— неорганическое вещество, простой элемент таблицы Менделеева, входит в группу щелочных металлов. Занимает шестое место по распространенности в земной коре; его больше всего среди металлов, растворенных в водах морей и океанов. В виде соединений встречается в таких минералах, как галит, мирабилит, тенардит, натриевая селитра , трона, бура и пр. В чистом виде не встречается.
Промышленный способ получения: электролиз расплава хлористого натрия (поваренной соли). Одновременно получают натрий и хлор.
Свойства
Пластичный металл серебристого цвета. На воздухе быстро окисляется и тускнеет. Мягкий настолько, что его можно резать скальпелем, прокатывать, прессовать. Легче воды. Хорошо проводит ток и тепло. Цвет пламени окрашивает в ярко-желтый цвет. Эта реакция является характерной для обнаружения многих соединений натрия.
Относится к химически очень активным металлам, обладает осно́вными свойствами. Вступает в реакцию с кислородом, углекислым газом, разбавленными и концентрированными кислотами, спиртами, газообразным и жидким аммиаком , оксидами. Самовоспламеняется при взаимодействии с хлором и фтором, бурно реагирует с водой (иногда — со взрывом), бромом, серой. Вступает в реакции практически со всеми неметаллами (иногда для этого требуются особые условия, электроразряд или высокая температура). С водой образует сильную щелочь — гидроокись натрия (едкий натр). Образует соединения со ртутью и некоторыми другими металлами, с органическими веществами.
У натрия весьма существенная разница между температурами плавления и кипения — почти 800 градусов. Плавитcя он при t около +98 °С, кипит при t +883 °С. Благодаря этому свойству из натрия получается хороший теплоноситель для мощных атомных реакторов, не закипающий до высоких температур.
Натрий играет большую роль в жизни живых организмов. Он необходим для нормального обмена веществ, работы нервной и сердечно-сосудистой систем. Недостаток натрия приводит к нарушениям работы ЖКТ, судорогам, невралгиям. Переизбыток — к отекам, повышению давления, проблемам в работе почек.
Меры предосторожности
Натрий нельзя брать руками, так как он тут же вступает в реакцию с влагой кожи и образует щелочь, вызывая сильные химические и термические ожоги.
Хранят натрий под слоем керосина или минерального масла в герметичных железных контейнерах (жидкость должна полностью покрывать реактив). Если хранят в стеклянной емкости, то ее, в свою очередь, нужно поместить в несгораемый металлический шкаф.
После работы с металлическим натрием остатки следует нейтрализовать спиртом, ни в коем случае не допуская попадания частиц натрия в мусорное ведро или канализацию, поскольку это может вызвать пожар и быстрое разрушение канализационных труб.
Применение
Восстановительные свойства используются при получении чистых металлов: калия, циркония, тантала и др.
. В газоразрядных лампах.
. В металлургии натрий добавляют в сплавы свинца для придания им прочности. Сплавы других металлов он делает более тугоплавкими.
. В электротехнике натрий используется для изготовления энергоемких аккумуляторов, клапанов двигателей грузовиков, шин для очень высоких токов.
. Так как натрий плохо поглощает нейтроны, он применяется в качестве теплоносителя в атомных реакторах на быстрых нейтронах.
. Для осушения орг.растворителей, для качественного анализа в органической химии.
. Изотопы натрия применяется в медицине и научных исследованиях.
. В пищепроме применяются многие соли: глутамат, хлорид, гидрокарбонат, бензоат, нитрит, сахаринат натрия.
. Поваренная соль используется в водоочистке.
. Гидроокись натрия востребована в производстве бумаги, мыла, синтетических волокон; как электролит.
. Карбонаты и гидрокарбонаты натрия применяются в пожаротушении, фармацевтике.
. Фосфат натрия необходим для изготовления моющих средств, красок, в стекольной индустрии, фотоделе.
. Силикаты натрия используются в производстве огне- и кислотоупорных бетонов.
. Применение находят азид, цианид, хлорат, пероксид, тетраборат, сульфат, тиосульфат натрия и многие другие его соединения.
Общие сведения и методы получения
Натрий (Na) -серебристо-белый щелочной металл, быстро тускнеющий на воздухе при обычных условиях. Содержание в земной коре 2,5 % (по массе). В водах мирового океана средняя его концентрация 1,035 %. В живых организмах содержится до 0,02 % (по массе) натрия, содержание его в растениях несколько ниже.
Известно более 220 минералов, в состав которых входит натрий. Наиболее распространены, хлорид натрия, или поваренная соль, NaCl , галит NaCl , или каменная соль, чилийская селитра NaN 0 3 , тенардит Na 2 S 04, мираболит (глауберова соль) Na 2 SCv 10Н 2 О, трона Na , H (C 0 3) 2 -2 H 2 0 и др.
Натрий присутствует также в ряде более сложных минералов, содержащих алюминий, кремний, серу и другие элементы. Например, в иафелине Na [ A ] Si 0 4 ], лазурите (ультрамарин) Na 3 [ Al 3 Si 3 0| 2 ] Na 2 [ S 0 4 ], жадеите NaCl [ Si 2 0 6 ] и др.
Ряд соединений натрия, в первую очередь поваренная соль и сода Na 2 C 0 3 10Н 2 О, известны человеку с глубокой древности.
