşma ısısı = 3869 kJ/kg. Onbirinci elementin (oda sıcaklığında) özgül ısı kapasitesi 1,23±103 J/(kg K) veya 0,295 cal/(g derece); sodyumun termal iletkenlik katsayısı 1,32 ± 102 W/(m·K) veya 0,317 cal/(cm sec derece)'dir. Bu alkali metalin (20 °C sıcaklıkta) doğrusal genleşmenin termal katsayısı 7,1 ± 10-5'tir. Sodyumun elektriksel direnci (0 °C'de) 4,3 x 10-8 ohm·m (4,3 x 10-6 ohm cm)'dir. Eritildiğinde sodyumun elektriksel direnci 1.451 kat artar. Sodyum paramanyetiktir, spesifik manyetik duyarlılığı +9,2 10-6'dır. Sodyum HB'nin Brinell sertliği = 0,7 MPa. Oda sıcaklığında normal çekme modülü E = 5,3 GPa. Sodyumun sıkıştırılabilirliği x = 15,99∙10-11 Pa-1. Sodyum çok esnek bir metaldir ve soğukta kolayca deforme olur. N. S. Kurnakov ve S. F. Zhemchuzhny'ye göre sodyum çıkış basıncı, çıkışın çapına bağlı olarak 2,74-3,72 MPa aralığındadır.
Kimyasal özellikler
Hidritler de dahil olmak üzere kimyasal bileşiklerde sodyum, +1 oksidasyon durumu sergiler. Onbirinci element en reaktif metallerden biridir, bu nedenle doğada saf haliyle bulunmaz. Oda sıcaklığında bile atmosferik oksijen, su buharı ve karbondioksit ile aktif olarak reaksiyona girerek yüzeyde peroksit, hidroksit ve karbonat karışımından oluşan gevşek bir kabuk oluşturur. Bu nedenle sodyum metali, susuzlaştırılmış bir sıvı (gazyağı, mineral yağ) tabakası altında depolanır. Soygazlar katı ve sıvı sodyumda 200 °C'de hafifçe çözünür, sodyum hidrojeni emmeye başlar ve çok higroskopik bir hidrit NaH oluşturur. Bu alkali metal, akkor deşarjda nitrojenle son derece zayıf bir şekilde reaksiyona girerek çok kararsız bir madde olan sodyum nitrür oluşturur:
6Na + N2 → 2Na3N
Sodyum nitrür kuru havada stabildir ancak su veya alkolle anında ayrışarak amonyak oluşturur.
Sodyum oksijenle doğrudan etkileşime girdiğinde şartlara bağlı olarak Na2O oksit (sodyumun yetersiz miktarda oksijende yakılması durumunda) veya Na2O2 peroksit (sodyumun havada veya fazla oksijende yakılmasıyla) oluşur. Sodyum oksit belirgin temel özellikler sergiler; güçlü bir baz olan NaOH hidroksit oluşturmak üzere suyla şiddetli reaksiyona girer:
Na2O + H2O → 2NaOH
Sodyum hidroksit, katı beyaz higroskopik kristaller formunda, suda oldukça çözünür bir alkalidir (108 g NaOH, 20 °C'de 100 g suda çözünür), cildi, kumaşları, kağıdı ve diğer organik maddeleri aşındırır. Suda çözündüğünde büyük miktarda ısı açığa çıkar. Havada, sodyum hidroksit aktif olarak karbondioksiti emer ve sodyum karbonata dönüşür:
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Bu nedenle sodyum hidroksitin hava geçirmez kaplarda saklanması gerekir. Endüstride NaOH, iyon değişim membranları ve diyaframları kullanılarak NaCl veya Na2CO3'ün sulu çözeltilerinin elektrolizi ile elde edilir:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
Sodyum peroksit, ayrışmadan eriyen soluk sarı bir tozdur, Na2O2 çok güçlü bir oksitleyici maddedir. Çoğu organik madde onunla temas ettiğinde tutuşur. Na2O2 karbondioksitle reaksiyona girdiğinde oksijen açığa çıkar:
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2
Metalik sodyum, oksitleri gibi, hidroksit NaOH oluşturmak için su ile aktif olarak etkileşime girer ve geniş bir temas yüzeyi ile hidrojeni serbest bırakır; reaksiyon patlayıcı bir şekilde ilerler; Sodyum alkollerle sudan çok daha sakin bir şekilde reaksiyona girerek sodyum alkoksit ortaya çıkar. Böylece, etanol ile reaksiyona giren sodyum, sodyum etanolat C2H5ONa'yı verir:
2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2
Sodyum hemen hemen tüm asitlerde çözünerek çok sayıda tuz oluşturur:
2Nа + 2НCl → 2NаСl + Н2
2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O
Flor ve klor atmosferinde sodyum kendiliğinden tutuşur, ısıtıldığında brom ile reaksiyona girer ve iyot ile doğrudan etkileşime girmez. Bir havanda öğütüldüğünde kükürt ile şiddetli reaksiyona girerek değişken bileşimde sülfürler oluşturur. Sodyum sülfür Na2S, sodyum sülfatın karbonla indirgenmesiyle elde edilir. Sodyumun kükürt ve oksijenle çok yaygın bir bileşiği Glauber tuzu Na2SO4∙10H2O olarak adlandırılır. Sülfürün yanı sıra selenyum ve tellür ile aktif olarak reaksiyona girerek Na2X, NaX, NaX2, Na2X5 bileşimlerinin kalkojenitlerini oluşturur.
Sodyum, amonyak kompleksleri (metalik iletkenliğe sahip mavi bir çözelti) oluşturmak üzere sıvı amonyakta (0 °C'de 100 g NH3 başına 34,6 g) çözünür. Amonyak buharlaştığında orijinal metal kalır; çözeltinin uzun süreli depolanması sırasında, metalin amonyakla reaksiyona girerek amid NaNH2 veya imid Na2NH oluşturması ve hidrojenin salınması nedeniyle yavaş yavaş rengi değişir. Gaz halindeki amonyak, 300-350 °C'de erimiş sodyumdan geçirildiğinde, su tarafından kolaylıkla ayrışabilen renksiz kristal bir madde olan sodyum amin NaNH2 oluşur.
800-900 °C'de karbonlu sodyum gazı karbür (asetilenit) Na2C2'yi oluşturur. Sodyum grafit ile inklüzyon bileşikleri oluşturur.
Sodyum, gümüş, altın, kalay, kurşun, bizmut, sezyum, potasyum ve diğer metallerle birlikte bir dizi intermetalik bileşik oluşturur. Baryum, stronsiyum, magnezyum, lityum, çinko ve alüminyum ile bileşik oluşturmaz. Sodyum, cıva ile birlikte amalgamlar oluşturur - NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg bileşiminin intermetalik bileşikleri. Önemli olan, bir gazyağı veya mineral yağ tabakası altında bulunan cıvaya kademeli olarak sodyumun katılmasıyla elde edilen sıvı amalgamlardır (ağırlıkça %2,5'ten az sodyum içerir).
Kimyasal özellikleri lityuma benzeyen çok sayıda organosodyum bileşiği bilinmektedir. organik bileşikler, ancak tepkisellik açısından onlardan üstündür.
-eleman birinci grubun ana alt grubu, atom numarası 11 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin üçüncü periyodu. Na (lat. Natrium) sembolü ile gösterilir. Basit madde sodyum (CAS numarası: 7440-23-5), gümüşi beyaz renkte yumuşak bir alkali metaldir.
