સોડિયમ : આવર્તક કોષ્ટકના 1લા (અગાઉના IA) સમૂહનું રાસાયણિક ધાતુતત્વ. સંજ્ઞા Na. રોજિંદા વપરાશમાં લેવાતું સામાન્ય મીઠું (common salt) એ સોડિયમનો ક્લોરાઇડ ક્ષાર છે. 1807માં (સર) હમ્ફ્રી ડેવીએ 29 વર્ષની વયે પીગળેલા કૉસ્ટિક પોટાશ(KOH, પોટૅશિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ)ના વિદ્યુતવિભાજનથી પોટૅશિયમ ધાતુ મેળવી તેના થોડા દિવસો પછી તેમણે પીગળેલા કૉસ્ટિક સોડા(NaOH)ના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા ગોળકણો (globules) રૂપે સોડિયમ ધાતુ મેળવી હતી. નેટ્રૉન (natron) અથવા સોડા (સોડિયમ કાર્બોનેટ) ખનિજ ઈસુના જન્મ પહેલાં માથાના દુખાવા માટે વપરાતું હોવાથી ડેવીએ ધાતુને સોડિયમ નામ આપેલું.
ઉપસ્થિતિ (occurrence) : સોડિયમ સક્રિય ધાતુ હોવાને લીધે કુદરતમાં મુક્ત અવસ્થામાં મળી આવતી નથી; પણ તેનાં સંયોજનો રૂપે તે વિસ્તૃતપણે વિતરિત થયેલ છે. પૃથ્વીના પોપડાના ખડકો(crustal rocks)માં તત્વોની વિપુલતાની દૃષ્ટિએ તેનો ક્રમ સાતમો જ્યારે ધાતુ તરીકે પાંચમો (Al, Fe, Ca અને Mg પછી) છે. કુદરતી લવણીય જળ(brine)માં અને દરિયાના પાણીમાં હેલાઇડ ક્ષારો, મુખ્યત્વે સોડિયમ ક્લોરાઇડ (NaCl) તરીકે વિપુલ પ્રમાણમાં (30 કિગ્રા./ઘ.મી.) પ્રાપ્ય છે. આ 3 % હેલાઇડ ક્ષારોમાં 1.05 % જેટલું સોડિયમ હોય છે. એક ગણતરી પ્રમાણે દરિયાના બધા પાણીમાંથી મળી શકતા NaClનું કદ 1.9 કરોડ ઘન મીટર જેટલું થાય. NaCl સૈંધવ (rock salt, halite) તરીકે પણ મળી આવે છે. આ ઉપરાંત તે ચિલી અને પેરુમાં સોડિયમ નાઇટ્રેટ (ચિલી સૉલ્ટપીટર) તરીકે, ઑસ્ટ્રેલિયા, પૂર્વ આફ્રિકા અને કૅલિફૉર્નિયામાં સોડિયમ કાર્બોનેટ અને બાયકાર્બોનેટ તરીકે, ભારત તથા તિબેટમાં સોડિયમ ટેટ્રાબોરેટ (બૉરૅક્સ) (Na2B4O7·10H2O) તરીકે મળે છે. ભારતમાં સોડિયમ ક્લોરાઇડ (સૈંધવ) રાજસ્થાનમાં, સોડિયમ સલ્ફેટ બિહારમાં તેમજ કુદરતી સોડા ઍશ તરીકે મહારાષ્ટ્ર, બિહાર, મૈસૂર અને ઉત્તરપ્રદેશની ખારી જમીનોમાં મળી આવે છે.
તારાઓમાં તેમજ આંતરતારકીય (interstellar) માધ્યમના વર્ણપટોમાં તે પારમાણ્વિક તેમજ આયનિક એમ બંને સ્વરૂપે પારખી શકાયું છે. ઉલ્કાપિંડો(meteorites)ના પૃથક્કરણ પરથી માલૂમ પડ્યું છે કે તેમાં રહેલા સિલિકેટ દ્રવ્યમાં સિલિકનના 100 પરમાણુદીઠ સરેરાશ 4.6 પરમાણુ સોડિયમના હોય છે.
