Sódio: história, estrutura, propriedades, riscos e usos

O sódio é um metal alcalino do Grupo 1 da Tabela Periica. Seu número atômico é 11 e é representado pelo símbolo químico Na. É um metal leve, menos denso que a água, branco-prateado que fica cinza quando exposto ao ar; É por isso que é armazenado em parafinas ou gases nobres.

Além disso, é um metal macio que pode ser cortado com uma faca e se torna quebradiço a baixas temperaturas. Reage explosivamente com a água para formar hidróxido de sódio e hidrogênio gasoso; Também reage com o ar úmido e com a umidade das mãos nuas.

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Sódio metálico armazenado em uma jarra e imerso em óleo para que não reaja com o ar. Fonte: Imagens em Alta Resolução de Elementos Químicos [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)]

Este metal é encontrado em rochas de minerais salgados, como halita (cloreto de sódio), em salmoura e no mar. O cloreto de sódio representa 80% de todos os materiais dissolvidos no mar, com sódio tendo uma abundância de 1,05%. É o sexto elemento em abundância na crosta terrestre.

A análise dos espectros da luz que vem das estrelas permitiu detectar sua presença nelas, incluindo o Sol. Da mesma forma, sua presença em meteoritos foi determinada.

O sódio é um bom condutor térmico e elétrico, além de possuir grande capacidade de absorção de calor. Experimente o fenômeno fotoelétrico, ou seja, é capaz de emitir elétrons quando iluminado. Quando sua chama é queimada, emite uma intensa luz amarela.

O sódio fundido atua como um agente de transferência de calor, e é por isso que é usado como refrigerante em certos reatores nucleares. Também é usado como desoxidante e redutor de metal, sendo usado na purificação de metais de transição, como titânio e zircônio.

O sódio é o principal contribuinte para a osmolaridade do compartimento extracelular e seu volume. Também é responsável pela geração de potenciais de ação nas células excitáveis ​​e pelo início da contração muscular.

A ingestão excessiva de sódio pode causar: doenças cardiovasculares, aumento do risco de derrame, osteoporose devido à mobilização de cálcio ósseo e danos nos rins.

História

O homem usa compostos de sódio desde os tempos antigos, especialmente cloreto de sódio (sal comum) e carbonato de sódio. A importância do sal é evidenciada pelo uso da palavra latina «salarium», para indicar uma porção de sal que os soldados receberam como parte do pagamento.

Na Idade Média, foi utilizado um composto de sódio com o nome latino “sodânio”, o que significava dor de cabeça.

Em 1807, Sir Humprey Davy isolou o sódio por eletrólise do hidróxido de sódio. Davy também isolou o potássio, numa época em que consideravam o hidróxido de sódio e o hidróxido de potássio como substâncias elementares e denominavam álcalis fixos.

Davy, em uma carta a um amigo, escreveu: “Decompi e recompus os álcalis fixos e descobri que suas bases eram duas novas substâncias substâncias muito inflamáveis ​​semelhantes aos metais; mas um deles é mais inflamável que o outro e muito reativo. ”

Em 1814, Jöns Jakob, em seu Chemical Symbol System, usou a abreviatura Na para a palavra latina ‘natrium’, para nomear sódio. Esta palavra vem do nome egípcio ‘natron’ usado para se referir ao carbonato de sódio.

Estrutura e configuração eletrônica de sódio

O sódio metálico cristaliza em uma estrutura cúbica centrada no corpo (cco). Portanto, seus átomos de Na são posicionados formando cubos, com um localizado no centro e cada um com oito vizinhos.

Essa estrutura é caracterizada por ser a menos densa de todas, o que é consistente com a baixa densidade desse metal; tão baixo que é junto com lítio e potássio, os únicos metais que podem flutuar na água líquida (antes de explodir, é claro). Sua baixa massa atômica, em relação ao seu raio atômico volumoso, também contribui para essa propriedade.

