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Sodio

El sodio es un elemento químico ; su símbolo es Na (del neolatín natrium ) y su número atómico es 11. Es un metal blando, blanco plateado y altamente reactivo . El sodio es un m...

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El sodio es un elemento químico ; su símbolo es Na (del neolatín natrium ) y su número atómico es 11. Es un metal blando, blanco plateado y altamente reactivo . El sodio es un metal alcalino , perteneciente al grupo 1 de la tabla periódica. Su único isótopo estable es el 23Na . El metal libre no se encuentra en la naturaleza y debe obtenerse a partir de compuestos. El sodio es el sexto elemento más abundante en la corteza terrestre y se encuentra en numerosos minerales como los feldespatos , la sodalita y la halita (NaCl). Muchas sales de sodio son altamente solubles en agua: los iones de sodio se han lixiviado de los minerales terrestres por la acción del agua a lo largo de eones, por lo que el sodio y el cloro son los elementos disueltos más comunes en peso en los océanos.  

El sodio fue aislado por primera vez por Humphry Davy en 1807 mediante la electrólisis del hidróxido de sodio . Entre muchos otros compuestos de sodio útiles, el hidróxido de sodio ( lejía ) se utiliza en la fabricación de jabón , y el cloruro de sodio ( sal comestible ) es un agente descongelante y un nutriente para los animales, incluidos los humanos.

El sodio es un elemento esencial para todos los animales y algunas plantas. Los iones de sodio son el catión principal en el líquido extracelular (LEC) y, como tal, son el principal contribuyente a la presión osmótica del LEC . [ 8 ] Las células animales bombean activamente iones de sodio fuera de las células mediante la bomba de sodio-potasio , un complejo enzimático incrustado en la membrana celular , para mantener una concentración de iones de sodio aproximadamente diez veces mayor fuera de la célula que dentro. [ 9 ] En las células nerviosas , el flujo repentino de iones de sodio hacia la célula a través de los canales de sodio dependientes de voltaje permite la transmisión de un impulso nervioso en un proceso llamado potencial de acción .

Características

Físico

Espectro de emisión del sodio, que muestra la línea D.

El sodio, a temperatura y presión estándar, es un metal blando y plateado que se combina con el oxígeno del aire formando óxidos de sodio . El sodio a granel suele almacenarse en aceite o en un gas inerte. El sodio metálico se puede cortar fácilmente con un cuchillo. Es un buen conductor de la electricidad y del calor.

Los puntos de fusión (98  °C) y ebullición (883  °C) del sodio son inferiores a los del litio, pero superiores a los de los metales alcalinos más pesados, como el potasio, el rubidio y el cesio, siguiendo tendencias periódicas a lo largo del grupo. [ 10 ] Estas propiedades cambian drásticamente a presiones elevadas: a 1,5 Mbar , el color cambia de plateado metálico a negro; a 1,9 Mbar, el material se vuelve transparente con un color rojo; y a 3 Mbar, el sodio es un sólido claro y transparente. Todos estos alótropos de alta presión son aislantes y electrides . [ 11 ]  

Una prueba de llama positiva para sodio produce un color amarillo brillante.

En una prueba de llama , el sodio y sus compuestos brillan en amarillo [ 12 ] porque los electrones 3s excitados del sodio emiten un fotón cuando caen del orbital 3p al 3s; la longitud de onda de este fotón corresponde a la línea D a unos 589,3  nm. Las interacciones espín-órbita que involucran al electrón en el orbital 3p dividen la línea D en dos, a 589,0 y 589,6  nm; las estructuras hiperfinas que involucran ambos orbitales causan muchas más líneas. [ 13 ]

isótopos

Se conocen veinte isótopos de sodio, pero solo el 23Na es estable. El 23Na se crea en el proceso de combustión del carbono en las estrellas mediante la fusión de dos átomos de carbono ; esto requiere temperaturas superiores a 600 megakelvin y una estrella de al menos tres masas solares. [ 14 ] Dos isótopos cosmogénicos radiactivos son subproductos de la espalación de rayos cósmicos : el 22Na tiene una vida media de 2,6 años y el 24Na , una vida media de 15 horas; todos los demás isótopos tienen una vida media inferior a un minuto. [ 15 ]