નિષ્કર્ષણ : સોડિયમના ઉત્પાદન માટેની બે મુખ્ય પદ્ધતિઓ છે. બંનેમાં વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ થાય છે.
આકૃતિ 1 : સોડિયમના ઉત્પાદન માટેનો કાસ્ટનર કોષ
(i) કાસ્ટનર પ્રવિધિ : 1890માં કાસ્ટનરે આ પદ્ધતિ શોધી હતી. તેમાં પીગળેલા કૉસ્ટિક સોડા(સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ, NaOH)ના વિદ્યુતવિભાજનથી સોડિયમ મેળવવામાં આવે છે. લોખંડના એક મોટા પાત્રમાં સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ લઈ તેને બર્નર વડે ગરમ કરવામાં આવે છે. પાત્રની નીચેના ભાગમાંથી ઉપરની તરફ આવતો એક લોખંડનો સળિયો હોય છે, જે પાત્રના તળિયે રહેલા ઘન સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ વડે પોતાની જગાએ સ્થાયી રહે છે. આ સળિયો ઋણધ્રુવ તરીકે કામ આપે છે. તેની આસપાસ લોખંડ અથવા નિકલનો નળાકાર આવેલો હોય છે, જે ઍનોડ તરીકે કાર્ય કરે છે. તેની સાથે જોડેલી નિકલની એક જાળી કૅથોડને ઍનોડથી અલગ પાડે છે અને કૅથોડ આગળ ઉત્પન્ન થયેલા પીગલિત સોડિયમને ઍનોડ આગળ ઉત્પન્ન થતા ઑક્સિજનથી દૂર રાખે છે તેમજ સોડિયમને ઍનોડ તરફ જતાં રોકે છે. સોડિયમની ઘનતા ઓછી હોવાથી તે મુક્ત થઈ ઋણ-ધ્રુવની ઉપરના ભાગ તરફ જાય છે અને સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડની ઉપર તરે છે. (આકૃતિ 1)
વિદ્યુતવિભાજન નીચે પ્રમાણે થાય છે :
NaOH ⇌ Na+ + OH–
ઋણ-ધ્રુવ ઉપર : Na + e– → Na (ધાતુ)
ધન-ધ્રુવ ઉપર : 4OH– → O2 + 2H2O. ઉત્પન્ન થતા પાણીનું પણ આયનીકરણ થાય છે :
H2O ⇌ H+ + OH–
આથી ઋણ-ધ્રુવ ઉપર હાઇડ્રોજન પણ મુક્ત થાય છે.
H+ + e → H, H + H → H2
સોડિયમની ઉપર આવેલું આ હાઇડ્રોજનનું વાતાવરણ સોડિયમને હવાની અસરથી બચાવે છે. આ વાયુને અંદરના નળાકારના ઢાંકણમાં રાખેલા છિદ્રમાંથી બહાર કાઢી લેવાય છે.
વજનમાં ભારે અશુદ્ધિઓ પીગળેલા પ્રવાહીના તળિયે આવેલા સાંકડા ભાગમાં એકઠી થાય છે.
વિદ્યુતવિભાજકીય કૂંડી(electrolytic bath)નું તાપમાન 330° સે. જેટલું હોય છે. આ તાપમાન કૉસ્ટિક સોડાના ગલનબિંદુની નજીક રહે તેટલું રાખવામાં આવે છે, કારણ કે ઊંચા તાપમાને સોડિયમ ધાતુ કૉસ્ટિક સોડામાં ઓગળતી હોવાથી તેને અલગ કરવાનું મુશ્કેલ બને છે.
આ પ્રવિધિમાં ઑક્સિજન અને હાઇડ્રોજન આડપેદાશ તરીકે મળે છે.
