الصوديوم هو عنصر كيميائى رمزه Na (من النطرون) وعدده الذرّى 11. ينتمى العنصر فى الجدول الدورى لمجموعة الفلزّات القلوية كتانى عناصر المجموعة الأولى وضمن عناصر الدورة التالتة. الصوديوم فلزّ طرى أبيض اللون، يتميّز بنشاطه الكيميائى الكبير لأنه بيتفاعل فى الهوا وبيتحرق بلهب أصفر، وشديد التفاعل مع الماء والرطوبة الجوّية، عشان كده بيتحفظ فى الزيوت أو مشتقّات النفط زي الكيروسين.[ْ 1]
مفيش صوديوم بشكل حرّ فى الطبيعة، وبيتم استخراجه من مركّباته. فى وفرة كبيرة تقريبا للصوديوم، لأنه سادس أكتر العناصر الكيميائية وفرة فى القشرة الأرضية، وموجود فى كتير من المعادن منها الفلدسبار والصوداليت والهاليت. بتتميز أملاح الصوديوم أنّ انحلاليتها كبيرة فى الماء، و أهمها ملح كلوريد الصوديوم، واللى بيعتبر المسبّب الرئيسى لملوحة ميه البحار. للصوديوم نظير واحد مستقر و هو 23Na.
للصوديوم دور حيويّ مهمّ، لأنه مصنّف ضمن العناصر الغذائية الأساسية للإنسان وللحيوانات وبعض النبات. فأيونات الصوديوم +Na هيا الكاتيونات الأساسية فى السائل بره الخلايا، وليها دور أساسى فى تظبيط ضغط الدم والضغط التناضحى (الإسموزي) فى الجسم، بالإضافة لدوره فى نقل الإشارات العصبية (جهد الفعل).
التاريخ
الاكتشاف و أصل التسمية
همفرى ديفى أوّل واحد قدر يحصل على فلزّ الصوديوم الحرّ.
على العكس من فلزّ الصوديوم الحرّ اللى تم اكتشافه لحد أوائل القرن ال 19 فإنّ مركّبات الصوديوم كانت معروفة ومتداولة من زمان، وخصوصا ملح الطعام المستخرج من البحر والبحيرات المالحة، وكمان من الأماكن الصخرية. وكان المصريين القدماء بيستخرجوا الأملاح من وادى النطرون، وعشان كده انتشرت كلمة نترالمصرية فى العهد القديم. ونقلت الكلمة للغة الإغريقية علشان تكون νίτρον (نترون)، واللى استعملها العرب فبقت نطرون، ومنهم خدها الرومان وحوّروها علشان تكون nitrium (نتريوم).[5] وما زالت التسمية اللاتينية للعنصر Natrium وتحويرات منها مستخدمة فى عدّة لغات فى اللغة الألمانية ولغات منطقة إسكندنافيا وده حسب اقتراح من بيرسيليوس. بيتعقد البعض أنّ تسمية صوديوم بيرجع أصلها للكلمة اللاتينية sodanum واللى معناها "علاج وجع الرأس"،[6] واللى متاخده من كلمة صداع بالعربي.[7] لكن الرأى ده ضعيف، والأغلب وصل اسم الصوديوم بكلمة صودا، والقادمة من اللاتينية soda اللى كانت بتشيرلنبات مزهر بينمو على الأراضى الملحية، زى نبات السويداء، واللى كان رماده (رماد الصودا) بيستخدم فى الغسيل، واللى من المرجح أن يكون اشتقاق كلمة صودا منه.[8]
اكتشف عنصر الصويوم لأوّل مرّة بشكله الحرّ عن طريق همفرى ديفى سنة 1807 وده من التحليل الكهربائى لمصهور هيدروكسيد الصوديوم باستخدام عمود فولتى كمصدر كهربائي.[9][10] حسب اللى ورد فى سجلاّت الجمعية الملكية فى لندن، إنّ ديفى حصل فى عمليّته على ناتجين مختلفين: الناتج الأوّل الموجود فى الصودا سماه صوديوم، والتسمية دي المستخدمة للفلزّ باللغتين الإنجليزيةوالفرنسية، ومنها اتنقلت لأكتر من لغه تانيه، منها العربية. أمّا الفلزّ التانى المكتشف سماه بوتاسيوم. فى سنة 1809، و عشان توحيد التسمية اقترح العالم الألمانى لودفيغ فيلهلم غيلبرت على ديفى استخدام Natronium (ناترونيوم) وKalium (كاليوم) أسمين للعنصرين اللى اكتشفوهم حديثاً.[11] نشر يونس ياكوب بيرسيليوس الرمز الكيميائى للصوديوم لأول مرة سنة 1814 وده ضمن مسعاه لتنظيم رموز العناصر الكيميائية،[12][13] واختار الرمز Na من كلمة Natrium فى اللاتينية الجديدة، واللى أخدها من كلمة نطرون العربية من المصرية القديمة، للإشارة للأملاح المعادن الطبيعية على شكل كربونات صوديوم مميّهة. كانت تسمية نطرون منتشرة فى اوروبا و كان السبب الإستخدام الكبير للمادّة على المستويين الصناعى والمنزلي.[14]
الخواص
يضفى الصوديوم لون أصفرلاللهب، وهذه ملاحظة تعودلسنة 1860، قام العالمان غوستاف روبرت كيرشهوف وروبرت بنسن بتدوين دى الملاحظة فى منشورهم العلمى فى دورية Annalen der Physik.[15]
الوفرة الطبيعية
بلورات من الهاليت
بسبب النشاط الكيميائى الكبير للعنصر، بقا أن مفيش صوديوم على شكله الحرّ على سطح الأرض، لكن بيدخل فى تركيب عدد كبير من المعادن، واللى بيتميز البعض منها بالانحلالية الكبيرة فى الماء زي الهاليت والنطرون. يعدّ ميه البحر واحد من أهم مصادر الصوديوم، كلّ ليتر منه بيكون موجود فيه حوالي11 غرام من أيونات الصوديوم،[16] وموجود فى المحيطات بحوالى 1.08××10قالب:Val/delimitnum ميليغرام فى كل ليتر.[17] أمّا فى أقلّ انحلالية زى مجموعة معادن الأمفيبول والزيوليتات. يرجع ضعف الانحلالية لبعض المعادن الحاوية على الصوديوم زي الكريوليت والفلدسبارلالخاصّة البوليميرية للأنيونات، اللى تكون على شكل بولى سيليكات زى فى الفلدسبار.
