सोडियम

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सोडियम एक रासायनिक तत्व है; इसका प्रतीक Na (नव-लैटिन natrium से) और परमाणु क्रमांक 11 है। यह एक नरम, चांदी जैसा सफेद, अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातु है। सोडियम एक क्षार धातु है, जो आवर्त सारणी के समूह 1 में स्थित है। इसका एकमात्र स्थिर समस्थानिक 23Na है। मुक्त धातु प्रकृति में नहीं पाई जाती है और इसे यौगिकों से तैयार किया जाना चाहिए। सोडियम पृथ्वी की पपड़ी में छठा सबसे प्रचुर तत्व है और यह फेल्डस्पार, सोडालाइट और हैलाइट (NaCl) जैसे कई खनिजों में मौजूद है। सोडियम के कई लवण अत्यधिक जल-घुलनशील होते हैं: सोडियम आयनों को युगों से पृथ्वी के खनिजों से पानी की क्रिया द्वारा निक्षालित किया गया है, और इस प्रकार सोडियम और क्लोरीन महासागरों में वजन के हिसाब से सबसे आम घुले हुए तत्व हैं।

सोडियम को पहली बार 1807 में हम्फ्री डेवी द्वारा सोडियम हाइड्रॉक्साइड के विद्युत अपघटन द्वारा अलग किया गया था। कई अन्य उपयोगी सोडियम यौगिकों के अलावा, सोडियम हाइड्रॉक्साइड (लाई) का उपयोग साबुन निर्माण में किया जाता है, और सोडियम क्लोराइड (खाने योग्य नमक) एक डी-आइसिंग एजेंट है और मनुष्यों सहित जानवरों के लिए एक पोषक तत्व है।

सोडियम सभी जानवरों और कुछ पौधों के लिए एक आवश्यक तत्व है। सोडियम आयन बाह्यकोशिकीय द्रव (ECF) में प्रमुख धनायन हैं और इस प्रकार ECF परासरणी दबाव में प्रमुख योगदानकर्ता हैं।[1] पशु कोशिकाएं कोशिका झिल्ली में एम्बेडेड एक एंजाइम कॉम्प्लेक्स, सोडियम-पोटेशियम पंप के माध्यम से कोशिकाओं से सोडियम आयनों को सक्रिय रूप से बाहर पंप करती हैं, ताकि कोशिका के बाहर सोडियम आयनों की सांद्रता कोशिका के अंदर की तुलना में लगभग दस गुना अधिक बनी रहे।[2] तंत्रिका कोशिकाओं में, वोल्टेज-गेटेड सोडियम चैनल के माध्यम से कोशिका में सोडियम आयनों का अचानक प्रवाह क्रिया विभव नामक प्रक्रिया में तंत्रिका आवेग के संचरण को सक्षम बनाता है।

विशेषताएं

भौतिक

मानक तापमान और दबाव पर सोडियम एक नरम चांदी जैसी धातु है जो हवा में ऑक्सीजन के साथ मिलकर सोडियम ऑक्साइड बनाती है। थोक सोडियम को आमतौर पर तेल या अक्रिय गैस में संग्रहित किया जाता है। सोडियम धातु को चाकू से आसानी से काटा जा सकता है। यह बिजली और गर्मी का एक अच्छा संवाहक है।

सोडियम का गलनांक (98 °C) और क्वथनांक (883 °C) लिथियम की तुलना में कम लेकिन भारी क्षार धातुओं पोटेशियम, रूबिडियम और सीज़ियम की तुलना में अधिक है, जो समूह में नीचे की ओर आवधिक प्रवृत्तियों का पालन करते हैं।[3] ये गुण उच्च दबाव पर नाटकीय रूप से बदलते हैं: 1.5 Mbar पर, रंग चांदी जैसी धातु से बदलकर काला हो जाता है; 1.9 Mbar पर सामग्री लाल रंग के साथ पारदर्शी हो जाती है; और 3 Mbar पर, सोडियम एक स्पष्ट और पारदर्शी ठोस है। ये सभी उच्च-दबाव अपरूप इंसुलेटर और इलेक्ट्राइड हैं।[4]

ज्वाला परीक्षण में, सोडियम और इसके यौगिक पीले रंग के चमकते हैं[5] क्योंकि सोडियम के उत्तेजित 3s इलेक्ट्रॉन जब 3p से 3s में गिरते हैं तो एक फोटॉन उत्सर्जित करते हैं; इस फोटॉन की तरंग दैर्ध्य लगभग 589.3 nm पर D रेखा के अनुरूप होती है। 3p कक्षक में इलेक्ट्रॉन से जुड़ी स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन D रेखा को दो भागों में विभाजित करती है, 589.0 और 589.6 nm पर; दोनों कक्षकों से जुड़ी हाइपरफाइन संरचनाएं कई और रेखाएं बनाती हैं।[6]

समस्थानिक

सोडियम के बीस समस्थानिक ज्ञात हैं, लेकिन केवल 23Na स्थिर है। 23Na का निर्माण तारों में कार्बन-जलन प्रक्रिया में दो कार्बन परमाणुओं को एक साथ जोड़कर होता है; इसके लिए 600 मेगाकेल्विन से अधिक तापमान और कम से कम तीन सौर द्रव्यमान वाले तारे की आवश्यकता होती है।[7] दो रेडियोधर्मी, कॉस्मोजेनिक समस्थानिक कॉस्मिक रे स्पैलेशन के उपोत्पाद हैं: 22Na का अर्ध-आयु 2.6 वर्ष है और 24Na की अर्ध-आयु 15 घंटे है; अन्य सभी समस्थानिकों की अर्ध-आयु एक मिनट से कम है।[8]

दो परमाणु आइसोमर खोजे गए हैं, जिनमें से अधिक समय तक जीवित रहने वाला 24mNa है जिसकी अर्ध-आयु लगभग 20.2 मिलीसेकंड है। तीव्र न्यूट्रॉन विकिरण, जैसे कि परमाणु क्रिटिकलिटी दुर्घटना से, मानव रक्त में कुछ स्थिर 23Na को 24Na में परिवर्तित कर देता है; पीड़ित की न्यूट्रॉन विकिरण खुराक की गणना 23Na के सापेक्ष 24Na की सांद्रता को मापकर की जा सकती है।[9]

