Natrium ist ein chemisches Element mit dem Symbol Na (von) und Atomnummer 11. Es ist ein weiches, silberfarben-weißes, hoch reaktives Metall und ist ein Mitglied der alkalischen Metalle; sein einziges stabiles Isotop ist Na. Das freie Metall kommt in der Natur nicht vor, aber muss stattdessen von seinen Zusammensetzungen bereit sein; es wurde zuerst von Humphry Davy 1807 durch die Elektrolyse von Natriumshydroxyd isoliert. Natrium ist das sechste reichlichste Element in der Kruste der Erde, und besteht in zahlreichen Mineralen wie Feldspaten, sodalite und Felsen-Salz. Viele Salze von Natrium sind hoch wasserlöslich, und ihr Natrium ist durch die Handlung von Wasser durchgefiltert worden, so dass Chlorid und Natrium die allgemeinsten aufgelösten Elemente durch das Gewicht in den Körpern der Erde von ozeanischem Wasser sind.

Viele Natriumszusammensetzungen, sind wie Natriumshydroxyd (Lauge) für soapmaking und Natriumchlorid für den Gebrauch als ein Enteisen-Agent und ein Nährstoff nützlich. Natrium ist ein wesentliches Element für alle Tiere und einige Werke. In Tieren werden Natriumsionen gegen Kalium-Ionen verwendet, um Anklagen auf Zellmembranen aufzubauen, Übertragung von Nervenimpulsen erlaubend, wenn die Anklage zerstreut wird. Das folgende Bedürfnis nach Tieren für Natrium verursacht es zum klassifizierten als ein diätetisches anorganisches Makromineral.

Eigenschaften

Physisch

Das Natrium bei der Standardtemperatur und dem Druck ist ein weiches Metall, das mit einem Messer sogleich geschnitten werden kann und ein guter Leiter der Elektrizität ist. Frisch ausgestellt hat Natrium einen hellen, silberfarbenen Schimmer, der schnell trübe wird, einen weißen Überzug von Natriumshydroxyd und Natriumkarbonat bildend. Diese Eigenschaften ändern sich am Hochdruck: An 1.5 Mbar, den Farbwechseln zum Schwarzen, dann zu rot, der an 1.9 Mbar durchsichtig ist, und schließlich klar ist, durchsichtig an 3 Mbar. Alle diese allotropes sind Isolatoren und electrides.

Wenn Natrium oder seine Zusammensetzungen in eine Flamme eingeführt werden, drehen sie es gelb, weil das aufgeregte 3s Elektronen von Natrium ein Foton ausstrahlen, wenn sie von 3 Punkten bis 3s fallen; die Wellenlänge dieses Fotons entspricht der D Linie an 589.3 nm. Drehungsbahn-Wechselwirkungen, die das Elektron in den 3-Punkt-Augenhöhlenspalt die D Linie in zwei einschließen; hyperfeine Strukturen, die beide orbitals einschließen, verursachen noch viele Linien.

Chemisch

Natrium ist allgemein weniger reaktiv als Kalium und mehr reaktiv als Lithium. Wie alle alkalischen Metalle reagiert es exothermically mit Wasser zum Punkt, dass genug große Stücke zu einem Bereich schmelzen und explodieren können; diese Reaktion erzeugt Ätznatriumshydroxyd und feuergefährliches Wasserstoffbenzin. Wenn verbrannt, in trockener Luft bildet es hauptsächlich Natriumsperoxyd sowie etwas Natriumsoxyd. In feuchter Luft, Natriumshydroxyd-Ergebnissen. Natriumsmetall nimmt mit der Verminderung von Natriumsionen hoch ab, die 2.71 Volt verlangen, aber Kalium und Lithium haben noch negativere Potenziale. Folglich verwendet die Förderung von Natriumsmetall von seinen Zusammensetzungen (solcher als mit dem Natriumchlorid) einen bedeutenden Betrag der Energie.

Isotope

20 Isotope von Natrium sind bekannt, aber nur Na ist stabil. Zwei radioaktive, cosmogenic Isotope sind das Nebenprodukt des kosmischen Strahls spallation: Na mit einer Halbwertzeit von 2.6 Jahren und Na mit einer Halbwertzeit von 15 Stunden; alle anderen Isotope haben eine Halbwertzeit von weniger als einer Minute. Zwei Kernisomers, sind das länger gelebte ein entdeckt worden, Na mit einer Halbwertzeit von ungefähr 20.2 Mikrosekunden seiend. Akute Neutronradiation, solcher als von einem criticality Kernunfall, wandelt etwas vom stabilen Na im menschlichen Blut Na um; durch das Messen der Konzentration von Na in Bezug auf Na kann die Neutronstrahlendosierung des Opfers berechnet werden.

