SODIUM: SEJARAH, STRUKTUR, SIFAT, RISIKO DAN KEGUNAAN - KIMIA - 2025

The natrium merupakan logam alkali dari Grup 1 dari tabel periodik. Nomor atomnya adalah 11 dan diwakili oleh simbol kimianya Na. Ini adalah logam ringan, kurang padat dari air, berwarna putih keperakan yang berubah menjadi abu-abu saat terkena udara; itulah mengapa disimpan dalam parafin atau gas mulia.

Selain itu, ini adalah logam lunak yang dapat dipotong dengan pisau dan menjadi rapuh pada suhu rendah. Bereaksi secara eksplosif dengan air membentuk natrium hidroksida dan gas hidrogen; Ia juga bereaksi dengan udara lembab dan dengan kelembapan tangan kosong.

Natrium logam disimpan dalam botol dan direndam dalam minyak agar tidak bereaksi dengan udara. Sumber: Gambar Elemen Kimia Resolusi Tinggi

Logam ini ditemukan pada mineral garam batuan seperti halit (natrium klorida), air asin, dan laut. Natrium klorida mewakili 80% dari semua bahan yang terlarut di laut, natrium memiliki kelimpahan 1,05%. Ini adalah kelimpahan unsur keenam di kerak bumi.

Analisis spektrum cahaya yang datang dari bintang-bintang telah memungkinkan untuk mendeteksi keberadaan mereka di dalamnya, termasuk Matahari. Demikian pula, keberadaan mereka dalam meteorit telah ditentukan.

Sodium adalah konduktor panas dan listrik yang baik, serta memiliki kapasitas penyerapan panas yang besar. Ia mengalami fenomena fotolistrik, yaitu mampu memancarkan elektron ketika diterangi. Saat dibakar, apinya memancarkan cahaya kuning yang intens.

Natrium cair bertindak sebagai agen perpindahan panas, itulah sebabnya ia digunakan sebagai pendingin di reaktor nuklir tertentu. Ini juga digunakan sebagai deoxidizer dan peredam logam, itulah sebabnya ia telah digunakan dalam pemurnian logam transisi, seperti titanium dan zirkonium.

Sodium adalah penyumbang utama osmolaritas kompartemen ekstraseluler dan volumenya. Demikian juga, bertanggung jawab untuk menghasilkan potensi aksi dalam sel yang bersemangat dan memulai kontraksi otot.

Asupan natrium yang berlebihan dapat menyebabkan: penyakit kardiovaskuler, peningkatan risiko stroke, osteoporosis akibat mobilisasi kalsium tulang dan kerusakan ginjal.

Sejarah

Manusia telah menggunakan senyawa natrium sejak zaman kuno, terutama natrium klorida (garam dapur) dan natrium karbonat. Pentingnya garam dibuktikan dengan penggunaan kata Latin "salarium" untuk menunjukkan porsi garam yang diterima tentara sebagai bagian dari pembayaran.

Pada Abad Pertengahan, senyawa natrium digunakan dengan nama Latin "sodanum", yang berarti sakit kepala.

Pada tahun 1807, Sir Humprey Davy mengisolasi natrium dengan elektrolisis natrium hidroksida. Davy juga mengisolasi kalium, pada saat natrium hidroksida dan kalium hidroksida dianggap sebagai zat unsur dan disebut basa tetap.

Davy dalam sebuah surat kepada seorang teman, menulis: “Saya menguraikan dan mengomposisi ulang basa tetap dan menemukan bahwa basa mereka adalah dua zat baru yang sangat mudah terbakar yang mirip dengan logam; tetapi salah satunya lebih mudah terbakar daripada yang lain dan sangat reaktif ”.

Pada tahun 1814, Jöns Jakob dalam bukunya System of Chemical Symbols menggunakan singkatan Na untuk kata latin 'natrium', untuk menyebut natrium. Kata ini berasal dari nama 'natron' Mesir yang digunakan untuk menyebut natrium karbonat.

Struktur dan konfigurasi elektron natrium

Natrium logam mengkristal menjadi struktur kubik berpusat tubuh (bcc). Oleh karena itu, atom Na diposisikan membentuk kubus, dengan satu terletak di tengah dan masing-masing dengan delapan tetangga.

Struktur ini dicirikan sebagai yang paling padat dari semuanya, yang sesuai dengan kepadatan yang rendah untuk logam ini; sangat rendah, sehingga bersama dengan litium dan kalium, satu-satunya logam yang dapat mengapung di air cair (sebelum meledak, tentunya). Massa atomnya yang rendah, relatif terhadap jari-jari atom volumenya, juga berkontribusi pada sifat ini.

