Η ΧΗΜΕΙΑ ΓΥΡΩ ΜΑΣ. Κοινές ουσίες που διευκολύνουν τη ζωή μας. Το χημικό στοιχείο Νάτριο και οι δεκάδες οι χημικές ενώσεις του που χρησιμοποιούμε στην ζωή μας: Χλωριούχο Νάτριο, Ανθρακικό Νάτριο, Όξινο Ανθρακικό Νάτριο.

της Δήμητρας Σπανού, καθηγήτριας χημικού 1ου Γυμνασόυ Δάφνης.

Το Χημικό στοιχείο Νάτριο 

Με Ατομικά αριθμό 11 που σημαίνει πως η εξωτερική στοιβάδα με ένα ηλεκτρόνιο (1s², 2s², 2p6, 3s¹ ) και κατατάσσεται στα Μέταλλα στην 3η περίοδο

με Ατομική Ακτίνα 1,86 Α έναντι 0,97 του ευγενους στοιχείου Αργου (Ar)της ίδιας περιόδου του περιοδικού πίνακα 

  για αυτούς τους λόγους έχει

Μικρή  Ηλεκτροσυγγένεια (κατ΄απόλυτη τιμή πάντα)

Η ενέργεια πρόσληψης 1ου ηλεκτρονίου είναι εξώθερμη αντίδραση (εκτός από τα ευγενή αέρια που είναι ενδόθερμη)  και η τιμή της είναι θετική ΔΗ>0

Η ενέργεια πρόσληψης 2ου ηλεκτρονίου είναι ενδόθερμη

Η τιμή της ηλεκτραρνητικότητας ενός στοιχείου σε χημική ένωση δεν είναι σταθερή αλλά εξαρτάται από τον αριθμό και το είδος των στοιχείων που ενώνεται. Για το αέριο Νάτριο είναι 

Νa(g)  + e-     ->  Νa-     ΔΕ=  ENa^-(g)  - ENa(g)    ΔΗ= 0,92kJ/mol

Όπως φαίνεται, για το Νάτριο η ηλεκτροσυγγένεια είναι μικρή  0,92 σε σχέση  το χλώριο που ενώ στην ίδια περίοδο στην17η ομάδα με 7 ηλεκτρόνια εξωτερικής στοιβάδας) του Περιοδικού Πίνακα που είναι πολύ μεγαλύτερη (3,12)

Μια μικρή ηλεκτροσυγγένεια σημαίνει ότι  σε πρίπτωση που προσλαμβάνει 1 ηλεκτρόνιο και μετατρέπεται σε αρνητικό ιόν το όφελος από την μεταβολή -εξοικονόμηση  της ενέργειάς του είναι μικρό. 

Το Νάτριο λοιπόν σπάνια μετατρέπεται σε αρνητικό ιόν

 Μικρή ενέργεια Ιοντισμού  (δηλαδή μικρή ενέργεια απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρου της εξωτερικής στοιβάδας από το άτομο του νατρίου σε αέρια φάση) 

Na(g) -> Na+ (g)  +  e            ΔΗ= -496 kJ/mol

Παρατηρούμε ότι, το Νάτριο έχει 496KJ/mol ενώ το Αργό, στην ίδια περίοδο πολύ μεγαλύτερη  1521 KJ/mol    

Ο σχηματισμός χημικών ενώσεων του νατρίου με άλλα χημικά στοιχεία

είναι συνέπεια  της ηλεκτραρνητικότητας και της ενέργειας ιοντισμού

Το χλωριούχο νάτριο της καθημερινής μας ζωής, και του Οργανισμού μας

Πρόκειται για το άλας του αλκαλικού μετάλλου νατρίου  με υδροχλωρικό οξύ. Το Να που βρίσκεται στην 3η περίοδο του περιοδικού πίνακα ελευθερώνει εύκολα το μονό ηλεκτρόνιο της εξωτερικής του στοιβάδας και μετατρέπεται σε κατιόν Νατρίου Να+ και  έτσι συνοδεύται από άλλα ιοντικά είδη στα στερεά το ιόν του χλωρίου

Έτσι ένα στοιχείο με χαμηλή ενέργεια ιοντισμού όπως το Νάτριο, εύκολα μπορεί να μεταφέρει το εξωτερικό ηλεκτρόνιό του σε κάποιο στοιχείο με υψηλή ηλεκτραρνητικότητα για παράδειγμα κάποιο αλογόνο, όπως το χλώριο.