Ereignis

Na wird im Kohlenstoff verbrennenden Prozess geschaffen, indem er zwei Kohlenstoff-Atome zusammen verschmilzt; das verlangt Temperaturen über 600 megakelvins und einem Stern mit mindestens drei Sonnenmassen. Die Kruste der Erde hat 2.6-%-Natrium durch das Gewicht, es das sechste reichlichste Element dort machend. Wegen seiner hohen Reaktionsfähigkeit wird es als ein reines Element nie gefunden. Es wird in vielen verschiedenen Mineralen, einige sehr auflösbar, wie halite und natron, andere gefunden, die viel weniger wie amphibole und zeolite auflösbar sind. Die Unlösbarkeit von bestimmten Natriumsmineralen wie cryolite und Feldspat entsteht aus ihren polymeren Anionen, der im Fall vom Feldspaten ein Polysilikat ist. Im interstellaren Medium wird Natrium durch die D Linie identifiziert; obwohl es eine hohe Eindampfungstemperatur hat, hat sein Überfluss ihm erlaubt, vom Seemann 10 in der Atmosphäre von Quecksilber entdeckt zu werden.

Zusammensetzungen

Natriumszusammensetzungen sind von riesiger kommerzieller Wichtigkeit, zu Industrien besonders zentral seiend, die Glas, Papier, Seife und Textilwaren erzeugen. Die Natriumszusammensetzungen, die am wichtigsten sind, sind Kochsalz (NaCl), Soda-Asche (NaCO), Natron (NaHCO), Ätznatron (NaOH), Natriumsnitrat (NaNO), di - und Tri-Natriumsphosphate, Natrium thiosulfate (NaSO · 5HO), und Borax (NaBO · 10HO). In seinen Zusammensetzungen wird Natrium gewöhnlich zu Wasser und Anionen ionisch verpfändet, und wird als eine harte Säure von Lewis angesehen.

Wässrige Lösungen

Natrium neigt dazu, wasserlösliche Zusammensetzungen, wie Halogenide, Sulfate, Nitrate, carboxylates und Karbonate zu bilden. Die wässrigen Hauptarten sind die aquo Komplexe [Na (HO)], wo n = 4-6. Die hohe Sympathie von Natrium für Sauerstoff-basierten ligands ist die Basis des Krone-Äthers; Macrolide-Antibiotika, die Transport von Na im Anstecken-Organismus stören, werden funktionell verbunden und komplizierter.

Der direkte Niederschlag von Natriumssalzen von wässrigen Lösungen ist selten, weil Natriumssalze normalerweise eine hohe Sympathie für Wasser haben; eine Ausnahme ist Natrium bismuthate (NaBiO). Wegen dessen werden Natriumssalze gewöhnlich als Festkörper durch die Eindampfung oder durch den Niederschlag mit einem organischen Lösungsmittel wie Vinylalkohol isoliert; zum Beispiel werden sich nur 0.35 g/L des Natriumchlorids in Vinylalkohol auflösen. Krone-Äther, wie 15 Kronen 5, kann als ein Katalysator der Phase-Übertragung verwendet werden.

Natriumsinhalt kann in großen Mengen durch das Behandeln mit einem großen Übermaß an uranyl Zinkazetat bestimmt werden; der hexahydrate (UO) ZnNa (CHCO) · 6HO schlägt sich nieder, der gewogen werden kann. Cäsium und Rubidium stören diese Reaktion nicht, aber Kalium und Lithium tun. Niedrigere Konzentrationen von Natrium können durch die Atomabsorption spectrophotometry oder durch potentiometry das Verwenden mit dem Ion auswählender Elektroden bestimmt werden.