Se han descubierto dos isómeros nucleares , siendo el de mayor duración el 24mNa , con una vida media de aproximadamente 20,2 milisegundos. La radiación neutrónica aguda, como la producida por un accidente de criticidad nuclear , convierte parte del 23Na estable presente en la sangre humana en 24Na ; la dosis de radiación neutrónica de una víctima puede calcularse midiendo la concentración de 24Na en relación con la de 23Na . [ 16 ]

Química

Los átomos de sodio tienen 11 electrones, uno más que la configuración estable del gas noble neón . Las energías de primera y segunda ionización son 495,8  kJ/mol y 4562  kJ/mol, respectivamente. Como resultado, el sodio suele formar compuestos iónicos que involucran al catión Na + . [ 17 ]

sodio metálico

El sodio metálico es generalmente menos reactivo que el potasio y más reactivo que el litio . [ 18 ] El sodio metálico es altamente reductor, con un potencial de reducción estándar para el par Na + /Na de −2,71 voltios, [ 19 ] aunque el potasio y el litio tienen potenciales aún más negativos. [ 20 ]

Sales y óxidos

La estructura del cloruro de sodio muestra una coordinación octaédrica alrededor de los centros Na + y Cl− . Esta estructura se desintegra al disolverse en agua y se recompone al evaporarse el agua.

Los compuestos de sodio son de inmensa importancia comercial, siendo particularmente fundamentales para las industrias que producen vidrio , papel , jabón y textiles . [ 21 ] Los compuestos de sodio más importantes son la sal de mesa (Na Cl ), la ceniza de sosa (Na 2 CO 3 ), el bicarbonato de sodio (Na HCO 3 ), la sosa cáustica (NaOH), el nitrato de sodio (Na NO 3 ), los fosfatos de di- y trisodio , el tiosulfato de sodio (Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O) y el bórax (Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O). [ 22 ] En los compuestos, el sodio generalmente está unido iónicamente al agua y a los aniones y se considera un ácido de Lewis duro . [ 23 ]

Dos imágenes equivalentes de la estructura química del estearato de sodio , un jabón típico.

La mayoría de los jabones son sales sódicas de ácidos grasos . Los jabones de sodio tienen una temperatura de fusión más alta (y parecen "más duros") que los jabones de potasio. [ 22 ]

Al igual que todos los metales alcalinos , el sodio reacciona exotérmicamente con el agua. Las imágenes de alta velocidad de metales alcalinos explotando en agua sugieren que la explosión es una explosión de Coulomb . [ 24 ] [ 25 ] La reacción produce sosa cáustica ( hidróxido de sodio ) y gas hidrógeno inflamable . Al quemarse en el aire, forma principalmente peróxido de sodio con algo de óxido de sodio . [ 26 ]

Soluciones acuosas

El sodio tiende a formar compuestos solubles en agua, como haluros , sulfatos , nitratos , carboxilatos y carbonatos . Las principales especies acuosas son los complejos acuosos [Na(H₂O ) n ] ⁺ , donde n = 4–8; con n = 6 indicado a partir de datos de difracción de rayos X y simulaciones por computadora. [ 27 ]

La precipitación directa de sales de sodio a partir de soluciones acuosas es poco común porque las sales de sodio suelen tener una alta afinidad por el agua. Una excepción es el bismutato de sodio (NaBiO₃ ) , [ 28 ] que es insoluble en agua fría y se descompone en agua caliente. [ 29 ] Debido a la alta solubilidad de sus compuestos, las sales de sodio generalmente se aíslan como sólidos por evaporación o por precipitación con un antisolvente orgánico, como el etanol ; por ejemplo, solo 0,35  g/L de cloruro de sodio se disuelve en etanol. [ 30 ] Un éter corona como el 15-corona-5 puede usarse como catalizador de transferencia de fase . [ 31 ]

El contenido de sodio de las muestras se determina mediante espectrofotometría de absorción atómica o mediante potenciometría utilizando electrodos selectivos de iones. [ 32 ]