تحتوى القشرة الأرضية على الصوديوم بنسبة 2.36% من تركيبها، ممّا يجعله سادس اكتر العناصر وفرة فى القشرة الأرضية،[18] والخامس من ترتيب الفلزات بعد الألومنيوم والحديد والكالسيوم، وبنسبة مقاربة للمغنسيوم، لكن قبل البوتاسيوم.[19] من اكتر المعادن الحاوية على الصوديوم انتشاراً كلّ من الألبيت (NaAlSi3O8 فلدسبار الصوديوم) والأوليغوكلاس Na,Ca)Al(Si,Al)3O8)؛ كما فيه كمان بكمّيّات كبيرة نسبى فى القباب الملحية على شكل هاليت (ملح الصخر). فيه الصوديوم فى الطبيعة كمان على شكل نترات الصوديوم (يعرف باسم ملح بيتر تشيلي) NaNO3، و هو واحد من المصادر الطبيعية القليلة لمعادن النترات، اللى تنتشر فى المناطق القاحلة زى صحراء أتاكاما فى تشيلى؛ و ذلك تعدّ مكامن النطرون Na2CO3 · 10 H2O من المصادر المهمّة للصوديوم.
يحتلّ الصوديوم المرتبة 14 من وفرة العناصر فى الكون؛[20] وذلك بنسبة مقاربة للكالسيوم والنيكل. يتمّ التعرّف على الصوديوم فى الكتير من الأجرام السماوية (من ضمنها الشمس) كمان فى الوسط بين النجمى عن طريق الخطّ الطيفى D المميّز. رغم ارتفاع درجة حرارة تبخّره، إلاّ أنّ وفرته فى الغلاف الجوّى لكوكب عطارد مكّنت من كشفه بواسطة مسبار مارينر 10. كما تمكّن علما الفلك وقت رصدهم مذنب هيل-بوب سنة 1997 من ملاحظة أنّ ذيل المذنب الممتدّ لحوالى 50 مليون كيلومتر يتكوّن من الصوديوم.[21]
الإنتاج والتحضير
أحواض تبخير ميه البحر
يُنتج حوالى 100 ألف طنّ من الصوديوم الفلزّى سنويّاً، ويستخدم جلّ الإنتاج فى تطبيقات اختصاصية. يرجع تاريخ إنتاج الصوديوم بشكل تجاريلأواخر القرن التسعتاشر،[22] وذلك بواسطة الاختزال الكربوحرارى لمركّب كربونات الصوديوم (النطرون) عند درجات حرارة تفوق 1100 °س، وذلك كخطوة أولى فى عملية ديفيل لإنتاج الألومنيوم:[23][24][25]
إلّا أنّ دى الطريقة لم تعتبر تستخدم للحصول على الصوديوم وذلك بعد تطوير عملية هول-هيرو لإنتاج الألومنيوم، اللى استغنت عن إنتاج الصوديوم كخطوة مرحلية. كما تمّ الاستغناء بسبب الكلفة المرتفعة عن عملية كاستنر، اللى طُوّرت سنة 1886، بالاعتماد على التحليل الكهربائى لهيدروكسيد الصوديوم.[26]
يُنتج الصوديوم حالى بشكل تجارى من التحليل الكهربائى لمصهور كلوريد الصوديوم، اعتماداً على عملية حازت على براءة اختراع سنة 1924.[27][28] تتمّ العملية فى خلية داونز، اللى يمزج فيها ملح كلوريد الصوديوم مع كلوريد الكالسيوم (40% NaCl و 60% CaCl2) للحصول على نظام أصهرى علشان تخفيض نقطة الانصهار دون 700 °س، واختير الكالسيوم لأنه أقلّ كهرإيجابية من الصوديوم، فلا يترسّب على المهبط.[29] لإنتاج كيلوغرام واحد من الصوديوم يتمّ استهلاك 10 كيلوواط ساعى من التيّار وقت التحليل الكهربائي، وحوالى 12 كيلوواط ساعى فى العملية ككلّ.[30] تتكوّن خلايا التحليل الكهربائى الأسطوانية من اسانسير من الغرافيت فى المنتصف، يحيط به مهبط من الحديد، و وجود قفص على شكل جرس لسحب أبخرة الكلور وقت العملية. يُجمّع الصوديوم المتشكّل على المهبط، ويُسحب بواسطة أنبوب صاعد من الخلية ومبرّد خارجها. يتشكّل الكالسيوم كمان كناتج ثانوى للعملية على شكل بلّورات، اللى يعاد تانىلمزيج الصهارة.
تشكّل الصوديوم على المهبط
تشكّل الكلور على المصعد
التفاعل الإجمالي
نظراً للفاعلية الكيميائية الكبيرة لفلز الصوديوم، فهناك صعوبات تقنية ترافق تخزينه ونقله، ممّا أدّىلمحدودية انتشار إنتاجه. فالفلزّ لازم يحفظ إمّا فى جوّ من غاز خامل أو فى زيت معدنى لامائى لتجنّب تشكّل طبقة سطحية من أكسيد الصوديوم أو فوق أكسيد الصوديوم.[31]
النظائر
هناك عشرون نظير مكتشف للصوديوم، تتراوح كتلها الذرّية من 18Naل33Na،[32] إلّا أنّه بس فيه نظير واحد مستقر، و هو صوديوم-23 23Na، بالتالى فالصوديوم عنصر أحادى النويدة. يتشكّل النظير 23Na فى عملية احتراق الكربون فى النجوم باندماج ذرّتى كربون، اللى يتطلّب درجات حرارة تتجاوز 600 ميغاكلفن، ونجم له 3 كتل شمسية على الأقلّ.[33]
للصوديوم نظيران مشعَّان ذَوا أصلى كوني، واللذان يتشكّلان من تشظية الأشعة الكونية وهما: صوديوم-22 22Na، اللى له عمر نصف مقداره 2.6 سنة، وصوديوم-24 24Na، اللى عمر النصف له 15 ساعة. أمّا باقى نظائر الصوديوم فعمر النصف ليها أقلّ من دقيقة واحدة.[34] يُستخدم نظيرا الصوديوم 22Na و24Na فى الطب النووى كمواد اقتفاء.