रसायन विज्ञान

मुख्य लेख: सोडियम यौगिक

सोडियम परमाणुओं में 11 इलेक्ट्रॉन होते हैं, जो नोबल गैस नियॉन के स्थिर विन्यास से एक अधिक है। पहली और दूसरी आयनन ऊर्जा क्रमशः 495.8 kJ/mol और 4562 kJ/mol हैं। परिणामस्वरूप, सोडियम आमतौर पर Na+ धनायन से जुड़े आयनिक यौगिक बनाता है।[10]

धात्विक सोडियम

धात्विक सोडियम आमतौर पर पोटेशियम की तुलना में कम प्रतिक्रियाशील और लिथियम की तुलना में अधिक प्रतिक्रियाशील होता है।[11] सोडियम धातु अत्यधिक अपचायक है, Na+/Na युग्म के लिए मानक अपचयन विभव -2.71 वोल्ट है,[12] हालांकि पोटेशियम और लिथियम में और भी अधिक नकारात्मक विभव होते हैं।[13]

लवण और ऑक्साइड

सोडियम यौगिक

सोडियम यौगिकों का अत्यधिक व्यावसायिक महत्व है, जो विशेष रूप से कांच, कागज, साबुन और कपड़ा उद्योग के लिए केंद्रीय हैं।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 89) सबसे महत्वपूर्ण सोडियम यौगिक टेबल साल्ट (NaCl), सोडा ऐश (Na2CO3), बेकिंग सोडा (NaHCO3), कास्टिक सोडा (NaOH), सोडियम नाइट्रेट (NaNO3), डाई- और ट्राई-सोडियम फॉस्फेट, सोडियम थायोसल्फेट (Na2S2O3·5H2O), और बोरेक्स (Na2B4O7·10H2O) हैं।[14] यौगिकों में, सोडियम आमतौर पर पानी और आयनों के साथ आयनिक रूप से बंधा होता है और इसे एक कठोर लुईस एसिड के रूप में देखा जाता है।[15]

अधिकांश साबुन फैटी एसिड के सोडियम लवण होते हैं। सोडियम साबुन का गलनांक पोटेशियम साबुन की तुलना में अधिक होता है (और वे "कठोर" लगते हैं)।[14]

सभी क्षार धातुओं की तरह, सोडियम पानी के साथ ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया करता है। पानी में विस्फोट करने वाली क्षार धातुओं की हाई-स्पीड कैमरा इमेजिंग ने सुझाव दिया है कि विस्फोट एक कूलम्ब विस्फोट है।[16][17] प्रतिक्रिया कास्टिक सोडा (सोडियम हाइड्रॉक्साइड) और ज्वलनशील हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करती है। जब हवा में जलाया जाता है, तो यह मुख्य रूप से सोडियम पेरोक्साइड बनाता है जिसमें कुछ सोडियम ऑक्साइड होता है।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 84)

जलीय घोल

सोडियम पानी में घुलनशील यौगिक बनाने की प्रवृत्ति रखता है, जैसे हैलाइड, सल्फेट, नाइट्रेट, कार्बोक्सिलेट और कार्बोनेट। मुख्य जलीय प्रजातियां एक्वो कॉम्प्लेक्स [Na(H2O)n]+ हैं, जहां n = 4–8; X-रे विवर्तन डेटा और कंप्यूटर सिमुलेशन से n = 6 का संकेत मिलता है।[18]

जलीय घोल से सोडियम लवणों का सीधा अवक्षेपण दुर्लभ है क्योंकि सोडियम लवणों में आमतौर पर पानी के लिए उच्च आकर्षण होता है। एक अपवाद सोडियम बिस्मथेट (NaBiO3) है,[19] जो ठंडे पानी में अघुलनशील है और गर्म पानी में विघटित हो जाता है।[20] अपने यौगिकों की उच्च घुलनशीलता के कारण, सोडियम लवण आमतौर पर वाष्पीकरण द्वारा या कार्बनिक एंटीसॉल्वेंट, जैसे इथेनॉल के साथ अवक्षेपण द्वारा ठोस के रूप में अलग किए जाते हैं; उदाहरण के लिए, इथेनॉल में सोडियम क्लोराइड का केवल 0.35 g/L ही घुलेगा।[21] 15-क्राउन-5 जैसे क्राउन ईथर का उपयोग फेज-ट्रांसफर उत्प्रेरक के रूप में किया जा सकता है।[22]

नमूनों की सोडियम सामग्री परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री या आयन-चयनात्मक इलेक्ट्रोड का उपयोग करके पोटेंशियोमेट्री द्वारा निर्धारित की जाती है।[23]

इलेक्ट्राइड और सोडाइड

अन्य क्षार धातुओं की तरह, सोडियम अमोनिया और कुछ एमाइन में घुलकर गहरे रंग के घोल देता है; इन घोलों के वाष्पीकरण से धात्विक सोडियम की एक चमकदार फिल्म रह जाती है। घोल में समन्वय परिसर [Na(NH3)6]+ होता है, जिसमें सकारात्मक आवेश इलेक्ट्रॉनों के आयनों के रूप में संतुलित होता है; क्रिप्टैंड इन परिसरों को क्रिस्टलीय ठोस के रूप में अलग करने की अनुमति देते हैं। सोडियम क्राउन ईथर, क्रिप्टैंड और अन्य लिगेंड के साथ परिसर बनाता है।[24]

उदाहरण के लिए, 15-क्राउन-5 का सोडियम के लिए उच्च आकर्षण है क्योंकि 15-क्राउन-5 का गुहा आकार 1.7–2.2 Å है, जो सोडियम आयन (1.9 Å) को फिट करने के लिए पर्याप्त है।[25][26] क्रिप्टैंड, क्राउन ईथर और अन्य आयनोफोर की तरह, सोडियम आयन के लिए भी उच्च आकर्षण रखते हैं; अल्कालाइड Na− के डेरिवेटिव विषमानुपातन के माध्यम से अमोनिया में सोडियम के घोल में क्रिप्टैंड जोड़कर प्राप्त किए जा सकते हैं।[27][28]

