钠：历史，结构，性质，风险和用途 - 化学 - 2025

的钠是周期表的第1族的碱金属。它的原子序数为11，由化学符号Na表示。它是一种轻金属，密度不如水，银白色，暴露于空气中时会变成灰色。这就是为什么将其存储在石蜡或稀有气体中的原因。

另外，它是一种软金属，可以用刀切割，并且在低温下会变脆。与水爆炸性反应，形成氢氧化钠和氢气。它还会与潮湿的空气和裸露的湿度发生反应。

金属钠储存在瓶中并浸入油中，以免与空气反应。来源：化学元素的高分辨率图像

这种金属存在于岩盐矿物中，例如盐岩（氯化钠），盐水和海洋中。氯化钠占海洋中所有溶解物质的80％，钠的丰度为1.05％。它是地壳中第六种元素。

通过对来自恒星的光的光谱进行分析，可以检测它们在包括太阳在内的存在，同样，也可以确定它们在陨石中的存在。

钠是良好的热和电导体，并且具有很大的吸热能力。它会遇到光电现象，即当被照亮时能够发射电子。燃烧时，其火焰会发出强烈的黄光。

熔融钠充当传热剂，这就是为什么它在某些核反应堆中用作冷却剂的原因。它也用作金属脱氧剂和还原剂，这就是为什么它已被用于提纯过渡金属（如钛和锆）的原因。

钠是导致细胞外区渗透压及其体积的主要因素。同样，它负责在兴奋性细胞中产生动作电位并引起肌肉收缩。

钠摄入过多可能导致：心血管疾病，中风风险增加，由于骨钙动员和肾损害而引起的骨质疏松症。

历史

人类自古以来就使用钠化合物，尤其是氯化钠（普通盐）和碳酸钠。盐的重要性可以通过使用拉丁语“ salarium”来证明，这是士兵支付的一部分盐。

在中世纪，人们使用了钠化合物，拉丁文名称为“ sodanum”，意为头痛。

1807年，汉普里·戴维爵士通过电解氢氧化钠分离出钠。在氢氧化钠和氢氧化钾被视为元素物质并称为固定碱的时候，戴维还分离出钾。

戴维在给朋友的一封信中写道：“我分解并重新组成了固定的碱，发现它们的碱是两种类似于金属的高度易燃的新物质。但其中之一比另一种更易燃，而且反应性极强”。

1814年，JönsJakob在他的化学符号系统中使用了Na（拉丁文）作为钠的缩写。这个词来自用于表示碳酸钠的埃及“ natron”名称。

钠的结构和电子构型

金属钠结晶成体心立方（bcc）结构。因此，其Na原子的位置形成立方体，一个位于中心，每个与八个相邻。

这种结构的特点是密度最低，这与该金属的低密度相符。如此之低，以至于它只能和锂和钾一起漂浮在液态水中（当然在爆炸之前）。相对于其庞大的原子半径，其低原子质量也有助于该性质。

但是，最终的金属键很弱，可以从电子配置中进行解释：

3秒¹

封闭壳中的电子（至少在正常条件下）不参与金属键；但是电子在3s轨道上。Na原子与其3s轨道重叠以形成价带；3p空的导带

由于晶体密度低，这个3s频带已充满一半，这使得受``电子海''控制的力变弱。因此，金属钠可以与金属一起切割，并且只能在98ºC时熔化。

相变

压力升高时，钠晶体的结构可能发生变化；而加热时，由于熔点低，不太可能发生相变。

相变一旦开始，金属的特性就会改变。例如，第一个过渡生成一个面心立方（fcc）结构。因此，当挤压金属钠时，稀疏结构bcc被压实为fcc。

除了钠的密度，这可能不会引起钠性质的明显变化。但是，当压力非常高时，同素异形体（由于它们是纯金属，因此不是多晶型的）令人惊讶地成为绝缘体和电子。也就是说，即使电子也作为阴离子固定在晶体中，也无法自由循环。

除了上面所说的，它们的颜色也会改变。钠随着操作压力的升高而停止变灰，变成暗，微红色甚至透明。

氧化数

给定3s价轨道，当钠失去唯一的电子时，它会迅速转变为Na ⁺阳离子，该离子与氖等电子。即，Na ⁺和Ne都具有相同数量的电子。如果假定化合物中存在Na ⁺，则称其氧化数为+1。