Suda sodyum, lityum ile hemen hemen aynı şekilde davranır: reaksiyon, hidrojenin hızlı salınımıyla ilerler ve çözeltide sodyum hidroksit oluşur.
İsmin tarihi ve kökeni
Sodyum atom diyagramı
Sodyum (veya daha doğrusu bileşikleri) eski çağlardan beri kullanılmaktadır. Örneğin Mısır'daki soda göllerinin sularında doğal olarak bulunan soda (natron). Eski Mısırlılar, tuvalleri mumyalamak, ağartmak, yemek pişirmek, boya ve cila yapmak için doğal soda kullanıyorlardı. Yaşlı Pliny, Nil Deltası'nda sodanın (yeterli oranda safsızlık içeriyordu) nehir suyundan izole edildiğini yazıyor. Kömür karışımından dolayı gri ve hatta siyah renkli, büyük parçalar halinde satışa sunuldu.
Sodyum ilk kez 1807 yılında İngiliz kimyager Humphry Davy tarafından katı NaOH'ın elektrolizi ile elde edildi.
"Sodyum" ismi Arapça'dan gelmektedir. doğal Yunanca'da - nitron ve başlangıçta doğal sodaya atıfta bulunuyordu. Elementin kendisi daha önce Sodyum olarak adlandırılıyordu.
Fiş
Sodyum üretmenin ilk yolu indirgeme reaksiyonuydu sodyum karbonat Bu maddelerin yakın bir karışımını demir bir kapta 1000°C'ye ısıtırken kömür:
Na2C03 +2C=2Na+3CO
Daha sonra başka bir sodyum üretme yöntemi ortaya çıktı - erimiş sodyum hidroksitin veya sodyum klorürün elektrolizi.
Fiziki ozellikleri
Gazyağı içinde depolanan metalik sodyum
“Sodyum D-çizgisi”nin emisyon spektrumunun alev - parlak sarı rengini, ikili 588.9950 ve 589.5924 nm'yi kullanarak sodyumun kalitatif tespiti.
Sodyum gümüşi beyaz bir metaldir, ince tabakalar halinde mor renkte, plastik, hatta yumuşak (bıçakla kolayca kesilebilir), taze kesilmiş sodyum parlaktır. Sodyumun elektriksel ve termal iletkenlik değerleri oldukça yüksek, yoğunluğu 0,96842 g/cm³ (19,7°C'de), erime noktası 97,86°C, kaynama noktası 883,15°C'dir.
Kimyasal özellikler
Havada kolayca oksitlenen bir alkali metal. Atmosferdeki oksijene karşı koruma sağlamak için metalik sodyum bir tabakanın altında depolanır. gazyağı. Sodyum daha az aktiftir lityum, bu nedenle azot yalnızca ısıtıldığında tepki verir:
2Na + 3N2 = 2NaN3
Çok fazla oksijen olduğunda sodyum peroksit oluşur
2Na + O2 = Na202
Başvuru
Sodyum metali, metalurji de dahil olmak üzere preparatif kimyada ve endüstride güçlü bir indirgeyici madde olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Sodyum, yüksek enerji yoğunluğuna sahip sodyum-kükürt pillerin üretiminde kullanılır. Ayrıca kamyon egzoz valflerinde soğutucu olarak da kullanılır. Bazen çok yüksek akımları taşıması amaçlanan elektrik kablolarının malzemesi olarak sodyum metali kullanılır.
Potasyumlu bir alaşımın yanı sıra rubidyum ve sezyum Yüksek verimli bir soğutucu olarak kullanılır. Özellikle alaşım bileşimi %12 sodyumdur, potasyum 47 %, sezyum%41'in -78 °C gibi rekor düşük bir erime noktası vardır ve iyon roket motorları için çalışma sıvısı ve nükleer enerji santralleri için soğutucu olarak önerilmiştir.
Sodyum ayrıca yüksek ve düşük basınçlı deşarj lambalarında (HPLD ve LPLD) kullanılır. DNaT (Arc Sodium Tubular) tipi NLVD lambalar sokak aydınlatmasında çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Parlak sarı bir ışık yayarlar. HPS lambaların kullanım ömrü 12-24 bin saattir. Bu nedenle HPS tipi gaz deşarjlı lambalar kentsel, mimari ve endüstriyel aydınlatmanın vazgeçilmezidir. Ayrıca DNaS, DNaMT (Ark Sodyum Mat), DNaZ (Ark Sodyum Ayna) ve DNaTBR (Cıvasız Ark Sodyum Borulu) lambalar da vardır.
Sodyum metali kullanılır nitel analiz organik madde. Sodyum ve test maddesinin alaşımı nötralize edilir etanol, birkaç mililitre damıtılmış su ekleyin ve 3 parçaya bölün, J. Lassaigne'nin nitrojen, kükürt ve halojenleri belirlemeyi amaçlayan testi (1843) (Beilstein testi)
Sodyum klorür (sofra tuzu) en eski kullanılan tatlandırıcı ve koruyucudur.
- Sodyum azit (Na 3 N), metalurjide ve kurşun azit üretiminde nitrürleme maddesi olarak kullanılır.
- Sodyum siyanür (NaCN), hidrometalurjik yöntemle altının kayalardan ayrıştırılmasında, ayrıca çeliğin nitrokarbürizasyonunda ve elektrokaplamada (gümüşleme, yaldızlama) kullanılır.
- Sodyum klorat (NaClO 3) demiryolu raylarındaki istenmeyen bitki örtüsünü yok etmek için kullanılır.
Biyolojik rol
Vücutta sodyum çoğunlukla hücrelerin dışında bulunur (sitoplazmadakinden yaklaşık 15 kat daha fazla). Bu fark, hücre içinde sıkışan sodyumu dışarı pompalayan sodyum-potasyum pompası tarafından korunur.
Birliktepotasyumsodyum aşağıdaki işlevleri yerine getirir:
Membran potansiyeli ve kas kasılmalarının oluşması için koşullar yaratmak.
Kan ozmotik konsantrasyonunun korunması.
Asit-baz dengesinin korunması.
Su dengesinin normalleştirilmesi.
Membran taşınmasının sağlanması.
Birçok enzimin aktivasyonu.
Sodyum hemen hemen tüm gıdalarda bulunur, ancak vücut sodyumun çoğunu sofra tuzundan alır. Emilim esas olarak mide ve ince bağırsakta meydana gelir. D vitamini sodyumun emilimini artırır, ancak aşırı tuzlu gıdalar ve protein açısından zengin gıdalar normal emilimi engeller. Yiyeceklerden alınan sodyum miktarı idrardaki sodyum içeriğini gösterir. Sodyum açısından zengin gıdalar, hızlandırılmış atılımla karakterize edilir.
Diyet yapanlarda sodyum eksikliği dengeli gıda insanlarda görülmez ancak vejetaryen beslenmede bazı sorunlar ortaya çıkabilir. Geçici eksikliğin nedeni idrar söktürücü kullanımı, ishal, aşırı terleme veya aşırı su alımı olabilir. Sodyum eksikliğinin belirtileri arasında kilo kaybı, kusma, gastrointestinal sistemde gaz ve emilim bozukluğu yer alır. Amino asitler ve monosakkaritler. Uzun süreli eksiklik kas kramplarına ve nevraljiye neden olur.
Aşırı sodyum, bacakların ve yüzün şişmesine ve ayrıca idrarla potasyum atılımının artmasına neden olur. Böbreklerin işleyebileceği maksimum tuz miktarı yaklaşık 20-30 gramdır; daha fazlası hayati tehlike oluşturur.
