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Acesso em 24/05/2024 às 14h12.

Elementos Químicos – Sódio

Elementos Químicos – Sódio

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Sódio – da cozinha à indústria

 

O sódio é um metal mole, menos denso que a água, que possui baixo ponto de fusão (98 oC), perde o brilho em segundos quando é exposto ao ar, e reage vigorosamente em contato com a água [1]. Ele faz parte do Grupo 1 da Tabela Periódica. Seu número atômico é 11 e seu símbolo químico é Na, que deriva da palavra natrão, um composto à base de sódio originário do Antigo Egito [2].

Quando isolado em sua forma metálica, de cor branca e prateada, o sódio torna-se um elemento extremamente reativo; oxida imediatamente ao entrar em contato com o ar e produz gás hidrogênio e uma violenta explosão se em contato com a água. O Grupo 1 da tabela periódica inclui os metais alcalinos, que são altamente reativos [2]. Jogar sódio puro em um lago causaria uma forte explosão e, provavelmente, um sério acidente [8].

O sódio é encontrado na natureza apenas em compostos (na forma de cátion Na+) e nunca como um elemento isolado [2]. Esses compostos são conhecidos desde a antiguidade, e são essenciais à vida [4]. O composto mais comum do sódio é o cloreto de sódio, NaCl, ou sal de cozinha, que dá sabor aos alimentos [2].

 

Salina na Índia. Foto: Wikimedia Commons

 

O sódio é muito abundante no planeta, correspondendo a algo em torno de 2,6% da crosta terrestre [2], sendo as maiores reservas nos oceanos [1]. O sal é obtido de três maneiras: pela evaporação solar da água do mar ou de lagos salgados (sal marinho); pela mineração do sal-gema (NaCl), também denominado halita; e a partir da mineração de antigos lagos salgados que secaram e se encontram no subsolo. Vastos depósitos de sais de sódio existem em formas relativamente puras em todos os continentes. Os depósitos abaixo da superfície podem ser minerados na forma convencional ou pela injeção de água no subsolo para dissolver o sal-gema, que depois é bombeado para fora como uma salmoura saturada [3]. O carbonato de sódio é uma importante matéria-prima para a indústria química de base, e pode ser obtido de vários minerais. A trona, abundante nos Estados Unidos, é o mais importante desses minerais [13].

Assista ao vídeo produzido pela Universidade de Nottingham, no Reino Unido:

 

Porque precisamos de sal para viver

O sal de cozinha, ou cloreto de sódio, é parte essencial da dieta humana e seu uso é tão antigo quanto a humanidade. O corpo de uma pessoa contém cerca de 100 gramas de sal, e em um processo ininterrupto, perdemos esse sódio de diferentes formas, pelo suor e pela urina [5]. É possível obtermos todo o sal de que precisamos simplesmente ingerindo alimentos. Normalmente uma pessoa consome cerca de 10 gramas de sal por dia, mas a quantidade necessária para o corpo humano é de apenas 3 gramas, aproximadamente. O sal consumido a mais contribui para elevar a pressão arterial [1].

O íon sódio também é importante para muitas outras funções vitais do corpo humano; ele ajuda as células a transmitir os sinais nervosos e a regular os níveis de água nos tecidos e no sangue [2].

O sal é um ingrediente importante em países em desenvolvimento, onde ele ajuda a salvar vidas. Diarreia e desidratação matam milhões de bebês e crianças a cada ano, mas uma bebida simples, feita com água, açúcar e sal (soro caseiro), ajuda a reduzir esses números. A Unicef, Fundo das Nações Unidas para a Infância, distribui milhões de sachês desse soro a cada ano em países em desenvolvimento [5].

O anuário geológico dos Estados Unidos de 2021 informa que as reservas mundiais de sal são vastas e o volume contido nos oceanos é praticamente ilimitado. Em 2020 o mundo produziu 270 milhões de toneladas de sal, sendo os principais produtores China, Estados Unidos e Índia. O Brasil produziu 7 milhões e 200 mil toneladas. Dessa gigantesca produção mundial, 60% são utilizados pela indústria para a produção de gás cloro (Cl2) e hidróxido de sódio (NaOH)9.