Ikatan logam yang dihasilkan, bagaimanapun, cukup lemah, dan dapat dijelaskan dari konfigurasi elektronik:

3 d ¹

Elektron di kulit tertutup tidak berpartisipasi (setidaknya dalam kondisi normal) dalam ikatan logam; tetapi elektron di orbital 3s. Atom Na tumpang tindih dengan orbital 3s mereka untuk membuat pita valensi; dan 3p, kosong, pita konduksi.

Pita 3s ini, setengah penuh, serta karena kerapatan kristal yang rendah, membuat gaya, yang diatur oleh "lautan elektron", menjadi lemah. Akibatnya, logam natrium dapat dipotong dengan logam dan meleleh hanya pada suhu 98ºC.

Transisi fase

Kristal natrium dapat mengalami perubahan struktur saat mengalami peningkatan tekanan; sedangkan saat dipanaskan, tidak mungkin mengalami transisi fase karena titik lelehnya yang rendah.

Setelah transisi fase dimulai, sifat logam berubah. Misalnya, transisi pertama menghasilkan struktur kubik berpusat wajah (fcc). Jadi, struktur jarang bcc dipadatkan menjadi fcc saat natrium logam ditekan.

Ini mungkin tidak menghasilkan perubahan yang berarti pada sifat natrium selain dalam kepadatannya. Namun, ketika tekanannya sangat tinggi, alotrop (tidak polimorfik karena merupakan logam murni) secara mengejutkan menjadi isolator dan elektrid; yaitu, bahkan elektron-elektron tetap dalam kristal sebagai anion dan tidak bersirkulasi dengan bebas.

Selain yang disebutkan di atas, warnanya juga berubah; natrium berhenti menjadi keabu-abuan menjadi gelap, kemerahan atau bahkan transparan, saat tekanan operasi meningkat.

Bilangan oksidasi

Mengingat orbital valensi 3s, ketika natrium kehilangan satu-satunya elektron, ia dengan cepat berubah menjadi kation Na ⁺ , yang isoelektronik menjadi neon. Artinya, Na ⁺ dan Ne memiliki jumlah elektron yang sama. Jika keberadaan Na ⁺ dalam senyawa diasumsikan , maka bilangan oksidasinya disebut +1.

Sedangkan jika yang terjadi justru sebaliknya, yaitu natrium mendapatkan elektron, konfigurasi elektron yang dihasilkannya adalah 3s ² ; sekarang isoelektronik dengan magnesium, menjadi anion Na ^- disebut natrium. Jika diasumsikan keberadaan Na ^- dalam senyawa, maka natrium akan memiliki bilangan oksidasi -1.

Properti

Larutan etil dari pembakaran natrium klorida untuk mewujudkan warna kuning karakteristik nyala logam ini. Sumber: Der Messer

Deskripsi Fisik

Logam ringan yang lembut, ulet, dan mudah ditempa.

Berat atom

22,989 g / mol.

Warna

Sodium adalah logam keperakan ringan. Berkilau saat baru dipotong, tetapi kehilangan kilau saat terkena udara, menjadi buram. Lembut pada suhu, tetapi cukup keras pada -20 ºC.

Titik didih

880 ° C.

Titik lebur

97,82 ºC (hampir 98 ºC).

Massa jenis

Pada suhu kamar: 0,968 g / cm ³ .

Dalam keadaan cair (titik leleh): 0,927 g / cm ³ .

Kelarutan

Tidak larut dalam benzena, minyak tanah dan nafta. Ini larut dalam amonia cair, menghasilkan larutan berwarna biru. Ini larut dalam merkuri membentuk amalgam.

Tekanan uap

Suhu 802 K: 1 kPa; artinya, tekanan uapnya sangat rendah bahkan pada suhu tinggi.

Penguraian

Ini terurai dengan hebat dalam air, membentuk natrium hidroksida dan hidrogen.

Temperatur penyalaan otomatis

120-125 ° C.

Viskositas

0,680 cP pada 100 ° C

Tegangan permukaan

192 dynes / cm pada titik leleh.

Indeks bias

4.22.

Elektronegativitas

0,93 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

Ionisasi pertama: 495,8 kJ / mol.

Ionisasi kedua: 4,562 kJ / mol.

Ionisasi ketiga: 6.910,3 kJ / mol.

Radio atom

186 malam.

Jari-jari kovalen

166 ± 9 malam.

Ekspansi termal

71 µm (m · K) pada 26 ° C.

Konduktivitas termal

132,3 W / m K pada 293,15 K.

Resistivitas listrik

4,77 × 10 ^-8 Ωm pada 293 K.

