Η αντίδραση του νατρίου στο νερό

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για την αντίδραση μεταξύ νατρίου και νερού , τι το προκαλεί και πώς λειτουργεί.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Νάτριο
• Κύση
• Δεσμοί υδρογόνου
• Ενέργεια ιονισμού
• Σημείο βρασμού και τήξης του νερού

Το νάτριο εκρήγνυται στο νερό

Όταν βρέχετε ένα κομμάτι μετάλλου νατρίου, ζεσταίνεται και αφρίζει. Μερικές φορές η αντίδραση μπορεί να είναι αρκετά ακραία ώστε να προκαλέσει φλόγες και εκρήξεις. Ωστόσο, όταν το χλωριούχο νάτριο έρχεται σε επαφή με το νερό, απλώς διαλύεται. και όταν το χλώριο πέφτει στο νερό, δρα ως απολυμαντικό, σκοτώνοντας βακτήρια και μικροοργανισμούς. Τι γίνεται λοιπόν με το ίδιο το νάτριο που προκαλεί μια τέτοια βίαιη αντίδραση; Η απάντηση έχει να κάνει με τις κβαντικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του μετάλλου και των μορίων του νερού.

Σταθερότητα νατρίου και νερού

Μπορεί να είναι λίγο πιο εύκολο να κατανοήσετε αυτήν την αντίδραση όταν σκέφτεστε το νάτριο σε σύγκριση με ένα ευγενές αέριο. είναι παρόμοιο με το νέον, το οποίο έχει δέκα πρωτόνια και δέκα ηλεκτρόνια. Τα ευγενή αέρια είναι γνωστά για τη σταθερότητά τους λόγω των πλήρων ατομικών τροχιακών τους, χωρίς να χρειάζεται να αποκτήσουν ή να χάσουν ηλεκτρόνια. το νέον έχει τα τροχιακά του 1s, 2s και 2p είναι γεμάτα. Αυτή η σταθερότητα καταστρέφεται όταν παρεκκλίνετε από ευγενή αέρια, όπως το νάτριο. Αυτό το στοιχείο έχει 11 πρωτόνια και το «επιπλέον» ηλεκτρόνιο συγκρατείται πολύ χαλαρά με το επόμενο ατομικό τροχιακό. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το νάτριο δίνει τόσο εύκολα ένα ηλεκτρόνιο σε ενώσεις όπως το χλωριούχο νάτριο, το οποίο σχηματίζει έναν σταθερό δεσμό.

Από την άλλη πλευρά, το νερό μπορεί να μοιάζει με ένα σταθερό μόριο αλλά είναι ένα πολύ πολικό μόριο. Λόγω του λυγισμένου σχήματός του, υπάρχει η μία πλευρά του οξυγόνου που έχει προτιμώμενο αρνητικό φορτίο (η πλευρά με τα μοναχικά ζεύγη) ενώ η άλλη έχει ένα προτιμώμενο θετικό φορτίο (η πλευρά με τα δύο υδρογόνα). Όταν υπάρχει πολύ υγρό νερό μαζί, τα μόρια τοποθετούνται έτσι ώστε τα αρνητικά άκρα να «εξουδετερώνουν» τα θετικά άκρα και να ελαχιστοποιείται η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια. Μερικά από τα μόρια του νερού, ένα στα εκατομμύρια, θα διασπαστούν στα αντίστοιχα ιόντα τους – τα ιόντα πρωτονίου (Η) και υδροξυλίου (ΟΗ).

Ανάμιξη νατρίου και νερού

Όταν αναμιγνύετε νάτριο με πολικό νερό, πρωτόνια και ιόντα υδροξυλίου, τι συμβαίνει; Το χαλαρά συγκρατημένο ηλεκτρόνιο από το νάτριο θα θέλει να αντιδράσει με το μοναδικό πρωτόνιο που μπορεί να βρει. Τα ηλεκτρόνια από το νάτριο συνδυάζονται με ιόντα υδρογόνου, κάτι που συμβαίνει καθώς πιο ουδέτερα μόρια νερού διασπώνται για να παρέχουν ελεύθερα πρωτόνια. αυτό απαιτεί περίπου 13,6 eV ενέργειας. Τα ουδέτερα άτομα υδρογόνου κινούνται προς μια ενεργειακά ευνοϊκή κατάσταση, το ουδέτερο διατομικό αέριο H₂ , το οποίο έρχεται με 13,6 eV ενέργειας που ωθείται στο σύστημα.