(ii) ડાઉન(Down)ની પ્રવિધિ : ડાઉને 1924માં શોધેલી આ પદ્ધતિમાં પીગળેલા સોડિયમ ક્લોરાઇડનું વિદ્યુતવિભાજન કરી સોડિયમ ધાતુ મેળવવામાં આવે છે. આ પદ્ધતિ સસ્તી હોઈ વપરાશમાં વધુ છે. સોડિયમ ક્લોરાઇડનું ગલનબિંદુ (803° સે.) સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ કરતાં ઊંચું હોવાથી ઉત્પન્ન થતી ધાતુ પીગળીને વિદ્યુતવિભાજકીય કૂંડીના પ્રવાહીમાં ભળી જાય છે. વળી આ તાપમાને સોડિયમ અને ક્લોરિનની સંક્ષારક (corrosive) ક્રિયા પણ વધુ હોય છે. આ મુશ્કેલી દૂર કરવા માટે સોડિયમ ક્લોરાઇડ સાથે કૅલ્શિયમ ક્લોરાઇડ અને આલ્કલી ફ્લોરાઇડ મિશ્ર કરવામાં આવે છે (40 % NaCl, લગભગ 60 % CaCl2). પરિણામે મિશ્રણનું ગલનબિંદુ 580° સે. જેટલું નીચું જાય છે અને સોડિયમ ધાતુ પ્રવાહી મિશ્રણમાં ભળી જતી નથી. ઉપયોગમાં લેવાતા વોલ્ટેજે કૅલ્શિયમ ક્લોરાઇડ વગેરેનું વિદ્યુતવિભાજન થતું નથી.
ડાઉનની પદ્ધતિમાં ઉપયોગમાં લેવાતી પોલાદ(steel)ની ટાંકીની અંદરની બાજુએ ક્ષારણ-પ્રતિરોધક (corosion resistant) પદાર્થનું અસ્તર લગાવવામાં આવેલું હોય છે. પાત્રની બાજુ પરની દીવાલોમાંથી લોખંડના બે સળિયા દાખલ કરવામાં આવેલા હોય છે, જે ઋણ-ધ્રુવ તરીકે કાર્ય કરે છે. (આકૃતિ 2)
આકૃતિ 2 : સોડિયમના ઉત્પાદન માટેનો ડાઉનનો કોષ
પાત્રના નીચેના ભાગમાંથી ઉપર તરફ આવતો ગ્રૅફાઇટનો સળિયો ધન-ધ્રુવ તરીકે કામ આપે છે. આ સળિયો ઉપરના ભાગે પહોળો અને નીચેના ભાગે થોડો સાંકડો હોય છે. તેની ઉપરના ભાગે લોખંડની જાળીદાર ગળણી ઊંધી ગોઠવેલી હોય છે, જે ધન-ધ્રુવ અને ઋણ-ધ્રુવના વિભાગોને અલગ કરે છે.
આ પાત્રમાં પીગળેલ સોડિયમ ક્લોરાઇડ રેડવામાં આવે છે. પીગાળને હવાની અસરથી મુક્ત રાખવા તેમજ તાપમાન વધવાથી પડતી ઘટ ઓછી કરવા પ્રવાહી ઉપર થોડો ઘન સોડિયમ ક્લોરાઇડનો ભૂકો ભભરાવવામાં આવે છે. વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયા નીચે પ્રમાણે થાય છે :
આયનીકરણ : NaCl ⇌ Na+ + Cl–
ઋણ-ધ્રુવ ઉપર : Na+ + e– → Na (ધાતુ)
ધન-ધ્રુવ ઉપર : Cl– – e– → Cl; Cl + Cl → Cl2 (વાયુ).