A ligação metálica resultante, no entanto, é bastante fraca e pode ser explicada a partir da configuração eletrônica:

[Ne] 3s 1

Os elétrons na camada fechada não participam (pelo menos em condições normais) da ligação metálica; mas o elétron do orbital 3s. Os átomos de Na se sobrepõem aos seus orbitais 3s para criar uma banda de valência; e o 3p, vazio, uma banda de condução.

Essa banda 3s, pela metade, e a baixa densidade do cristal, tornam a força governada pelo “mar de elétrons” fraca. Consequentemente, o sódio metálico pode ser cortado com um metal e derrete apenas 98 ° C.

Transições de fase

O cristal de sódio pode sofrer alterações em sua estrutura ao experimentar aumentos na pressão; durante o aquecimento, é improvável que sofra transições de fase devido ao seu baixo ponto de fusão.

Uma vez iniciadas as transições de fase, as propriedades do metal mudam. Por exemplo, a primeira transição gera uma estrutura cúbica centralizada na face (fcc). Assim, a estrutura levemente densa bcc é compactada em fcc pressionando o sódio metálico.

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Talvez isso não produza uma mudança apreciável nas propriedades do sódio além da sua densidade. No entanto, quando as pressões são muito altas, os alótropos (não polimorfos porque é um metal puro) tornam-se repentinamente isoladores e eletretos; isto é, até elétrons são fixados no cristal como ânions e não circulam livremente.

Além do acima, suas cores também mudam; o sódio deixa de ser acinzentado para ficar escuro, avermelhado ou até transparente, à medida que as pressões operacionais aumentam.

Números de oxidação

Dado o orbital Valencia 3s, quando o sódio perde seu único elétron, ele rapidamente se transforma no cátion Na + , que é isoeletrônico para o néon. Ou seja, ambos Na + e Ne têm o mesmo número de elétrons. Se a presença de Na + no composto for assumida , seu número de oxidação é considerado +1.

Enquanto o contrário acontece, ou seja, o sódio ganha um elétron, sua configuração eletrônica resultante é [Ne] 3s 2 ; Agora é isoeletrônico com magnésio, no caso do Na chamado ânion de sódio. Se a presença de Na no composto for assumida , o sódio terá um número de oxidação de -1.

Propriedades

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Uma solução de etila do cloreto de sódio queima para manifestar a característica cor amarela da chama desse metal. Fonte: Der Messer [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Descrição física

Metal leve macio, dúctil, maleável.

Peso atômico

22,989 g / mol.

Cor

O sódio é um metal prateado claro. Brilhante quando recém cortado, mas perde o brilho quando é colocado em contato com o ar, tornando-se opaco. Macio à temperatura, mas bastante duro a -20 ° C.

Ponto de ebulição

880 ° C.

Ponto de fusão

97,82 ° C (quase 98 ° C).

Densidade

À temperatura ambiente: 0,968 g / cm 3 .

Líquido (ponto de fusão): 0,927 g / cm 3 .

Solubilidade

Insolúvel em benzeno, querosene e nafta. Dissolve-se em amônio líquido, dando uma solução azul. Dissolve-se em mercúrio, formando uma amálgama.

Pressão de vapor

Temperatura 802 K: 1 kPa; isto é, sua pressão de vapor é consideravelmente baixa mesmo em altas temperaturas.

Decomposição

Decompõe-se violentamente em água, formando hidróxido de sódio e hidrogênio.

Temperatura de auto ignição

120-125 ° C.

Viscosidade

0,680 cP a 100 ° C

Tensão superficial

192 dines / cm até o ponto de fusão.

Índice de refração

4.22

Eletronegatividade

0,93 na escala de Pauling.

Energia de ionização

Primeira ionização: 495,8 kJ / mol.

Segunda ionização: 4.562 kJ / mol.

Terceira ionização: 6.910,3 kJ / mol.

Raio atômico

186 pm

Raio covalente

166 ± 21:00.

Expansão térmica

71 µm (mK) a 26 ° C.

Condutividade térmica

132,3 W / m · K a 293,15 K.

Resistividade elétrica

4,77 × 10 -8 to a 293 K.