Sodyum alkali metallerden biridir. Kimyasal elementler tablosu onu üçüncü periyoda ve birinci gruba ait bir atom olarak göstermektedir.
Fiziki ozellikleri
Bu bölümde sodyumun özellikleri fiziksel açıdan incelenecektir. Başlangıç olarak saf haliyle metalik parlaklığa ve düşük sertliğe sahip gümüş rengi katı bir maddedir. Sodyum o kadar yumuşaktır ki bıçakla kolayca kesilebilir. Bu maddenin erime noktası oldukça düşüktür ve yetmiş dokuz santigrat dereceye ulaşır. Sodyumun atom kütlesi de küçüktür, bunun hakkında daha sonra konuşacağız. Bu metalin yoğunluğu 0,97 g/cm3'tür.
Sodyumun kimyasal özellikleri
Bu element çok yüksek bir aktiviteye sahiptir; diğer birçok maddeyle hızlı ve şiddetli bir şekilde reaksiyona girebilir. Ayrıca, kimyasal elementler tablosu molar kütle gibi bir değeri belirlemenizi sağlar - sodyum için bu yirmi üçtür. Bir mol, atomların (madde karmaşıksa moleküller) 6,02 x 10 üzeri 23'üncü kuvvetini içeren madde miktarıdır. Bir elementin molar kütlesini bilerek, belirli bir maddenin belirli bir molünün ne kadar ağır olacağını belirleyebilirsiniz. Örneğin iki mol sodyumun ağırlığı kırk altı gramdır. Yukarıda bahsedildiği gibi, bu metal kimyasal olarak en aktif olanlardan biridir; dolayısıyla oksidi alkali (kuvvetli bazlar) oluşturabilir.
Oksitler nasıl oluşur?
Sodyum da dahil olmak üzere bu gruptaki tüm maddeler kaynak malzemenin yakılmasıyla elde edilebilir. Böylece metal oksijenle reaksiyona girer ve bu da bir oksit oluşumuna yol açar. Örneğin dört mol sodyum yakarsak, bir mol oksijen harcayarak bu metalin iki mol oksitini elde etmiş oluruz. Sodyum oksidin formülü Na20'dur. Reaksiyon denklemi şuna benzer: 4Na + O2 = 2Na20. Ortaya çıkan maddeye su eklerseniz bir alkali oluşur - NaOH.
Bir mol oksit ve bir mol su alarak iki mol baz elde ederiz. Bu reaksiyonun denklemi şöyledir: Na 2 O + H 2 O = 2NaOH. Ortaya çıkan maddeye aynı zamanda sodyum hidroksit de denir. Bunun nedeni belirgin alkali özellikleri ve yüksek kimyasal aktivitesidir. Güçlü asitler gibi kostik sodyum da düşük aktif metallerin tuzları, organik bileşikler vb. ile aktif olarak reaksiyona girer. Tuzlarla etkileşim sırasında bir değişim reaksiyonu meydana gelir - yeni bir tuz ve yeni bir baz oluşur. Sodyum hidroksit çözeltisi kumaşı, kağıdı, cildi ve tırnakları kolayca yok edebilir, bu nedenle onunla çalışırken güvenlik kurallarına uyulması gerekir. Kimya endüstrisinde katalizör olarak kullanıldığı gibi günlük yaşamda da boru tıkanması sorununu ortadan kaldırmak için kullanılır.
Halojenlerle reaksiyonlar
Bunlar periyodik tablonun yedinci grubuna ait kimyasal elementlerden oluşan basit maddelerdir. Listeleri flor, iyot, klor, brom içerir. Sodyum bunların hepsiyle reaksiyona girerek sodyum klorür/bromür/iyodür/florür gibi bileşikler oluşturabilir. Reaksiyonu gerçekleştirmek için söz konusu metalden iki mol almanız ve ona bir mol flor eklemeniz gerekir. Sonuç olarak iki mol miktarında sodyum florür elde ediyoruz. Bu süreç bir denklem olarak yazılabilir: Na + F 2 = 2NaF. Elde ettiğimiz sodyum florür, çürük önleyici diş macunlarının yanı sıra çeşitli yüzeylere yönelik deterjanların üretiminde kullanılıyor. Benzer şekilde, klor ekleyerek (mutfak tuzu), metal halojenür lambaların imalatında kullanılan sodyum iyodür, nevrozlar, uykusuzluk, histeri ve sinir sisteminin diğer bozuklukları için ilaç olarak kullanılan sodyum bromür elde edebilirsiniz.
Diğer basit maddelerle
Sodyumun fosfor, kükürt (kükürt) ve karbon (karbon) ile reaksiyonları da mümkündür. Bu tür kimyasal etkileşimler ancak yüksek sıcaklık şeklinde özel koşullar yaratıldığında gerçekleştirilebilir. Böylece bir ekleme reaksiyonu meydana gelir. Onun yardımıyla sodyum fosfit, sodyum sülfit, sodyum karbür gibi maddeler elde edebilirsiniz.
Bir örnek, belirli bir metalin atomlarının fosfor atomlarına eklenmesidir. Söz konusu metalin üç molünü ve ikinci bileşenin bir molünü alıp ısıtırsanız, bir mol sodyum fosfit elde edersiniz. Bu reaksiyon aşağıdaki denklem formunda yazılabilir: 3Na + P = Na3P. Ayrıca sodyum, hidrojenin yanı sıra nitrojenle de reaksiyona girebilir. İlk durumda, bu metalin bir nitrürü, ikincisinde ise bir hidrit oluşur. Örnekler arasında aşağıdaki kimyasal reaksiyon denklemleri yer alır: 6Na + N2 = 2Na3N; 2Na + H2 = 2NaH. İlk etkileşim bir elektrik deşarjını gerektirir, ikincisi ise yüksek sıcaklık gerektirir.
Asitlerle reaksiyonlar
Sodyumun özellikleri basit olanlarla bitmiyor. Bu metal aynı zamanda tüm asitlerle reaksiyona girer. Bu tür kimyasal etkileşimler sonucunda hidrojen de oluşur. Örneğin söz konusu metal hidroklorik asitle reaksiyona girdiğinde mutfak tuzu ve buharlaşan hidrojen oluşur. Bu reaksiyon şu reaksiyon denklemi kullanılarak ifade edilebilir: Na + HCl = NaCl + H2. Bu tür kimyasal etkileşimlere ikame reaksiyonu denir. Bunu kullanarak fosfat, nitrat, nitrit, sülfat, sülfit ve sodyum karbonat gibi tuzları da elde edebilirsiniz.
Tuzlarla etkileşim
Sodyum, potasyum ve kalsiyum dışındaki tüm metallerin tuzlarıyla reaksiyona girer (bunlar kimyasal olarak söz konusu elementten daha aktiftir). Bu durumda, önceki durumda olduğu gibi, bir ikame reaksiyonu meydana gelir. Söz konusu metalin atomları, kimyasal olarak daha zayıf bir metalin atomlarının yerini alır. Böylece, iki mol sodyum ve bir mol magnezyum nitratın karıştırılmasıyla, iki molün yanı sıra saf magnezyum - bir mol elde ederiz. Bu reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: 2Na + Mg(NO3)2 = 2NaNO3 + Mg. Aynı prensip kullanılarak başka birçok sodyum tuzu da elde edilebilir. Bu yöntem aynı zamanda tuzlarından metal elde etmek için de kullanılabilir.
Sodyuma su eklerseniz ne olur?