Electrodos y soduros

Al igual que otros metales alcalinos, el sodio se disuelve en amoníaco y algunas aminas, dando lugar a soluciones de colores intensos; la evaporación de estas soluciones deja una película brillante de sodio metálico. Las soluciones contienen el complejo de coordinación [Na(NH₃ ) ₆ ] ⁺ , cuya carga positiva se compensa con electrones en forma de aniones ; los criptandos permiten aislar estos complejos como sólidos cristalinos. El sodio forma complejos con éteres corona, criptandos y otros ligandos. [ 33 ]

Por ejemplo, el 15-corona-5 tiene una alta afinidad por el sodio porque el tamaño de la cavidad del 15-corona-5 es de 1,7–2,2  Å, lo cual es suficiente para alojar el ion sodio (1,9  Å). [ 34 ] [ 35 ] Los criptandos, como los éteres corona y otros ionóforos , también tienen una alta afinidad por el ion sodio; los derivados del alcalido Na − se pueden obtener [ 36 ] mediante la adición de criptandos a soluciones de sodio en amoníaco a través de desproporción . [ 37 ]

compuestos organosódicos

La estructura del complejo de sodio (Na + , mostrado en amarillo) y el antibiótico monensina -A

Se han preparado muchos compuestos organosódicos. Debido a la alta polaridad de los enlaces C-Na, se comportan como fuentes de carbaniones ( sales con aniones orgánicos ). Algunos derivados bien conocidos incluyen el ciclopentadienuro de sodio (NaC₅H₅ ) y el tritil sodio ((C₆H₅ ) ₃CNa ) . [ 38 ] El naftaleno de sodio , Na⁺ [ C₁₀H₈ • ] ⁻ , un agente reductor fuerte, se forma al mezclar Na y naftaleno en soluciones etéreas . [ 39 ]

Compuestos intermetálicos

El sodio forma aleaciones con muchos metales, como el potasio, el calcio , el plomo y los elementos de los grupos 11 y 12. El sodio y el potasio forman KNa₂ y NaK . El NaK contiene entre un 40 % y un 90 % de potasio y es líquido a temperatura ambiente . Es un excelente conductor térmico y eléctrico. Las aleaciones de sodio-calcio son subproductos de la producción electrolítica de sodio a partir de una mezcla binaria de sales de NaCl-CaCl₂ y una mezcla ternaria de NaCl-CaCl₂ - BaCl₂ . El calcio es solo parcialmente miscible con el sodio, y el 1-2 % disuelto en el sodio obtenido de dichas mezclas puede precipitarse enfriando a 120  °C y filtrando. [ 40 ]

En estado líquido, el sodio es completamente miscible con el plomo. Existen varios métodos para fabricar aleaciones de sodio y plomo. Uno consiste en fundirlos juntos y otro en depositar sodio electrolíticamente sobre cátodos de plomo fundido. NaPb₃ , NaPb , Na₉Pb₄ , Na₅Pb₂ y Na₁₅Pb₄ son algunas de las aleaciones de sodio y plomo conocidas. El sodio también forma aleaciones con oro (NaAu₂ ) y plata (NaAg₂ ) . Se sabe que los metales del grupo 12 (zinc, cadmio y mercurio) forman aleaciones con sodio. NaZn₁₃ y NaCd₂ son aleaciones de zinc y cadmio . El sodio y el mercurio forman NaHg , NaHg₄ , NaHg₂ , Na₃Hg₂ y Na₃Hg . [ 41 ]

Historia

Debido a su importancia para la salud humana, la sal ha sido durante mucho tiempo un producto básico. En la Europa medieval, un compuesto de sodio con el nombre latino de sodanum se utilizaba como remedio para el dolor de cabeza . Se cree que el nombre sodio proviene del árabe suda , que significa dolor de cabeza, ya que las propiedades analgésicas del carbonato de sodio o soda eran bien conocidas en la antigüedad. [ 42 ]

Aunque el sodio, a veces llamado soda , se había reconocido desde hacía tiempo en compuestos, el metal en sí no fue aislado hasta 1807 por Sir Humphry Davy mediante la electrólisis del hidróxido de sodio . [ 43 ] [ 44 ] En 1809, el físico y químico alemán Ludwig Wilhelm Gilbert propuso los nombres Natronium para el "sodio" de Humphry Davy y Kalium para el "potasio" de Davy. [ 45 ]