Nomenclatura

O sódio, tendo um número de oxidação único de +1, os nomes de seus compostos, governados pela nomenclatura de estoque, é simplificado por não especificar esse número entre parênteses e com algarismos romanos.

Da mesma forma, seus nomes de acordo com a nomenclatura tradicional terminam com o sufixo -ico.

Por exemplo, NaCl é cloreto de sódio de acordo com a nomenclatura de estoque, estando errado o cloreto de sódio (I). Também é chamado de monocloreto de sódio, de acordo com a nomenclatura sistemática; e cloreto de sódio, de acordo com a nomenclatura tradicional. No entanto, seu nome mais comum é sal de mesa.

Papel biológico

Componente osmótico

O sódio tem uma concentração extracelular de 140 mmol / L, estando na forma iônica (Na + ). Para manter a eletroneutralidade do compartimento extracelular, o Na + é acompanhado pelos ânions cloreto (Cl ) e bicarbonato (HCO 3 ), com concentrações de 105 mmol / L e 25 mmol / L, respectivamente.

O Na + cation é o principal componente osmótico e tem a maior contribuição para a osmolaridade do compartimento extracelular, de modo que há uma igualdade de osmolaridade entre o compartimento extracelular e intracelular que garante a integridade do compartimento intracelular.

Por outro lado, a concentração intracelular de Na + é de 15 mmol / L. Então: Por que as concentrações extra e intracelulares de Na + são iguais ?

Existem duas razões pelas quais isso não acontece: a) a membrana plasmática é pouco permeável ao Na + . b) a existência da bomba Na + -K + .

A bomba é um sistema enzimático existente na membrana plasmática que utiliza a energia contida no ATP para extrair três átomos de Na + e introduzir dois átomos de K + .

Além disso, existe um conjunto de hormônios, incluindo a aldosterona, que, ao promover a reabsorção renal de sódio, garante a manutenção da concentração extracelular de sódio em seu valor adequado. O hormônio antidiurético ajuda a manter o volume extracelular.

Produção de potenciais de ação

Células excitáveis ​​(neurônios e células musculares) são aquelas que respondem a um estímulo adequado com a formação de um potencial de ação ou impulso nervoso. Essas células mantêm uma diferença de voltagem através da membrana plasmática.

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O interior da célula é carregado negativamente em relação à célula externa em repouso. Antes de um certo estímulo, há um aumento na permeabilidade da membrana ao Na + e uma pequena quantidade de íons Na + entra na célula , fazendo com que o interior da célula carregue positivamente.

O acima é o que é conhecido como potencial de ação, que pode se espalhar ao longo de um neurônio e é a maneira como a informação viaja através dele.

Quando o potencial de ação atinge as células musculares, estimula-as a contração por meio de mecanismos mais ou menos complexos.

Em resumo, o sódio é responsável pela produção de potenciais de ação nas células excitáveis ​​e pelo início da contração das células musculares.

Onde está

Crosta terrestre

O sódio é o sétimo elemento mais abundante na crosta terrestre, representando 2,8%. O cloreto de sódio faz parte do halito mineral, que representa 80% dos materiais dissolvidos no mar. O teor de sódio do mar é de 1,05%.

O sódio é um elemento muito reativo, razão pela qual não é encontrado na forma nativa ou elementar. Pode ser encontrada em minerais solúveis, como halita, ou minerais insolúveis, como a criolita (um fluoreto de alumínio e sódio).

Mar e halita mineral

Além do mar em geral, o Mar Morto é caracterizado por ter uma concentração muito alta de diferentes sais e minerais, principalmente cloreto de sódio. O Great Salt Lake, nos Estados Unidos, também possui uma alta concentração de sódio.

O cloreto de sódio é quase puro no halito mineral, presente no mar e nas estruturas rochosas. Rocha ou sal mineral é menos puro que o halito, encontrado em depósitos minerais na Grã-Bretanha, França, Alemanha, China e Rússia.

Depósitos salinos

O sal é extraído de seus depósitos de rochas por fragmentação das rochas, seguido de um processo de purificação de sal. Em outras ocasiões, a água é introduzida nos depósitos de sal para dissolvê-la e formar uma salmoura, que é bombeada para a superfície.