相反，如果发生相反的情况，即钠获得电子，则其最终电子构型为3s ²。现在它与镁等电子，即钠阴离子^-称为钠。如果钠的存在^-在该化合物被假定，则钠将具有-1的氧化数。

物产

氯化钠的乙基溶液燃烧可显示出该金属火焰的特有黄色。资料来源：Der Messer

物理描述

柔软，易延展，可延展的轻金属。

原子重量

22.989克/摩尔

颜色

钠是一种浅银金属。刚切开时有光泽，但与空气接触时会失去光泽，变得不透明。在温度下较软，但在-20℃时相当硬。

沸点

880℃。

熔点

97.82摄氏度（几乎98摄氏度）。

密度

在室温下：0.968g / cm ³。

液态（熔点）：0.927g / cm ³。

溶解度

不溶于苯，煤油和石脑油。溶于液态氨，得到蓝色溶液。它溶于汞，形成汞合金。

蒸汽压力

温度802 K：1 kPa；即，即使在高温下，其蒸气压也相当低。

分解

它在水中剧烈分解，形成氢氧化钠和氢气。

自燃温度

120-125℃。

黏度

在100°C时为0.680 cP

表面张力

熔点为192达因/厘米。

折光率

4.22。

电负性

鲍林标度为0.93。

电离能

第一次电离：495.8 kJ / mol。

第二次电离：4,562 kJ / mol。

第三电离：6,910.3 kJ / mol。

原子无线电

186下午

共价半径

166±9下午

热膨胀

在26°C下为71 µm（m·K）。

导热系数

132.3 W / m K在293.15 K.

电阻率

4.77×10 ^-8 Ωm的在293 K.

命名法

由于钠的唯一氧化数为+1，因此其化合物的名称（由库存命名法决定）被简化，因为该数字未在括号中指定并且使用罗马数字表示。

同样，按照传统命名法，它们的名称都以后缀-ico结尾。

例如，根据库存命名法，NaCl是氯化钠，是错误的氯化钠（I）。根据系统命名法，它也被称为一氯化钠。和氯化钠，根据传统命名法。但是，它最常用的名称是食盐。

生物作用

渗透成分

钠的细胞外浓度为140 mmol / L，呈离子形式（Na ⁺）。为了保持胞外区室的电中性，钠⁺伴随着氯（氯^- ）和碳酸氢盐（HCO ₃ ^- ）的阴离子，其中的分别105毫摩尔/ L和25毫摩尔/ L的浓度。

Na ⁺阳离子是主要的渗透成分，并且对细胞外隔室的渗透压具有最大的贡献，从而使细胞外隔室和细胞内隔室之间的渗透压相等，从而保证了细胞内隔室的完整性。

另一方面，Na ⁺的细胞内浓度为15 mmol / L。那么：为什么多余的和细胞内的Na ⁺浓度不相等？

不会发生这种情况的原因有两个：a）质膜对Na ^+的渗透性差。b）Na ⁺ -K ⁺泵的存在。

该泵是质膜中的酶促系统，它利用ATP中包含的能量除去三个Na ⁺原子并引入两个K ⁺原子。

此外，还有一组醛固酮，包括醛固酮，通过促进肾脏钠的重吸收，可确保将细胞外钠浓度维持在适当的水平。抗利尿激素有助于维持细胞外体积。

产生动作电位

兴奋性细胞（神经元和肌肉细胞）是对适当的刺激作出反应并形成动作电位或神经冲动的细胞。这些电池在质膜上保持电压差。

在静止条件下，电池内部相对于电池外部带负电。在一定的刺激下，膜对Na ⁺的渗透性增加，少量的Na ⁺离子进入细胞，使细胞内部带正电。

以上就是所谓的动作电位，它可以在整个神经元中传播，并且是信息在神经元中传播的方式。

当动作电位到达肌肉细胞时，它会通过或多或少的复杂机制刺激它们收缩。

总之，钠负责兴奋性细胞中动作电位的产生以及肌肉细胞收缩的开始。

它在哪里

地壳

钠是地壳中第七大最丰富的元素，占其中的2.8％。氯化钠是矿物盐石的一部分，占海洋中80％的溶解物质。海洋中的钠含量为1.05％。

钠是一种非常活泼的元素，这就是为什么找不到天然或元素形式的钠的原因。它存在于可溶矿物中，例如岩盐或不可溶矿物中，例如冰晶石（氟化铝钠）。

海洋和矿物盐岩

除了一般的海洋外，死海的特征还在于高浓度的各种盐和矿物质，特别是氯化钠。美国的大盐湖中钠含量也很高。

El cloruro de sodio se encuentra casi puro en el mineral halita, presente en el mar y en estructuras rocosas. La sal de roca o mineral es menos pura que la halita, encontrándose en depósitos minerales en Gran Bretaña, Francia, Alemania, China y Rusia.

