Natri

Tính chất vật lý

Natri ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn là một kim loại mềm, màu bạc, khi bị ôxy hóa chuyển sang màu trắng xám trừ khi nó được cất giữ trong dầu hoặc khí trơ. Natri có thể bị cắt dễ dàng bằng dao, và là một chất dẫn nhiệt và điện tốt. Các tính chất này thay đổi rõ rệt khi tăng áp suất: ở 1,5 Mbar, màu sắc thay đổi từ bạc sang đen; ở 1,9 Mbar vật liệu trở nên trong, có màu đỏ; và ở 3 Mbar natri là chất rắn trong suốt không màu. Tất cả các đồng phân ở áp suất cao này là chất cách điện và electride.
Khi natri hoặc các hợp chất của natri cháy, chúng chuyển thành màu vàng, do các electron ở lớp 3s của natri bị kích thích phát ra photon khi chúng từ phân lớp 3p trở về 3s; bước sóng của các photon này tương ứng với đường D có giá trị 589,3 nm. Tương tác orbitan liên quan đến electron trong phân lớp 3p chia đường D thành 2; cấu trúc siêu mịn liên quan đến cả hai orbitan tạo ra nhiều đường hơn.

Tính chất hóa học

Natri thường ít phản ứng hơn kali và phản ứng mạnh hơn liti. Natri nổi trong nước và có phản ứng mãnh liệt với nước, tạo ra hiđrô và các ion hiđrôxit. Nếu được chế thành dạng bột đủ mịn, natri sẽ tự bốc cháy trong không khí. Kim loại natri có tính khử mạnh, để khử các ion natri cần −2,71 vôn. Do đó, để tách natri kim loại từ các hợp chất của nó cần sử dụng một lượng năng lượng lớn. Tuy nhiên, kali và liti còn có mức âm nhiều hơn.

Đồng vị

Có 20 đồng vị của natri đã được biết đến. Đồng vị ổn định duy nhất là ²³Na. Natri có hai đồng vị phóng xạ nguồn gốc vũ trụ là (²²Na, chu kỳ bán rã = 2,605 năm; ²⁴Na, chu kỳ bán rã ≈ 15 giờ). Tất cả các đồng vị còn lại có chu kỳ bán rã nhỏ hơn một phút. Hai đồng phân hạt nhân đã được phát hiện, đồng phân có thời gian tồn tại lâu hơn ²⁴ᵐNa có chu kỳ bán rã khoảng 20,2 micro giây. Phát xạ neutron cấp, như các vụ tai nạn hạt nhân, chuyển đổi một số ²³Na trong máu người thành ²⁴Na; bằng cách đo hàm lượng ²⁴Na tương quan với ²³Na, liều trị phát xạ nơtron cho bệnh nhân có thể tính toán được.

Sự phổ biến

²³Na được tạo ra từ quá trình đốt cháy cacbon trong các sao bởi sự hợp hạch của hai nguyên tử cacbon; quá trình này cần nhiệt độ trên 600 megakelvin và ngôi sao có khối lượng ít nhất bằng 3 lần khối lượng Mặt Trời. Natri là nguyên tố tương đối phổ biến trong các ngôi sao và quang phổ vạch D của nguyên tố này là nằm trong số các vạch rõ nhất từ ánh sáng của các sao.
Natri chiếm khoảng 2,6% theo khối lượng của vỏ Trái Đất, làm nó trở thành nguyên tố phổ biến thứ sáu nói chung và là kim loại kiềm phổ biến nhất. Trong môi trường liên sao, natri được xác định bằng đường D; mặc dù nó có nhiệt độ hóa hơi cao, sự phổ biến của nó cho phép tàu Mariner 10 phát hiện nó trong khí quyển của Sao Thủy. Natri còn được phát hiện trong ít nhất một sao chổi; các nhà thiên văn học trong quá trình quan sát sao chổi Hale-Bopp năm 1997 đã quan sát được đuôi sao chổi bằng natri, nó bao gồm các nguyên tử trung hòa điện và kéo dài khoảng 50 triệu km.