اكتشف مصاوغان نووريان للصوديوم، أطولهما عمراً هو 24mNa (عمر النصف حوالى 20.2 ميلى ثانية. يؤدّى التعرّض للإشعاع النووى فى الحالات الحرجةلتحويل بعض من ذرّات النظير المستقرّ 23Na فى الدمّل24Na، ويمكن معرفة مدى جرعة التعرض للإشعاع النيوترونى بحساب نسبة تركيز النظير 24Naل23Na.[35]
الخواص الفيزيائية
طيف انبعاث الصوديوم، يظهر بوضوح خط D الأصفر.
يكون الصوديوم فى الظروف القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على شكل فلزّ طرى فضّى اللون، اللى يتّحد مع أكسجين الهواء ليشكّل طبقة رمادية اللون من الأكسيد. للحيلولة دون ذلك يتمّ فى العاده غمس الصوديوم الفلزى فى زيت معدنى أو واحد من مشتقّات النفط، أو أن يحفظ فى جوّ من غاز خامل. ممكن قطع فلز الصوديوم بسهولة بالسكّين، فله قيمة صلادة تبلغ 0.5 حسب مقياس موس.[36] و هو ناقل جيّد للكهرباء وللحرارة، وذلك بسبب سهولة التخلّص من الإلكترون الوحيد الموجود فى غلاف التكافؤ، بالتالى يؤدّى ده التشكيل الإلكترونى للصوديوملضعف الرابطة الفلزية. بسبب قلّة الوزن الذرّى وكبر نصف قطرذرّة الصوديوم نسبى، فإنّه يصنّف من الفلزّات الخفيفة، و هو تالت أقلّ الفلزّات كثافة (0.968 غ/سم3) بعد الليثيوم والبوتاسيوم، اللى هيا الوحيدة القادرة من الفلزات على العوم على سطح الماء.[37] يقع الصوديوم فى الكتير من خواصه بين الليثيوم والبوتاسيوم، فله نقطة انصهار (97.82 °س) أخفض من الليثيوم (180.54 °س)، إلّا أنّها أعلى من البوتاسيوم (63.6 °س)؛ كمان الأمر بالنسبة فى نقطة الغليان (883 °س) والحرارة النوعية.
يتبلور الصوديوم زى ما هو الحال مع باقى الفلزّات القلوية وفق نظام بلورى مكعّب مركزى الجسم، له زمرة فراغية Im3m مع وجود وحدتى صيغة لكلّ وحدة خلية. عند درجات حرارة أدنى من 51 كلفن تتغيّر البنية البلّوريةلنظام تعبئة متراصّة سداسية، تبلغ قيمة ثابت الشبكة البلورية ليها a = 376 pm وc = 615 pm.تتغيّر خواص الصوديوم الظاهرية بشكل كبير عند ضغوط مرتفعة؛ فعند ضغط مقداره 1.5 ميغابار يتغيّر اللونلالأسود، وعند ضغط 1.9 ميغابار يصبح ذا لون أحمر شفاف، وعند 3 ميغابار يصبح الصوديوم ذا هيئة صلبة شفافة صافية، وتكون كل دى المتآصلات عازلة وذات صفة إلكتريدية.[39]
يتكوّن بخار الصوديوم، و هو ذو لون أصفرلأرجواني، من ذرّات فلزّية منفردة، ومن ثنائيات ليها الشكل Na2، والأخيرة تكون بنسبة 16% عند نقطة الغليان. يشكّل الصوديوم مع البوتاسيوم ضمن مجال عريض من التراكيز مزائج سائلة، يظهر المخطّط الطورى عند الدرجة 7 °س(وهى نقطة انصهار لا متدورة Peritectic) التركيب Na2K، أمّا النقطة الأصهرية فهى عند − 12.6 °س، بوجود تركيز من البوتاسيوم مقداره 77% (كسر كتلي).[40]
يظهر التشكيل الإلكترونى للصوديوم وجود 11 إلكترون فى الغلاف الإلكتروني، و هو يزيد بكده بإلكترون واحد عن التشكيل الإلكترونى عالى الاستقرار للغاز النبيل المجاور و هو النيون. لده السبب، ولانخفاض قيمة طاقة التأيّن الأولى (495.8 كيلوجول/مول)، فإنّ ذرّات الصوديوم تميل لفقدان الإلكترون الأخير الموجود فى غلاف التكافؤ ولتشكيل كاتيون (أيون موجب الشحنة) +Na، وذلك بشكل اكبر من اكتساب إلكترون آخر علشان يكون سالب الشحنة.[42] علشان كده فالصوديوم يميللتشكيل مركّبات أيونية، يكون للصوديوم فيها رقم تكافؤ مقداره +1 (طاقة التأيّن التانيه ليها قيمة مرتفعة جدّاً نسبيّاً: 4562 كيلوجول/مول).[43] يكون الصوديوم فى مركّباته الكيميائية مرتبطاً أيونىلالأنيونات التانيه، ويصنّف أيون الصوديوم من أحماض لويس القاسية.[44]
إنّ الصوديوم اكتر نشاطاً كيميائى من الليثيوم، لكنّه أقلّ من البوتاسيوم.[45] فهو يتفاعل بسهولة مع الكتير من العناصر وبعض المركّبات، ويكون تفاعله عنيف مع اللافلزّات زى الكلور والكبريت، يترافق ذلك مع لهب أصفر. يعدّ الصوديوم الفلزّى من المختزلات القويّة، إذ يتطلّب اختزال أيونات الصوديوم جهداً مقداره −2.71 فولت،[46] رغم أنّ جهد الاختزال لكلّ من البوتاسيوم والليثيوم ذو قيم سالبة اكبر.[47]