La abreviatura química del sodio fue publicada por primera vez en 1814 por Jöns Jakob Berzelius en su sistema de símbolos atómicos, [ 46 ] [ 47 ] y es una abreviatura del nombre neolatino del elemento, natrium , que hace referencia al natrón egipcio , [ 42 ] una sal mineral natural compuesta principalmente de carbonato de sodio hidratado. Históricamente, el natrón tuvo varios usos industriales y domésticos importantes, que posteriormente fueron eclipsados ​​por otros compuestos de sodio. [ 48 ]

El sodio imparte un color amarillo intenso a las llamas. Ya en 1860, Kirchhoff y Bunsen observaron la alta sensibilidad de una prueba de llama de sodio y afirmaron en Annalen der Physik und Chemie : [ 49 ]

En un rincón de nuestra habitación de 60  m³ , el más alejado del aparato, hicimos explotar 3  mg de clorato de sodio con lactosa mientras observábamos la llama no luminosa frente a la rendija. Al cabo de un rato, la llama brilló con un color amarillo intenso y mostró una fuerte línea de sodio que desapareció solo después de 10 minutos. A partir del peso de la sal de sodio y el volumen de aire en la habitación, calculamos fácilmente que una parte en peso de aire no podía contener más de 1/20 millonésima parte del peso del sodio.

Aparición

La corteza terrestre contiene un 2,27 % de sodio, lo que lo convierte en el sexto elemento más abundante en la Tierra y el cuarto metal más abundante, después del aluminio , el hierro , el calcio y el magnesio , y por delante del potasio. [ 50 ] La abundancia oceánica estimada de sodio es de 10,8  gramos por litro. [ 51 ] Debido a su alta reactividad, nunca se encuentra como elemento puro. Se encuentra en muchos minerales, algunos muy solubles, como la halita y el natrón , otros mucho menos solubles, como el anfíbol y la zeolita . La insolubilidad de ciertos minerales de sodio, como la criolita y el feldespato, surge de sus aniones poliméricos, que en el caso del feldespato es un polisilicato. En el universo, el sodio es el decimoquinto elemento más abundante con una abundancia de 20 000 partes por mil millones, [ 52 ] lo que hace que el sodio sea el 0,002 % del total de átomos en el universo.

observaciones astronómicas

El sodio atómico tiene una muy fuerteLínea espectral en la parte amarillo-anaranjada del espectro (la misma línea que se usa en las farolas de vapor de sodio ). Esta aparece como una línea de absorción en muchos tipos de estrellas, incluido el Sol . La línea fue estudiada por primera vez en 1814 por Joseph von Fraunhofer durante su investigación de las líneas en el espectro solar, ahora conocidas como líneas de Fraunhofer . Fraunhofer la denominó  línea "D", aunque ahora se sabe que en realidad es un grupo de líneas muy próximas entre sí, separadas por una estructura fina e hiperfina . [ 53 ]

La intensidad de la  línea D permite su detección en muchos otros entornos astronómicos. En las estrellas, se observa en aquellas cuyas superficies son lo suficientemente frías como para que el sodio exista en forma atómica (en lugar de ionizado). Esto corresponde a estrellas de tipo F o más frías. Muchas otras estrellas parecen tener una línea de absorción de sodio, pero en realidad esto se debe al gas en el medio interestelar en primer plano . Ambas pueden distinguirse mediante espectroscopia de alta resolución, ya que las líneas interestelares son mucho más estrechas que las ensanchadas por la rotación estelar . [ 54 ]

También se ha detectado sodio en numerosos entornos del Sistema Solar , incluidas las exosferas de Mercurio [ 55 ] y la Luna [ 56 ] , y muchos otros cuerpos. Algunos cometas tienen una cola de sodio [ 57 ] , que se detectó por primera vez en observaciones del cometa Hale-Bopp en 1997 [ 58 ] . Incluso se ha detectado sodio en las atmósferas de algunos planetas extrasolares mediante espectroscopia de tránsito [ 59 ] .