Tata nama

Karena natrium memiliki bilangan oksidasi +1, nama senyawanya, yang diatur oleh nomenklatur stok, disederhanakan karena bilangan ini tidak ditentukan dalam tanda kurung dan dengan angka Romawi.

Dengan cara yang sama, nama mereka menurut nomenklatur tradisional semuanya diakhiri dengan sufiks -ico.

Misalnya, NaCl adalah natrium klorida menurut nomenklatur stok, sedangkan natrium klorida (I) keliru. Ini juga disebut natrium monoklorida, menurut nomenklatur sistematis; dan natrium klorida, menurut nomenklatur tradisional. Namun, nama yang paling umum adalah garam meja.

Peran biologis

Komponen osmotik

Natrium memiliki konsentrasi ekstraseluler 140 mmol / L, dalam bentuk ion (Na ⁺ ). Untuk menjaga elektroneutralitas kompartemen ekstraseluler, Na ⁺ disertai dengan anion klorida (Cl ^- ) dan bikarbonat (HCO ₃ ^- ), dengan konsentrasi masing-masing 105 mmol / L dan 25 mmol / L.

Kation Na ⁺ merupakan komponen osmotik utama dan memiliki kontribusi terbesar terhadap osmolaritas kompartemen ekstraseluler, sehingga terdapat persamaan osmolaritas antara kompartemen ekstraseluler dan intraseluler yang menjamin integritas kompartemen intraseluler.

Di sisi lain, konsentrasi Na ⁺ intraseluler adalah 15 mmol / L. Jadi: Mengapa konsentrasi Na ⁺ ekstra dan intraseluler tidak disamakan ?

Ada dua alasan mengapa hal ini tidak terjadi: a) membran plasma permeabel buruk terhadap Na ⁺ . b) adanya pompa Na ⁺ -K ⁺ .

Pompa adalah sistem enzimatis dalam membran plasma yang menggunakan energi yang terkandung dalam ATP untuk melepaskan tiga atom Na ⁺ dan memasukkan dua atom K ⁺ .

Selain itu, terdapat sekumpulan hormon, termasuk aldosteron, yang dengan mempromosikan reabsorpsi natrium ginjal, menjamin pemeliharaan konsentrasi natrium ekstraseluler pada nilai yang tepat. Hormon antidiuretik membantu menjaga volume ekstraseluler.

Produksi potensi aksi

Sel yang bersemangat (neuron dan sel otot) adalah sel yang merespons rangsangan yang sesuai dengan pembentukan potensial aksi atau impuls saraf. Sel-sel ini mempertahankan perbedaan tegangan melintasi membran plasma.

Interior sel bermuatan negatif relatif terhadap eksterior sel dalam kondisi istirahat. Dengan adanya stimulus tertentu, terjadi peningkatan permeabilitas membran terhadap Na ⁺ dan sejumlah kecil ion Na ⁺ memasuki sel , menyebabkan interior sel menjadi bermuatan positif.

Inilah yang dikenal sebagai potensial aksi, yang dapat menyebar ke seluruh neuron dan merupakan cara informasi bergerak melaluinya.

Ketika potensial aksi mencapai sel otot, itu merangsang mereka untuk berkontraksi melalui mekanisme yang lebih atau kurang kompleks.

Singkatnya, natrium bertanggung jawab untuk produksi potensial aksi dalam sel yang bersemangat dan untuk memulai kontraksi sel otot.

Di mana letaknya

kerak bumi

Natrium adalah unsur paling melimpah ketujuh di kerak bumi, mewakili 2,8% darinya. Natrium klorida adalah bagian dari mineral halit, yang mewakili 80% bahan terlarut di laut. Kandungan natrium di laut adalah 1,05%.

Natrium adalah unsur yang sangat reaktif, itulah sebabnya ia tidak ditemukan dalam bentuk asalnya atau unsurnya. Ini ditemukan dalam mineral larut seperti halit atau mineral tidak larut seperti kriolit (natrium aluminium fluorida).

Laut dan mineral halit

Selain laut pada umumnya, Laut Mati memiliki karakteristik yang sangat tinggi terhadap berbagai garam dan mineral, terutama natrium klorida. Great Salt Lake di Amerika Serikat juga memiliki konsentrasi natrium yang tinggi.

Natrium klorida ditemukan hampir murni di mineral halit, hadir di laut dan di struktur batuan. Garam batuan atau mineral kurang murni dari halit, ditemukan dalam endapan mineral di Inggris Raya, Prancis, Jerman, Cina, dan Rusia.