ऑर्गनोसोडियम यौगिक

कई ऑर्गनोसोडियम यौगिक तैयार किए गए हैं। C-Na बांड की उच्च ध्रुवीयता के कारण, वे कार्बोनियन (कार्बनिक आयन वाले लवण) के स्रोतों की तरह व्यवहार करते हैं। कुछ प्रसिद्ध डेरिवेटिव में सोडियम साइक्लोपेंटाडाइनाइड (NaC5H5) और ट्रिटिल सोडियम ((C6H5)3CNa) शामिल हैं।[29] सोडियम नेफ़थलीन, Na+[C10H8•]−, एक मजबूत अपचायक एजेंट, ईथरीय घोल में Na और नेफ़थलीन को मिलाने पर बनता है।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 111)

इंटरमेटेलिक यौगिक

सोडियम कई धातुओं के साथ मिश्र धातु बनाता है, जैसे पोटेशियम, कैल्शियम, सीसा, और समूह 11 और 12 तत्व। सोडियम और पोटेशियम KNa2 और NaK बनाते हैं। NaK 40–90% पोटेशियम है और यह परिवेश तापमान पर तरल होता है। यह एक उत्कृष्ट थर्मल और विद्युत संवाहक है। सोडियम-कैल्शियम मिश्र धातु NaCl-CaCl2 के बाइनरी नमक मिश्रण और NaCl–CaCl2-BaCl2 के टर्नरी मिश्रण से सोडियम के इलेक्ट्रोलाइटिक उत्पादन के उप-उत्पाद हैं। कैल्शियम सोडियम के साथ केवल आंशिक रूप से मिश्रणीय है, और उक्त मिश्रणों से प्राप्त सोडियम में घुले 1-2% कैल्शियम को 120 °C तक ठंडा करके और छानकर अवक्षेपित किया जा सकता है।[30]

तरल अवस्था में, सोडियम सीसा के साथ पूरी तरह से मिश्रणीय है। सोडियम-सीसा मिश्र धातु बनाने के कई तरीके हैं। एक उन्हें एक साथ पिघलाना है और दूसरा पिघले हुए सीसा कैथोड पर सोडियम को इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से जमा करना है। NaPb3, NaPb, Na9Pb4, Na5Pb2, और Na15Pb4 कुछ ज्ञात सोडियम-सीसा मिश्र धातु हैं। सोडियम सोना (NaAu2) और चांदी (NaAg2) के साथ भी मिश्र धातु बनाता है। समूह 12 धातुएं (जस्ता, कैडमियम और पारा) सोडियम के साथ मिश्र धातु बनाने के लिए जानी जाती हैं। NaZn13 और NaCd2 जस्ता और कैडमियम के मिश्र धातु हैं। सोडियम और पारा NaHg, NaHg4, NaHg2, Na3Hg2, और Na3Hg बनाते हैं।[31]

इतिहास

मानव स्वास्थ्य में इसके महत्व के कारण, नमक लंबे समय से एक महत्वपूर्ण वस्तु रही है। मध्ययुगीन यूरोप में, लैटिन नाम sodanum के साथ सोडियम के एक यौगिक का उपयोग सिरदर्द के उपचार के रूप में किया जाता था। माना जाता है कि सोडियम नाम अरबी suda से उत्पन्न हुआ है, जिसका अर्थ है सिरदर्द, क्योंकि सोडियम कार्बोनेट या सोडा के सिरदर्द कम करने वाले गुण शुरुआती समय में अच्छी तरह से ज्ञात थे।[32]

हालांकि सोडियम, जिसे कभी-कभी सोडा कहा जाता है, लंबे समय से यौगिकों में पहचाना जाता था, धातु को खुद 1807 में सर हम्फ्री डेवी द्वारा सोडियम हाइड्रॉक्साइड के विद्युत अपघटन के माध्यम से अलग नहीं किया गया था।[33][34] 1809 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी और रसायनज्ञ लुडविग विल्हेम गिल्बर्ट ने हम्फ्री डेवी के "सोडियम" के लिए Natronium और डेवी के "पोटेशियम" के लिए Kalium नाम प्रस्तावित किए।[35]

सोडियम के लिए रासायनिक संक्षिप्त नाम पहली बार 1814 में जोंस जैकब बर्ज़ेलियस द्वारा उनके परमाणु प्रतीकों की प्रणाली में प्रकाशित किया गया था,[36][37] और यह तत्व के नव-लैटिन नाम natrium का एक संक्षिप्त रूप है, जो मिस्र के नैट्रॉन को संदर्भित करता है,[32] एक प्राकृतिक खनिज नमक जिसमें मुख्य रूप से हाइड्रेटेड सोडियम कार्बोनेट होता है। नैट्रॉन के ऐतिहासिक रूप से कई महत्वपूर्ण औद्योगिक और घरेलू उपयोग थे, जो बाद में अन्य सोडियम यौगिकों द्वारा ग्रहण कर लिए गए।[38]

सोडियम ज्वालाओं को एक तीव्र पीला रंग प्रदान करता है। 1860 की शुरुआत में, किरचॉफ और बुनसेन ने सोडियम ज्वाला परीक्षण की उच्च संवेदनशीलता को नोट किया, और Annalen der Physik und Chemie में कहा:[39]

हमारे 60 m3 कमरे के उपकरण से सबसे दूर के कोने में, हमने स्लिट के सामने गैर-चमकदार ज्वाला का निरीक्षण करते हुए दूध की चीनी के साथ 3 मिलीग्राम सोडियम क्लोरेट का विस्फोट किया। थोड़ी देर बाद, यह एक चमकीले पीले रंग में चमक उठा और एक मजबूत सोडियम रेखा दिखाई दी जो केवल 10 मिनट बाद गायब हो गई। सोडियम नमक के वजन और कमरे में हवा की मात्रा से, हम आसानी से गणना करते हैं कि हवा के वजन का एक हिस्सा सोडियम के 1/20 मिलियनवें वजन से अधिक नहीं हो सकता है।