Depósitos salinos

La sal se extrae de sus depósitos rocosos mediante la fragmentación de las rocas, seguida de un proceso de purificación de la sal. En otras ocasiones se introduce agua en los depósitos de sal para disolverla y formar una salmuera, que luego es bombeada a la superficie.

La sal es obtenida del mar en las cuencas de poca profundidad conocidas como salinas, mediante evaporación solar. La sal obtenida de esta forma es denominada sal de la bahía o sal marina.

Celda de Downs

El sodio era producido por la reducción carbotérmica del carbonato de sodio realizada a 1.100 ºC. Actualmente, se produce por la electrólisis del cloruro de sodio fundido, usando la celda de Downs.

Sin embargo, como el cloruro de sodio fundido tiene un punto de fusión ~ 800 ºC, se añade cloruro de calcio o carbonato de sodio para reducir el punto de fusión a 600 ºC.

En la cámara de Downs el cátodo es de hierro en forma circular, alrededor de un ánodo de carbono. Los productos de la electrólisis son separados por una malla de acero para prevenir que entren en contacto los productos de la electrólisis: el sodio y el cloro elementales.

En el ánodo (+) ocurre la reacción de oxidación siguiente:

2 Cl^– (l) → Cl₂ (g) + 2 e^–

Mientras, en el cátodo (-) ocurre la reacción de reducción siguiente:

2 Na⁺ (l) + 2 e^– → 2 Na (l)

Reacciones

Formación de óxidos e hidróxido

Es muy reactivo en el aire dependiendo de su humedad. Reacciona para formar una película de hidróxido de sodio, la cual puede absorber dióxido de carbono y formar finalmente bicarbonato de sodio.

Se oxida en el aire para originar el monóxido de sodio (Na₂O). Mientras que el superóxido de sodio (NaO₂) se prepara mediante el calentamiento del sodio metálico a 300 ºC con oxígeno a presión alta.

En estado líquido se inflama a 125 ºC, produciendo un humo blanco irritante, capaz de producir tos. Asimismo, reacciona vigorosamente con el agua para producir hidróxido de sodio e hidrógeno gaseoso, causante de la explosividad de la reacción. Esta reacción es fuertemente exotérmica.

Na + H₂O → NaOH + 1/2 H₂ (3.367 kilocalorías/mol)

Con ácidos halogenados

Los ácidos halogenados, como el ácido clorhídrico, reaccionan con el sodio para formar los haluros correspondientes. Mientras, su reacción con el ácido nítrico genera nitrato de sodio; y con el ácido sulfúrico, genera sulfato de sodio.

Reducciones

El Na reduce los óxidos de los metales de transición, produciendo los metales correspondientes al liberarlos del oxígeno. Asimismo, el sodio reacciona con los haluros de los metales de transición, produciendo el desplazamiento de los metales para formar cloruro de sodio y liberando los metales.

Esta reacción ha servido para la obtención de metales de transición, entre ellos el titanio y el tántalo.

Con el amoniaco

El sodio reacción con el amoniaco líquido a baja temperatura y de manera lenta para formar la sodamida (NaNH₂) e hidrógeno.

Na + NH₃ → NaNH₂ + 1/2 H₂

El amoniaco líquido sirve como solvente para la reacción del sodio con varios metales, entre ellos arsénico, teluro, antimonio y bismuto.

Orgánicas

Reacciona con los alcoholes para producir alcoholatos o alcóxidos:

Na + ROH → RONa + 1/2 H₂

Produce la deshalogenación de compuestos orgánicos, originando una duplicación en el número de carbonos del compuesto:

2 Na + 2 RCl → R-R + 2 NaCl

El octano puede ser producido por la deshalogenación del bromuro de butano con el sodio.

Con los metales

El sodio puede reaccionar con otros metales alcalinos para formar un eutéctico: una aleación que se forma a temperaturas más bajas que sus componentes; por ejemplo, NaK que tiene un porcentaje de K del 78%. También el sodio forma aleaciones con el berilio con un pequeño porcentaje del primero.