Έτσι δημιουργούνται δύο ιόντα , ένα κατιόν Νa⁺ και ένα ανιόν CL^-  που έλκονται μεταξύ τους ώστε στη στερεά κατάσταση τοποθετούνται στον χώρο  με τρόπο που, γύρω από κάθε ιόν να τοποθετούνται άλλα έξη αντίθετου φορτίου, σχηματίζοντας νοερά κύβους στον χώρο που οι περιβάλλοντα τοποθετούνται στις κορυφές ενός κανονικού οκτάεδρου. 

Όταν το πλέγμα αυτό διαλύεται στο νερό ,  ελευθερώνει θετικά ιόντα Νατρίου και αρνητικά χλωρίου εφόσον αυτά  περιστοιχίζονται από τα πολικά μόρια νερού και με αυτόν τον τρόπο ελευθερώνεται η ενέργεια πλέγματος που τα συγκρατούσε στο πλέγμα

Έτσι, το χλωριούχο Νάτριο είναι η ουσία που κατά κύριο λόγο προμηθεύει τον οργανισμό με ιόντα Νατρίου και Χλωρίου που είναι στοιχεία απαραίτητα για το μεσοκυττάριο υγρό των πολυκύτταρων οργανισμών που είνα το υδατικό περιβάλλον μεταξύ των κυττάρων και του αίματος

και  βρίσκεται επίσης στα λεμφαγγεία όπου εκεί ονομάζεται λέμφος

Ακόμα,  συμμετέχει στην ώσμωτικότητα  του αίματος και των κυττάρων. 

Αυτό συμβαίνει γιατί τα μικρά ιόντα νατρίου και χλωρίου μπορούν να περνούν δια μέσου των πόρων των τριχοειδών πράγμα που συνδέεται με την ενδοαγγειακή υδροστατική πίεση. Η πίεση αυτή είναι αποτέλεσμα της ενδοαγγειακής υδροστατική  και την κολλοειδωσμωτική που εξαρτάται από τις διαλυμένες πρωτεϊνες στο πλάσμα. Η ισορροπία διατηρείται με την μετακίνηση ιόντων και μορίων νερού δια μέσου των τριχοειδών και αυτό συμβάλει στην διατήρηση της τονικότητας του εξωκυττάριου υγρού καθώς επιτρέπει την διατήρηση σταθερής πίεσης μέσα στο πλάσμα του αίματος καθώς και του εξωκυττάριου υγρού

Το χλωριούχο νάτριο χρησιμοποιείται σαν συντηρητικό

κυρίως τροφών όπως τυριών και κρεάτων γιατί βοηθά στην διατήρηση και την πρόληψη των αλλοιώσεων, καθώς παίζει ρόλο στην μείωση της ανάπτυξης παθογόνων και άλλων μικροοργανισμών που αλλοιώνουν τα τρόφιμα.

Αυτό οφείλεται κυρίως στην ιδιότητα που έχει το αλάτει να δεσμεύει ποσότητες νερού καθώς ιόντα νατρίου και χλωρίου συνδέονται με μόρια νερού, και έτσι  στην περίπτωση ύπαρξης μικροοργανισμών, μειώνεται διαθέσιμο ελεύθερο  νερού που είναι απαραίτητο για την εξάπλωσή τους.

Μια δεύτερη εξήγηση είαι ότι οι μικροοργανισμοί σε ένα υπέρτονικό περιβάλλον παθαίνουν ωσμωτικό σοκ και σφυδατώνονται.