Producción comercial

Empleado en aplicaciones bastante especializadas, se producen anualmente alrededor de 100.000 toneladas de sodio metálico. [ 60 ] El sodio metálico se produjo comercialmente por primera vez a finales del siglo XIX [ 40 ] mediante la reducción carbotérmica de carbonato de sodio a 1100  °C, como primer paso del proceso Deville para la producción de aluminio: [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ]

Na 2 CO 3 + 2 C → 2 Na + 3 CO

La elevada demanda de aluminio generó la necesidad de producir sodio. La introducción del proceso Hall-Héroult para la producción de aluminio mediante la electrólisis de un baño de sales fundidas puso fin a la necesidad de grandes cantidades de sodio. En 1886 se desarrolló un proceso relacionado basado en la reducción de hidróxido de sodio. [ 61 ]

El sodio se produce comercialmente mediante la electrólisis de cloruro de sodio fundido (sal común), según un proceso patentado en 1924. [ 64 ] [ 65 ] Esto se realiza en una celda Downs en la que el NaCl se mezcla con cloruro de calcio para reducir el punto de fusión por debajo de 700  °C. [ 66 ] Como el calcio es menos electropositivo que el sodio, no se depositará calcio en el cátodo. [ 67 ] Este método es menos costoso que el proceso Castner anterior (la electrólisis del hidróxido de sodio ). [ 68 ] Si se requiere sodio de alta pureza, se puede destilar una o varias veces.

El mercado del sodio es volátil debido a la dificultad de su almacenamiento y transporte; debe almacenarse bajo una atmósfera de gas inerte seco o aceite mineral anhidro para evitar la formación de una capa superficial de óxido de sodio o superóxido de sodio . [ 69 ]

Usos

Aunque el sodio metálico tiene algunos usos importantes, las principales aplicaciones del sodio utilizan compuestos; se producen millones de toneladas de cloruro , hidróxido y carbonato de sodio anualmente. El cloruro de sodio se utiliza ampliamente para el deshielo y como conservante; ejemplos de los usos del bicarbonato de sodio incluyen la repostería, como agente leudante y el chorreado con soda . Junto con el potasio, muchos medicamentos importantes tienen sodio añadido para mejorar su biodisponibilidad ; aunque el potasio es el mejor ion en la mayoría de los casos, el sodio se elige por su menor precio y peso atómico. [ 70 ] El hidruro de sodio se utiliza como base para varias reacciones (como la reacción aldólica ) en química orgánica.

El sodio metálico se utiliza principalmente para la producción de borohidruro de sodio , azida de sodio , índigo y trifenilfosfina . Un uso que alguna vez fue común fue la fabricación de tetraetilplomo y titanio metálico; debido al abandono del TEL y a los nuevos métodos de producción de titanio, la producción de sodio disminuyó después de 1970. [ 60 ] El sodio también se utiliza como metal de aleación, agente antiincrustante , [ 71 ] y como agente reductor para metales cuando otros materiales son ineficaces.

Nótese que el elemento libre no se utiliza como agente incrustante; los iones del agua se intercambian por iones de sodio. Las lámparas de plasma de sodio ("vapor") se utilizan a menudo para el alumbrado público en las ciudades, emitiendo una luz que varía del amarillo anaranjado al melocotón a medida que aumenta la presión. [ 72 ] Solo o con potasio , el sodio es un desecante ; produce una intensa coloración azul con benzofenona cuando el desecante está seco. [ 73 ]

En síntesis orgánica , el sodio se utiliza en diversas reacciones como la reducción de Birch , y la prueba de fusión de sodio se lleva a cabo para analizar cualitativamente compuestos. [ 74 ] El sodio reacciona con alcoholes y produce alcóxidos , y cuando se disuelve en solución de amoníaco, se puede utilizar para reducir alquinos a trans- alquenos . [ 75 ] [ 76 ] Los láseres que emiten luz en la línea D del sodio se utilizan para crear estrellas guía láser artificiales que ayudan en la óptica adaptativa para telescopios terrestres de luz visible. [ 77 ]

Transferencia de calor

Diagrama de fases de la aleación sodio-potasio (NaK) , que muestra el punto de fusión del sodio en función de la concentración de potasio. La aleación NaK con un 77 % de potasio es eutéctica y tiene el punto de fusión más bajo de las aleaciones NaK, a −12,6  °C. [ 78 ]