घटना

पृथ्वी की पपड़ी में 2.27% सोडियम होता है, जो इसे पृथ्वी पर छठा सबसे प्रचुर तत्व और चौथा सबसे प्रचुर धातु बनाता है, जो एल्यूमीनियम, लोहा, कैल्शियम और मैग्नीशियम के पीछे और पोटेशियम से आगे है।(Greenwood, Earnshaw, 1997, p. 69) सोडियम की अनुमानित समुद्री प्रचुरता 10.8 ग्राम प्रति लीटर है।[40] अपनी उच्च प्रतिक्रियाशीलता के कारण, यह कभी भी शुद्ध तत्व के रूप में नहीं पाया जाता है। यह कई खनिजों में पाया जाता है, कुछ बहुत घुलनशील, जैसे हैलाइट और नैट्रॉन, अन्य बहुत कम घुलनशील, जैसे एम्फीबोल और जिओलाइट। कुछ सोडियम खनिजों जैसे क्रायोलाइट और फेल्डस्पार की अघुलनशीलता उनके बहुलक आयनों से उत्पन्न होती है, जो फेल्डस्पार के मामले में एक पॉलिसिलिकेट है। ब्रह्मांड में, सोडियम 20,000 भाग-प्रति-बिलियन प्रचुरता के साथ 15वां सबसे प्रचुर तत्व है,[41] जो सोडियम को ब्रह्मांड में कुल परमाणुओं का 0.002% बनाता है।

खगोलीय अवलोकन

परमाणु सोडियम में स्पेक्ट्रम के पीले-नारंगी हिस्से में एक बहुत मजबूत स्पेक्ट्रल रेखा होती है (वही रेखा जो सोडियम-वाष्प स्ट्रीट लाइट में उपयोग की जाती है)। यह सूर्य सहित कई प्रकार के तारों में एक अवशोषण रेखा के रूप में दिखाई देता है। इस रेखा का अध्ययन पहली बार 1814 में जोसेफ वॉन फ्रॉनहोफर द्वारा सौर स्पेक्ट्रम में रेखाओं की जांच के दौरान किया गया था, जिसे अब फ्रॉनहोफर रेखाएं के रूप में जाना जाता है। फ्रॉनहोफर ने इसे "D" रेखा नाम दिया, हालांकि अब यह वास्तव में फाइन और हाइपरफाइन संरचना द्वारा विभाजित बारीकी से स्थित रेखाओं का एक समूह माना जाता है।[42]

D रेखा की प्रबलता के कारण इसे कई अन्य खगोलीय वातावरणों में पहचाना जा सकता है। तारों में, यह उन सभी में दिखाई देती है जिनकी सतहें इतनी ठंडी होती हैं कि सोडियम परमाणु रूप में (आयनित होने के बजाय) मौजूद रह सके। यह लगभग F-प्रकार और उससे ठंडे तारों के अनुरूप है। कई अन्य तारों में सोडियम अवशोषण रेखा दिखाई देती है, लेकिन यह वास्तव में अग्रभूमि interstellar medium (अंतरतारकीय माध्यम) में मौजूद गैस के कारण होती है। इन दोनों को उच्च-रिज़ॉल्यूशन स्पेक्ट्रोस्कोपी के माध्यम से अलग किया जा सकता है, क्योंकि अंतरतारकीय रेखाएं stellar rotation (तारकीय घूर्णन) द्वारा चौड़ी की गई रेखाओं की तुलना में बहुत संकरी होती हैं।[43]

सोडियम को Solar System (सौर मंडल) के कई वातावरणों में भी पहचाना गया है, जिसमें बुध[44] और Moon (चंद्रमा) के exosphere (बहिर्मंडल),[45] तथा कई अन्य पिंड शामिल हैं। कुछ comet (धूमकेतुओं) में सोडियम पूंछ होती है,[46] जिसे पहली बार 1997 में Comet Hale–Bopp (हेल-बॉप्प धूमकेतु) के अवलोकनों में पहचाना गया था।[47] सोडियम को transit spectroscopy (पारगमन स्पेक्ट्रोस्कोपी) के माध्यम से कुछ extrasolar planet (सौरमंडल के बाहर के ग्रहों) के वायुमंडल में भी पहचाना गया है।[48]

व्यावसायिक उत्पादन

काफी विशिष्ट अनुप्रयोगों में नियोजित, प्रतिवर्ष लगभग 100,000 टन धात्विक सोडियम का उत्पादन किया जाता है।[49] धात्विक सोडियम का उत्पादन पहली बार उन्नीसवीं सदी के अंत में[30] एल्युमीनियम के उत्पादन के लिए Deville process (डेविल प्रक्रिया) के पहले चरण के रूप में 1100 °C पर sodium carbonate (सोडियम कार्बोनेट) के carbothermal reduction (कार्बोथर्मल अपचयन) द्वारा व्यावसायिक रूप से किया गया था:[50][51][52]

Na2CO3 + 2 C → 2 Na + 3 CO

एल्युमीनियम की उच्च मांग ने सोडियम के उत्पादन की आवश्यकता पैदा की। एल्युमीनियम के उत्पादन के लिए पिघले हुए नमक के स्नान के विद्युत अपघटन द्वारा Hall–Héroult process (हॉल-हेरौल्ट प्रक्रिया) की शुरुआत ने सोडियम की बड़ी मात्रा की आवश्यकता को समाप्त कर दिया। 1886 में सोडियम हाइड्रॉक्साइड के अपचयन पर आधारित एक संबंधित प्रक्रिया विकसित की गई थी।[50]

सोडियम का उत्पादन अब व्यावसायिक रूप से पिघले हुए sodium chloride (साधारण नमक) के electrolysis (विद्युत अपघटन) के माध्यम से किया जाता है, जो 1924 में पेटेंट कराई गई एक प्रक्रिया पर आधारित है।[53][54] यह एक Downs cell (डाउन्स सेल) में किया जाता है जिसमें NaCl को calcium chloride (कैल्शियम क्लोराइड) के साथ मिलाया जाता है ताकि melting point (गलनांक) को 700 °C से नीचे लाया जा सके।[55] चूंकि calcium (कैल्शियम) सोडियम की तुलना में कम electropositive (विद्युतधनात्मक) है, इसलिए कैथोड पर कोई कैल्शियम जमा नहीं होगा।[56] यह विधि पिछली Castner process (सोडियम हाइड्रॉक्साइड का विद्युत अपघटन) की तुलना में कम महंगी है।[57] यदि उच्च शुद्धता वाले सोडियम की आवश्यकता होती है, तो इसे एक या कई बार distilled (आसवित) किया जा सकता है।