O sal é obtido do mar em bacias rasas conhecidas como salinas, por evaporação solar. O sal obtido dessa maneira é chamado de sal marinho ou sal marinho.

Célula Downs

O sódio foi produzido pela redução carbotérmica de carbonato de sódio produzida a 1.100 ° C. Atualmente, é produzido por eletrólise do cloreto de sódio fundido, usando a célula de Downs.

No entanto, como o cloreto de sódio fundido tem um ponto de fusão ~ 800 ° C, é adicionado cloreto de cálcio ou carbonato de sódio para reduzir o ponto de fusão para 600 ° C.

Na câmara de Downs, o cátodo é circular em ferro, em torno de um ânodo de carbono. Os produtos de eletrólise são separados por uma malha de aço para impedir que produtos de eletrólise entrem em contato: sódio e cloro elementares.

No ânodo (+) ocorre a seguinte reação de oxidação:

2 Cl (l) → Cl 2 (g) + 2 e

Enquanto isso, no cátodo (-) ocorre a seguinte reação de redução:

2 Na + (l) + 2 e → 2 Na (l)

Reacções

Formação de óxido e hidróxido

É muito reativo no ar, dependendo da umidade. Ele reage para formar um filme de hidróxido de sódio, que pode absorver dióxido de carbono e eventualmente formar bicarbonato de sódio.

Oxida no ar para causar monóxido de sódio (Na 2 O). Enquanto superóxido de sódio (NaO 2 ) é preparado aquecendo o sódio metálico a 300 ° C com o oxigénio de alta pressão.

No estado líquido, inflama a 125 ° C, produzindo uma fumaça branca irritante, capaz de produzir tosse. Da mesma forma, reage vigorosamente com a água para produzir hidróxido de sódio e gás hidrogênio, causando a explosividade da reação. Essa reação é fortemente exotérmica.

Na + H 2 O → NaOH + 1/2 H 2 (3367 kcal / mol)

Com ácidos halogenados

Ácidos halogenados, como ácido clorídrico, reagem com sódio para formar os halogenetos correspondentes. Enquanto isso, sua reação com ácido nítrico gera nitrato de sódio; e com ácido sulfúrico, gera sulfato de sódio.

Reduções

O Na reduz os óxidos dos metais de transição, produzindo os metais correspondentes liberando-os do oxigênio. Da mesma forma, o sódio reage com os halogenetos dos metais de transição, causando o deslocamento dos metais para formar cloreto de sódio e liberando os metais.

Essa reação serviu para obter metais de transição, incluindo titânio e tântalo.

Com amônia

A reação de sódio com o amônia líquida em baixa temperatura e lentamente para formar sodamida (NaNH 2 ) e hidrogênio.

Na + NH 3 → NaNH 2 + 1/2 H 2

A amônia líquida serve como solvente para a reação do sódio com vários metais, incluindo arsênico, telúrio, antimônio e bismuto.

Orgânico

Reage com álcoois para produzir alcoolatos ou alcóxidos:

Na + ROH → RONa + 1/2 H 2

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Produz a desalogenação de compostos orgânicos, causando uma duplicação no número de carbono do composto:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

O octano pode ser produzido pela desalogenação do brometo de butano com sódio.

Com metais

O sódio pode reagir com outros metais alcalinos para formar uma eutética: uma liga que se forma a temperaturas mais baixas que seus componentes; por exemplo, NaK que tem uma porcentagem de K de 78%. O sódio também forma ligas com berílio com uma pequena porcentagem do primeiro.

Metais preciosos como ouro, prata, platina, paládio e irídio, como metais brancos como chumbo, estanho e antimônio, formam ligas com sódio líquido.

Riscos

É um metal que reage intensamente com a água. Portanto, o contato com tecidos humanos revestidos com água pode causar danos graves. Causa queimaduras graves na pele e contato com os olhos.

Além disso, se ingerido, pode causar perfuração do esôfago e do estômago. No entanto, embora essas lesões sejam graves, apenas uma pequena proporção da população está exposta a elas.