يعدّ تفاعل الصوديوم مع الأكسجين حالة خاصة، إذ أنّ التفاعل بينهما مرهون بوجود الرطوبة، فبغياب الماء لا يتفاعل الصوديوم مع الأكسجين عند درجة حرارة الغرفة، وحتّى عند التسخين لا يتمّ التفاعل بشكل مباشر بينهما، كما ممكن صهر الصوديوم بجوّ من الأكسجين خالى من الماء بشكل تامّ دون حدوث تفاعل أيضاً. يتغيّر الأمر تمام عند وجود الماء (الرطوبة)، فحينئذ يحترق الصوديوم بسهولة ليشكّل بيروكسيد الصوديوم:
يتفاعل الصوديوم زى باقى الفلزات القلوية مع الماء بتفاعل عنيف ناشر للحرارة، يتشكّل هيدروكسيد الصوديوم وينطلق غاز الهيدروجين. بيّنت صور كاتشارة بسرعات فائقة أنّ تفاعل الفلزّات القلوية مع الماء يحدث بشكل أقرب ما يكون لانفجار كولوم.[48]
يتفاعل الصوديوم بشكل عنيف كمان مع الكحولات، لكن بشكل أخفّ من تفاعله مع الماء، ليشكّل الألكوكستات الموافقة، وغالباً مع انصهار الفلز بسبب حرارة التفاعل. يكون تفاعل الصوديوم عنيف كمان مع المذيبات العضوية الكلورية زى ثنائى كلورو الميثان والكلوروفورم ورباعى كلوريد الكربون.
السبائك
يشكّل الصوديوم سبائك مع الكتير من الفلزّات زى البوتاسيوم والكالسيوم والرصاص، و عناصر المجموعتين الحادية عشرة والثانية عشرة. يستطيع الصوديوم أن يشكّل مع البوتاسيوم سبيكة NaK، وتتراوح نسبة البوتاسيوم فى تركيبها من 40–90% هيا سائلة فى درجة الحرارة المعتدلة، وتتميّز بأنّ ليها خواص موصلية حرارية وكهربائية ممتازة. تعدّ سبائك صوديوم-كالسيوم منتجات ثانوية وقت إنتاج الصوديوم من عملية التحليل الكهربائى بوجود المزيج الملحى من NaCl-CaCl2، رغم أنّ الكالسيوم يمتزج بشكل جزئى بس مع الصوديوم.
فى الحالة السائلة يمتزج الصوديوم مع الرصاص بشكل كامل. هناك الكتير من الوسايل اللى تمكّن من صنع سبائك صوديوم-رصاص، من بينها الصهر المشترك، وتانيه تتمثّل بترسيب الصوديوم كهربائى على مهابط مصهورة مصنوعة من الرصاص. من الأمثلة على تركيبات سبائك صوديوم-رصاص NaPb3 وNaPb وNa9Pb4 وNa5Pb2 وNa15Pb4.
من الممكن كمان الحصول على سبائك للصوديوم مع الذهب (NaAu2) والفضة (NaAg2). كذلك الأمر مع عناصر الزنك (NaZn13) والكادميوم (NaCd2) والزئبق، والعنصر الأخير يشكل ما يسمى ملغمة صوديوم: NaHg وNaHg4 وNaHg2 وNa3Hg2 وNa3Hg.[49]
المحاليل
يميل الصوديوملتشكيل مركّبات كيميائية منحلّة زى أملاح الهاليدات والكبريتات والنترات والكربونات والكربوكسيلات. تكون الأنواع الكيميائية المائية الرئيسية على شكل المعقّد: +[Na(H2O)n] وقت عملية الإماهة، n = 4–8، مع العلم أنّ قيمة n = 6 حُدّدت بواسطة بيانات حيود الأشعة السينية والمحاكاة الحاسوبية.[50] للصوديوم انحلالية أقلّ فى المذيبات العضوية، فعلى سبيل المثال ينحلّ بس 0.35 غ/ل من كلوريد الصوديوم فى الإيثانول.[51]
صوديوم مذاب فى الأمونياك السائلة.
زى مع باقى الفلزات القلوية فإنّ الصوديوم ينحلّ فى الأمونيا وبعض الأمينات التانيه ليعطى محاليل ملوّنة غامقة، اللى يرجع تلوّنهالالإلكترونات الحرّة اللى يمنحها الصوديوملالمحلول. بالتالى فالمحلول موصل للكهرباء، وعند تمديده يكون ذا مغناطيسية مسايرة.
يؤدّى تبخير دى المحاليللترك طبقة رقيقة (فيلم) لامعة من الصوديوم الفلزّي. تحوى دى المحاليل على معقدات تناسقية من النمط +(Na(NH3)6)، تُعاكَس الشحنة الموجبة بشكل مساوٍ عن طريق الإلكتريدات (الإلكترونات كأنيونات). ممكن استخدام الإيثرات التاجية، كحفّازات انتقال طوري؛[52] كما تسمح مركّبات كريبتاند بعزل دى المعقّدات كمواد صلبة بلّورية، إذ أنّ الصوديوم يشكّل معقّدات معها كمان ومع ربيطات تانيه.[53] على سبيل المثال، فإنّ لمركّب إيثر 15-تاج-5 ألفة عالية تجاه الصوديوم، لأنّ حجم التجويف للمركّب يتراوح بين 1.7–2.2 أنغستروم (Å)، و هو مقدار كافٍ لينحشر أيون صوديوم داخله.[54][55] إنّ الكريبتاندات، مثلها زى الإيثرات التاجية وحاملات الأيون التانيه، ذات ألفة عالية تجاه أيون الصوديوم، ب ممكن فى النهاية الحصول على مشتقّات من القلويدات −Na (ناتريد Natride: أنيون صوديوم)،[56] بواسطة إضافة مركّبات الكريبتاندلمحاليل من الصوديوم فى الأمونيا عن طريق تفاعل عدم تناسب.[57][58]
المركّبات الكيميائية
تعد المركّبات الكيميائية للصوديوم ذات أهمّيّة كبيرة، وذلك على مرّ التاريخ وخاصّة فى المجال التجارى والصناعي، كان ليها استخدام مركزى خاصّ فى صناعات مختلفة، منها صناعة الزجاج والورق والصابون والنسيج.