सोडियम का बाजार अस्थिर है क्योंकि इसके भंडारण और शिपिंग में कठिनाई होती है; इसे sodium oxide (सोडियम ऑक्साइड) या sodium superoxide (सोडियम सुपरऑक्साइड) की सतह परत के निर्माण को रोकने के लिए एक शुष्क inert gas (अक्रिय गैस) वातावरण या anhydrous (निर्जल) mineral oil (खनिज तेल) के नीचे संग्रहित किया जाना चाहिए।[58]

उपयोग

यह भी देखें: Sodium supplements

हालाँकि धात्विक सोडियम के कुछ महत्वपूर्ण उपयोग हैं, लेकिन सोडियम के प्रमुख अनुप्रयोग इसके यौगिकों का उपयोग करते हैं; प्रतिवर्ष लाखों टन sodium chloride (सोडियम क्लोराइड), हाइड्रॉक्साइड, और कार्बोनेट का उत्पादन किया जाता है। सोडियम क्लोराइड का व्यापक रूप से anti-icing (बर्फ-रोधी) और de-icing (बर्फ हटाने) के लिए और एक संरक्षक के रूप में उपयोग किया जाता है; sodium bicarbonate (सोडियम बाइकार्बोनेट) के उपयोग के उदाहरणों में बेकिंग, एक फुलाने वाले एजेंट के रूप में, और sodablasting शामिल हैं। पोटेशियम के साथ, कई महत्वपूर्ण दवाओं में उनकी bioavailability (जैव उपलब्धता) को बेहतर बनाने के लिए सोडियम मिलाया जाता है; हालाँकि अधिकांश मामलों में पोटेशियम बेहतर आयन है, लेकिन सोडियम को उसकी कम कीमत और परमाणु भार के कारण चुना जाता है।[59] Sodium hydride (सोडियम हाइड्राइड) का उपयोग कार्बनिक रसायन विज्ञान में विभिन्न प्रतिक्रियाओं (जैसे aldol reaction) के लिए एक आधार के रूप में किया जाता है।

धात्विक सोडियम का उपयोग मुख्य रूप से sodium borohydride (सोडियम बोरोहाइड्राइड), sodium azide (सोडियम एज़ाइड), इंडिगो, और triphenylphosphine (ट्राइफेनिलफॉस्फीन) के उत्पादन के लिए किया जाता है। एक समय सामान्य उपयोग tetraethyllead (टेट्राएथिललेड) और टाइटेनियम धातु बनाना था; TEL से दूर जाने और नई टाइटेनियम उत्पादन विधियों के कारण, 1970 के बाद सोडियम का उत्पादन कम हो गया।[49] सोडियम का उपयोग एक मिश्र धातु धातु, एक anti-scaling agent (पपड़ी-रोधी एजेंट),[60] और धातुओं के लिए एक अपचायक एजेंट के रूप में भी किया जाता है जब अन्य सामग्री अप्रभावी होती है।

ध्यान दें कि मुक्त तत्व का उपयोग स्केलिंग एजेंट के रूप में नहीं किया जाता है, पानी में आयनों को सोडियम आयनों के लिए बदल दिया जाता है। सोडियम प्लाज्मा ("वाष्प") लैंप का उपयोग अक्सर शहरों में सड़क प्रकाश व्यवस्था के लिए किया जाता है, जो दबाव बढ़ने पर पीले-नारंगी से आड़ू रंग तक की रोशनी बिखेरते हैं।[61] अकेले या पोटेशियम के साथ, सोडियम एक desiccant (शुष्कक) है; जब शुष्कक सूख जाता है तो यह benzophenone (बेंज़ोफेनोन) के साथ गहरा नीला रंग देता है।[62]

organic synthesis (कार्बनिक संश्लेषण) में, सोडियम का उपयोग विभिन्न प्रतिक्रियाओं जैसे Birch reduction (बर्च अपचयन) में किया जाता है, और यौगिकों का गुणात्मक विश्लेषण करने के लिए sodium fusion test (सोडियम संलयन परीक्षण) किया जाता है।[63] सोडियम अल्कोहल के साथ प्रतिक्रिया करता है और alkoxide (अल्कोक्साइड) देता है, और जब सोडियम को अमोनिया घोल में घोला जाता है, तो इसका उपयोग alkyne (एल्काइन) को ट्रांस-alkene (एल्कीन) में अपचयित करने के लिए किया जा सकता है।[64][65] सोडियम D रेखा पर प्रकाश उत्सर्जित करने वाले लेजर का उपयोग कृत्रिम laser guide star (लेजर गाइड स्टार) बनाने के लिए किया जाता है जो भूमि-आधारित दृश्य-प्रकाश दूरबीनों के लिए adaptive optics (अनुकूली प्रकाशिकी) में सहायता करते हैं।[66]

ऊष्मा स्थानांतरण

[67] तरल सोडियम का उपयोग sodium-cooled fast reactor (सोडियम-कूल्ड फास्ट रिएक्टरों) में हीट ट्रांसफर फ्लूइड (ऊष्मा स्थानांतरण द्रव) के रूप में किया जाता है[68] क्योंकि इसमें रिएक्टर में उच्च न्यूट्रॉन फ्लक्स प्राप्त करने के लिए आवश्यक उच्च तापीय चालकता और कम न्यूट्रॉन अवशोषण क्रॉस सेक्शन होता है।[69] सोडियम का उच्च क्वथनांक रिएक्टर को परिवेशी (सामान्य) दबाव पर संचालित करने की अनुमति देता है,[69] लेकिन कमियों में इसकी अपारदर्शिता शामिल है, जो दृश्य रखरखाव में बाधा डालती है, और इसके अत्यधिक अपचायक गुण। सोडियम पानी के संपर्क में आने पर विस्फोट कर देगा, हालाँकि यह हवा में केवल धीरे-धीरे जलेगा।[70]