Να θυμηθούμε ότι στο φαινόμενο της ώσμωσης εκατέρωθεν μιας μεμβράνης, εάν οι συγκεντρώσεις συστατικών είναι άνισες, μόρια κινούνται δια μέσου της μεμβράνης εως ότου εξισωθούν οι συγκεντρώσεις (ισοτονικά)

Θεωρείται ακόμη πως το αλάτι περιορίζει την διαλυτότητα του οξυγόνου, εμποδίζει την δράση κυτταρικών ενζύμων

Το χλωριούχο νάτριο παίζει επίσης ρόλο στις ζυμώσεις τροφίμων. Με τις  ζυμώσεις αυτές τα τρόφιμα μετατρέπονται σε μορφή πιο επιθυμητή (τυριά, ξυνόγαλα, λουκάνικα, ψωμί, κρασί κ.α.) με την δράση μικροβίων. Με το αλάτι καθώς δημιουργείται μια επιλογή μικροοργανισμών,  επιτρέπει την ανάπτυξη ωφέλιμων  μικροοργανισμών και αναστέλλει την ανάπτυξη άλλων που αλλοιώνουν τα τρόφιμα. 

Αλλά υπάρχουν και άλλες ενώσεις του νατρίου που χρησιμοποιούνται σαν συντηρητικά όπως το ασκορβικό νάτριο, το οξικό νάτριο, το βενζοϊκό νάτριο, το γαλακτικό νάτριο, το νιτρικό νάτριο, το νιτρώδες νάτριο, το φωσφορικό νάτριο, το προπιονικό νάτριο, κ.α. που χρησιμοποιούνται ανάλογα σε κρέας, σε τυριά, σε ζυμαρικά, λαχανικά κ.λ.π.

Το Ανθρακικό Νάτριο

 (ή κρυσταλλική Σόδα 'η Σόδα Πλύσης  ή τέφρα σόδας

Πρόκειται για το άλας του αλκαλικού μετάλλου νατρίου  με ανθρακικό οξύ. Το Να που βρίσκεται στην 3η περίοδο του περιοδικού πίνακα ελευθερώνει εύκολα το μονό ηλεκτρόνιο της εξωτερικής του στοιβάδας και μετατρέπεται σε κατιόν Νατρίου Να+ και  έτσι συνοδεύται από άλλα ιοντικά είδη στα στερεά όπως εδώ με  το ανθρακικό ιόν. Επειδή αυτή η δομή είναι ικανή να συνδέεται με μόρια νερού αλληλλεπιδρώντας στις κορυφές των τριγώνων με  δεσμούς υδρογόνου, 

 συναντάται σε ένυδρες μορφές (μονουδρίδιο, επταυδρίδιο, δεκαυδρίδιο) 

Το Ανθρακικό Νάτριο σαν Ρυθμιστής ΡΗ

 Το καθαρό (άνυδρο ανθρακικό νάτριο) είναι μια λευκή άοσμη σκόνη πολύ υγροσκοπική, με αλκαλική γεύση που σχηματίζει αλκαλικό διάλυμα. Αυτό οφείλεται στο ότι προέρχεται από την εξουδετέρωση ισχυρής βάσης (ΝaOH) από ασθενές οξύ ( H2CO3)Το αλκαλικό περιβάλλον προκύπτει από την διάσταση του Ανθρακικού νατρίου σε δύο στάδια

σto πρώτο

Na₂CO₃ (s) + H2O --> Na⁺ _(aq) +ΝαH CO₃^- _(aq)  +ΟΗ-_(aq)  με ka_(Η2CO3)= 4,5 10^-7  και ph=6,3

_{και στη συνέχεια της αντίδρασης των όξινων ανθρακικών ιόντων με το νερό--<->}

ΝαH CO₃^- _(aq) + Η2Ο  <--> Na⁺ _(aq) + CO₃^{- -}_{(aq) +} ΟΗ-_(aq)   με ka_(ΗCO3-)= 4,7 10^-11  και ph=10,3

 υπάρχουν και ατιόντα νατρίου και ανιόντα υδροξειδίου εφόσον στο διάλυμα το άλας προέρχεται από ασθενές οξύ

Σαν αλκαλική δράση χρησιμοποιείται στις πισίνες για να εξουδετερώσι τα υπολλείματα χλωρίου που χρησιμοποιείται σαν μικροβιοκτονο. Σαν αλκαλική δράση χρησιμοποιείται ακόμα και στην εμφάνιση των φωτογραφικών φίλμς

