Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z polityką plików cookies.
Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.

Sód

Wstęp

Sód jest pierwiastkiem o liczbie atomowej 11, należącym do 1 (IA) grupy układu okresowego (grupa litowców). Atom sodu zawiera tylko jeden elektron walencyjny, który w  normalnym stanie stanie zajmuje orbital s. Niska wartość pierwszej energii jonizacji świadczy o tym, że elektron ten jest związany słabo. Z niską energią jonizacji i dużym promieniem atomowym związane są również małe wartości elektroujemności litowców.


Symbol Na
Nazwa w jęz. angielskim sodium
Nazwa w jęz. łacińskim natrium
Stan skupienia ciało stałe
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa 11
Masa
atomowa [u]
22,98977
Numer grupy, okres, blok energetyczny 1 (IA), 3, s
Wartościowość I
Konfiguracja elektronowa uproszczona [Ne]3s1
Elektroujemność wg Paulinga 0,9
Temperatura topnienia [oC]
97,8
Temperatura wrzenia [oC]
883
Gęstość  [g/cm3] 0,97

Odkrycie


Związki sodu znane były już od najdawniejszych czasów. Natomiast sód metaliczny otrzymał w 1807 r. Humphry Davy w wyniku elektrolizy stopionego NaOH. W tym samym roku niezależnie sód metaliczny otrzymali L.J.Gay-Lussac i L.J.Thénard przez redukcję NaOH opiłkami żelaza.
 
Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie

Sód zalicza się do pierwiastków najbardziej rozpowszechnionych w przyrodzie. Zawartość sodu w skorupie ziemskiej wynosi 2,6%, z czego główna ilość jest zwarta w glinokrzemianach (np. skaleń sodowy albit Na[AlSi3O8] oraz mieszanych kamieniach sodowo-wapniowych). Występuje wyłącznie w postaci związków, z czego najważniejsze to: sól kamienna (halit) NaCl, saletra sodowa NaNO3, soda krystaliczna Na2CO3 · 10 H2O, tenardyt Na2SO4, mirabilit (sól glauberska) Na2SO4 · 10 H2O, kriolit Na3AlF6, boraks Na2B4O7 · 10 H2O.

Właściwości fizyczne

Sód jest srebrzystobiałym metalem, który jest na tyle miękki, że daje się kroić nożem. Wkrótce po przecięciu świeża powierzchnia odznaczająca się połyskiem ulega matowieniu na skutek korozji. Pary sodu barwią płomień na żółto.

Właściwości chemiczne


Sód jest pierwiastkiem jednowartościowym, występującym na stopniu utlenienia +1. Jest to jeden z najaktywniejszych metali, posiadający właściwości redukujące. Sód reaguje gwałtownie z wodą, w wyniku czego powstaje mocna zasada i wydziela się wodór:


\(2Na + 2H_2O \rightarrow 2 NaOH + H_2 ↑\)


Łączy się bezpośrednio z wodorem, fluorowcami i siarką. Spalany w tlenie daje głównie nadtlenek sodu (Na2O2) oraz nieco tlenku sodu (Na2O) i ponadtlenku sodu (NaO2). Sód rozpuszcza się bardzo gwałtownie w kwasach z utworzeniem odpowiednich soli i wydzieleniem wodoru. Sód przechowuje się w nafcie lub oleju parafinowym.
Zastosowanie

Sód używany jest do otrzymania amidku i cyjanku sodu oraz nadtlenku sodu, potrzebnego do wyrobu środków bielących. Stosowany jest w syntezach organicznych jako silny reduktor oraz jako katalizator polimeryzacji (np. przy produkcji kauczuku). Ciekłego sodu oraz ciekłego stopu sodu z potasem używa się jako ciecz chłodzącą w niektórych typach reaktorów jądrowych. Sód metaliczny znalazł również zastosowanie w lampach sodowych, dających charakterystyczne żółte światło.

Izotopy

Naturalny sód tworzy jeden izotop trwały 23Na. Wśród sztucznych izotopów promieniotwórczych ważniejsze to: 22Na (T1/2=2,58 lat) i 24Na (T1/2=14,97 h).

Związki sodu


Związki sodu z fluorowcami


Sód z chlorem tworzy chlorek sodu (NaCl), czyli z praktycznego punktu widzenia najważniejszą sól sodu. Związek ten stanowi stanowi meteriał wyjściowy w przemysłowej produkcji wszystkich innych związków sodu. NaCl wydobywa się ze złóż sposobem górniczym bądź otrzymuje się go z wody morskiej. Czysty NaCl uzyskuje się przez wprowadzenie do roztworu soli gazowy chlorowodór.

Tlenki sodu i wodorotlenek sodu



Spośród tlenków sodu najważniejszy jest nadtlenek sodu Na2O2 powstający w wyniku reakcji:

\(2Na + O_2 \rightarrow Na_2O_2\)

Nadtlenek sodu można traktować jako sól nadtlenku wodoru, który ma słabe właściwości kwasowe. Nadtlenek sodu hydrolizuje z wytworzeniem nadtlenku wodoru:

\(Na_2O_2 +2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2O_2\)

Na2O2 wykazuje silne działanie utleniające wobec materiałów jak węgiel, wata.