El sodio líquido se utiliza como fluido de transferencia de calor en reactores rápidos refrigerados por sodio [ 79 ] debido a su alta conductividad térmica y baja sección transversal de absorción de neutrones , necesarias para lograr un alto flujo de neutrones en el reactor. [ 80 ] El alto punto de ebullición del sodio permite que el reactor opere a presión ambiente (normal), [ 80 ] pero sus inconvenientes incluyen su opacidad, que dificulta el mantenimiento visual, y sus fuertes propiedades reductoras. El sodio explota al contacto con el agua, aunque arde levemente en el aire. [ 81 ]

El sodio-24 radiactivo puede producirse por bombardeo de neutrones durante el funcionamiento, lo que supone un ligero riesgo de radiación; la radiactividad cesa a los pocos días de su retirada del reactor. [ 82 ] Si un reactor necesita apagarse con frecuencia, se utiliza aleación de sodio-potasio (NaK). Dado que el NaK es líquido a temperatura ambiente, el refrigerante no se solidifica en las tuberías. [ 83 ] La piroforicidad del NaK implica que deben tomarse precauciones adicionales para prevenir y detectar fugas. [ 84 ]

Otra aplicación de transferencia de calor del sodio se encuentra en las válvulas de asiento de los motores de combustión interna de alto rendimiento; los vástagos de las válvulas están parcialmente llenos de sodio y funcionan como un tubo de calor para enfriar las válvulas. [ 85 ]

Función biológica

Función biológica en los seres humanos

En los seres humanos, el sodio es un mineral esencial que regula el volumen sanguíneo , la presión arterial, el equilibrio osmótico y el pH . Se estima que el requerimiento fisiológico mínimo de sodio oscila entre unos 120 miligramos al día en recién nacidos y 500 miligramos al día en personas mayores de 10 años. [ 86 ]

Dieta

El cloruro de sodio , también conocido como «sal comestible» o «sal de mesa» [ 87 ] (fórmula química NaCl ), es la principal fuente de sodio ( Na ) en la dieta y se utiliza como condimento y conservante en productos como conservas encurtidas y cecina . Para los estadounidenses, la mayor parte del cloruro de sodio proviene de alimentos procesados . [ 88 ] Otras fuentes de sodio son su presencia natural en los alimentos y aditivos alimentarios como el glutamato monosódico (GMS), el nitrito de sodio , la sacarina sódica, el bicarbonato de sodio y el benzoato de sodio . [ 89 ]

El Instituto de Medicina de los Estados Unidos estableció su límite superior de ingesta tolerable de sodio en 2,3  gramos por día, [ 90 ] pero la persona promedio en los Estados Unidos consume 3,4  gramos por día. [ 91 ] La Asociación Americana del Corazón recomienda no consumir más de 1,5  g de sodio por día. [ 92 ]

El comité para la revisión de las ingestas de referencia dietéticas de sodio y potasio, que forma parte de las Academias Nacionales de Ciencias, Ingeniería y Medicina, ha determinado que no existe suficiente evidencia de estudios de investigación para establecer valores de requerimiento promedio estimado (EAR) y de ingesta diaria recomendada (RDA) para el sodio. En consecuencia, el comité ha establecido niveles de ingesta adecuada (AI) en su lugar, como se indica a continuación. La AI de sodio para lactantes de 0 a 6 meses se establece en 110  mg/día, de 7 a 12 meses: 370  mg/día; para niños de 1 a 3 años: 800  mg/día, de 4 a 8 años: 1000  mg/día; para adolescentes: de 9 a 13 años: 1200  mg/día, de 14 a 18 años : 1500 mg  /día; para adultos, independientemente de su edad o sexo: 1500  mg/día. [ 93 ]

El cloruro de sodio ( NaCl ) contiene aproximadamente el 39,34% de su masa total como sodio elemental ( Na ). Esto significa que1  gramo de cloruro de sodio contiene aproximadamente393,4  mg de sodio elemental. [ 94 ] Por ejemplo, para averiguar cuánto cloruro de sodio contiene 1500  mg de sodio elemental (el valor de 1500  mg de sodio es la ingesta adecuada (IA) para un adulto), podemos usar la proporción:

393,4 mg Na  : 1000 mg NaCl = 1500 mg Na  : x mg NaCl

Al despejar x, obtenemos la cantidad de cloruro de sodio que contiene 1500  mg de sodio elemental.