Bu belki de gezegendeki en yaygın maddelerden biridir. Ve söz konusu metal aynı zamanda onunla kimyasal etkileşime girme yeteneğine de sahiptir. Bu durumda yukarıda tartışılan kostik sodyum veya sodyum hidroksit oluşur.
Böyle bir reaksiyonu gerçekleştirmek için, iki mol sodyum almanız, buna ayrıca iki mol miktarda su eklemeniz gerekecek ve sonuç olarak iki mol hidroksit ve bir mol hidrojen elde edeceğiz. keskin kokulu bir gaz formundadır.
Sodyum ve organizmalar üzerindeki etkileri
Bu metali kimyasal açıdan inceledikten sonra sodyumun biyolojik özelliklerinin neler olduğuna geçelim. Önemli mikro elementlerden biridir. Öncelikle hayvan hücresinin bileşenlerinden biridir. Burada önemli işlevleri yerine getirir: potasyumla birlikte hücreler arasındaki sinir uyarılarının oluşumuna ve yayılmasına destek olur, katılır ve ozmotik süreçler için gerekli bir kimyasal elementtir (örneğin böbrek hücrelerinin işleyişi için gereklidir). Ayrıca hücrenin su-tuz dengesinden de sodyum sorumludur. Ayrıca bu kimyasal element olmadan beynin çalışması için çok gerekli olan glikozun kan yoluyla taşınması imkansızdır. Bu metal aynı zamanda kas kasılması sürecinde de rol alır.
Bu eser elemente sadece hayvanlar ihtiyaç duymaz - bitkilerin vücudundaki sodyum da önemli işlevleri yerine getirir: fotosentez sürecine katılır, karbonhidratların taşınmasına yardımcı olur ve aynı zamanda organik ve inorganik maddelerin zarlardan geçişi için de gereklidir.
Sodyum fazlalığı ve eksikliği
Uzun süre aşırı tuz tüketimi, bu kimyasal elementin vücuttaki seviyelerinin artmasına neden olabilir. Aşırı sodyumun belirtileri arasında vücut sıcaklığının artması, şişme, sinirsel uyarılabilirliğin artması ve böbrek fonksiyonlarının bozulması yer alabilir. Bu tür belirtiler ortaya çıkarsa, sofra tuzunu ve bu metali bol miktarda içeren yiyecekleri diyetinizden çıkarmanız gerekir (liste aşağıda verilecektir) ve ardından hemen bir doktora başvurmalısınız. Vücuttaki sodyum içeriğinin azalması da hoş olmayan semptomlara ve organ fonksiyon bozukluklarına yol açar. Bu kimyasal element, uzun süre diüretik alırken veya yalnızca arıtılmış (damıtılmış) su içerken, vücutta artan terleme ve dehidrasyonla birlikte yıkanabilir. Sodyum eksikliğinin belirtileri susuzluk, kuru cilt ve mukozalar, kusma ve mide bulantısı, iştahsızlık, bilinç bozukluğu ve ilgisizlik, taşikardi ve uygun böbrek fonksiyonunun durmasıdır.
Yüksek Sodyumlu Gıdalar
Çok yüksek veya çok fazla önlemek için düşük içerik Söz konusu kimyasal elementin bünyesinde en çok hangi gıdanın bulunduğunu bilmeniz gerekir. Öncelikle yukarıda bahsettiğimiz mutfak tuzudur. Yüzde kırk sodyumdan oluşur. Deniz tuzu da olabilir. Ayrıca bu metal soya fasulyesinde ve soya sosunda da bulunur. Çok sayıda deniz ürünlerinde sodyum görülür. Bunlar deniz yosunu, çoğu balık türü, karides, ahtapot, yengeç eti, havyar, kerevit vb. İçlerindeki sodyum içeriği, bu organizmaların önemli çeşitli metal tuzlarının yüksek konsantrasyonda olduğu tuzlu bir ortamda yaşamasından kaynaklanmaktadır. Vücudun normal işleyişi için.
Bu metalin ve bazı bileşiklerinin kullanımı
Sodyumun endüstride kullanımı çok yönlüdür. Öncelikle bu madde kimya endüstrisinde kullanılıyor. Burada söz konusu metalin hidroksiti, florürü, sülfatları ve nitratları gibi maddelerin elde edilmesi gerekmektedir. Ayrıca saf metalleri tuzlarından izole etmek için güçlü bir indirgeyici madde olarak kullanılır. Bu tür amaçlarla kullanılmak üzere tasarlanmış özel bir teknik sodyum vardır. Özellikleri GOST 3273-75'te kayıtlıdır. Yukarıda belirtilen güçlü indirgeme özelliklerinden dolayı sodyum, metalurjide yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bu kimyasal element aynı zamanda birçok sakinleştirici ve antidepresanın ana bileşenlerinden biri olan bromür elde etmek için en çok ihtiyaç duyulan ilaç endüstrisinde de kullanım alanı bulmaktadır. Ek olarak, gaz deşarjlı lambaların üretiminde sodyum kullanılabilir - bunlar parlak sarı ışık kaynakları olacaktır. Sodyum klorat (NaClO 3) gibi bir kimyasal bileşik genç bitkileri yok eder, bu nedenle aşırı büyümelerini önlemek için onları demiryolu raylarından uzaklaştırmak için kullanılır. Sodyum siyanür, altın madenciliği endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Onun yardımıyla bu metal kayalardan elde edilir.
Sodyum nasıl elde edilir?
En yaygın yöntem söz konusu metalin karbonatının karbonla reaksiyonudur. Bunu yapmak için belirtilen iki maddeyi yaklaşık bin santigrat dereceye kadar ısıtmak gerekir. Sonuç olarak iki kimyasal bileşik oluşur: sodyum ve buhar gazı. Bir mol sodyum karbonat iki mol karbonla reaksiyona girdiğinde, istenilen metalden iki mol ve üç mol karbon monoksit elde edilir. Yukarıdaki reaksiyonun denklemi şu şekilde yazılabilir: NaCO3 + 2C = 2Na + 3CO. Benzer şekilde bu kimyasal element diğer bileşiklerinden de elde edilebilir.
Niteliksel reaksiyonlar
Diğer katyonlar veya anyonlar gibi sodyum+'ın varlığı da özel kimyasal manipülasyonlarla belirlenebilir. Sodyum iyonuna kalitatif bir reaksiyon yanmadır - mevcutsa alev sarı renkte olacaktır.
Söz konusu kimyasal element doğada nerede bulunabilir?
Öncelikle daha önce de belirttiğimiz gibi hem hayvan hem de bitki hücrelerinin bileşenlerinden biridir. Ayrıca deniz suyunda da yüksek konsantrasyona rastlanmaktadır. Ayrıca sodyum bazı minerallerin bir parçasıdır. Bu örneğin silvinittir, formülü NaCl'dir. KCl ve formülü KCl.MgCl2.6H2O olan karnallit. Bunlardan ilki, değişen çok renkli kısımlara sahip heterojen bir yapıya sahiptir; rengi turuncu, pembe, mavi ve kırmızıyı içerebilir. Bu mineral suda tamamen çözünür. Karnalit, oluşum yerine ve safsızlıklara bağlı olarak farklı renklere de sahip olabilir. Kırmızı, sarı, beyaz, açık mavi olabileceği gibi şeffaf da olabilir. Loş bir parlaklığa sahiptir ve ışık ışınları güçlü bir şekilde kırılır. Bu iki mineral, bileşimlerinin bir parçası olan metallerin üretimi için hammadde görevi görür: sodyum, potasyum, magnezyum.