Wodorotlenek sodu NaOH
(ług sodowy) ma postać białej krystalicznej masy, jest łatwo topliwy i silnie higroskopijny. W stanie stopionym reaguje ze szkłem, porcelaną z wytworzeniem krzemianów sodowych. Topnienie NaOH pzeprowadza się w naczyniach odpornych na ich działanie, np. z niklu lub żelaza, a najlepiej ze srebra lub złota. Nie używa się do tego celu naczyń wykonanych z platyny, gdyż platyna pod działaniem stopionego wodorotlenku sodu ulega korozji. NaOH w najczystszej postaci można otrzymać w wyniku działania pary wodnej na metaliczny sód:


\(Na + H_2O \rightarrow NaOH + \dfrac{1}{2} H_2\)

Natomiast na skalę techniczną otrzymuje się go:
  • w procesie kaustyfikacji (działa się roztworem węglanu sodu na mleko wapienne)

\(Na_2CO_3 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3 + 2 NaOH\)

  • podczas
    elektrolizy roztworu chlorku sodu (w wyniku przyłożenia znacznie wyższego napięcia elektrolizującego niż napięcie przy którym wydziela się wodór na anodzie wydziela się chlor, a na katodzie NaOH).

Wodorotlnek sodu (NaOH) używany jest do wyrobu mydła i barwników organicznych, a także do otrzymywania celulozy z drewna oraz w procesie fabrykacji jedwabiu sztucznego.

Związki sodu z siarką


Sód z siarką tworzy wodorosiaczki MeHS, siarczki Me2S oraz wielosiarczki MeSn (n ma wartość od 2 do 6). Wodorosiaczek sodu NaHS powstaje w wyniku nasycenia roztworów wodorotlenku sodu gazowym siarkowodorem lub można je wydzielić z roztworów w postaci uwodnionych soli np. NaHS · 3H2O :

\(NaOH +H_2S \rightarrow NaHS + H_2O\)


Siarczek sodu Na2S otrzymywany jest w wyniku dodania do roztworu wodorosiarczku sodu odmierzoną ilość wodorotlenku alkalicznego  \(NaHS + NaOH \rightarrow Na_2S + H_2O\) oraz redukując siarczany węgla w wysokich temp.:

\(Na_2SO_4 + 4C \rightarrow Na_2S + 4CO\)

W wodnych roztworach alkaliczne siarczki ulegają daleko posuniętej hydrolizie, a pod działaniem tlenu atmosferycznego utleniają się łatwo do tiosiarczanów.
Wielosiarczki powstają w czasie gotowania roztworów siarczków z siarką elementarną. W roztworach wodnych wielosiarczki ulegają hydrolizie słabszej niż normalne siarczki. Wykazują zabarwienie od żółtego do brunatnoczerwonego.

Sole kwasów tlenowych (azotany, węglany,siarczany)

Azotan sodu (NaNO3)
jest to substancja bezbarwna, dobrze rozpuszcza się w wodzie (88 g NaNO3 w 100 g H2O w 20oC). Tworzy rozległe złoża w Chile w rejonach o szczególnie suchym klimacie (saletra chilijska). Mieszaniny stopionego NaNO3 i KNO3 z dodatkiem LiNO3 lub NaNO2 używa się do wypełnienia łaźni wysokotemperaturowych (150 - 500oC) stosowanych w laboratoriach.

Węglan sodu (Na2CO3) jest trudno rozpuszczalny w wodzie. Na skalę techniczną otrzymywany jest metodą amoniakalną Solvaya, która składa się z kilku następujących po sobie opracji:
  • do nasyconego roztworu chlorku sodu (NaCl) wprowadza się dwutlenek węgla (CO2) i amoniak (NH3) dając wodorowęglan amonowy
\(2NH_3 + 2 CO_2 + 2H_2O \rightarrow 2(NH_4)HCO_3\),

  • w przypadku nadmiaru chlorku sodu tworzy się wodorowęglan sodu (NaHCO3), który wydziela się w postaci osadu

\(2(NH_4)HCO_3 + 2 NaCl \rightarrow 2NaHCO_3 + 2NH_4Cl\),

  • odsączony NaHCO3 ogrzewa się i ulega on rozkładowi z utworzeniem węglanu sodu (Na2CO3), a dwutlenek węgla zostaje ponownie skierowany do reaktora

\(2NaHCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 +H_2O + CO_2\), 

  • zasadniczym źródłem dwutlenku węgla w tym procesie jest rozkład wapieni

\(CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2\),

  • wapno palone CaO poddawane jest gaszeniu

\(CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2\),

  • Ca(OH)2 służy do odzyskiwania amoniaku z chlorku amonowego

\(2NH_4Cl + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCl_2 + 2NH_3 + 2H_2O\).


Podsumowując powyższe reakcje można zapisać \(2NaCl + CaCO_3 \rightarrow Na_2CO_3 + CaCl_2\).

W przypadku wprowadzenia do nasyconego roztworu węglanu sodu dwutlenku węgla tworzy się wodorowęglan sodu (biały proszek, niezbyt dobrze rozpuszcza się w wodzie):

\(Na_2CO_3 + CO_2 + H_2O \rightleftarrows 2NaHCO_3\)

Siarczan sodu (Na2SO4) zwany solą glauberską, jest dobrze rozpuszczalny w wodzie. Otrzymuje się ją jako produkt uboczny w procesie fabrykacji kwasu solnego z soli kamiennej i kwasu siarkowego:

\(2NaCl + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl↑\)


Siarczan sodu stosuje się do produkcji szkła, barwników, w przemyśle tekstylnym.