x = (1500 mg Na × 1000 mg NaCl) / 393,4 mg Na = 3812,91 mg

Esto significa que 3812,91  mg de cloruro de sodio contienen 1500  mg de sodio elemental. [ 94 ]

Alto consumo de sodio

El alto consumo de sodio es perjudicial para la salud y puede provocar alteraciones en el funcionamiento mecánico del corazón. [ 95 ] El alto consumo de sodio también se asocia con enfermedad renal crónica , hipertensión arterial , enfermedades cardiovasculares y accidente cerebrovascular . [ 95 ]

Hipertensión

Existe una fuerte correlación entre una mayor ingesta de sodio y una mayor presión arterial. [ 96 ] Los estudios han demostrado que reducir la ingesta de sodio en 2  g por día tiende a disminuir la presión arterial sistólica entre dos y cuatro mm  Hg. [ 97 ] Se ha estimado que dicha disminución en la ingesta de sodio conllevaría entre un 9 % y un 17 % menos de casos de hipertensión . [ 97 ]

La hipertensión causa 7,6 millones de muertes prematuras en todo el mundo cada año. [ 98 ] Dado que la sal comestible contiene aproximadamente un 39,3 % de sodio [ 99 ] —el resto es cloro y trazas de sustancias químicas; por lo tanto, 2,3  g de sodio son aproximadamente 5,9  g, o 5,3  ml, de sal—aproximadamente una cucharadita estadounidense . [ 100 ] [ 101 ]

Una revisión científica encontró que las personas con o sin hipertensión que excretaban menos de 3 gramos de sodio por día en su orina (y por lo tanto ingerían menos de 3  g/día) tenían un mayor riesgo de muerte, accidente cerebrovascular o ataque cardíaco que aquellas que excretaban de 4 a 5 gramos por día. [ 102 ] Los niveles de 7  g por día o más en personas con hipertensión se asociaron con una mayor mortalidad y eventos cardiovasculares, pero esto no se encontró que fuera cierto para las personas sin hipertensión . [ 102 ] La FDA de EE. UU. afirma que los adultos con hipertensión y prehipertensión deben reducir la ingesta diaria de sodio a 1,5  g. [ 101 ]

Fisiología

El sistema renina-angiotensina regula la cantidad de líquido y la concentración de sodio en el cuerpo. La reducción de la presión arterial y la concentración de sodio en el riñón produce renina , que a su vez produce aldosterona y angiotensina , las cuales estimulan la reabsorción de sodio de vuelta al torrente sanguíneo. Cuando la concentración de sodio aumenta, la producción de renina disminuye y la concentración de sodio vuelve a la normalidad. [ 103 ] El ion sodio (Na + ) es un electrolito importante en la función neuronal y en la osmorregulación entre las células y el líquido extracelular . Esto se logra en todos los animales mediante la Na + /K + -ATPasa , un transportador activo que bombea iones contra el gradiente, y los canales de sodio/potasio. [ 104 ] La diferencia en la concentración de iones extracelulares e intracelulares, mantenida por la bomba de sodio-potasio, produce señales eléctricas en forma de potenciales de acción que sustentan la contracción del músculo cardíaco y promueven la comunicación a larga distancia entre neuronas. [ 9 ] El sodio es el ion metálico más prevalente en el líquido extracelular. [ 105 ]

En los seres humanos, los niveles inusualmente bajos o altos de sodio en la sangre se conocen en medicina como hiponatremia e hipernatremia . Estas afecciones pueden ser causadas por factores genéticos, el envejecimiento o vómitos o diarrea prolongados. [ 106 ]

Función biológica en las plantas

En las plantas C4 , el sodio es un micronutriente que ayuda al metabolismo, específicamente en la regeneración del fosfoenolpiruvato y la síntesis de clorofila . [ 107 ] En otras, sustituye al potasio en varias funciones, como mantener la presión de turgencia y ayudar en la apertura y cierre de los estomas . [ 108 ] El exceso de sodio en el suelo puede limitar la absorción de agua al disminuir el potencial hídrico , lo que puede provocar el marchitamiento de la planta; las concentraciones excesivas en el citoplasma pueden conducir a la inhibición enzimática, lo que a su vez causa necrosis y clorosis. [ 109 ]