Múltiplos usos – Os sais de sódio constituem matéria-prima essencial para a indústria de diversos setores, sendo o principal deles o cloreto de sódio, que tem cerca de 14 mil usos diferentes. O sal é utilizado no processamento de alimentos não apenas para conferir sabor, mas torná-los alimentos mais palatáveis, além de funcionar como agente texturizador na panificação. Também é usado para controlar a fermentação e dar textura em produtos lácteos; como bactericida na preservação de carnes, peixes e vegetais e como desenvolvedor de cor em carnes processadas, como presuntos e salsichas. Ele é usado no curtume de couros e no tingimento de tecidos [12].

 

Indústria de papel. Foto: Wikimedia Commons

 

O sulfato de sódio é utilizado na fabricação de papel e de detergentes domésticos; o hidrogenossulfato de sódio é empregado na fabricação de produtos de limpeza, louça sanitária e na limpeza industrial; o hidrogenossulfito de sódio é uma das mais importantes substâncias químicas nas indústrias de tingimento e de impressão; já os silicatos de sódio são utilizados na produção de catalisadores à base de sílica e de sílica-gel e utilizados na fabricação de sabões e detergentes, pigmentos, adesivos, limpeza de metais e tratamento de água e de papel [11].

Outras aplicações do sódio e de seus compostos são alguns tipos de lâmpadas de iluminação pública a vapor de metal, que produzem uma característica cor amarela; o hidrogenocarbonato de sódio, também conhecido como bicarbonato de sódio, usado na culinária como fermento [3] e a soda cáustica (NaOH)3, utilizada para limpezas profundas e na desobstrução de canos. O cloreto de sódio também é utilizado para a remoção de gelo em rodovias [3].

 

Lâmpada de vapor de sódio. Foto: Wikimedia Commons

 

Baterias de sódio – No Brasil pesquisadores testam o uso do sódio em baterias para automóveis e ônibus elétricos há mais de dez anos. As pesquisas são realizadas no Centro de Competências em Energias Renováveis da Fundação Parque Tecnológico de Itaipu, no Paraná, com apoio da Finep, Financiadora de Estudos e Projetos e de Itaipu Binacional. Lá foram desenvolvidas baterias de sódio níquel (Na-NiCl2) também conhecidas como baterias Zebra, que utilizam um material cerâmico como eletrólito sólido com elevada condutividade específica aos íons de sódio. As vantagens desta tecnologia são a alta densidade energética, elevada vida útil e baixo custo [6].

 

Bateria sódio níquel. Foto: PTI/FINEP

 

As baterias de sódio níquel já são utilizadas experimentalmente em veículos elétricos e híbridos pesados, como o ônibus híbrido, que utiliza 6 baterias sódio níquel. Essas baterias fornecem energia para a propulsão junto com um motor a etanol. As baterias são seguras para uso veicular, com baixo risco de explosão [6].

 

Ônibus híbrido com bateria de sódio níquel. PTI/FINEP

 

Os pesquisadores do Parque Tecnológico de Itaipu agora desenvolvem tecnologias para que a bateria de sódio níquel Zebra garanta o fornecimento de energia em regiões remotas e sem acesso à rede de fornecimento de energia, já que ela é recarregada por energia solar. A bateria tem autonomia que varia de 6 a 8 horas, dependendo da utilização. Protótipos móveis dessas baterias estão sendo testados atualmente [7].

Placas solares para carregar bateria Zebra. Foto: PTI/FINEP

História

As primeiras referências sobre a extração de sal a partir da água do mar são da China, durante a dinastia do Imperador Huang, 2.500 a.C. O sal era obtido da mesma forma que as salinas da África, América do Sul e Oceania, consistindo em represar a água do mar em diques de argila e aguardar a precipitação de sal, com predominância de NaCl e alto conteúdo de sais de cálcio, magnésio e outras substâncias [10].