Bilim adamları, bu makalede incelediğimiz metalin, yer kabuğunun yüzde iki buçukunu oluşturduğu için doğada en yaygın metallerden biri olduğuna inanıyor.
Makalenin içeriği
SODYUM– (Natrium) Na, Periyodik Tablonun 1. grubunun (Ia) kimyasal elementi, alkalin elementlere aittir. Atom numarası 11, bağıl atom kütlesi 22,98977. Doğada kararlı bir izotop 23 Na vardır. Bu elementin altı radyoaktif izotopu bilinmektedir, bunlardan ikisi bilim ve tıp açısından ilgi çekicidir. Yarılanma ömrü 2,58 yıl olan sodyum-22, pozitron kaynağı olarak kullanılıyor. Sodyum-24 (yarı ömrü yaklaşık 15 saattir) tıpta bazı lösemi türlerinin tanı ve tedavisinde kullanılmaktadır.
Oksidasyon durumu +1.
Sodyum bileşikleri eski çağlardan beri bilinmektedir. Sodyum klorür insan gıdasının önemli bir bileşenidir. İnsanların onu Neolitik dönemde kullanmaya başladığına inanılıyor. yaklaşık 5-7 bin yıl önce.
İÇİNDE Eski Ahit belli bir maddeden “neter”den bahsediliyor. Bu madde deterjan olarak kullanıldı. Büyük olasılıkla, neter, kireçli kıyılara sahip tuzlu Mısır göllerinde oluşan bir sodyum karbonat olan sodadır. Yunan yazarlar Aristoteles ve Dioscorides daha sonra aynı madde hakkında yazdılar, ancak "nitron" adı altında ve antik Romalı tarihçi Yaşlı Pliny aynı maddeden bahsederek onu "nitrum" olarak adlandırdı.
18. yüzyılda Kimyacılar zaten birçok farklı sodyum bileşiğini biliyorlardı. Sodyum tuzları tıpta, deri tabaklamada ve kumaş boyamada yaygın olarak kullanıldı.
Metalik sodyum ilk olarak İngiliz kimyager ve fizikçi Humphry Davy tarafından erimiş sodyum hidroksitin elektrolizi ile (250 çift bakır ve çinko plakadan oluşan bir voltaik sütun kullanılarak) elde edildi. Davy tarafından bu element için seçilen "sodyum" adı, bu elementin soda Na2C03'ten geldiğini yansıtmaktadır. Elementin Latince ve Rusça isimleri Arapça “natrun”dan (doğal soda) türetilmiştir.
Sodyumun doğadaki dağılımı ve endüstriyel ekstraksiyonu.
Sodyum, en çok bulunan yedinci element ve en çok bulunan beşinci metaldir (alüminyum, demir, kalsiyum ve magnezyumdan sonra). Yer kabuğundaki içeriği %2,27'dir. Sodyumun çoğu çeşitli alüminosilikatlarda bulunur.
Nispeten saf formda büyük miktarda sodyum tuzu yatakları tüm kıtalarda mevcuttur. Bunlar eski denizlerin buharlaşmasının sonucudur. Bu süreç Tuz Gölü (Utah), Ölü Deniz ve diğer yerlerde halen devam etmektedir. Sodyum, NaCl klorür (halit, kaya tuzu) ve ayrıca karbonat Na2C03 NaHCO3 2H20 (trona), nitrat NaN03 (güherçile), sülfat Na2SO4 10H20 (mirabilit) formunda bulunur ), tetraborat Na2B40710H20 (boraks) ve Na2B407 4H20 (kernit) ve diğer tuzlar.
Doğal tuzlu sularda ve okyanus sularında tükenmez sodyum klorür rezervleri vardır (yaklaşık 30 kg m-3). Dünya Okyanuslarındaki sodyum klorür içeriğine eşdeğer miktardaki kaya tuzunun 19 milyon metreküp hacim kaplayacağı tahmin ediliyor. km (Kuzey Amerika kıtasının deniz seviyesinin üzerindeki toplam hacminden% 50 daha fazla). Taban alanı 1 metrekare olan bu hacmin prizması. km Ay'a 47 kez ulaşabilir.
Artık deniz suyundan toplam sodyum klorür üretimi yılda 6-7 milyon tona ulaşmış olup, bu da toplam dünya üretiminin yaklaşık üçte biri kadardır.
Canlı madde ortalama %0,02 oranında sodyum içerir; Hayvanlarda bitkilere göre daha fazla bulunur.
Basit bir maddenin özellikleri ve sodyum metalinin endüstriyel üretimi.
Sodyum gümüşi beyaz bir metaldir, ince tabakalar halinde mor renkte, plastik, hatta yumuşak (bıçakla kolayca kesilebilir), taze kesilmiş sodyum parlaktır. Sodyumun elektriksel iletkenlik ve ısıl iletkenlik değerleri oldukça yüksek, yoğunluğu 0,96842 g/cm3 (19,7°C'de), erime noktası 97,86°C, kaynama noktası 883,15°C'dir.
%12 sodyum, %47 potasyum ve %41 sezyum içeren üçlü alaşım, –78°C ile metal sistemler için en düşük erime noktasına sahiptir.
Sodyum ve bileşikleri alevi parlak sarıya boyar. Sodyum spektrumundaki çift çizgi geçiş 3'e karşılık gelir S 1–3P Elementin atomlarında 1.
Sodyumun kimyasal aktivitesi yüksektir. Havada hızla peroksit, hidroksit ve karbonat karışımından oluşan bir filmle kaplanır. Sodyum oksijen, flor ve klorda yanar. Bir metal havada yakıldığında, Na202 peroksit oluşur (Na20 oksit karışımı ile).
Sodyum, havanda öğütüldüğünde kükürt ile reaksiyona girer ve sülfürik asidi kükürde ve hatta sülfüre indirger. Katı karbondioksit (“kuru buz”) sodyumla temas ettiğinde patlar (karbon dioksitli yangın söndürücüler sodyum yangınını söndürmek için kullanılamaz!). Nitrojen ile reaksiyon yalnızca elektriksel deşarjda meydana gelir. Sodyum yalnızca inert gazlarla etkileşime girmez.
Sodyum su ile aktif olarak reaksiyona girer:
2Na + 2H20 = 2NaOH + H2
Reaksiyon sırasında açığa çıkan ısı metali eritmeye yeterlidir. Bu nedenle suya küçük bir parça sodyum atıldığında reaksiyonun termal etkisi nedeniyle erir ve sudan daha hafif olan bir metal damlası, reaktif kuvvetin etkisiyle su yüzeyi boyunca "akar". açığa çıkan hidrojenden. Sodyum alkollerle suya göre çok daha sakin reaksiyona girer:
2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2
Sodyum, olağandışı özelliklere sahip parlak mavi, yarı kararlı çözeltiler oluşturmak için sıvı amonyak içinde kolaylıkla çözünür. –33,8° C'de 1000 g amonyakta 246 g'a kadar sodyum metali çözünür. Seyreltik çözeltiler mavi, konsantre çözeltiler bronzdur. Yaklaşık bir hafta saklanabilirler. Sıvı amonyakta sodyumun iyonlaştığı tespit edilmiştir:
Na Na + + e –
Bu reaksiyonun denge sabiti 9,9·10 –3'tür. Ayrılan elektron, amonyak molekülleri tarafından çözülür ve bir kompleks oluşturur. Ortaya çıkan çözümler metalik elektrik iletkenliğine sahiptir. Amonyak buharlaştığında orijinal metal kalır. Çözelti uzun süre saklandığında, metalin amonyakla reaksiyona girerek amid NaNH2 veya imid Na2NH oluşturması ve hidrojen salınması nedeniyle yavaş yavaş rengi değişir.