Deposito garam

Garam diekstraksi dari endapan batuannya melalui fragmentasi batuan, diikuti dengan proses pemurnian garam. Di lain waktu, air dimasukkan ke dalam tangki garam untuk melarutkannya dan membentuk brine, yang kemudian dipompa ke permukaan.

Garam diperoleh dari laut di cekungan dangkal yang dikenal sebagai salina, melalui penguapan matahari. Garam yang diperoleh dengan cara ini disebut garam teluk atau garam laut.

Sel Downs

Natrium dihasilkan dari reduksi karbotermik natrium karbonat yang dilakukan pada suhu 1.100ºC. Saat ini, ia diproduksi dengan elektrolisis natrium klorida cair, menggunakan sel Downs.

Namun, karena natrium klorida cair memiliki titik leleh ~ 800 ° C, kalsium klorida atau natrium karbonat ditambahkan untuk menurunkan titik leleh hingga 600 ° C.

Di ruang Downs, katoda terbuat dari besi berbentuk lingkaran, mengelilingi anoda karbon. Produk elektrolisis dipisahkan oleh jaring baja untuk mencegah produk elektrolisis bersentuhan: unsur natrium dan klor.

Di anoda (+) reaksi oksidasi berikut terjadi:

2 Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2 e ^-

Sedangkan pada katoda (-) terjadi reaksi reduksi sebagai berikut:

2 Na ⁺ (l) + 2 e ^- → 2 Na (l)

Reaksi

Pembentukan oksida dan hidroksida

Ini sangat reaktif di udara tergantung pada kelembabannya. Bereaksi membentuk lapisan natrium hidroksida, yang dapat menyerap karbon dioksida dan akhirnya membentuk natrium bikarbonat.

Ini teroksidasi di udara untuk membentuk natrium monoksida (Na ₂ O). Sedangkan natrium superoksida (NaO ₂ ) dibuat dengan memanaskan logam natrium hingga 300 ºC dengan oksigen pada tekanan tinggi.

Dalam keadaan cair, ia menyala pada suhu 125ºC, menghasilkan asap putih yang mengiritasi, yang dapat menyebabkan batuk. Ia juga bereaksi kuat dengan air menghasilkan natrium hidroksida dan gas hidrogen, menyebabkan reaksi meledak. Reaksi ini sangat eksotermik.

Na + H ₂ O → NaOH + 1/2 H ₂ (3.367 kilokalori / mol)

Dengan asam halogenasi

Asam halogen, seperti asam klorida, bereaksi dengan natrium membentuk halida yang sesuai. Sedangkan reaksinya dengan asam nitrat menghasilkan natrium nitrat; dan dengan asam sulfat, menghasilkan natrium sulfat.

Pengurangan

Na mereduksi oksida logam transisi, menghasilkan logam yang sesuai dengan membebaskannya dari oksigen. Juga, natrium bereaksi dengan halida logam transisi, menyebabkan perpindahan logam untuk membentuk natrium klorida dan melepaskan logam.

Reaksi ini telah menghasilkan logam transisi, termasuk titanium dan tantalum.

Dengan amonia

Natrium bereaksi dengan amonia cair pada suhu rendah dan perlahan membentuk sodamide (NaNH ₂ ) dan hidrogen.

Na + NH ₃ → NaNH ₂ + 1/2 H ₂

Amonia cair berfungsi sebagai pelarut untuk reaksi natrium dengan berbagai logam, termasuk arsenik, telurium, antimon, dan bismut.

Organik

Bereaksi dengan alkohol menghasilkan alkoholat atau alkoksida:

Na + ROH → RONa + 1/2 H ₂

Ini menghasilkan dehalogenasi senyawa organik, menyebabkan penggandaan jumlah karbon senyawa:

2 Na + 2 RCl → RR + 2 NaCl

Oktan dapat diproduksi dengan dehalogenasi butana bromida dengan natrium.

Dengan logam

Natrium dapat bereaksi dengan logam alkali lain untuk membentuk eutektik: paduan yang terbentuk pada suhu yang lebih rendah daripada komponennya; Misalnya NaK yang memiliki persentase K 78%. Juga natrium membentuk paduan dengan berilium dengan persentase yang kecil dari bekasnya.

Logam mulia seperti emas, perak, platinum, paladium, dan iridium, serta logam putih seperti timbal, timah, dan antimon, membentuk paduan dengan natrium cair.

Resiko

Ini adalah logam yang bereaksi kuat dengan air. Oleh karena itu, kontak dengan jaringan manusia yang dilapisi air dapat menyebabkan kerusakan parah. Menghasilkan luka bakar yang parah jika terkena kulit dan mata.

