Sodiu

Sodiul (câteodată denumit și natriu)^[1] este un element chimic cu simbolul Na și numărul atomic 11. Este un metal alcalin, gri, moale, cu o reactivitate ridicată. Din această cauză, sodiul nu există liber în natură, ci doar sub formă de combinații chimice deosebit de stabile. În stare liberă, reacționează violent cu apa și ia foc în aer la temperaturi de peste 115°C. La temperatură obișnuită lăsat în aer fumegă. Datorită liniilor sale spectrale din domeniul culorii galben, conferă unei flăcări culoarea galben.

Sodiul se află în prima grupă a tabelului periodic al elementelor, întrucât are un singur electron în stratul extern. Reactivitatea sa ridicată provine din faptul că are o tendință ridicată de a ceda electronul, formând un ion încărcat pozitiv, cationul de sodiu Na⁺. Singurul său izotop stabil este ²³Na.

Pentru industrie, compușii cei mai importanți sunt: clorura de sodiu (NaCl), carbonatul de sodiu (Na₂CO₃), bicarbonatul de sodiu (NaHCO₃), salpetrul de Chile (NaNO₃), soda caustică (NaOH), boraxul (Na₂B₄O₇·10H₂O), tiosulfatul de sodiu (Na₂S₂O₃·5H₂O).

Ionii de sodiu au o mare importanță în procesele fiziologice din organism, în depolarizarea membranelor, și în transmiterea stimulilor. Contrar tendinței de difuzie, pompa de sodiu-potasiu scoate ioni Na⁺ din celulă și introduce ioni K⁺, polarizând membranele (datorită diferențelor de concentrație de Na și K față de fețele membranei), pozitiv la interior și negativ la exterior. În timpul depolarizării, sodiul pătrunde masiv în celula și potasiul iese, schimbând polarizarea membranei.

De asemenea, ionii de Na⁺ și ionii de Ca⁺² sunt importanți în crearea lucrului mecanic în mușchi.

Serul fiziologic perfuzabil este o soluție de 0,9% NaCl, izotonică.

Istoric

A fost descoperit în 1807.

Structură atomică

Atomul de sodiu este format, în stare fundamentală, din 11 protoni, 12 neutroni și 11 electroni.

Izotopi

Sodiul are un izotop stabil.

Proprietăți

Proprietăți fizice:

solid, alb-argintiu, metal alcalin;
moale, ușor, luciu în tăietură proaspătă;
bun conducător de căldură și electricitate;
maleabil și ductil;
punct de topire scăzut (98 °C).

Ionul Na⁺ colorează flacăra puternic în galben.

Proprietăți chimice

Pirostibiatul acid de potasiu K₂H₂Sb₂O₇, sau formulat complex hexahidroxostibiatul de potasiu K[Sb(OH)₆] precipită pirostibiatul acid de sodiu, alb cristalin (precipitarea se accelerează prin frecare cu bagheta):

2Na⁺ + (H₂Sb₂O₇)^2- → Na₂H₂Sb₂O₇↓

sau

Na⁺ + [Sb(OH)₆] → Na[Sb(OH)₆]↓

Pirostibiatul acid de sodiu în soluție acidă se descompune formând acidul stibic, precipitat alb amorf.

Na₂H₂Sb₂O₇ + 2H⁺ → 2H₃SbO₄↓ + Na⁺

sau

Na[Sb(OH)₆] + H⁺ → H₃SbO₄↓ + Na⁺ + 2H₂O

Acetatul de uranil precipită în mediu de acid acetic, acetatul dublu de sodiu și uranil, precipitat galben cristalin.

Na⁺ + UO₂⁺ + 2CH₃COO^- + CH₃COOH → NaUO₂(CH₃COO)₃↓ + H⁺

Reacția este mai diluată când se adaugă, în același timp și acetat de magneziu, sau de zinc, precipitând:

NaMg(UO₂)₃(CH₃COO)₉ · 3H₂O sau NaZn(UO₂)₃(CH₃COO)₉ · 6H₂O

Reactivitate chimică

Sodiul este un element cu caracter electropozitiv puternic, drept pentru care dă toate reacțiile caracteristice metalelor.

Sodiul reacționează cu oxigenul, dând oxid de sodiu și/sau peroxid de sodiu.

4Na + O₂ → 2Na₂O

2Na + O₂ (în exces) → Na₂O₂

Sodiul reacționează violent cu acizii dând sare și hidrogen.

2Na + 2HCl → 2NaCl + H₂↑

Sodiul reacționează direct cu nemetalele dând săruri, și cu hidrogenul dând hidruri.

2Na + Cl₂ → 2NaCl

2Na + H₂ → 2NaH (hidrură de sodiu)

2Na + S → Na₂S

Sodiul reacționează violent cu apă dând hidroxid și hidrogen.

Na + H₂O → NaOH + H₂↑

Sodiul slab încălzit se aprinde în atmosferă de dioxid de azot.

Compuși

Sodiul este cel mai răspândit metal alcalin din scoarța Pământului, dar și unul dintre cele mai răspândite din Univers. În natură se găsește sub forma depozitelor masive de sare gemă (clorură de sodiu, NaCl), în mineralul halit, în combinație cu clorura de potasiu), în silvină, împreună cu aluminiul în criolit (Na₃AlF₆), sau sub formă de azotat în salpetrul de Chile (NaNO₃, azotat de sodiu), reprezentând 2,6% din masa scoarței terestre. În apa marină, ionii de Na⁺ îi însoțesc pe cei de Cl^-.

Liniile spectrale D ale sodiului se găsesc în majoritatea stelelor, precum și în Soare.

Producere

Preparare în laborator

Sodiul metalic se obține prin electroliza clorurii de sodiu (NaCl) în topitură, metodă mai ieftină decât electroliza hidroxidului de sodiu (NaOH).

Producere la scară industrială

Metode de obținere:

Electroliza clorurii de natriu: 2NaCl (topită) → 2Na + Cl₂
Au loc reacțiile următoare:

$\mathrm {2\ Na_{}^{+}+2\ e^{-}\rightarrow 2\ Na^{0}}$

La catodul se formează sodiu.

$\mathrm {2\ Cl^{-}\rightarrow Cl_{2}+2\ e^{-}}$

La anodul se formează clor.

$\mathrm {2\ Na^{+}+2\ Cl^{-}\rightarrow 2\ Na+Cl_{2}}$

Reacție totală
Reacția de substituție: NaCl + Cs → CsCl + Na

Utilizare

O mulțime de compuși ai sodiului au aplicații. Sodiul metalic se folosește pentru a obține compuși organici. De asemenea, sodiul este un element indispensabil existenței celulelor din organismele animale. Concentrația sărurilor, deci și a ionului de sodiu, determină presiunea osmotică normală a lichidelor. Sodiul mărește îmbibația cu apă a coloizilor din celule. El se găsește în special în serul sanguin, sub formă de NaCl, dar și de bicarbonat și fosfat de sodiu. Dintre utilizările sodiului, amintim: