عنصر سدیم چیست؟ — به زبان ساده

سدیم (Sodium | Na) با عدد اتمی ۱۱ از عنصرهای فلزات قلیایی گروه ۱ جدول تناوبی است. این فلز، رنگی نقره‌ای مایل به سفید و واکنش‌پذیری بسیاری بالایی دارد. این عنصر ششمین عنصر فراوان در پوسته زمین و به‌همراه کلر از فراوان‌ترین عناصر محلول در آب اقیانوس هستند. نمک خوراکی یکی از ترکیب‌های بسیار پرکاربرد آن در صنعت به‌شمار می‌آید. در این مطلب با ویژگی‌های این فلز و ترکیبات مختلف آن آشنا خواهید شد.

سدیم چیست ؟

سدیم با عدد اتمی ۱۱ و نماد شیمیایی Na که از واژه آلمانی «Natrium» گرفته شده است یکی از فلزات قلیایی است. این عنصر فلزی نرم، بسیار واکنش‌پذیر و رنگی نقره‌ای مایل به سفید دارد. تنها ایزوتوپ پایدار آن $$^{۲۳}Na$$ است که به‌طور آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود و از کانی‌هایی مانند «فلدسپات» (Feldspar)، «سودالیت» (Sodalite) و «سنگ نمک یا هالیت» (Halite) استخراج می‌شود. نمک‌های Na انحلال‌پذیری بالایی در آب دارند و این فلز به همراه کلر از فراوان‌ترین عناصر محلول در آب اقیانوس هستند.

این عنصر مانند منیزیم (Mg)، استرانسیم (Sr) و باریم (Ba) نخستین بار توسط شیمیدان بزرگ «همفری دیوی» (Humphry Davy) از برق‌کافت یا الکترولیز سدیم هیدروکسید به دست آمد.

فلزات قلیایی

این فلز به همراه لیتیم (Li)، پتاسیم (K)، روبیدیم (Rb)، سزیم (Cs) و فرانسیم (Fr) عناصر تشکیل‌دهنده فلزات قلیایی هستند. فلزات قلیایی و هیدروژن در گروه ۱ جدول تناوبی قرار دارند. به‌دلیل تشکیل قلیا هنگام واکنش با آب به این فلزات، قلیایی گفته می‌شود. ترکیبات هیدروکسید این فلزات مانند پتاسیم هیدروکسید بازهای قوی هستند.

این فلزات نرم، ظاهری براق و نقطه ذوب پایین و واکنش‌پذیری بالایی در هوای آزاد دارند، به همین دلیل معمولاً در نفت نگه‌داری می‌شوند. فلزات قلیایی با از دست دادن بیرونی‌ترین الکترون لایه ظرفیت خود به کاتیون‌های $$1+$$ تبدیل می‌شوند.

سزیم، پنجمین فلز این گروه با عدد اتمی ۵۵، واکنش پذیرترین فلز در بین تمام فلزات جدول تناوبی است. با افزایش عدد اتمی و حرکت از بالاترین عنصر گروه به سمت پایین‌ترین عنصر به ترتیب ویژگی‌های زیر تغییر می‌کند.

• افزایش واکنش‌پذیری
• افزایش شعاع اتمی
• کاهش الکترونگاتیوی
• کاهش نقطه ذوب و جوش

در این گروه، به‌طور کلی چگالی از بالا به پایین افزایش پیدا می‌کند. تنها پتاسیم از این قاعده پیروی نمی‌کند و چگالی کمتری نسبت به Na دارد.

ویژگی‌های فیزیکی

در دما و فشار استاندارد Na فلزی نقره‌ای و نرم است و برای اینکه خواص خود را حفظ کند باید به‌طور کامل در روغن یا گاز نجیب قرار بگیرد در غیر این‌ صورت به سرعت با اکسیژن هوا ترکیب می‌شود و سدیم اکسید سفید متمایل به خاکستری تولید می‌شود.

فلز Na به راحتی با چاقو برش داده می‌شود. از آنجا که این فلز تنها یک الکترون در لایه ظرفیتی خود دارد، رسانای خوبی برای الکتریسیته و گرما به حساب می‌آید. این موضوع موجب ایجاد پیوند فلزی ضعیف و الکترون‌های آزاد حامل انرژی، می‌شود. این عنصر از نظر چگالی در بین فلزات عنصری به‌دلیل جرم اتمی کم و شعاع اتمی زیاد سومین عنصر با چگالی بسیار کم است و به‌همراه لیتیم و پتاسیم یکی از سه فلزی است که می‌تواند روی آب شناور بماند.

برخی از ویژگی‌های این عنصر با افزایش فشار به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند. برای مثال:

• در ۱/۵ مگابار، رنگ فلز از نقره‌ای به سیاه در می‌آید.
• در ۱/۹ مگابار به رنگ قرمز شفاف تبدیل می‌شود.
• در ۳ مگابار، این فلز جامدی شفاف و بی‌رنگ می‌شود.

همه این دگرشکل‌ها که در فشارهای بالا به‌وجود می‌آیند،‌ «الکترید» (Electride) و عایق هستند.