اللاعضوية
يعدّ كلوريد الصوديوم (ملح الطعام أو ملح المائدة، NaCl)، هو اكتر مركّبات الصوديوم اللاعضوية شيوع، وذلك مع كربونات الصوديوم (رماد الصودا، Na2CO3) وبيكربونات الصوديوم (صودا الخبز، NaHCO3) وهيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية، NaOH) ونترات الصوديوم (نتر الصودا، NaNO3)، كمان أملاح فوسفات الصوديوم الثبعيده والثلاثية، و ثيوكبريتات الصوديوم (Na2S2O3·5H2O) والبورق (Na2B4O7·10H2O).
الهاليدات
أشهر هاليدات الصوديوم هو مركب كلوريد الصوديوم NaCl المتوفّر بكثرة، ويعدّ المصدر الأساسى للحصول على الصوديوم فى الطبيعة. أمّا باقى الهاليدات فهى مركّبات ثابتة ومعروفة، وهي: فلوريد الصوديوم NaF، وبروميد الصوديوم NaBr، ويوديد الصوديوم NaI.
حبيبات من هيدروكسيد الصوديوم
الهيدريدات
للصوديوم مركّبين ينتميانلالهيدريدات وهما هيدريد الصوديوم NaH، وبورهيدريد الصوديوم NaBH4، واللذان يستخدمان فى الاصطناع العضوى كمختزلات.
المركّبات الأكسجينية
يرتبط الصوديوم مع الأكسجين ليشكّل عدّة أكاسيد أشهرها: أكسيد الصوديوم Na2O، وبيروكسيد الصوديوم Na2O2، وفوق أكسيد الصوديوم NaO2. تستخدم أكاسيد الصوديوم المختلفة فى صناعة الزجاج والورق والنسيج. يعدّ هيدروكسيد الصوديوم NaOH من القلويات الشائعة، يستخدم محلوله بشكل كبير فى الصناعة.
المركّبات الكبريتية
يعطى الصوديوم مع كبريتيد الهيدروجين ملحين وهما: كبريتيد الصوديوم Na2S وبيكبريتيد الصوديوم NaHS، واللذان يستخدمان فى تعدين الفلزّات الثقيلة. يستخدم كبريتات الصوديوم Na2SO4 فى صناعة الورق، أمّا بيكبريتات الصوديوم فيستخدم فى منتجات التنظيف. من مركّبات الصوديوم الكبريتية كمان مركب ثيوكبريتات الصوديوم اللى يستخدم فى التصوير الضوئي.
أملاح تانيه
يصنّف مركبا كربونات الصوديوم Na2CO3 وبيكربونات الصوديوم NaHCO3 على أنّهما أملاح صوديومية لحمض الكربونيك، هيا واسعة الانتشار والاستخدام على الصعيدين المنزلى والصناعي، وذلك و نترات الصوديوم NaNO3 ومركّبات فوسفات الصوديوم المختلفة.
مركب ستيرات الصوديوم اللى يدخل فى تركيب الصابون.
إنّ أغلب منتجات الصابون هيا أملاح صوديوم للأحماض الدهنية، تمتاز دى المنتجات بأنّ ليها قوام صلب متماسك، وذلك بالمقارنة مع نظيراتها من أملاح البوتاسيوم، اللى تدخل فى تركيب الصابون السائل.[59]
العضوية
جرى تحضير الكتير من مركّبات الصوديوم العضوية، وبسبب استقطاب الرابطة الكيميائية بين C-Na فإنّ دى المركّبات تعدّ كمصدر للكربانيونات. من دى المركّبات حلقى بنتاديينيد الصوديوم NaC5H5 وتريتيل الصوديوم (C6H5)3CNa)).[60]
بسبب كبر حجم وضعف القوة المستقطبة للكاتيون +Na فإنّه يستطيع أن يثبّت الأنيونات العطرية الجذرية الكبيرة القابلة للاستقطاب، مثللى هو الحال فى نفثالينيد الصوديوم −[•Na+[C10H8، و هو مختزل قويّ جدّاً.[61]
الكشف عن الصوديوم
اختبار اللهب
يعطى الصوديوم عند إجراء اختبار اللهب لون أصفر مميّز
عند إجراء اختبار اللهب يعطى الصوديوم ومركّباته لون أصفر مميّز،[62] وذلك بسبب أنّ الإلكترونات فى المدار الذرى 3s تتهيّج وتثار بسبب امتصاص الحرارة وتقفزلالمدار 3p، وعند عودتهالالمدار 3s تصدر طاقة على شكل فوتون له طول موجة عند 589.3 نانومتر، ويرمز له الخطّ D فى خطوط فراونهوفر. يؤدّى التآثر المغزلى المدارى للإلكتروناتلانفصام الخط Dلخطّين D1 وD2، كما تسبّب البنى فائقة الدقة فى المداراتلالحصول على خطوط ضعيفة تانيه.[63]
الكيمياء التحليلية
من النادر حدوث عملية ترسيب لأملاح الصوديوم، لأنّ ليها ألفة كيميائية عالية تجاه الماء، باستمدح ملح بزموتات الصوديوم (NaBiO3).[64] كما أنّه من الممكن إجراء ترسيب للصوديوم باستخدام ملح مزدوج صوديومى من الكبريتات والبزموت 3Na2SO4*2Bi2(SO4)3*2H2O.[65]