Lịch sử

Muối ăn là một loại hàng hóa quan trọng trong các hoạt động của con người, các tấm muối đôi khi được giao cho lính La Mã cùng với lương thực của họ. Ở châu Âu thời Trung cổ các hợp chất của natri với tên Latin sonadum đã được sử dụng như là thuốc chữa đau đầu. Tên gọi natri được cho là có nguồn gốc từ tiếng Ả Rập suda, nghĩa là đau đầu, vì tính chất giảm đau của natri cacbonat hay soda được biết khá rõ từ rất sớm. Ký hiệu của natri được Jöns Jakob Berzelius công bố đầu tiên trong hệ thống ký hiệu nguyên tử của ông, và có tên trong tiếng Latinh mới là natrium, nhằm ám chỉ tên gọi trong tiếng Hy Lạp của natron, một loại muối tự nhiên ban đầu được làm từ natri cacbonat ngậm nước. Về tính lịch sử, natron có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và gia đình, sau đó trở nên ít chú ý khi có nhiều hợp chất natri khác. Mặc dù vậy, natri, đôi khi còn được gọi là soda một thời gian dài được xem là một hợp chất, bản thân kim loại không được cô lập mãi cho đến năm 1807 khi Sir Humphry Davy điện phân natri hydroxit.

Hợp chất

Natri clorua, được biết đến nhiều hơn như muối ăn, là hợp chất phổ biến nhất của natri được sử dụng làm các chất chống đông đá, tan đá, chất bảo quản và nấu ăn. Natri bicacbonat, mononatri glutamat được sử dụng chủ yếu trong nấu ăn. Cùng với kali, nhiều dược phẩm quan trọng đã cho thêm natri vào để cải thiện ứng dụng sinh học của chúng; mặc dù trong hầu hết các trường hợp, kali là loại ion tốt hơn, natri được chọn do chi phí và khối lượng nguyên tử thấp. Natri hiđrat được dùng làm chất nền cho nhiều phản ứng khác nhau (như phản ứng aldol) trong hóa hữu cơ, và là chất khử trong hóa vô cơ. Natri còn có mặt trong nhiều khoáng chất, chẳng hạn amphibôn, cryôlit, muối mỏ, diêm tiêu, zêôlit, v.v. Các hợp chất của natri rất quan trọng trong các công nghiệp hóa chất, thủy tinh, luyện kim, sản xuất giấy, dầu mỏ, xà phòng và dệt may. Nói chung xà phòng là muối của natri với các axít béo. Các xà phòng natri là cứng hơn (độ nóng chảy cao hơn) so với xà phòng kali.
Các hợp chất quan trọng nhất đối với công nghiệp là muối (NaCl), sôđa khan (Na₂CO₃), bột nở (NaHCO₃), xút ăn da (NaOH), diêm tiêu Chile (NaNO₃), đi- và tri-natri photphat, natri thiosulfat (hypo, Na₂S₂O₃·5H₂O), và borac (Na₂B₄O₇·10H₂O). Trong các hợp chất của nó, natri thường tạo liên kết ion với nước và các anion, và được xem là một axit Lewis mạnh.

Cảnh báo

Dạng bột của natri là chất nổ mạnh trong nước và là chất độc có khả năng liên kết và rời liên kết với nhiều nguyên tố khác. Làm việc hay tiếp xúc với natri phải cực kỳ cẩn thận trong mọi lúc, mọi nơi. Natri phải được bảo quản trong khí trơ hay dầu mỏ.

Sinh lý học và ion Na

Các ion natri đóng vai trò khác nhau trong nhiều quá trình sinh lý học. Ví dụ, các tế bào dễ bị kích thích dựa vào sự tiếp nhận ion Na⁺ để sinh ra sự phân cực. Một ví dụ của nó là biến đổi tín hiệu trong hệ thần kinh trung ương.