रेडियोधर्मी sodium-24 का उत्पादन संचालन के दौरान न्यूट्रॉन बमबारी द्वारा किया जा सकता है, जो थोड़ा विकिरण खतरा पैदा करता है; रिएक्टर से हटाए जाने के कुछ दिनों के भीतर रेडियोधर्मिता बंद हो जाती है।[71] यदि किसी रिएक्टर को बार-बार बंद करने की आवश्यकता होती है, तो sodium–potassium alloy (NaK) का उपयोग किया जाता है। चूंकि NaK कमरे के तापमान पर तरल होता है, इसलिए शीतलक पाइपों में जमता नहीं है।[72] NaK की pyrophoricity (स्वयं प्रज्वलनशीलता) का मतलब है कि रिसाव को रोकने और पता लगाने के लिए अतिरिक्त सावधानी बरतनी चाहिए।[73]

सोडियम का एक और ऊष्मा स्थानांतरण अनुप्रयोग उच्च-प्रदर्शन वाले आंतरिक दहन इंजनों में poppet valve (पॉपेट वाल्व) में है; वाल्व के तने आंशिक रूप से सोडियम से भरे होते हैं और वाल्व को ठंडा करने के लिए heat pipe (हीट पाइप) के रूप में काम करते हैं।[74]

जैविक भूमिका

मुख्य लेख: Sodium in biology

मनुष्यों में जैविक भूमिका

मनुष्यों में, सोडियम एक आवश्यक खनिज है जो blood (रक्त) की मात्रा, रक्तचाप, ऑस्मोटिक संतुलन और pH को नियंत्रित करता है। सोडियम के लिए न्यूनतम शारीरिक आवश्यकता नवजात शिशुओं में लगभग 120 मिलीग्राम प्रति दिन से लेकर 10 वर्ष से अधिक आयु के लोगों में 500 मिलीग्राम प्रति दिन तक होने का अनुमान है।[75]

आहार

sodium chloride (सोडियम क्लोराइड), जिसे 'खाने योग्य नमक' या 'टेबल सॉल्ट'[76] (रासायनिक सूत्र NaCl) के रूप में भी जाना जाता है, आहार में सोडियम (Na) का मुख्य स्रोत है और इसका उपयोग अचार और जर्की जैसी वस्तुओं में मसाला और संरक्षक के रूप में किया जाता है। अमेरिकियों के लिए, अधिकांश सोडियम क्लोराइड प्रसंस्कृत खाद्य पदार्थों से आता है।[77] सोडियम के अन्य स्रोत भोजन में इसकी प्राकृतिक उपस्थिति और monosodium glutamate (MSG), sodium nitrite, सोडियम सैकरीन, baking soda (सोडियम बाइकार्बोनेट), और sodium benzoate जैसे खाद्य योजक हैं।[78]

U.S. Institute of Medicine (अमेरिकी चिकित्सा संस्थान) ने सोडियम के लिए अपना सहनशील ऊपरी सेवन स्तर 2.3 ग्राम प्रति दिन निर्धारित किया है,[79] लेकिन संयुक्त राज्य अमेरिका में औसत व्यक्ति प्रति दिन 3.4 ग्राम का सेवन करता है।[80] American Heart Association (अमेरिकन हार्ट एसोसिएशन) प्रति दिन 1.5 ग्राम से अधिक सोडियम न लेने की सलाह देता है।[81]

नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज, इंजीनियरिंग एंड मेडिसिन का हिस्सा, सोडियम और पोटेशियम के लिए आहार संदर्भ सेवन की समीक्षा करने वाली समिति ने निर्धारित किया है कि सोडियम के लिए अनुमानित औसत आवश्यकता (EAR) और अनुशंसित आहार भत्ता (RDA) मान स्थापित करने के लिए शोध अध्ययनों से पर्याप्त सबूत नहीं हैं। परिणामस्वरूप, समिति ने इसके बजाय पर्याप्त सेवन (AI) स्तर स्थापित किए हैं, जो इस प्रकार हैं। 0-6 महीने के शिशुओं के लिए सोडियम AI 110 मिलीग्राम/दिन, 7-12 महीने के लिए: 370 मिलीग्राम/दिन; 1-3 वर्ष के बच्चों के लिए: 800 मिलीग्राम/दिन, 4-8 वर्ष के लिए: 1,000 मिलीग्राम/दिन; किशोरों के लिए: 9-13 वर्ष - 1,200 मिलीग्राम/दिन, 14-18 वर्ष 1,500 मिलीग्राम/दिन; वयस्कों के लिए उनकी आयु या लिंग की परवाह किए बिना: 1,500 मिलीग्राम/दिन।[82]

सोडियम क्लोराइड (NaCl) के कुल द्रव्यमान का लगभग 39.34% मौलिक सोडियम (Na) होता है। इसका मतलब है कि 1 ग्राम सोडियम क्लोराइड में लगभग 393.4 मिलीग्राम मौलिक सोडियम होता है।[83] उदाहरण के लिए, यह पता लगाने के लिए कि कितने सोडियम क्लोराइड में 1500 मिलीग्राम मौलिक सोडियम होता है (1500 मिलीग्राम सोडियम का मान एक वयस्क के लिए पर्याप्त सेवन (AI) है), हम अनुपात का उपयोग कर सकते हैं:

393.4 मिलीग्राम Na : 1000 मिलीग्राम NaCl = 1500 मिलीग्राम Na : x मिलीग्राम NaCl

'x' के लिए हल करने पर हमें सोडियम क्लोराइड की वह मात्रा मिलती है जिसमें 1500 मिलीग्राम मौलिक सोडियम होता है

x = (1500 मिलीग्राम Na × 1000 मिलीग्राम NaCl) / 393.4 मिलीग्राम Na = 3812.91 मिलीग्राम

इसका मतलब है कि 3812.91 मिलीग्राम सोडियम क्लोराइड में 1500 मिलीग्राम मौलिक सोडियम होता है।[83]

उच्च सोडियम खपत

मुख्य लेख: Health effects of salt

उच्च सोडियम खपत अस्वास्थ्यकर है, और हृदय के यांत्रिक प्रदर्शन में परिवर्तन का कारण बन सकती है।[84] उच्च सोडियम खपत chronic kidney disease (क्रोनिक किडनी रोग), high blood pressure (उच्च रक्तचाप), cardiovascular disease (हृदय रोगों), और stroke (स्ट्रोक) से भी जुड़ी है।[84]