Το Ανθρακικό Νάτριο χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού

Συντήκεται μαζύ με διοξείδιο του πυριτίου για να χαμηλώσει το σημείο τήξεως. ο τύπος του γυαλιου που προκύπτει είναι ελαφρα υδατοδιαλυτός. Αν σε αυτό πραστεθεί και ανθρακικό ασβέστιο και έχουμε το  αδιάλυτο γυαλί , το γυαλί νατράσβεστου. Είναι υλικό άμορφο, διαυγές σκληρό (7 στην κλίμαka Mors) όχι  καλός αγωγός της θερμότητας και ανακυκλώσιμο.

Το Ανθρακικό Νάτριο σαν αποσκληρυντικό νερου

Ανταγωνίζεται τα άλατα ασβεστίου και μαγνησίου. Το Νάτριο έχει μικρότερη σταθερα ιοντισμου(496kj/mol )από to   Μαγνήσιο(737kj/mol) και το Ασβέστιο  (589kj/mol). έτσι μετατρέπει τα σκληρά άλατα του νερού σε ιόντα και τα διαλύει

Na₂CO₃ (s)  --> 2Na⁺ _(aq) + CO₃^-- _(aq)

2Na⁺ _(aq) + CO₃^-- _(aq) +   CaCO₃ (s)  -->  Na₂CO₃ (s) + Ca⁺⁺ _(aq)  + CO₃^--_(aq)

Το ανθρακικό Νάτριο σαν καθαριστικό πλύσης

Διαλύει τους λεκέδες από λίπη, γράσο, κρασί

Τα λίπη είναι εστέρες λιπαρών οξέων με την τρισθενη αλκόλη γλυκερίνη, που διασπώνται σε αλκαξικό περιβάλλον.

Το αλκαλικό περιβάλλον όπως αναφέρθηκε ξανά, προκύπτει από την διάσταση του Ανθρακικού νατρίου σε δύο στάδια

to πρώτο

Na₂CO₃ (s) + H2O --> Na⁺ _(aq) +ΝαH CO₃^- _(aq)  +ΟΗ-_(aq)  με ka_(Η2CO3)= 4,5 10^-7  και ph=6,3

_{και στη συνέχεια της αντίδρασης των όξινων ανθρακικών ιόντων με το νερό--<->}

ΝαH CO₃^- _(aq) + Η2Ο  <--> Na⁺ _(aq) + CO₃^{- -}_{(aq) +} ΟΗ-_(aq)   με ka_(ΗCO3-)= 4,7 10^-11  και ph=10,3

 υπάρχουν και ατιόντα νατρίου και ανιόντα υδροξειδίου εφόσον στο διάλυμα το άλας προέρχεται από ασθενές οξύ

Η υδρόλυση των λιπών προέρχεταιαπό την επίδραση του αλκαλικού περιβάλλοντος στα λίπη (εστέρες γλυκερίνης). Εφόσον στο διάλυμα υπάρχει και κατιόν Νατρίου, δεν συμβα,ινει απλά υδρόλυση, αλλά σαπωνοποίηση

Tο όξινο ανθρακικό νάτριο (μαγειρική σόδα) NaHCO₃

Είναι προϊόν μερικής εξουδετέρωσης του ανθρακικού οξέος και χρησιμοποιείται ασφαλέστερα από το ουδέτερο άλας γιατί δεν δίνει επικίνδυνη αλκαλική δράση

Χρησιμοποιείται σαν διογκωτικό στη μαγειρική εφόσον ελευθερώνει διοξείδιο του άνθρακα που εγκλωβίζεται στις τροφές με συνέπεια την διόγκωσή τους

2NaHCO3  -> Na₂CO₃  + H₂O  +CO₂  .