મુક્ત થયેલી સોડિયમ ધાતુ પાત્રની ઉપરની તરફ જાય છે. ગ્રૅફાઇટના સળિયા પર મૂકેલી ગળણી ઉપરના ભાગે સાંકડી હોવાથી મુક્ત થતો ક્લોરિન વાયુ પ્રવાહીની સપાટીના ઉપરના ભાગે એકઠો થાય છે; જ્યાંથી તેને બહાર કાઢી લેવાય છે. પાત્રમાં પ્રવાહી ઉપર પૂરતા પ્રમાણમાં સોડિયમ ધાતુ એકઠી થાય ત્યારે તે એક નળીમાં થઈ ટાંકીની બહાર રાખેલા પાત્રમાં એકઠી થાય છે. તેની સાથે 0.5 %થી 1 % જેટલી કૅલ્શિયમ ધાતુ પણ હોય છે; પરંતુ પીગળેલ સોડિયમનું તાપમાન ઘટતાં તેમાં કૅલ્શિયમની દ્રાવ્યતા ઘટી જતાં તે ઘન-સ્વરૂપે અલગ પડે છે અને નળી દ્વારા સોડિયમ બહાર આવે છે. તે જ નળીમાં કૅલ્શિયમ નીચેની તરફ જાય છે. આ પદ્ધતિથી મળતી સોડિયમ ધાતુ અત્યંત શુદ્ધ હોય છે.
ગુણધર્મો : સોડિયમ ચાંદી જેવી સફેદ ચળકતી ધાતુ છે, પણ હવામાં ખુલ્લી રહેતાં ચળકાટ ગુમાવે છે. તે ઘનવર્ધનીય, મૃદુ અને પ્રતન્ય, પણ ખૂબ જ સક્રિય ધાતુ છે. આથી તેને કેરોસીન કે નૅપ્થા જેવા અજલીય (nonaqueous) દ્રાવકોમાં રાખવામાં આવે છે. તે પાણી કરતાં હલકી અને ઉષ્મા તથા વિદ્યુતની સુવાહક છે. તે પારા (મર્ક્યુરી) સાથે સોડિયમ-સંરસ બનાવે છે. તે મિશ્રધાતુઓ પણ બનાવે છે. પોટૅશિયમ સાથે તે પ્રવાહી મિશ્રધાતુ બનાવે છે. સોડિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો સારણીમાં દર્શાવ્યા છે.
સારણી : સોડિયમના કેટલાક ભૌતિક ગુણધર્મો
| ગુણધર્મો | મૂલ્ય |
| પરમાણુક્રમાંક | 11 |
| પરમાણુભાર | 22.9898 |
| ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના | [Ne]3s1 |
| આયનીકરણ-ઊર્જા (કિ.જૂલ/મોલ) | 495.8 |
| ગ.બિં. (°સે.) | 97.8 |
| ઉ.બિં. (°સે.) | 883 |
| ઘનતા (ગ્રા/ઘ.સેમી.) (20° સે.) | 0.968 |
| કુદરતી સમસ્થાનિકોની સંખ્યા | 1 |
| (વોલ્ટ) | –2.714 |
સૂકી હવાની સોડિયમ ઉપર અસર થતી નથી; પરંતુ ભેજવાળી હવામાં તેનું તુરત જ ઉપચયન થાય છે અને ઑક્સાઇડ, હાઇડ્રૉક્સાઇડ અને કાર્બોનેટ બનાવે છે.
સામાન્ય તાપમાને પણ સોડિયમ પાણી સાથે તીવ્રતાથી સંયોજાય છે અને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે, જે પ્રક્રિયાની ગરમીને કારણે ઘણી વાર સળગી ઊઠે છે.