O sal serviu como objeto de culto e como meio de troca; no Tibete e na Mongólia usavam-se torrões de sal como dinheiro, e nos países do Oriente cobravam-se altos impostos sobre ele [11]. Desde a antiguidade, o sal é usado na culinária, enquanto o carbonato de sódio é usado na base da fabricação de vidro [5].

Na Europa medieval, o carbonato de sódio era usado para curar dores de cabeça e assim ganhou o nome de sodanum, do árabe suda. A composição do sódio vinha sendo estudada há muito pelos químicos antigos e foi essa terminologia de origem árabe que inspirou o químico inglês Humphry Davy a dar o nome de sódio ao elemento que ele conseguiu isolar, ao passar uma corrente elétrica pela soda cáustica, ou hidróxido de sódio, na ausência de água, em outubro de 1807. Este processo é conhecido como eletrólise e, por meio dele, Davy conseguiu isolar outros elementos além do sódio, como o potássio, cálcio, magnésio e bário [2].

Hoje o sódio ainda é obtido por eletrólise, mas a partir do cloreto de sódio fundido e dos sais de cloreto de cálcio e bário para diminuir o ponto de fusão do NaCl no chamado processo Downs.

Referências

[1] – Sódio. Table of elements, Royal Society of Chemistry. Disponível em https://www.rsc.org/periodic-table/. Acesso em 16/11/2021.

[2] – Read, D., Chemistry in its element: sodium. Disponível em https://www.rsc.org/periodic-table/element/11/sodium. Acesso em 16/11/2021.

[3] – Weller, M.; Overton, T.; Rourke, J.; Armstrong, F. Química Inorgânica, 6. ed, Porto Alegre, Bookman, 2017.

[4] – Greenwood, N; Earnshawa, A.; Chemistry of the Elements, 2. ed., Butterworth Heinemann, 1997.

[5] – Royal Society of Chemistry. Sodium. John Emsley. Disponível em https://edu.rsc.org/elements/sodium/2000032.article. Acesso em 16/11/2021.

[6] – Itaipu Binacional. Armazenamento de energia através de baterias. Disponível em https://www.pti.org.br/energias-renovaveis/. Acesso em 14/01/2022.

[7] – Tecnologia proporciona autonomia de energia elétrica para residências e locais afastados. Disponível em https://www.pti.org.br/sap-movel-tecnologia-proporciona-autonomia-de-energia-eletrica-para-residencias-e-locais-afastados/. Acesso em 12/01/2022.

[8] – Gray, T.; Os Elementos – Uma exploração visual dos átomos conhecidos no universo. 1.ed. Ed. Edgard Blucher.2011

[9] – Mineral Commodity Summaries. January 2021. Salt. U.S. Geological Survey. Disponível em https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2021/mcs2021-salt.pdf. Acesso em 16/11/2021.

[10] – COSTA, D. et al. Breve revisão sobre a evolução histórica da atividade salineira no estado do Rio Grande do Norte (Brasil). Disponível em https://doi.org/10.1590/S1982-45132013000100003. Acesso em 17/11/2021.

[11] – Shreve, R., Brink Jr. Indústrias de Processos Químicos, 4. Ed.,1980 Ed. Guanabara Dois.

[12] – Kent, J.; Kent and Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology. Vol.2. 11th ed. Springer, 2007.

[13] – Velho, J. Mineralogia industrial – Princípios e aplicações. Ed. Lidel, 2005.

ATENÇÃO! Os experimentos com substâncias químicas mostrados nos vídeos aqui incluídos só devem ser reproduzidos na presença de um profissional ou professor de química, e em ambiente controlado. Não tente reproduzir esses experimentos por conta própria.

Artigo produzido pela Assessoria de Comunicação e Marketing do CRQ-IV/SP,
sob orientação técnica de Vera Regina Leopoldo Constantino,
docente do Instituto de Química da USP.
Publicado em  20/07/2023

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