En respuesta, algunas plantas han desarrollado mecanismos para limitar la absorción de sodio en las raíces, almacenarlo en las vacuolas celulares y restringir el transporte de sal desde las raíces hasta las hojas. [ 110 ] El exceso de sodio también puede almacenarse en el tejido vegetal viejo, limitando el daño al nuevo crecimiento. Las halófitas se han adaptado para poder prosperar en ambientes ricos en sodio. [ 110 ]

Seguridad y precauciones

El sodio forma hidrógeno inflamable e hidróxido de sodio cáustico al entrar en contacto con el agua; [ 113 ] la ingestión y el contacto con la humedad en la piel, los ojos o las membranas mucosas pueden causar quemaduras graves. [ 114 ] [ 115 ] El sodio explota espontáneamente en presencia de agua debido a la formación de hidrógeno (altamente explosivo) e hidróxido de sodio (que se disuelve en el agua, liberando más superficie). Sin embargo, el sodio expuesto al aire y encendido o que alcanza la autoignición (se ha informado que ocurre cuando una piscina de sodio fundido alcanza aproximadamente 290 °C, 554 °F ) [ 116 ] muestra un fuego relativamente leve.  

En el caso de piezas masivas (no fundidas) de sodio, la reacción con el oxígeno se vuelve lenta debido a la formación de una capa protectora. [ 117 ] Los extintores a base de agua aceleran los incendios de sodio. Los que contienen dióxido de carbono y bromoclorodifluorometano no deben usarse en incendios de sodio. [ 115 ] Los incendios de metales son de Clase D , pero no todos los extintores de Clase D son efectivos para extinguir incendios de sodio. Un agente extintor efectivo para incendios de sodio es Met-LX. [ 115 ] Otros agentes efectivos incluyen Lith-X, que contiene polvo de grafito y un retardante de llama organofosforado , y arena seca. [ 118 ]

Los incendios de sodio se previenen en los reactores nucleares aislando el sodio del oxígeno con tuberías circundantes que contienen gas inerte. [ 119 ] Los incendios de sodio de tipo piscina se previenen mediante diversas medidas de diseño denominadas sistemas de bandeja de recogida. Estos recogen el sodio que se filtra en un tanque de recuperación de fugas donde se aísla del oxígeno. [ 119 ]

Los incendios de sodio líquido son más peligrosos de manejar que los incendios de sodio sólido, particularmente si no se tiene suficiente experiencia en el manejo seguro de sodio fundido. En un informe técnico para la Administración de Incendios de los Estados Unidos , [ 114 ] RJ Gordon escribe (énfasis en el original)

El sodio fundido es extremadamente peligroso porque es mucho más reactivo que una masa sólida. En estado líquido, cada átomo de sodio es libre y móvil, y puede combinarse instantáneamente con cualquier átomo de oxígeno u otro oxidante disponible. Cualquier subproducto gaseoso se creará como una burbuja de gas que se expande rápidamente dentro de la masa fundida. Incluso una cantidad mínima de agua puede provocar este tipo de reacción. Cualquier cantidad de agua introducida en una masa de sodio fundido probablemente cause una explosión violenta en su interior, liberando el hidrógeno como un gas que se expande rápidamente y provocando que el sodio fundido salga disparado del recipiente. Cuando el sodio fundido se ve involucrado en un incendio, la combustión ocurre en la superficie del líquido. Se puede usar un gas inerte, como nitrógeno o argón, para formar una capa inerte sobre la masa de sodio líquido en combustión, pero el gas debe aplicarse con mucha suavidad y mantenerse sobre la superficie. Excepto la ceniza de sosa, la mayoría de los agentes en polvo que se usan para extinguir pequeños incendios en trozos sólidos o en charcos poco profundos se hundirán hasta el fondo de una masa de sodio fundido en combustión; el sodio flotará en la superficie y continuará ardiendo. Si el sodio en combustión se encuentra en un recipiente, puede ser posible extinguir el fuego colocando una tapa en el recipiente para impedir la entrada de oxígeno.

Véase también

Referencias

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  • El sodio en la tabla periódica de los vídeos (Universidad de Nottingham)
  • Etimología de "natrium" – origen del símbolo Na
  • La tabla periódica de madera: Entrada sobre el sodio
  • Datos de isótopos de sodio del Proyecto de Isótopos del Laboratorio Berkeley.
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