يمكن تحديد المحتوى الصوديومى فى المواد بالمعالجة مع كمّيّة فائضة من أسيتات يورانيل الزنك؛ يترسّب سداسى الهيدرات UO2)2ZnNa(CH3CO2)·6H2O) ويحدد وزنه. لا يتداخل السيزيوم والروبيديوم فى تفاعل الكشف ده، لكن التداخلات تحدث مع عنصرى البوتاسيوم والليثيوم.[66] كما ممكن أن يتمّ الكشف بالترسيب باستخدام أسيتات يورانيل الصوديوم والمغنسيوم[67] يعطى راسب أصفر من NaMg(UO2)3(CH3COO)9·9 H2O؛ أو باستخدام سداسى هيدروكسى إثمدات الصوديوم [Na[Sb(OH)6 اللى يعطى راسب عديم اللون.[68]
تحدّد التراكيز الضئيلة من الصوديوم بواسطة مطيافية الامتصاص الذري،[69] أو بإجراء معايرة بمقياس الجهد باستخدام أقطاب انتقائية لأيونات الصوديوم.[70]
الدور الحيوى
للصوديوم دور حيويّ مهمّ فى جسم الإنسان، فهو من العناصر الغذائية الضرورية اللى تلعب أدواراً متنوّعة فى الكتير من العمليّات الفسيولوجية زى ضغط الدم وحموضة (pH) الوسط فى الجسم، و تنظيم التوازن المائى جوه وخارج الخلايا. فيه الصوديوم فى الجسم على شكل أيونات (+Na)، هيا من الكهارل (الإلكتروليتات) المهمّة فى أداء العصبونات؛ هيا السائدة فى السائل بره الخلوي،[71] تقوم بظبط الضغط التناضحى (الإسموزي) بين الخلايا وخارجها عن طريق مضخّة الصوديوم والبوتاسيوم (Na+/K+-ATPase)، و هو إنزيم مسؤول عن النقل الفعّال للأيونات عبر القنوات المخصّصة.[72]
الضبط
يقوم نظام الرينين-أنجيوتنسين بتنظيم كمّيّة السوائل و علشان كده تركيز الصوديوم فى الجسم، وتلعب الكلية الدور الرئيسى فى ذلك.[73] عند انخفاض ضغط الدم وتركيز الصوديوم، فإنّ الجسم يستجيب بإفراز الرينين، اللى بدوره يسبّب إفراز الألدوستيرون والأنجيوتنسين،لأن يصبح تركيز الصوديوم طبيعى، فينخفض إفراز الرينين.[74] كما يلعب هرمون فازوبرسين والببتيد الأذينى المدرّ للصوديوم دوراً فى عملية التنظيم هذه.[75]
يقع تركيز الصوديوم الطبيعى فى مصل الدم بين حوالى 135–145 ميلى مول/ليتر (mmol/l). توصف الحالات فى الطبّ اللى ترافق حدوث ارتفاع مش عادى من الصوديوم فى الدم باسم فرط صوديوم الدم، اللى يترافق بانكماش الخلايا؛ بالمقابل فإنّ الانخفاض غير العادى يسمى نقص صوديوم الدم، اللى يترافق بازدياد حجم الخلايا. قد يرجع سبب دى الحالات المرضيةلعوامل وراثية أو تقدّم العمر أو الحالات المطوّلة من الإقياء أو الإسهال.[76]
التوزيع فى الخلايا
لا تتوزّع أيونات الصوديوم +Na فى أجسام الكائنات الحية بانتظام، فهى متفاوتة بين جوه الخلايا وخارجها، ممّا يؤدّى فى النهايةلالتأثير على الجهد الغشائى فيها. يعدّ الجهد الغشائى وتدرّج تراكيز الأيونات من العوامل المؤثّرة على أداء الخلايا، وفى ده السياق تلعب مضخّة الصوديوم والبوتاسيوم دوراً مهمّاً فى ذلك، تُدخل البوتاسيوم وتُخرج الصوديوم بعملية مستهلكة للطاقة.[77]
منطقة التشابك بين خليّتين عصبيّتين متجاورتين
الدور العصبي
لأيونات الصوديوم +Na دور مهمّ فى تشكيل ونقل الإثارات الحسّية فى العصبونات، فعند التشابك العصبى (و كمان عند المشابك العصبية العضلية أيضاً) توجد هناك مستقبلات بروتينية عبر غشائية محدّدة، اللى بعد تحفيزها من النواقل العصبية المفرَزة من الخليّة العصبية المجاورة تقوم بفتح المجال لعبور أيونات الصوديوم. عند مرور تيّار من أيونات الصوديوم يحدث هناك تغيّر موضعى فى الجهد الغشائى للخليّة، يصبح الكمون الداخلى أقل سلبيّة من الكمون الخارجي، ويحدث ما يسمى بعملية إزالة الاستقطاب، اللى تتكرّر على طول المحور العصبى بفتح و إغلاق للقنوات الأيونية، ممّا يؤدّيلحدوث جهد الفعل.