Demikian juga dengan konsumsi dapat menyebabkan perforasi pada esofagus dan lambung. Namun, meskipun luka-luka ini serius, hanya sebagian kecil dari populasi yang terpapar.

Kerusakan terbesar yang dapat disebabkan oleh natrium adalah karena asupannya yang berlebihan dalam makanan atau minuman yang dibuat oleh manusia.

Tubuh manusia membutuhkan asupan natrium 500 mg / hari, untuk memenuhi fungsinya dalam konduksi saraf, serta kontraksi otot.

Tetapi biasanya jumlah natrium yang jauh lebih tinggi dicerna dalam makanan, yang menghasilkan peningkatan konsentrasi plasma dan darah.

Ini bisa menyebabkan tekanan darah tinggi, penyakit kardiovaskular, dan stroke.

Hipernatremia juga dikaitkan dengan pembentukan osteoporosis dengan menginduksi aliran kalsium dari jaringan tulang. Ginjal mengalami masalah dalam mempertahankan konsentrasi natrium plasma normal meskipun asupannya berlebihan, yang dapat menyebabkan kerusakan ginjal.

Aplikasi

Natrium logam

Ini digunakan dalam metalurgi sebagai zat deoksidasi dan pereduksi dalam pembuatan kalsium, zirkonium, titanium dan logam lainnya. Misalnya, ia mereduksi titanium tetraklorida (TiCl ₄ ) untuk menghasilkan titanium logam.

Natrium cair digunakan sebagai agen perpindahan panas, itulah sebabnya ia digunakan sebagai pendingin di beberapa reaktor nuklir.

Ini digunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan natrium lauril sulfat, bahan utama deterjen sintetis. Ini juga terlibat dalam pembuatan polimer seperti nilon dan senyawa seperti sianida dan natrium peroksida. Juga dalam produksi pewarna dan sintesis parfum.

Sodium digunakan dalam pemurnian hidrokarbon dan dalam polimerisasi hidrokarbon yang tidak larut. Ini juga digunakan dalam banyak reduksi organik. Larut dalam amonia cair digunakan untuk mereduksi alkuna menjadi transalken.

Lampu uap natrium dibangun untuk penerangan umum di kota-kota. Ini memberikan warna kuning, mirip dengan yang diamati saat natrium dibakar di korek api.

Sodium bertindak sebagai pengering yang memberikan warna biru dengan adanya benzofenon, yang menunjukkan bahwa produk dalam proses pengeringan telah mencapai pengeringan yang diinginkan.

Senyawa

Khlorida

Ini digunakan untuk membumbui dan mengawetkan makanan. Elektrolisis natrium klorida menghasilkan natrium hipoklorit (NaOCl), yang digunakan dalam pembersihan rumah tangga sebagai klorin. Selain itu, digunakan sebagai pemutih industri untuk bubur kertas dan tekstil atau dalam desinfeksi air.

Sodium hipoklorit digunakan dalam sediaan obat tertentu sebagai antiseptik dan fungisida.

Karbonat dan bikarbonat

Sodium karbonat digunakan dalam pembuatan gelas, deterjen, dan pembersih. Sodium carbonate monohydrate digunakan dalam fotografi sebagai komponen pengembang.

Soda kue adalah sumber karbon dioksida. Untuk alasan ini digunakan dalam baking powder, garam dan minuman effervescent dan juga dalam alat pemadam api kimia kering. Ini juga digunakan dalam proses penyamakan dan menyiapkan wol.

Natrium bikarbonat adalah senyawa alkali, digunakan dalam pengobatan hiperasiditas lambung dan kemih.

Sulfat

Ini digunakan dalam pembuatan kertas kraft, karton, gelas dan deterjen. Sodium tiosulfat digunakan dalam fotografi untuk mengoreksi hasil cetak negatif dan berkembang.

Hidroksida

Biasa disebut soda kaustik atau alkali, ini digunakan dalam netralisasi asam dalam penyulingan minyak bumi. Bereaksi dengan asam lemak dalam pembuatan sabun. Selain itu, digunakan dalam pengobatan selulosa.

Nitrat

Ini digunakan sebagai pupuk yang menyediakan nitrogen, menjadi komponen dinamit.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Sodium. (2019). Sodium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Sodium. Database PubChem. CID = 5360545. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
4. Ganong, WF (2003). Fisiologi Medis Edisi 19. Editorial El Manual Moderno.
5. Wikipedia. (2019). Sodium. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
6. Presiden dan Rekan dari Harvard College. (2019). Garam dan natrium. Diperoleh dari: hsph.harvard.edu
7. Editor Encyclopaedia Britannica. (07 Juni 2019). Sodium. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com