Electrides und sodides

Wie die anderen alkalischen Metalle löst sich Natrium in Ammoniak und einigen Aminen auf, um tief gefärbte Lösungen zu geben; die Eindampfung dieser Lösungen verlässt einen glänzenden Film von metallischem Natrium. Die Lösungen enthalten den Koordinationskomplex (Na (neuer)), wessen positive Anklage durch Elektronen als Anionen ausgeglichen wird; cryptands erlauben die Isolierung dieser Komplexe als kristallene Festkörper. Cryptands, wie Krone-Äther und anderer ionophores, haben eine hohe Sympathie für das Natriumsion; Ableitungen von alkalide Na sind durch die Hinzufügung von cryptands zu Lösungen von Natrium in Ammoniak über disproportionation erreichbar.

Organosodium vergleicht sich

Viele Organosodium-Zusammensetzungen sind bereit gewesen. Wegen der hohen Widersprüchlichkeit der Obligationen von C-Na benehmen sie sich wie Quellen von carbanions (Salze mit organischen Anionen). Einige weithin bekannte Ableitungen schließen Natrium cyclopentadienide (NaCH) und trityl Natrium ((CH) CNa) ein.

Geschichte

Salz ist eine wichtige Ware in menschlichen Tätigkeiten, wie gezeigt, durch das englische Wortgehalt gewesen, das auf salarium, die Oblaten von Salz zurückzuführen ist, das manchmal römischen Soldaten zusammen mit ihren anderen Löhnen gegeben ist. Im mittelalterlichen Europa wurde eine Zusammensetzung von Natrium mit dem lateinischen Namen von sodanum als ein Kopfweh-Heilmittel verwendet. Wie man denkt, entsteht das Namennatrium aus dem arabischen suda, Kopfweh bedeutend, weil die Kopfweh erleichternden Eigenschaften des Natriumkarbonats oder der Soda in frühen Zeiten weithin bekannt waren. Die chemische Abkürzung für Natrium wurde zuerst von Jöns Jakob Berzelius in seinem System von Atomsymbolen veröffentlicht, und ist eine Zusammenziehung des neuen lateinischen Namens des Elements natrium, der sich auf den ägyptischen natron, ein natürliches aus dem wasserhaltigen Natriumkarbonat in erster Linie gemachtes Mineralsalz bezieht. Natron hat historisch mehreren wichtigen Industrie- und Haushaltsnutzen gehabt, der später durch andere Natriumszusammensetzungen verfinstert ist. Obwohl Natrium, manchmal genannt Soda, lange in Zusammensetzungen erkannt worden war, wurde das Metall selbst bis 1807 von Herrn Humphry Davy durch die Elektrolyse von Natriumshydroxyd nicht isoliert.

Natrium gibt eine intensive gelbe Farbe Flammen. Schon in 1860 hat Kirchhoff und Bunsen-die hohe Empfindlichkeit eines Natriumsflamme-Tests bemerkt, und hat in Annalen der Physik und Chemie festgesetzt:

Kommerzielle Produktion

Eher spezialisierte Anwendungen genießend, werden nur ungefähr 100,000 Tonnen metallisches Natrium jährlich erzeugt. Metallisches Natrium wurde zuerst gewerblich 1855 durch die carbothermal Verminderung des Natriumkarbonats an 1100 °C, darin erzeugt, was als der Prozess von Deville bekannt ist:

:NaCO + 2 C  2 Na + 3 CO

Ein zusammenhängender auf der Verminderung von Natriumshydroxyd gestützter Prozess wurde 1886 entwickelt.

Natrium wird jetzt gewerblich durch die Elektrolyse des geschmolzenen Natriumchlorids erzeugt, das auf einem 1924 patentierten Prozess gestützt ist. Das wird in einer Downs Zelle getan, in der NaCl mit dem Kalzium-Chlorid gemischt wird, um den Schmelzpunkt unter 700 °C zu senken. Da Kalzium weniger electropositive ist als Natrium, wird kein Kalzium an der Anode gebildet. Diese Methode ist weniger teuer als der vorherige Prozess von Castner von electrolyzing Natriumshydroxyd.

Das Natrium des Reagens-Ranges in Tonne-Mengen hat für ungefähr US$ 3.30/Kg 2009 verkauft; niedrigeres Reinheitsmetall verkauft für beträchtlich weniger. Der Markt für Natrium ist wegen der Schwierigkeit in seiner Lagerung und dem Verschiffen flüchtig; es muss unter einer trockenen trägen Gasatmosphäre oder wasserfreiem Mineralöl versorgt werden, um die Bildung einer Oberflächenschicht von Natriumsoxyd- oder Natriumssuperoxyd zu verhindern. Diese Oxyde können gewaltsam in Gegenwart von organischen Materialien reagieren. Natrium wird auch, gewaltsam wenn geheizt, in Luft brennen. Kleinere Mengen von Natrium kosten viel mehr im Rahmen US$ 165/Kg; die hohen Kosten sind teilweise wegen des Aufwandes, Gefahrstoff zu verladen.