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
હવા અથવા ઑક્સિજનની હાજરીમાં ગરમ કરતાં તે ઑક્સાઇડ અને પેરૉક્સાઇડનું મિશ્રણ બનાવે છે :
4Na + O2 → 2Na2O
2Na + O2 → Na2O2
આલ્કલીની સોડિયમ ઉપર અસર થતી નથી; પરંતુ ઍસિડ સાથે ધડાકા સાથે સંયોજાઈ હાઇડ્રોજન વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે :
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2
સોડિયમ ધાતુ સલ્ફર, ફૉસ્ફરસ, હાઇડ્રોજન તેમજ હેલોજન તત્વો સાથે ગરમ કરતાં અનુક્રમે સલ્ફાઇડ, ફૉસ્ફાઇડ, હાઇડ્રાઇડ અને હેલાઇડ સંયોજનો બનાવે છે; જેમ કે,
એમોનિયા સાથે તે સોડામાઇડ (NaNH2) અને કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ સાથે કાર્બોનેટ બનાવે છે :
ઑક્સિજન પ્રત્યે તીવ્ર આકર્ષણ ધરાવતી ધાતુ હોવાથી સોડિયમ પ્રબળ અપચયનકર્તા તરીકે વર્તે છે અને ઑક્સાઇડ-સંયોજનોનું અપચયન કરે છે :
SiO2 + 4Na → Si + 2Na2O
સોડિયમ પ્રવાહી એમોનિયામાં ઓગળી અસામાન્ય ગુણધર્મો ધરાવતું ભૂરા રંગનું દ્રાવણ આપે છે.
સોડિયમ પરમાણુમાંનો બાહ્ય ઇલેક્ટ્રૉન સહેલાઈથી ઉત્તેજિત થઈ જતો હોવાથી તે જ્યોતને વિશિષ્ટ પીળો રંગ
(l = 589.2 ને.મી.) આપે છે, જે તેની કસોટી માટે વપરાય છે.
ઉપયોગો : સોડિયમ ધાતુ તથા સોડિયમ સંરસ (પારા સાથેની મિશ્રધાતુ) પ્રબળ અપચાયક હોવાથી કાર્બનિક પદાર્થોની તેમજ એનિલીન-આધારિત રંગોની બનાવટમાં વપરાય છે. તેના સોડિયમ પેરૉક્સાઇડ, સોડિયમ સાયનાઇડ, સોડિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ (કૉસ્ટિક સોડા), સોડિયમ કાર્બોનેટ (ધોવાનો સોડા) અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ જેવાં સંયોજનો અનેક રાસાયણિક ઉદ્યોગોમાં વપરાય છે. બેન્ઝિન જેવા કાર્બનિક દ્રાવકોને ભેજમુક્ત કરવા તેમજ કાર્બનિક સંયોજનોમાંનાં કેટલાંક તત્વોના પરીક્ષણ માટેની લેસેઇન કસોટીમાં પણ તે વપરાય છે. પોટૅશિયમ સાથેની તેની મિશ્રધાતુનો ઉપયોગ પારાના ઉત્કલનબિંદુ કરતાં ઊંચા તાપમાન માપવા માટેના થરમૉમિટર બનાવવામાં કરાય છે. ટાઇટેનિયમ, ઝર્કોનિયમ, કાર્બન, સિલિકન અને મૅગ્નેશિયમ જેવાં તત્વોના નિષ્કર્ષણ માટે પણ તેનો ઉપયોગ થાય છે. ટેટ્રામિથાઇલ તથા ટેટ્રાઇથાઇલ લેડ જેવાં અપસ્ફોટરોધી (antiknock) સંયોજનો બનાવવા, સંશ્લેષિત રબર માટે બહુલીકરણના ઉદ્દીપક તરીકે, ધોરી રસ્તાઓ ઉપરના સોડિયમ-બાષ્પદીવા (sodium vapour lamp) બનાવવા પણ સોડિયમ વપરાય છે. તેનાં વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકો અનુજ્ઞાપક (tracer) સંશોધન અને ચિકિત્સા માટે ઉપયોગી છે. નાભિકીય ભઠ્ઠીઓમાં તે શીતક (coolant) તરીકે પણ વપરાય છે.
ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