نقطه ذوب

نقطه ذوب این عنصر ۹۸ درجه سانتیگراد و نقطه جوش آن ۸۸۳ درجه سانتیگراد است که کمتر از لیتیم است اما در مقایسه با فلزات قلیایی سنگین‌تر موجود در قسمت پایین گروه مانند پتاسیم، روبیدیم و سزیم و به دلیل تغییرات تناوبی، نقطه ذوب و جوش بالاتری دارد.

رنگ شعله

در آزمون شعله، Na و ترکیبات آن به رنگ زرد پدیدار می‌شوند، زمانی که الکترون‌های برانگیخته ۳s سدیم از اوربیتال ۳p به ۳s منتقل می‌شوند، فوتون آزاد می‌کنند که طول موج این فوتون با خط D، خطوط فراون‌هوفر در حدود ۵۹۸/۳ نانومتر مطابقت دارد. رنگ زرد نور خورشید و دیگر ستارگان اغلب توسط اتم‌های Na ایجاد می‌شود.

برهم‌کنش‌های اسپین-مدار که الکترون در مدار ۳p را شامل می‌شوند، خط D را به دو قسمت در طول موج‌های ۵۸۹/۶ و ۵۸۹/۰ نانومتر تفکیک می‌کنند. «ساختار هایپرفاین» (Hyperfine Structure) که هر دو اوربیتال را درگیر می‌کنند منجر به تشکیل خطوط بسیار بیشتری می‌شوند.

ایزوتوپ ها

از میان بیست ایزوتوپ شناخته شده این عنصر، تنها $$^{۲۳}Na$$ پایدار است. $$^{۲۳}Na$$ در فرایند کربن‌سوزی در ستارگان از ترکیب دو اتم کربن به یکدیگر تشکیل می‌شود که برای تولید آن به دمای بالاتر از ۶۰۰ مگاکلوین و یک ستاره با جرمی حداقل سه‌برابر خورشید نیاز است. دو ایزوتوپ کیهانی و پرتوزای این فلز محصول جانبی پرتوهای کیهانی می‌باشند.

• ایزوتوپ $$^{۲۲}Na$$: نیمه‌عمر آن ۲/۶ سال است.
• ایزوتوپ $$^{۲۴}Na$$: نیمه‌عمری نزدیک به ۱۵ ساعت دارد.

همهٔ ایزوتوپ‌های دیگر این عنصر، نیمه عمری کمتر از یک دقیقه دارند.

فیلم آموزش علوم تجربی – پایه هفتم در فرادرس

کلیک کنید

ویژگی‌های شیمیایی

اتم‌های سدیم یک الکترون بیشتر از پیکربندی پایدار نئون گاز نجیب پیش از خود دارند در واقع سدیم ۱۱ الکترون دارد. معمولاً ترکیبات یونی سدیم‌دار کاتیون $$(Na^+/Na)$$ را به‌وجود می‌آورند. انرژی یونش اول و دوم سدیم به ترتیب ۴۹۵/۸ و ۴۵۶۲ کیلوژول بر مول است. به‌طور کلی فلز سدیم نسبت به پتاسیم واکنش‌پذیری کمتری و نسبت به لیتیم واکنش‌پذیرتر است. اگرچه پتاسیم و لیتیم پتانسیل منفی بیشتری نسبت به سدیم دارند اما فلز سدیم با پتانسیل کاهش استاندارد $$(Na^+/Na)$$ برابر با ۲/۷۱- ولت به شدت احیاکننده است.

مدل اتمی سدیم

عدد اتمی که همان تعداد پروتون‌های عنصر است برای سدیم برابر با ۱۱ و تعداد الکترون‌های آن نیز با تعداد پروتون‌ها برابر است. در مدل اتمی این عنصر، در هسته ۱۲ نوترون و ۱۱ پروتون وجود دارد که الکترون‌ها در سه لایه الکترونی پیرامون هسته قرار گرفته‌اند. به الکترون‌های بیرونی‌ترین لایه الکترونی، الکترون ظرفیت گفته می‌شود.

در مدل اتمی بور، الکترون‌های پیرامون هسته نمایش داده می‌شود. هر لایه تعداد مشخصی الکترون را در خود جای می‌دهند. الکترون‌های موجود در نزدیک‌ترین لایه به هسته کمترین انرژی و در دورترین لایه، بیشترین انرژی را دارند.

مراحل رسم مدل بور اتم سدیم:

برای رسم مدل اتمی Na ابتدا باید تعداد پروتون‌ها، الکترون‌ها و نوترون‌های اتم Na را پیدا کرد. پروتون‌ها ذراتی با بار مثبت و نوترون‌ها ذراتی بدون بار هستند که در هسته قرار می‌گیرند. الکترون‌ها بار منفی دارند و پیرامون هسته در گردش هستند. تعداد پروتون‌ها با عدد اتمی عنصر برابر است.

تعداد نوترون‌ها از رابطه زیر به‌دست می‌آید. عدد جرمی Na برابر با ۲۳ و تعداد نوترون‌های آن برابر با ۱۲ است.

عدد اتمی - عدد جرمی عنصر = تعداد نوترون‌ها

بنابراین در اتم خنثی Na تعداد پروتون‌ها، الکترون‌ها و نوترون‌‌ها به صورت زیر است.

• تعداد الکترون‌ها: ۱۱
• تعداد پروتون‌ها: ۱۱
• تعداد نوترون‌ها: ۱۲