Anwendungen

Obwohl metallisches Natrium einen wichtigen Nutzen hat, verwenden die Hauptanwendungen von Natrium es in seinen vielen Zusammensetzungen; Millionen von Tonnen des Chlorids, Hydroxyds und Karbonats werden jährlich erzeugt.

Freies Element

Metallisches Natrium wird für die Produktion von Natrium borohydride, Natrium azide, Indigo und triphenylphosphine hauptsächlich verwendet. Vorheriger Gebrauch war für das Bilden von tetraethyllead und Titan-Metall; weil Anwendungen für diese Chemikalien, die Produktion von nach 1970 geneigtem Natrium unterbrochen wurden. Natrium wird auch als ein Legierungsmetall, ein antikletterndes Reagenz, und als ein abnehmender Agent für Metalle verwendet, wenn andere Materialien unwirksam sind. Natriumsdampf-Lampen werden häufig für die Straße verwendet, die sich in Städten entzündet, und geben Farben im Intervall von gelb-orange zum Pfirsich, als der Druck zunimmt. Allein oder mit dem Kalium ist Natrium ein Sikkativ; es gibt einen intensiven blauen colouration mit benzophenone, wenn das Austrocknen trocken ist. In der organischen Synthese wird Natrium in verschiedenen Reaktionen wie die Birke-Verminderung verwendet, und der Natriumsfusionstest wird geführt, um Zusammensetzungen qualitativ zu analysieren. Laser, die Licht an der D Linie ausstrahlen, Natrium verwertend, werden verwendet, um künstliche Laserführer-Sterne zu schaffen, die bei der anpassungsfähigen Optik für landgestützte sichtbare leichte Fernrohre helfen.

Wärmeübertragung

Flüssiges Natrium wird als eine Wärmeübertragungsflüssigkeit in einigen schnellen Reaktoren, wegen seines hohen Thermalleitvermögens und niedriger Neutronabsorptionskreuz-Abteilung verwendet, die erforderlich ist, einen hohen Neutronfluss zu erreichen; der hohe Siedepunkt erlaubt dem Reaktor, am umgebenden Druck zu funktionieren. Nachteile, Natrium zu verwenden, schließen seine Undurchsichtigkeit ein, die Sehwartung und seine explosiven Eigenschaften hindert. Radioaktives Natrium 24 kann durch die Neutronaktivierung während der Operation gebildet werden, ein geringes Strahlenrisiko aufstellend; die Radioaktivität hält innerhalb von ein paar Tagen nach der Eliminierung vom Reaktor an. Wenn ein Reaktor oft geschlossen werden muss, wird NaK verwendet; wegen seiner, Flüssigkeit bei der Raumtemperatur seiend, frieren kühl werdende Pfeifen nicht. In diesem Fall bedeutet der pyrophoricity des Kaliums, dass Extravorsichtsmaßnahmen gegen Leckstellen genommen werden müssen. Eine andere Wärmeübertragungsanwendung ist in inneren Hochleistungsverbrennungsmotoren mit poppet Klappen, wo mit Natrium teilweise gefüllte Klappe-Stämme als ein Wärmerohr verwendet werden, um die Klappen abzukühlen.

Zusammensetzungen

Die meisten Seifen sind Natriumssalze von Fettsäuren. Natriumsseifen sind (höher schmelzend) Seifen härter als Kalium-Seifen. Natriumchlorid wird umfassend verwendet, um mit Eis antizukühlen und zu enteisen, und als ein Konservierungsmittel; doppeltkohlensaures Natron wird für das Kochen hauptsächlich verwendet. Zusammen mit dem Kalium ließen viele wichtige Arzneimittel Natrium hinzufügen, um ihre Bioverfügbarkeit zu verbessern; obwohl in den meisten Fällen Kalium das bessere Ion ist, wird Natrium zu seinem niedrigeren Preis und Atomgewicht ausgewählt. Natrium hydride wird als eine Basis für verschiedene Reaktionen (wie die aldol Reaktion) in der organischen Chemie, und als ein abnehmender Agent in der anorganischen Chemie verwendet.