Εξίσωση αντίδρασης μετάλλου και νερού νατρίου

Σε αυτή την εξώθερμη αντίδραση, το στερεό νάτριο αναμιγνύεται με νερό για να σχηματίσει ένα άχρωμο βασικό διάλυμα από ισχυρό αλκαλικό υδροξείδιο του νατρίου και αέριο υδρογόνο. Κατά τη διάρκεια της αλληλεπίδρασης, το νάτριο μπορεί να θερμανθεί τόσο πολύ που να καίει μια πορτοκαλί φλόγα. Παρακάτω είναι η αντίδραση:

2Να_(α) + 2H₂ O → 2NaOH_(aq) + H_2(g)

Τώρα έχετε ενέργεια με τη μορφή θερμότητας και αερίου υδρογόνου που θέλει να διαφύγει στην ατμόσφαιρα που περιέχει αέριο οξυγόνο (O₂ ). Αυτό προκαλεί καύση υδρογόνου/οξυγόνου! Αυτά τα δύο παρουσία θερμικής ενέργειας παράγουν υδρατμούς και περισσότερη ενέργεια, εξηγώντας την έντονη και εκρηκτική αντίδραση. Αυτή η αντίδραση συνεχίζεται έως ότου το νάτριο διαλυθεί πλήρως στην ιονισμένη και διαλυτή του μορφή Na.

Μπορεί το μεταλλικό νάτριο να είναι επικίνδυνο για την υγεία;

Αν και μόλις μάθαμε ότι το μέταλλο του νατρίου μπορεί να είναι εκρηκτικό όταν εκτίθεται στο νερό, το νάτριο είναι πραγματικά απαραίτητο στο σώμα, όπως και ένα διαιτητικό μέταλλο που είναι απαραίτητο για τις λειτουργίες των νεύρων. (Ρίξτε μια ματιά στο σεμινάριο μας για τους νευροδιαβιβαστές για περισσότερα). Ο ορός αίματος χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση της εσωτερικής οξεοβασικής ισορροπίας, του δυναμικού της μεμβράνης και των εξωκυτταρικών υγρών. Καταναλώνουμε νάτριο στην εξουδετερωμένη του μορφή χλωριούχου νατρίου ή επιτραπέζιου αλατιού. Λόγω του επιπλέον ηλεκτρονίου στο νάτριο που αλληλεπιδρά με το χλώριο, δεν αλληλεπιδρά με τα πρωτόνια του νερού.

Έτσι, το νάτριο δεν θα αλληλεπιδράσει με το νερό και δεν θα εκραγεί στο σώμα σας. Ωστόσο, η πρόσληψη νατρίου πρέπει να παρακολουθείται λόγω των επιπτώσεών της στην υγεία. Η υπερβολική κατανάλωση αλατιού μπορεί να προκαλέσει αύξηση της αρτηριακής πίεσης, υπερωσμωτικότητα, αυξημένο κίνδυνο λοιμώξεων, αρτηριοσκλήρωση και πολλά άλλα. Από την άλλη πλευρά, η μη πρόσληψη αρκετού νατρίου στη διατροφή σας μπορεί επίσης να προκαλέσει δυσμενείς επιπτώσεις, όπως αφυδάτωση, μυϊκές ανωμαλίες, σπασμούς και πολλά άλλα. Μια πρόσληψη περίπου 300 mg αλατιού ημερησίως είναι μια κατά προσέγγιση υγιεινή τιμή.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Διαλυτότητα
• Ενθαλπία
• Gibbs Free Energy
• Τι είναι η χημική αντίδραση;