المصادر والكميّة
يمثّل كلوريد الصوديوم المصدر الرئيسى للصوديوم فى النظام الغذائى للإنسان، يستخدم كملح للطعام، و استخداماته المختلفة فى وسايل حفظ المأكولات المختلفة زى التخليل والتقديد، كما يستخدم بشكل كبير فى المأكولات سهلة التحضير.[78][ْ 2]
بالإضافةلالمصادر الطبيعية للصوديوم، فإنّ الجسم يحصل عليه من الإضافات الغذائية زى أحادى غلوتامات الصوديوم (E621) ونتريت الصوديوم (E250) وبنزوات الصوديوم (E211) وصوديوم السكارين وبيكربونات الصوديوم (صودا الخَبْز - ذرور الخبز).[79]
فى جسم إنسان متوسّط وزنه 70 كغ فيه حوالى 100 غ من أيونات الصوديوم.[80] إنّ الحدّ الأدنى المتطلّب فسيولوجى من الصوديوم هو 500 ميليغرام فى اليوم وسطيّاً،[81] وحدّدته الجمعية الألمانية للتغذية بمقدار 550 مغ/اليوم للبالغين، وحوالى 460 مغ/اليوم للأطفال بين عمر السابعة والعاشرة.[82] هناك توصيات من عدّة منظّمات لظبط الكمّيّة الأعظمية من الصوديوم فى الغذاء، حدّدته منظّمة الصحّة العالمية (WHO) بمقدار 2 غ/اليوم،[83] ّ الأكاديمية الوطنية الامريكانيه للطبّ حدّدت الكمّيّة الغذائية المرجعية (DRI) من الصوديوم بمقدار 2.3 غ يومى كحدّ أعظمي.[84] بيّنت الدراسات أنّ تقليل كمّيّات الصوديوم المتناولةل2 غ فى اليوم يسهم فى تخفيض ضغط الدم بمقدار 2 - 4 ميليمتر زئبقي؛[85] ممّا يؤدّيلنسبة حالات أقل من ارتفاع ضغط الدم تتراوح ما بين 9 - 17 %؛ مع العلم أنّ ارتفاع ضغط الدم يسبّب 7.6 مليون حالة وفاة مبكّرة سنويّاً حول العالم.[86] بملاحظة أنّ ملح الطعام يحوى على 39.3% من تركيبه على صوديوم،[87] بالتالى فإنّ الحدّ الأعظمى المذكور آنف من 2.3 غ صوديوم يكافئ حوالى 6 غ من الملح فى اليوم (ملعقة شاى تقريباً).[88] مع العلم أنّ جمعية القلب الامريكانيه [89] توصى بأن تكون كمّيّة الصوديوم فى الغذاء حوالى 1.5 غ يومى؛ هيا الكمّيّة الموصى بيها من إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) للمصابين بفرط الضغط أو أعراضه. هناك الكثير ممّن يتناولون كمّيّات من الصوديوم اكبر بكثير من اللى يحتاجون ليها،[ْ 3] ممّا يعرّضهم للخطر، لذالازممراقبة تركيز الصوديوم بإجراء ما يسمى اختبار الصوديوم لعينة من الدم،[ْ 4] أو من البول؛[90] إذ بيّنت دراسة أنّ المستويات المرتفعة من الصوديوم فى البول (حوالى 7 غ فى اليوم) عند المصابين بارتفاع الضغط ممكن أن يعرّضهم لأزمات قلبية ويرفع من نسبة حدوث الوفاة.[91]
النباتات
فى النباتات ذات التمثيل الضوئى رباعى الكربون فإنّ الصوديوم يعدّ من المغذيات الأصغرية اللى ليها دور ثانوى لكن مهمّ؛ تسهم فى عملية الاستقلاب، وخاصّة فى إعادة توليد فوسفوإينول حمض البيروفيك واصطناع الكلوروفيل.[92] كما يحلّ الصوديوم مكان البوتاسيوم فى بعض النباتات التانيه، زى ما هو الحال مع النباتات الملحية، يقوم بالإبقاء على ضغط الامتلاء ويساعد فى فتح و إغلاق الثغور النباتية،[93]
يسبّب ارتفاع تركيز الصوديوم فى التربةلالحدّ والتقليل من استهلاك الماء فى النبات عبر جهد الماء، اللى يؤدّى بدورهلالذبول.[94][95] كما أنّ ارتفاع تركيز الصوديوم فى السيتوبلازم ممكن أن يسبّب تثبيط الإنزيمات، اللى بدوره يؤدّيلالنخر وشحوب الأوراق.[96] كردّ فعل، تقوم بعض النباتات بتطوير آلية للحدّ من استجلاب الصوديوم فى الجذور النباتية، أو بتخزينه فى الفجوات العصارية، أو بالحدّ من نقل الملح من الجذورلالأوراق.[97] تسمّى دى النباتات اللى تقوم بكده أنّها كارهة للصوديوم، ومن أمثلتها الفاصولياء الشائعة والذرة.
هناك طلب كبير على مركّبات الصوديوم فى الصناعة، وخاصّة أملاح الكلوريد والهيدروكسيد والكربونات لاستخداماتها المتنوّعة، وذلك بشكل اكبر من الطلب على الصوديوم الفلزّى بحدّ ذاته. يستخدم الصوديوم مع البوتاسيوم على شكل أيون فى الكتير من الأدوية والمستحضرات الصيدلانية لتحسين التوافر الحيوي؛ رغم أفضليّة أيون البوتاسيوم فى حالات عدّة، إلّا أنّ الصوديوم هو اللى يتم اختياره لانخفاض سعره ووزنه الذرّي.[98] يستخدم الصوديوم بشكل مباشر فى تحضير مركّبات الصوديوم قليلة الانتشار فى الطبيعة، اللى مش ممكن تحضيرها من كلوريد الصوديوم، وذات التطبيقات البالخصوص زى بيروكسيد الصوديوم و أميد الصوديوم وسيانيد الصوديوم وهيدريد الصوديوم وبورهيدريد الصوديوم و أزيد الصوديوم؛ و تحضير صبغة النيلة ومركّب ثلاثى فينيل الفوسفين.