Los metales preciosos como el oro, plata, platino, paladio e iridio, al igual que los metales blancos como plomo, estaño y antimonio, forman aleaciones con el sodio líquido.

Riesgos

Es un metal que reacciona intensamente con el agua. Por lo tanto, en contacto con los tejidos humanos recubiertos con agua puede ocasionarles daños severos. Produce por contacto con la piel y los ojos quemaduras graves.

Asimismo, por ingestión puede causar perforación del esófago y estómago. Sin embargo, aunque estas lesiones son graves, sólo una pequeña proporción de la población está expuesta a ellas.

El mayor daño que puede causar el sodio es debido a su ingesta excesiva en las comidas o bebidas realizadas por las personas.

El cuerpo humano requiere de una ingesta de sodio de 500 mg/día, para que cumpla con su función en la conducción nerviosa, así como en la contracción muscular.

Pero usualmente se ingiere en la dieta una cantidad de sodio mucho mayor, lo cual produce un incremento en la concentración plasmática y sanguínea del mismo.

Esto puede causar hipertensión arterial, enfermedades cardiovasculares y accidentes cerebrales.

La hipernatremia, también está asociada a la generación de las osteoporosis por inducir a una salida del calcio del tejido óseo. Los riñones tienen problemas para mantener una concentración plasmática de sodio normal a pesar de su ingesta excesiva, lo que puede llevar a un daño renal.

Usos

Sodio metálico

Se usa en la metalurgia como agente desoxidante y reductor en la preparación de calcio, circonio, titanio y otros metales. Por ejemplo, reduce al tetracloruro de titanio (TiCl₄) para producir titanio metálico.

El sodio fundido se utiliza como un agente de transferencia de calor, por lo que se usa como refrigerante en algunos reactores nucleares.

Se usa como materia prima en la manufactura del sulfato de lauril sódico, el principal ingrediente del detergente sintético. Asimismo, interviene en la manufactura de polímeros como el nylon y en compuestos como el cianuro y peróxido de sodio. También en la producción de tintes y síntesis de perfumes.

El sodio se utiliza en la purificación de hidrocarburos y en la polimerización de hidrocarburos insolubles. También se emplea en numerosas reducciones orgánicas. Disuelto en amonio líquido es usado para reducir los alquinos a transalqueno.

Se construyen lámparas de vapores de sodio para el alumbrado público de las ciudades. Estas suministran un color amarillo, semejante al observado cuando el sodio es quemado en mecheros.

El sodio actúa como un desecante que aporta una coloración azul en presencia de benzofenona, indicativo que el producto en proceso de desecación ha alcanzado el secado deseado.

Compuestos

Cloruro

Es usado para sazonar y conservar los alimentos. La electrólisis del cloruro de sodio produce hipoclorito de sodio (NaOCl), utilizado en la limpieza del hogar como cloro. Además, se usa como blanqueador industrial de la pulpa del papel y los textiles o en la desinfección del agua.

El hipoclorito de sodio es utilizado en ciertas preparaciones medicinales como antiséptico y fungicida.

Carbonato y bicarbonato

El carbonato de sodio se utiliza en la fabricación de vidrios, detergentes y limpiadores. El carbonato de sodio monohidratado se emplea en la fotografía como un componente de los desarrolladores.

El bicarbonato de sodio es una fuente de dióxido de carbono. Por esta razón se emplea en los polvos de hornear, en sales y bebidas efervescentes y también en los extinguidores de incendios químicos secos. Se emplea además en el proceso de curtiembre y preparación de la lana.

El bicarbonato de sodio es un compuesto alcalino, usado en el tratamiento medicinal de la hiperacidez gástrica y urinaria.

Sulfato

Se utiliza en la fabricación del papel kraft, cartón, vidrio y detergentes. El tiosulfato de sodio es utilizado en la fotografía con el fin de corregir los negativos y las impresiones desarrolladas.

Hidróxido

Llamado comúnmente soda cáustica o lejía, se utiliza en la neutralización de los ácidos en la refinación del petróleo. Reacciona con los ácidos grasos en la fabricación del jabón. Además, se utiliza en el tratamiento de la celulosa.

Nitrato

Es usado como un fertilizante que aporta nitrógeno, siendo un componente de la dinamita.

Referencias

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