Sodyum, susuzlaştırılmış bir sıvı (gazyağı, mineral yağ) tabakası altında depolanır ve yalnızca kapalı metal kaplarda taşınır.
Sodyumun endüstriyel üretimi için elektrolitik yöntem 1890'da geliştirildi. Elektroliz, Davy'nin deneylerinde olduğu gibi erimiş sodyum hidroksit üzerinde, ancak voltaik kolondan daha gelişmiş enerji kaynakları kullanılarak gerçekleştirildi. Bu süreçte sodyumla birlikte oksijen de açığa çıkar:
anot (nikel): 4OH – – 4e – = O2 + 2H2O.
Saf sodyum klorürün elektrolizi sırasında, ilk olarak sodyum klorürün yakın erime noktası ve sodyumun kaynama noktası ve ikinci olarak sodyumun sıvı sodyum klorür içindeki yüksek çözünürlüğü ile ilişkili ciddi problemler ortaya çıkar. Sodyum klorüre potasyum klorür, sodyum florür, kalsiyum klorür eklenmesi, erime sıcaklığını 600° C'ye düşürmenizi sağlar. Erimiş ötektik karışımın (en düşük erime noktasına sahip iki maddenin alaşımı) %40 NaCl ve elektrolizi ile sodyum üretimi Amerikalı mühendis G. Downs tarafından geliştirilen bir hücrede ~580° C'de %60 CaCl2, 1921 yılında DuPont tarafından Niagara Şelalesi'ndeki elektrik santralinin yakınında başlatıldı.
Elektrotlarda aşağıdaki işlemler meydana gelir:
katot (demir): Na + + e – = Na
Ca 2+ + 2e – = Ca
anot (grafit): 2Cl – – 2e – = Cl 2.
Sodyum ve kalsiyum metalleri silindirik bir çelik katot üzerinde oluşur ve kalsiyumun katılaştığı ve eriyiğe geri düştüğü soğutulmuş bir tüp tarafından yukarı kaldırılır. Merkezi grafit anotta üretilen klor, nikel çatı altında toplanıp arıtılıyor.
Şu anda, sodyum metalinin üretim hacmi yılda birkaç bin tondur.
Sodyum metalinin endüstriyel kullanımı güçlü indirgeyici özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Uzun bir süre boyunca, üretilen metalin çoğu, alkil klorürlerin bir sodyum ve kurşun alaşımıyla reaksiyona sokulması yoluyla tetraetil kurşun PbEt 4 ve tetrametil kurşun PbMe 4 (benzin için vuruntu önleyici maddeler) üretmek için kullanıldı. yüksek tansiyon. Artık çevre kirliliği nedeniyle bu üretim hızla azalıyor.
Diğer bir uygulama alanı ise titanyum, zirkonyum ve diğer metallerin klorürlerinin indirgenerek üretilmesidir. Hidrit, peroksit ve alkolatlar gibi bileşiklerin üretilmesi için daha küçük miktarlarda sodyum kullanılır.
Dispers sodyum, kauçuk ve elastomer üretiminde değerli bir katalizördür.
Hızlı nötron nükleer reaktörlerinde ısı değişim sıvısı olarak erimiş sodyumun kullanımı giderek artmaktadır. Sodyumun düşük erime noktası, düşük viskozitesi, küçük nötron absorpsiyon kesiti, son derece yüksek ısı kapasitesi ve termal iletkenliği ile birleştiğinde, onu (ve potasyumlu alaşımlarını) bu amaçlar için vazgeçilmez bir malzeme haline getirir.
Sodyum, transformatör yağlarını, eterleri ve diğer organik maddeleri su izlerinden güvenilir bir şekilde temizler ve sodyum amalgam yardımıyla birçok bileşikteki nem içeriğini hızlı bir şekilde belirleyebilirsiniz.
Sodyum bileşikleri.
Sodyum, tüm olağan anyonlarla eksiksiz bir bileşik seti oluşturur. Bu tür bileşiklerde, kristal kafesin katyonik ve anyonik kısımları arasında neredeyse tamamen yük ayrımı olduğuna inanılmaktadır.
Sodyum oksit Na20, Na202, NaOH ve en çok tercihen NaN02'nin sodyum metali ile reaksiyonu yoluyla sentezlenir:
Na202 + 2Na = 2Na20
2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2
2NaNO2 + 6Na = 4Na20 + N2
Son reaksiyonda sodyum, sodyum azit NaN3 ile değiştirilebilir:
5NaN3 + NaNO2 = 3Na2O + 8N2
Sodyum oksidi susuz benzinde depolamak en iyisidir. Çeşitli sentezler için reaktif görevi görür.
Sodyum peroksit Soluk sarı bir toz formundaki Na202, sodyumun oksidasyonu ile oluşur. Bu durumda, sınırlı kuru oksijen (hava) tedariki koşulları altında, önce Na20 oksit oluşur ve daha sonra Na202 peroksite dönüşür. Oksijen yokluğunda sodyum peroksit termal olarak ~675°C'ye kadar stabildir.
Sodyum peroksit endüstride lifler, kağıt hamuru, yün vb. için ağartma maddesi olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. Güçlü bir oksitleyici maddedir: Alüminyum tozu veya odun kömürü ile karıştırıldığında patlar, kükürt ile reaksiyona girer (ve ısınır) ve birçok organik sıvıyı tutuşturur. Sodyum peroksit karbon monoksit ile reaksiyona girerek karbonat oluşturur. Sodyum peroksitin karbondioksitle reaksiyonu oksijen açığa çıkarır:
2Na202 + 2CO2 = 2Na2C03 + O2
Bu reaksiyonun denizaltılar ve itfaiyeciler için solunum cihazlarında önemli pratik uygulamaları vardır.
Sodyum süperoksit NaO 2, sodyum peroksitin 10-15 MPa oksijen basıncı altında 200-450° C'de yavaşça ısıtılmasıyla elde edilir. NaO2 oluşumunun kanıtı ilk olarak oksijenin sıvı amonyak içinde çözünmüş sodyum ile reaksiyonunda elde edildi.
Suyun sodyum süperoksit üzerindeki etkisi soğukta bile oksijenin salınmasına yol açar:
2NaO2 + H20 = NaOH + NaHO2 + O2
Sıcaklık arttıkça, ortaya çıkan sodyum hidroperoksit ayrıştığından açığa çıkan oksijen miktarı da artar:
4NaO2 + 2H20 = 4NaOH + 3O2
Sodyum süperoksit, kapalı alanlarda hava rejenerasyonuna yönelik sistemlerin bir bileşenidir.
Sodyum ozonit NaO3, ozonun düşük sıcaklıkta susuz sodyum hidroksit tozu üzerindeki etkisi ve ardından kırmızı NaO3'ün sıvı amonyakla ekstraksiyonuyla oluşturulur.
Sodyum hidroksit NaOH'a genellikle kostik soda veya kostik soda denir. Bu güçlü bir bazdır ve tipik alkali olarak sınıflandırılır. Sodyum hidroksitin sulu çözeltilerinden çok sayıda NaOH hidrat elde edilmiştir. N H 2 O, burada N= 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 ve 7.
Sodyum hidroksit çok agresiftir. İçerdikleri silikon dioksit ile etkileşime girerek cam ve porseleni tahrip eder:
2NaOH + Si02 = Na2Si03 + H20
"Kostik soda" adı, sodyum hidroksitin canlı doku üzerindeki aşındırıcı etkisini yansıtmaktadır. Bu maddenin göze kaçması özellikle tehlikelidir.