उच्च रक्तचाप

उच्च सोडियम सेवन और उच्च रक्तचाप के बीच एक मजबूत संबंध है।[85] अध्ययनों से पता चला है कि प्रति दिन सोडियम का सेवन 2 ग्राम कम करने से systolic blood pressure (सिस्टोलिक रक्तचाप) लगभग दो से चार मिमी Hg तक कम हो जाता है।[86] यह अनुमान लगाया गया है कि सोडियम सेवन में इतनी कमी से hypertension (उच्च रक्तचाप) के मामलों में 9-17% की कमी आएगी।[86]

उच्च रक्तचाप हर साल दुनिया भर में 7.6 मिलियन समयपूर्व मौतों का कारण बनता है।[87] चूंकि खाने योग्य नमक में लगभग 39.3% सोडियम होता है[88]—बाकी क्लोरीन और ट्रेस रसायन हैं; इस प्रकार, 2.3 ग्राम सोडियम लगभग 5.9 ग्राम, या 5.3 मिलीलीटर, नमक है—लगभग एक US teaspoon (अमेरिकी चाय का चम्मच)।[89][90]

एक वैज्ञानिक समीक्षा में पाया गया कि उच्च रक्तचाप वाले या बिना उच्च रक्तचाप वाले लोग जो अपने मूत्र में प्रति दिन 3 ग्राम से कम सोडियम उत्सर्जित करते थे (और इसलिए 3 ग्राम/दिन से कम ले रहे थे) उनमें 4 से 5 ग्राम प्रति दिन उत्सर्जित करने वालों की तुलना में मृत्यु, स्ट्रोक या दिल के दौरे का जोखिम 'अधिक' था।[91] उच्च रक्तचाप वाले लोगों में प्रति दिन 7 ग्राम या उससे अधिक का स्तर उच्च मृत्यु दर और हृदय संबंधी घटनाओं से जुड़ा था, लेकिन यह उन लोगों के लिए सच नहीं पाया गया जिन्हें hypertension (उच्च रक्तचाप) नहीं था।[91] US FDA (अमेरिकी खाद्य एवं औषधि प्रशासन) का कहना है कि उच्च रक्तचाप और प्री-हाइपरटेंशन वाले वयस्कों को दैनिक सोडियम सेवन 1.5 ग्राम तक कम करना चाहिए।[90]

शरीर क्रिया विज्ञान

रेनिन-एंजियोटेंसिन प्रणाली शरीर में तरल पदार्थ और सोडियम सांद्रता की मात्रा को नियंत्रित करती है। रक्तचाप और गुर्दे में सोडियम सांद्रता में कमी के परिणामस्वरूप रेनिन का उत्पादन होता है, जो बदले में एल्डोस्टेरोन और एंजियोटेंसिन का उत्पादन करता है, जो रक्तप्रवाह में सोडियम के पुनरावशोषण को उत्तेजित करता है। जब सोडियम की सांद्रता बढ़ जाती है, तो रेनिन का उत्पादन कम हो जाता है, और सोडियम सांद्रता सामान्य हो जाती है।[92] सोडियम आयन (Na+) न्यूरॉन कार्यप्रणाली में, और कोशिकाओं तथा बाह्यकोशिकीय तरल के बीच परासरण-नियमन (osmoregulation) में एक महत्वपूर्ण इलेक्ट्रोलाइट है। यह सभी जानवरों में Na+/K+-ATPase द्वारा पूरा किया जाता है, जो एक सक्रिय ट्रांसपोर्टर है जो प्रवणता (gradient) के विरुद्ध आयनों को पंप करता है, और सोडियम/पोटेशियम चैनलों द्वारा किया जाता है।[93] सोडियम-पोटेशियम पंप द्वारा बनाए रखा गया बाह्यकोशिकीय और अंतःकोशिकीय आयन सांद्रता का अंतर, क्रिया विभव (action potential) के रूप में विद्युत संकेत उत्पन्न करता है जो हृदय की मांसपेशियों के संकुचन का समर्थन करता है और न्यूरॉन्स के बीच लंबी दूरी के संचार को बढ़ावा देता है।[2] सोडियम बाह्यकोशिकीय तरल में सबसे प्रचलित धात्विक आयन है।[94]

मनुष्यों में, रक्त में असामान्य रूप से कम या उच्च सोडियम स्तर को चिकित्सा विज्ञान में हाइपोनेट्रेमिया और हाइपरनेट्रेमिया के रूप में पहचाना जाता है। ये स्थितियाँ आनुवंशिक कारकों, उम्र बढ़ने, या लंबे समय तक उल्टी या दस्त के कारण हो सकती हैं।[95]

पौधों में जैविक भूमिका

C4 पौधों में, सोडियम एक सूक्ष्म पोषक तत्व है जो चयापचय में सहायता करता है, विशेष रूप से फॉस्फोएनोलपाइरुवेट के पुनर्जनन और क्लोरोफिल के संश्लेषण में।[96] अन्य पौधों में, यह कई भूमिकाओं में पोटेशियम का स्थान ले लेता है, जैसे कि स्फीति दबाव (turgor pressure) बनाए रखना और रंध्र (stomata) के खुलने और बंद होने में सहायता करना।[97] मिट्टी में अतिरिक्त सोडियम जल विभव (water potential) को कम करके पानी के अवशोषण को सीमित कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप पौधे मुरझा सकते हैं; कोशिका द्रव्य (cytoplasm) में अतिरिक्त सांद्रता एंजाइम निषेध का कारण बन सकती है, जो बदले में परिगलन (necrosis) और क्लोरोसिस का कारण बनता है।[98]

इसके जवाब में, कुछ पौधों ने जड़ों में सोडियम के अवशोषण को सीमित करने, इसे कोशिका रसधानी (vacuoles) में संग्रहीत करने और जड़ों से पत्तियों तक नमक के परिवहन को प्रतिबंधित करने के लिए तंत्र विकसित किए हैं।[99] अतिरिक्त सोडियम को पुराने पादप ऊतकों में भी संग्रहीत किया जा सकता है, जिससे नई वृद्धि को होने वाला नुकसान सीमित हो जाता है। लवणोद्भिद (Halophytes) सोडियम युक्त वातावरण में फलने-फूलने के लिए अनुकूलित हो गए हैं।[99]