كان الصوديوم مستخدم لوقت طويل فى إنتاج رباعى إيثيل الرصاص من كلورو الإيثان، اللى كان يمزج فى الماضى بكثرة مع وقود العربيات كمانع للخبط فى محركات الاحتراق الداخلي؛ قبل ما يمنع لأسباب صحّية وبيئية فى أغلب دول العالم، ممّا أدّىلانخفاض إنتاج الصوديوم عالميّاً من سبعينات القرن العشرين.[99]
التحفيز
يستخدم الصوديوم فى تحفيز بلمرة 3،1-بوتاديين والإيزوبرين، وفى إنتاج المطّاط الاصطناعي.[100] كان يتقال على المطّاط الاصطناعى المنتَج باستخدام الصوديوم كحفّاز اسم بونا Buna، و كان من أوائل أنواع المطّاط الاصطناعى المنتج فى العالم.[101]
التبريد
يستخدم الصوديوم السائل فى تبريد المفاعلات النووية لقدرته العالية على نقل الحرارة.[ْ 5] فللصوديوم ناقلية حرارية تبلغ 140 واط/م.كلفن، هيا قيمة تفوق اللى للفولاذ (الصلب، 58 واط/م.كلفن)، كما أنّه سهل الانصهار وذو نقطة غليان مرتفعة نسبيّاً ممّا يمكّن من العمل فى المفاعلات تحت ضغوط عادية غير مرتفعة. كما أنّ له مقطع تصادم صغير مع النيوترونات،[102] ممّا يجعله جيّداً للاستخدام كمادة تبريد للمفاعلات النووية زى مفاعل الاستنسال السريع،[103] اللى لا يستخدم الماء للتبريد فيها لتجنّب كبح النيوترونات.[104]
لكن من مساوئ استخدام الصوديوم فى تبريد المفاعلات النووية هو عدم شفافيّته (اعتامه)، ممّا يعيق إصلاح الأعطال بصرى، و خطر وقوع حوادث انفجارية.[105] كما ممكن أن يتكوّن النظير صوديوم-24 عبر تنشيط النيوترون وقت التشغيل، ممّا قد يشكّل خطر إشعاع بسيط؛ فالنشاط الإشعاعى يتوقّف بعد عدّة أيام من إزالته من المفاعل.[106] لما تكون هناك الحاجة لإيقاف و إعادة تشغيل المفاعل لعدّة مرات، فإنّه من الاحسن استخدام سبيكة صوديوم-بوتاسيوم (NaK) للتبريد، إذ أنّها سائلة عند درجة حرارة الغرفة، بالتالى لا تتصلّب مادة التبريد فى الأنابيب؛[107] لكن بالمقابل يُخشى من تلقائية اشتعال البوتاسيوم، ممّا يستدعى اتخاذ إجراءات احترازية إضافية.[108]
من التطبيقات الحرارية للصوديوم كمان استخدامه فى الصمّامات القَفَّازة فى محرّكات الاحتراق الداخلى عالية الأداء؛ إذ أنّ ساق الصمام تكون مملوءةً جزئى بالصوديوم وتعمل كأنبوب حرارى لتبريد الصمّام.[109]
الإنارة
لإنارة الشوارع يستخدم أحيان مصابيح بخار الصوديوم، اللى تتميّز بلونها الأصفر البرتقالي، اللى يتشكّل عند تعريض بخار الصوديوملتفريغ كهربائي.[110]
الاختزال
يتميّز الصوديوم بأنّه من المختزلات القويّة، و علشان كده يستخدم فى تعدين بعض الفلزّات اللى مش ممكن اختزالها بالكربون زى التيتانيوم والزركونيوم والتانتالوم واليورانيوم والألومنيوم والمغنسيوم، لأنّ دى الفلزات تشكّل كربيدات ثابتة حرارى صعبة التفكك. كما ممكن استخدام البوتاسيوم لده الغرض أيضاً.
فى المجال المخبرى يستخدم الصوديوم كمختزل مهمّ فى الاصطناع العضوي،[111] زى اختزال بيرتش وتفاعل ازدواج البيناكول.[112] يستخدم ناتج إذابة الصوديوم فى الأمونيا لاختزال الألكايناتلألكينات المفروقة (ترانس).[113][114]
التجفيف
بسبب القابلية المرتفعة للتفاعل لحد مع آثار من الماء، ممكن أن يستخدم سلك مضغوط من الصوديوم كمجفّف للمذيبات العضوية زى ثنائى إيثيل الإيثر والتولوين. بالمقابل مش ممكن استخدام دى الطريقة لتجفيف الكحولات أو المذيبات الهالوجينية (مثل ثنائى كلورو الميثان) لأنّ الصوديوم يتفاعل معها. ممكن استخدام NaK لغرض التجفيف أيضاً، تبدى ميّزات نوعية فى ده المجال. يعطى ناتج عملية التجفيف بالصوديوم (أو NaK) لون شديد الزرقة مع مركّب بنزوفينون.[115]
احتياطات الأمان
عند التماس مع الماء يشكّل الصوديوم غاز الهيدروجين القابل للاشتعال، و محلول هيدروكسيد الصوديوم الأكّال.[116] بالتالى ابتلاع الصوديوم وتماسّه مع الجلد أو العين أو الأغشية المخاطية يسبّب حروق شديدة.[117][118] ينفجر الصوديوم بشكل تلقائى بوجود المؤكسدات.[119]
إنّ مطافئ الحريق ذات الأساس المائى غير مناسبة لإطفاء حرائق الصوديوم، فهى تعمل بالعكس على تسريعها، كما ينبغى تجنّب استعمال مطافئ ذات أساس من ثنائى أكسيد الكربون وبرومو كلورو ثنائى فلورو الميثان (هالون 1211) أيضاً. يستخدم لإطفاء حرائق الفلزّات مطافئ من الصنف D (بودرة جافّة)، اللى يعتمد بعضها زى (Lith-X) على مسحوق من الغرافيت والرمل ومثبّط لهب فوسفاتى عضوي.[120]
تُكافَح حرائق الصوديوم فى المفاعلات النووية بعزل الصوديوم عن الأكسجين بإحاطة أنابيب الصوديوم بغاز خامل.[121] أمّا حرائق الصوديوم ذات النمط البِرَكى فتكافَح بأسلوب مختلف يعتمد على تجميع الصوديوم المتسرّب وسَوقِهلخزّانات استرجاع لعزله عن الأكسجين.
.jpg)