O maior dano que o sódio pode causar é devido à ingestão excessiva de alimentos ou bebidas feitas por pessoas.

O corpo humano requer uma ingestão de sódio de 500 mg / dia, para cumprir sua função na condução nervosa, bem como na contração muscular.

Mas geralmente uma quantidade muito maior de sódio é ingerida na dieta, o que resulta em um aumento na concentração plasmática e sanguínea.

Isso pode causar pressão alta, doenças cardiovasculares e derrames.

A hipernatremia também está associada à geração de osteoporose pela indução da saída de cálcio do tecido ósseo. Os rins têm dificuldade em manter uma concentração plasmática normal de sódio, apesar da ingestão excessiva, o que pode levar a danos nos rins.

Usos

Sódio metálico

É utilizado na metalurgia como agente desoxidante e redutor na preparação de cálcio, zircônio, titânio e outros metais. Por exemplo, reduz o tetracloreto de titânio (TiCl 4 ) para produzir titânio metálico.

O sódio fundido é usado como um agente de transferência de calor, sendo usado como refrigerante em alguns reatores nucleares.

É usado como matéria-prima na fabricação de lauril sulfato de sódio, o principal ingrediente do detergente sintético. Também está envolvida na fabricação de polímeros como o nylon e em compostos como cianeto e peróxido de sódio. Também na produção de corantes e síntese de perfumes.

O sódio é usado na purificação de hidrocarbonetos e na polimerização de hidrocarbonetos insolúveis. Também é usado em inúmeras reduções orgânicas. Dissolvido em amônio líquido é usado para reduzir alcinos ao transalqueno.

As lâmpadas de vapor de sódio são construídas para iluminação pública nas cidades. Eles fornecem uma cor amarela, semelhante à observada quando o sódio é queimado nos isqueiros.

O sódio atua como um dessecante que fornece uma cor azul na presença de benzofenona, indicando que o produto no processo de secagem atingiu a secagem desejada.

Compostos

Cloreto

É usado para temperar e conservar alimentos. A eletrólise do cloreto de sódio produz hipoclorito de sódio (NaOCl), usado na limpeza doméstica como cloro. Além disso, é usado como alvejante industrial para papel e celulose têxtil ou para desinfecção da água.

O hipoclorito de sódio é usado em certas preparações medicinais como anti-séptico e fungicida.

Carbonato e bicarbonato

O carbonato de sódio é usado na fabricação de vidro, detergentes e produtos de limpeza. O carbonato de sódio monohidratado é usado na fotografia como um componente dos desenvolvedores.

O bicarbonato de sódio é uma fonte de dióxido de carbono. Por esse motivo, é utilizado em pós de panificação, sais e bebidas efervescentes e também em extintores de produtos químicos secos. Também é usado no processo de curtimento e preparação de lã.

O bicarbonato de sódio é um composto alcalino usado no tratamento medicinal da hiperacidez gástrica e urinária.

Sulfato

É utilizado na fabricação de papel kraft, papelão, vidro e detergentes. O tiossulfato de sódio é usado na fotografia para corrigir os negativos e as impressões desenvolvidas.

Hidróxido

Comumente chamado de soda cáustica ou alvejante, é usado na neutralização de ácidos no refino de petróleo. Reage com ácidos graxos na fabricação de sabão. Além disso, é utilizado no tratamento de celulose.

Nitrato

É utilizado como fertilizante que fornece nitrogênio, sendo um componente da dinamite.

Referências

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição). Mc Graw Hill
  2. Sódio (2019). Sódio Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Centro Nacional de Informação Biotecnológica. (2019). Sódio Banco de Dados PubChem. CID = 5360545. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  4. Ganong, WF (2003). 19ª edição da Physiology Medical. Editorial O Manual Moderno.
  5. Wikipedia (2019). Sódio Recuperado de: en.wikipedia.org
  6. O presidente e os bolsistas do Harvard College. (2019). Sal e sódio Recuperado de: hsph.harvard.edu
  7. Os editores da Encyclopaedia Britannica . (7 de junho de 2019). Sódio Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com

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