सुरक्षा और सावधानियां

ज्ञानसन्दूक
Container only yes
Hazards
Ghspictograms GHS02GHS05
Ghssignalword Danger
Hphrases 314
Pphrases 422[100]
Nfpa-h 3
Nfpa-f 1
Nfpa-r 2
Nfpa-s w

सोडियम पानी के संपर्क में आने पर ज्वलनशील हाइड्रोजन और कास्टिक सोडियम हाइड्रोक्साइड बनाता है;[101] त्वचा, आंखों या श्लेष्म झिल्ली (mucous membranes) पर नमी के साथ अंतर्ग्रहण और संपर्क गंभीर जलन पैदा कर सकता है।[102][103] सोडियम पानी की उपस्थिति में हाइड्रोजन (अत्यधिक विस्फोटक) और सोडियम हाइड्रोक्साइड (जो पानी में घुल जाता है, जिससे अधिक सतह मुक्त होती है) के निर्माण के कारण स्वतः विस्फोटित हो जाता है। हालाँकि, हवा के संपर्क में आने और प्रज्वलित होने पर या स्वतः प्रज्वलन तापमान तक पहुँचने पर (जो तब होता है जब सोडियम का पिघला हुआ पूल लगभग 290 C तक पहुँच जाता है)[104] सोडियम अपेक्षाकृत हल्की आग प्रदर्शित करता है।

सोडियम के बड़े (गैर-पिघले हुए) टुकड़ों के मामले में, सुरक्षात्मक परत के निर्माण के कारण ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया अंततः धीमी हो जाती है।[105] पानी पर आधारित अग्निशामक यंत्र (Fire extinguishers) सोडियम की आग को तेज कर देते हैं। कार्बन डाइऑक्साइड और ब्रोमोक्लोरोडिफ्लोरोमीथेन पर आधारित यंत्रों का उपयोग सोडियम की आग पर नहीं किया जाना चाहिए।[103] धातु की आग क्लास डी (Class D) होती है, लेकिन सभी क्लास डी अग्निशामक यंत्र सोडियम की आग को बुझाने में प्रभावी नहीं होते हैं। सोडियम की आग के लिए एक प्रभावी बुझाने वाला एजेंट Met-L-X है।[103] अन्य प्रभावी एजेंटों में Lith-X शामिल है, जिसमें ग्रेफाइट पाउडर और एक ऑर्गेनोफॉस्फेट लौ मंदक (flame retardant) होता है, और सूखी रेत भी प्रभावी है।[106]

परमाणु रिएक्टरों में सोडियम को अक्रिय गैस युक्त पाइपों के साथ ऑक्सीजन से अलग करके सोडियम की आग को रोका जाता है।[107] पूल-प्रकार की सोडियम आग को कैच पैन सिस्टम नामक विविध डिजाइन उपायों का उपयोग करके रोका जाता है। वे लीक हो रहे सोडियम को एक लीक-रिकवरी टैंक में इकट्ठा करते हैं जहाँ इसे ऑक्सीजन से अलग रखा जाता है।[107]

तरल सोडियम की आग को संभालना ठोस सोडियम की आग की तुलना में अधिक खतरनाक है, विशेष रूप से यदि पिघले हुए सोडियम को सुरक्षित रूप से संभालने का पर्याप्त अनुभव न हो। संयुक्त राज्य अग्नि प्रशासन के लिए एक तकनीकी रिपोर्ट में,[102] आर. जे. गॉर्डन लिखते हैं (मूल में जोर दिया गया है):

पिघला हुआ सोडियम अत्यंत खतरनाक होता है क्योंकि यह ठोस द्रव्यमान की तुलना में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील होता है। तरल रूप में, प्रत्येक सोडियम परमाणु किसी भी उपलब्ध ऑक्सीजन परमाणु या अन्य ऑक्सीकारक के साथ तुरंत जुड़ने के लिए स्वतंत्र और गतिशील होता है, और कोई भी गैसीय उप-उत्पाद पिघले हुए द्रव्यमान के भीतर तेजी से फैलते गैस बुलबुले के रूप में बनेगा। पानी की थोड़ी सी मात्रा भी इस प्रकार की प्रतिक्रिया पैदा कर सकती है। पिघले हुए सोडियम के पूल में डाला गया पानी का कोई भी अंश तरल द्रव्यमान के अंदर एक हिंसक विस्फोट का कारण बनने की संभावना रखता है, जिससे हाइड्रोजन तेजी से फैलती गैस के रूप में निकलती है और पिघला हुआ सोडियम कंटेनर से बाहर निकल जाता है। जब पिघला हुआ सोडियम आग में शामिल होता है, तो दहन तरल की सतह पर होता है। नाइट्रोजन या आर्गन जैसी अक्रिय गैस का उपयोग जलते हुए तरल सोडियम के पूल के ऊपर एक अक्रिय परत बनाने के लिए किया जा सकता है, लेकिन गैस को बहुत धीरे से लगाया जाना चाहिए और सतह के ऊपर सीमित रखा जाना चाहिए। सोडा ऐश को छोड़कर, ठोस टुकड़ों या उथले पूल में छोटी आग को बुझाने के लिए उपयोग किए जाने वाले अधिकांश पाउडर एजेंट जलते हुए सोडियम के पिघले हुए द्रव्यमान के नीचे डूब जाएंगे - सोडियम ऊपर तैरता रहेगा और जलता रहेगा। यदि जलता हुआ सोडियम किसी कंटेनर में है, तो ऑक्सीजन को बाहर रखने के लिए कंटेनर पर ढक्कन लगाकर आग बुझाना संभव हो सकता है।

यह भी देखें

संदर्भ

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ग्रंथसूची

  • Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann.

बाहरी कड़ियाँ

स्रोत: अंग्रेज़ी विकिपीडिया के "Sodium" लेख पर आधारित। मूल लेख: https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium यह लेख स्वचालित रूप से तैयार किया गया है।

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