Biologische Rolle

Natrium ist ein wesentlicher Nährstoff, der Blutvolumen, Blutdruck, osmotisches Gleichgewicht und pH regelt; die minimale physiologische Voraussetzung für Natrium ist 500 Milligramme pro Tag. Natriumchlorid ist die Hauptquelle von Natrium in der Diät, und wird als Gewürz und Konservierungsmittel, solcher bezüglich der Einsalzung und ruckartig verwendet; der grösste Teil davon kommt aus bearbeiteten Nahrungsmitteln. Der DRI für Natrium ist 2.3 Gramme pro Tag, aber auf durchschnittlichen Leuten in den Vereinigten Staaten verbrauchen 3.4 Gramme pro Tag, der minimale Betrag, der Hypertonie fördert; das führt der Reihe nach 7.6 Millionen Frühtod weltweit herbei.

Das renin-angiotensin System regelt den Betrag von Flüssigkeiten und Natrium im Körper. Die Verminderung des Blutdrucks und der Natriumskonzentration in der Niere läuft auf die Produktion von renin hinaus, der der Reihe nach aldosterone und angiotensin erzeugt, Natrium im Urin behaltend. Wegen der Zunahme in der Natriumskonzentration, der Produktion von Renin-Abnahmen und der Natriumskonzentration kehrt zum normalen zurück. Natrium ist auch in der Neuron-Funktion wichtig, und osmoregulation zwischen Zellen und der extracellular Flüssigkeit, ihr Vertrieb hat in allen Tieren durch Na/K-ATPase vermittelt; folglich ist Natrium der prominenteste cation in extracellular Flüssigkeit.

In C4 Werken ist Natrium ein Mikronährstoff, der im Metabolismus, spezifisch in der Regeneration von phosphoenolpyruvate und Synthese von Chlorophyll hilft. In anderen wechselt es das Kalium in mehreren Rollen, wie das Aufrechterhalten turgor Druck und das Helfen in der Öffnung und dem Schließen von Stomata aus. Das Übernatrium im Boden beschränkt das Auffassungsvermögen von Wasser wegen des verminderten Wasserpotenzials, das auf das Verwelken hinauslaufen kann; ähnliche Konzentrationen im Zytoplasma können zu Enzym-Hemmung führen, die der Reihe nach Nekrose und Bleichsucht verursacht. Um diese Probleme zu vermeiden, haben Werke Mechanismen entwickelt, die Natriumsauffassungsvermögen durch Wurzeln beschränken, sie in der Zelle vacuoles versorgen, und sie über lange Entfernungen kontrollieren; Übernatrium kann auch im alten Pflanzengewebe versorgt werden, den Schaden am neuen Wachstum beschränkend.

Vorsichtsmaßnahmen

Sorge ist im Berühren elementaren Natriums erforderlich, weil es potenziell explosiv ist und feuergefährliches Wasserstoff- und Ätznatriumshydroxyd auf den Kontakt mit Wasser erzeugt; bestäubtes Natrium kann combust spontan in Luft oder Sauerstoff. Übernatrium kann durch die Hydrolyse in einem ventilierten Kabinett sicher entfernt werden; das wird normalerweise durch die folgende Behandlung mit isopropanol, Vinylalkohol und Wasser getan. Isopropanol reagiert sehr langsam, den entsprechenden alkoxide und Wasserstoff erzeugend. Auf Wasser gestützte Feuerlöscher beschleunigen Natriumsfeuer; diejenigen, die auf dem Kohlendioxyd und bromochlorodifluoromethane gestützt sind, verlieren ihre Wirksamkeit, wenn sie sich zerstreuen. Ein wirksamer Auslöschen-Agent ist Met-L-X, der etwa 5 % Saran im Natriumchlorid zusammen mit Fluss-Agenten umfasst; es wird meistens mit einer Schaufel handangewandt. Andere Materialien schließen Lith + ein, der Grafit-Puder und ein organophosphate Flamme-Verzögerungsmittel und trockenen Sand hat.

Siehe auch

Links

• Etymologie von "natrium" - Quelle des Symbols Na
• Der Holzperiodensystem-Tabellenzugang auf Natrium
• Natriumsisotop-Daten vom Laboratorium Isotope Projektes von Berkeley