https://stock.adobe.com/search?k=nahco3&asset_id=132361873

ΠΗΓΕΣ

https://eclass.uth.gr/modules/document/file.php/DND_U_101/GenChem_U4.pdf

https://ylikonet.gr/2018/06/24/%CF%80%CE%BF%CE%B9%CE%B1-%CE%B7-%CF%83%CE%B5%CE%B9%CF%81%CE%AC-%CF%83%CF%84%CE%B7%CE%BD-%CE%B7%CE%BB%CE%B5%CE%BA%CF%84%CF%81%CE%B1%CF%81%CE%BD%CE%B7%CF%84%CE%B9%CE%BA%CF%8C%CF%84%CE%B7%CF%84%CE%B1/

9.pdf (anesthesia.gr)

Μεσοκυττάριο υγρό - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

https://oeclass.aua.gr/eclass/modules/document/file.php/AFPGM121/02-%CE%A0%CE%95%CE%A1%CE%99%CE%9F%CE%94%CE%99%CE%9A%CE%9F%CE%A3%20%CE%A0%CE%99%CE%9D%CE%91%CE%9A%CE%91%CE%A3%20-%20%CE%99%CE%94%CE%99%CE%9F%CE%A4%CE%97%CE%A4%CE%95%CE%A3%20%CE%91%CE%A4%CE%9F%CE%9C%CE%A9%CE%9D.pdf

https://www.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=CcLSSDZj&id=

How Does Salt Preserve Food? (thoughtco.com)

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK50952/

Ανθρακικό νάτριο - Βικιπαίδεια (wikipedia.org)

https://www.researchgate.net/figure/Soda-lime-glass-chemical-structure_fig3_319471996

https://www.bing.com/images/search?view=detailV2&ccid=scrSYd2u&id=8D76654B8809BEA

Table of Common Ka Values for Weak Acids (thoughtco.com)

https://www.ceramic-glazes.com/sodium-bicarbonate

https://french.alibaba.com/product-detail/Soda-Ash-NACO3-1438816505.html

https://195.134.76.37/chemicals/chem_Na2CO3.htm

ακατέργαστο

Το αλάτι αντλεί νερό από τα κύτταρα μέσω της διαδικασίας της όσμωσης. Ουσιαστικά, το νερό κινείται κατά μήκος μιας κυτταρικής μεμβράνης για να προσπαθήσει να εξισώσει την αλατότητα ή τη συγκέντρωση άλατος και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Εάν προσθέσετε αρκετό αλάτι, πάρα πολύ νερό θα αφαιρεθεί από ένα κύτταρο για να παραμείνει ζωντανό ή να αναπαραχθεί.

Μια υψηλή συγκέντρωση αλατιού σκοτώνει οργανισμούς που αποσυνθέτουν τα τρόφιμα και προκαλούν ασθένειες. Μια συγκέντρωση άλατος 20% θα σκοτώσει τα βακτήρια. Οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις αναστέλλουν τη μικροβιακή ανάπτυξη μέχρι να φτάσετε στην αλατότητα των κυττάρων, η οποία μπορεί να έχει το αντίθετο και ανεπιθύμητο αποτέλεσμα της παροχής ιδανικών συνθηκών ανάπτυξης

Άλλα Χημικά Συντηρητικά

Το επιτραπέζιο αλάτι ή το χλωριούχο νάτριο είναι ένα κοινό συντηρητικό επειδή είναι μη τοξικό, φθηνό και έχει καλή γεύση. Ωστόσο, άλλοι τύποι αλατιού λειτουργούν επίσης για τη διατήρηση των τροφίμων, συμπεριλαμβανομένων άλλων χλωριόντων, νιτρικών και φωσφορικών αλάτων. Ένα άλλο κοινό συντηρητικό που δρα επηρεάζοντας την οσμωτική πίεση είναι η ζάχαρη.

Αλάτι και ζύμωση

Ορισμένα προϊόντα διατηρούνται με ζύμωση. Το αλάτι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη ρύθμιση και τη βοήθεια αυτής της διαδικασίας. Εδώ, το αλάτι αφυδατώνει το αναπτυσσόμενο μέσο και δρα για τη διατήρηση υγρών στο περιβάλλον καλλιέργειας ζύμης ή μούχλας. Για αυτό το είδος συντήρησης χρησιμοποιείται μη ιωδιούχο άλας, απαλλαγμένο από αντισυσσωματικούς παράγοντες.