Orleans Dükü'nün doktoru Nicolas Leblanc (1742-1806), 1787'de NaCl'den sodyum hidroksit üretmek için uygun bir işlem geliştirdi (patent 1791). Bu ilk büyük ölçekli endüstriyel kimyasal işlem 19. yüzyılda Avrupa'da büyük bir teknolojik başarı haline geldi. Daha sonra Leblanc prosesinin yerini elektrolitik proses aldı. 1874 yılında dünya sodyum hidroksit üretimi 525 bin ton olarak gerçekleşti, bunun 495 bin tonu Leblanc yöntemiyle elde edildi; 1902 yılına gelindiğinde sodyum hidroksit üretimi 1800 bin tona ulaştı ancak Leblanc yöntemiyle yalnızca 150 bin ton elde edildi.
Günümüzde sodyum hidroksit endüstrideki en önemli alkalidir. Yalnızca ABD'de yıllık üretim 10 milyon tonu aşıyor. Büyük miktarlarda tuzlu suların elektrolizi ile elde ediliyor. Bir sodyum klorür çözeltisi elektrolize edildiğinde sodyum hidroksit oluşur ve klor açığa çıkar:
katot (demir) 2H 2 O + 2 e– = H2 + 2OH –
anot (grafit) 2Cl – – 2 e– = Cl2
Elektrolize, büyük buharlaştırıcılarda alkali konsantrasyonu eşlik eder. Dünyanın en büyüğü (PPG Inductries "Lake Charles fabrikasında) 41 m yüksekliğe ve 12 m çapa sahiptir. Üretilen sodyum hidroksitin yaklaşık yarısı, çeşitli organik ve inorganik maddelerin üretiminde doğrudan kimya endüstrisinde kullanılır: fenol, resorsinol, b-naftol, sodyum tuzları (hipoklorit, fosfat, sülfit, alüminatlar). Ayrıca sodyum hidroksit, kağıt ve kağıt hamuru, sabun ve deterjanlar, yağlar, tekstil üretiminde de kullanılır. Sodyum hidroksitin asitlerin nötrleştirilmesidir.
Sodyum klorit NaCl sofra tuzu ve kaya tuzu olarak bilinir. Renksiz, hafif higroskopik kübik kristaller oluşturur. Sodyum klorür 801°C'de erir, 1413°C'de kaynar. Sudaki çözünürlüğü sıcaklığa çok az bağlıdır: 35,87 g NaCl, 20°C'de 100 g suda ve 80°C'de 38,12 g suda çözünür.
Sodyum klorür gerekli ve vazgeçilmez bir gıda baharatıdır. Uzak geçmişte tuzun fiyatı altınla eşitti. Antik Roma'da lejyonerlere genellikle parayla değil tuzla ödeme yapılırdı, dolayısıyla asker kelimesi de buradan gelir.
Kiev Rus'ta Karpat bölgesinden, tuz göllerinden ve Karadeniz ve Azak Denizlerindeki haliçlerden tuz kullandılar. O kadar pahalıydı ki, tören ziyafetlerinde soylu misafirlerin sofralarında servis edilirken, diğerleri "höpürdeterek" uzaklaşıyorlardı.
Astrahan bölgesinin Moskova devletine ilhak edilmesinden sonra Hazar gölleri önemli tuz kaynakları haline geldi ve hala yeterli miktarda tuz yoktu, pahalıydı, bu nedenle nüfusun en fakir kesimleri arasında hoşnutsuzluk vardı ve bu da bir krize dönüştü. Tuz İsyanı olarak bilinen ayaklanma (1648)
1711'de Peter, tuz tekelini getiren bir kararname yayınladım. Tuz ticareti devletin münhasır hakkı haline geldi. Tuz tekeli yüz elli yıldan fazla sürdü ve 1862'de kaldırıldı.
Günümüzde sodyum klorür ucuz bir üründür. Kömür, kireçtaşı ve kükürt ile birlikte kimya endüstrisi için en önemli olan ve “dört büyük” olarak adlandırılan mineral hammaddelerden biridir.
Sodyum klorürün çoğu Avrupa'da (%39), Kuzey Amerika'da (%34) ve Asya'da (%20) üretilirken, Güney Amerika ve Okyanusya'nın her biri yalnızca %3 ve Afrika'da %1'dir. Kaya tuzu, %90'dan fazla NaCl içeren geniş yer altı birikintileri (genellikle yüzlerce metre kalınlığında) oluşturur. Tipik bir Cheshire tuz yatağı (İngiltere'deki sodyum klorürün ana kaynağı) 60 × 24 km2'lik bir alanı kaplar ve yaklaşık 400 m kalınlığında bir tuz yatağına sahiptir. Tek başına bu yatağın değerinin 10 11 tondan fazla olduğu tahmin edilmektedir. .
21. yüzyılın başlarında dünya tuz üretimi. 200 milyon tona ulaştı ve bunun %60'ı kimya endüstrisi (klor ve sodyum hidroksit ile kağıt hamuru, tekstil, metal, kauçuk ve yağ üretimi için), %30'u gıda endüstrisi, %10'u gıda endüstrisi tarafından tüketiliyor. diğer faaliyet alanları. Sodyum klorür, örneğin ucuz bir buz çözücü madde olarak kullanılır.
Sodyum karbonat Na2C03 genellikle soda külü veya basitçe soda olarak adlandırılır. Doğada öğütülmüş tuzlu su, göllerdeki tuzlu su ve natron Na 2 CO 3 ·10H 2 O, termonatrit Na 2 CO 3 · H 2 O, trona Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O mineralleri şeklinde bulunur. Sodyum formları ve diğer çeşitli hidratlı karbonatlar, bikarbonatlar, karışık ve çift karbonatlar, örneğin Na2C037H20, Na2C033NaHC03, aKCO3. N H 2 O, K 2 C03 NaHC03 2H 2 O.
Endüstriyel olarak elde edilen alkali elementlerin tuzları arasında sodyum karbonat bulunmaktadır. en yüksek değer. Çoğu zaman, üretimi için Belçikalı kimyager-teknoloji uzmanı Ernst Solvay tarafından 1863'te geliştirilen yöntem kullanılıyor.
Konsantre sulu bir sodyum klorür ve amonyak çözeltisi, hafif basınç altında karbondioksit ile doyurulur. Bu durumda, nispeten az çözünür bir sodyum bikarbonat çökeltisi oluşur (NaHC03'ün çözünürlüğü, 20 ° C'de 100 g su başına 9,6 g'dır):
NaCl + NH3 + H2O + CO2 = NaHC03Ї + NH4Cl
Soda elde etmek için sodyum bikarbonat kalsine edilir:
Açığa çıkan karbondioksit ilk işleme geri döndürülür. Kalsiyum karbonatın (kireç taşı) kalsine edilmesiyle ilave karbondioksit elde edilir:
Bu reaksiyonun ikinci ürünü olan kalsiyum oksit (kireç), amonyum klorürden amonyağı yeniden oluşturmak için kullanılır:
Dolayısıyla Solvay yöntemi kullanılarak soda üretiminin tek yan ürünü kalsiyum klorürdür.
Genel süreç denklemi:
2NaCl + CaC03 = Na2C03 + CaCl2
Açıkçası, normal koşullar altında sulu bir çözeltide ters reaksiyon meydana gelir, çünkü bu sistemdeki denge, kalsiyum karbonatın çözünmemesi nedeniyle tamamen sağdan sola kayar.
Doğal hammaddelerden (doğal soda külü) elde edilen soda külü, amonyak yöntemiyle üretilen sodaya (klorür içeriği %0,2'den az) göre daha kalitelidir. Ayrıca, spesifik sermaye yatırımları ve doğal hammaddelerden elde edilen sodanın maliyeti, sentetik olarak elde edilenlere göre %40-45 daha düşüktür. Dünyadaki soda üretiminin yaklaşık üçte biri artık doğal yataklardan geliyor.
1999 yılında dünya Na 2 CO 3 üretimi aşağıdaki şekilde dağıtılmıştır:
| Toplam | |
| Kuzey Amerika | |
| Asya/Okyanusya | |
| Zap. Avrupa | |
| Doğu Avrupa | |
| Afrika | |
| Lat. Amerika |
Dünyanın en büyük doğal soda külü üreticisi, keşfedilen en büyük trona rezervlerinin ve soda göllerinin tuzlu sularının yoğunlaştığı ABD'dir. Wyoming'deki yatak 3 m kalınlığında bir katman ve 2300 km2'lik bir alan oluşturuyor. Rezervleri 10 10 tonu aşıyor. ABD'de soda sektörü doğal hammaddelere odaklanıyor; son soda sentez tesisi 1985 yılında kapatıldı. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki soda külü üretimi son yıllarda 10,3-10,7 milyon tonlarda sabitlendi.
Amerika Birleşik Devletleri'nin aksine, dünyadaki çoğu ülke neredeyse tamamen sentetik soda külü üretimine bağımlıdır. Çin, soda külü üretiminde ABD'den sonra dünyada ikinci sırada yer alıyor. Bu kimyasalın Çin'deki üretimi 1999 yılında yaklaşık 7,2 milyon tona ulaştı. Aynı yıl Rusya'daki soda külü üretimi ise yaklaşık 1,9 milyon ton olarak gerçekleşti.
Çoğu durumda, sodyum karbonat, sodyum hidroksit ile değiştirilebilir (örneğin, kağıt hamuru, sabun, temizlik ürünlerinin üretiminde). Sodyum karbonatın yaklaşık yarısı cam endüstrisinde kullanılmaktadır. Büyüyen uygulamalardan biri, enerji üretim tesislerinden ve büyük fırınlardan kaynaklanan gaz emisyonlarından kükürt kirletici maddelerin uzaklaştırılmasıdır. Yakıta, filtrelenebilen veya çökeltilebilen katı ürünler, özellikle sodyum sülfit oluşturmak üzere kükürt dioksit ile reaksiyona giren sodyum karbonat tozu eklenir.
Sodyum karbonat daha önce yaygın olarak "çamaşır sodası" olarak kullanılıyordu ancak artık diğer ev deterjanlarının kullanılması nedeniyle bu uygulama ortadan kalktı.
Sodyum bikarbonat NaHCO3 ( karbonat), esas olarak ekmeğin pişirilmesinde, şekerleme imalatında, gazlı içeceklerin ve yapay maden sularının üretiminde karbondioksit kaynağı olarak, yangın söndürme bileşimlerinin bir bileşeni olarak kullanılır ve ilaç. Bunun nedeni 50-100°C'de ayrışmasının kolaylığıdır.
Sodyum sülfat Na2S04 doğada susuz formda (tenardit) ve dekahidrat formunda (mirabilit, Glauber tuzu) bulunur. Astrakonit Na 2 Mg(S04) 2 4H 2 O, vantoffit Na 2 Mg(S04) 2, glauberit Na 2 Ca(S04) 2'nin bir parçasıdır. En büyük sodyum sülfat rezervleri BDT ülkelerinin yanı sıra ABD, Şili ve İspanya'dadır. Doğal birikintilerden veya tuz göllerinin tuzlu sularından izole edilen Mirabilit, 100 ° C'de dehidre edilir. Sodyum sülfat aynı zamanda sülfürik asit kullanılarak hidrojen klorür üretiminin bir yan ürünü olduğu kadar, kullanılan yüzlerce endüstriyel prosesin son ürünüdür. Sülfürik asidin sodyum hidroksit ile nötrleştirilmesi.
Sodyum sülfat üretimine ilişkin veriler yayınlanmadı ancak doğal hammaddenin küresel üretiminin yılda yaklaşık 4 milyon ton olduğu tahmin ediliyor. Yan ürün olarak sodyum sülfatın geri kazanımının küresel olarak 1,5-2,0 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir.
Uzun süre sodyum sülfat çok az kullanıldı. Şimdi bu madde kağıt endüstrisinin temelidir, çünkü Na2S04, kahverengi ambalaj kağıdı ve oluklu mukavvanın hazırlanmasında kraft kağıt hamuru üretiminde ana reaktiftir. Tahta talaşı veya talaş, sıcak alkalin sodyum sülfat çözeltisinde işlenir. Lignini (ahşabın lifleri bir arada tutan bileşeni) çözer ve daha sonra kağıt yapım makinelerine gönderilen selüloz liflerini serbest bırakır. Geriye kalan çözelti, tesise buhar ve buharlaşma için ısı sağlayacak şekilde yanabilecek duruma gelene kadar buharlaştırılır. Erimiş sodyum sülfat ve hidroksit aleve dayanıklıdır ve yeniden kullanılabilir.
Cam ve deterjan üretiminde daha küçük bir miktar sodyum sülfat kullanılır. Na2S04 ·10H20'nun (Glauber tuzu) hidratlanmış formu bir müshildir. Artık eskisine göre daha az kullanılıyor.
Sodyum nitrat NaNO 3'e sodyum veya Şili nitrat denir. Şili'de bulunan büyük sodyum nitrat yatakları, organik kalıntıların biyokimyasal ayrışmasıyla oluşmuş gibi görünüyor. Başlangıçta açığa çıkan amonyak muhtemelen nitro ve nitrik asitlere oksitlendi ve bunlar daha sonra çözünmüş sodyum klorürle reaksiyona girdi.
Sodyum nitrat, nitröz gazların (bir nitrojen oksit karışımı) bir sodyum karbonat veya hidroksit çözeltisi ile emilmesiyle veya kalsiyum nitratın sodyum sülfatla değişim etkileşimi yoluyla elde edilir.
Gübre olarak sodyum nitrat kullanılır. Sıvı tuz soğutucularının, metal işleme endüstrisindeki söndürme banyolarının ve ısı depolama bileşimlerinin bir bileşenidir. %40 NaNO2, %7 NaNO3 ve %53 KNO3'ten oluşan üçlü bir karışım, erime noktasından (142° C) ~600° C'ye kadar kullanılabilir. Sodyum nitrat, patlayıcılarda, roket yakıtlarında, oksitleyici bir madde olarak kullanılır. ve piroteknik bileşimler. Gıda koruyucu görevi gören nitrit dahil cam ve sodyum tuzlarının üretiminde kullanılır.
Sodyum nitrat NaNO 2, sodyum nitratın termal ayrışması veya indirgenmesi yoluyla elde edilebilir:
NaNO3 + Pb = NaNO2 + PbO
Sodyum nitritin endüstriyel üretimi için nitrojen oksitler, sulu bir sodyum karbonat çözeltisi tarafından emilir.
Sodyum nitrit NaNO 2, ısı ileten eriyikler olarak nitratlarla birlikte kullanılmasının yanı sıra, korozyonun önlenmesi ve etin korunması amacıyla azo boyaların üretiminde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Elena Savinkina