В древнем Египте было известно моющее вещество (сода), ко:орое называли neter . У Аристотеля оно носит название vixpovj , а у Плутарха (Древний Рим) - nitrum . В рукописях арабских алхимиков соде отвечает термин natron , от которого постепенно в XVII-XVIII вв. образуется термин «натра», т. е. основание, из которого можно получить поваренную соль. От «натра» произошло современное название элемента. Надо отметить, что в ряде стран Западной Европы (Великобритания, Франция, Италия), а также США натрий носит название sodium .
Металлический натрий впервые был получен в 1807 г. английским химиком Деви в результате электролиза (щелочной способ). Из-за большой энергоемкости щелочной способ получил промышленное распространение лишь в конце XIX в. До этого металлический натрий получали химическим восстановлением его соединений углеродом или расплавленным чугуном при высокой температуре. С первой четверти текущего века щелочной способ постепенно вытесняется солевым, т. е. электролизом непосредственно расплава хлористого натрия, минуя стадию получения щелочи. Электролиз расплавленной соли ведут при 850-860 К. Для снижения температуры плавления NaCl используют добавки ряда солей, в частности NaF , KCI , СаС1г и др. При электролизе хлористого натрия получают также еще один ценный продукт - газообразный хлор. Поэтому в настоящее время солевой способ получения натрия практически вытеснил щелочной, не говоря уже о химических способах.
Физические свойства
Атомные характеристики. Атомный номер 11, атомная масса 22,98977 а. е. м., атомный объем 23,08* 10 -6 м 3 /моль. Атомный радиус (металлический) 0 ,192 нм, ионный радиус Na + 0,098 нм, ковалентный 0 ,157 нм. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 2 p 6 3 s 1 . Натрий обладает единственным стабильным изотопом 23 Na ; известно пять радиоактивных изотопов с массовыми числами от 20 до 25; период полураспада изотопов изменяется от тысячных долей секунды (20 Na) до 2,6 года у 22 Na . При комнатной температуре натрий имеет о. ц. к. решетку с периодом а =0,42905 нм; энергия кристаллической решетки 108,8 мкДж/кмоль. При низких температурах существует модификация натрия с г. п. у. структурой, периоды которой при 5К: а=0,3767 нм, с =0 ,6154 нм. Потенциалы ионизации атома натрия J (эВ) 5,138, 47,20, 71,8, электроотрицательность 0,9. Работа выхода электронов ф 0 = =2,35 эВ. Работа выхода электронов для различных граней монокристалла ф -2,75эВ для {100}, ф =3,10эВ для {110}, ф =2,65эВ для {111}.
Плотность. При комнатной температуре плотность натрия рентгеновская р=0,966 Мг/м 3 , пикнометрическая р=0,971 Мг/м 3 .
При плавлении удельное электрическое сопротивление натрия возрастает в 1,451 раза. Температурный коэффициент электрического сопротивления натрия при 273 К а=4,34-10- 3 К -1 .
В термопаре натрий - платина прн температуре горячего спая 173,16 К развивается т. э. д. с. £=0,29 мВ, а при температуре 373,16 К £=-0,25 мВ. Абсолютный коэффициент т. э. д. с. е=- 4,4 мкВ/К. Постоянная Холла при комнатной температуре /? = 2,3- Ю -10 м 3 /Кл и /?=- 2,2-Ю- 10 м 3 /Кл при 371-383 К.
Магнитная восприимчивость натрия х= +0,70- Ю -9 при 293 К.
Тепловые и термодинамические. Температура плавления натрия / П л = =98 °С, температура кипения?кип =878°С, характеристическая температура 6в = 160К, удельная теплота плавления ДЯ ПЛ = П7 кДж/кг. Удельная теплота сублимации при 298 К ДЯ су бл = 4717 кДж/кг, удельная теплота испарения ДЯ И сп = 3869 кДж/кг. Теплота испарения натрия при нормальном давлении ДЯи<-п = 3869 кДж/кг. При плавлении происходит увеличение объема на ДУ- 27,82-Ю -6 м 3 /кг или AV / V 0 = 0,0265. При повышении давления возрастает температура плавления металла, достигая 515 К при 3 ГПа и 608 при 8 ГПа. Начальное значение углового коэффициента dT / dP = 85 К/ГПа, при 7 ГПа 33 К/ГПа. Фазовых превращений в натрии до давления 8,5 ГПа не обнаружено.
Механические свойства
Твердость натрия по Бринеллю НВ = 0,7 МПа. Модуль нормальной упругости при растяжении при комнатной температуре £=5,3 ГПа. Сжимаемость натрия х= 15,99*10 -11 Па -1 .
Химические свойства
В химических соединениях, включая гидриды, проявляет степень окисления + 1.
Натрий относится к числу наиболее реакционноспособных металлов, поэтому в чистом виде в природе не встречается. Натрий - один из наиболее электроположительных металлов; интенсивно взаимодействует с кислородом воздуха, поэтому его обычно хранят под слоем керосина. В ряду напряжений натрий стоит далеко впереди водорода и вытесняет его из воды, образуя при этом гидрокснд NaOH .
При пропускании сухого водорода над слегка нагретым натрием образуется гидрид натрия NaH , представляющий собой нонное соединение, в которое натрнн входит в виде катиона, а водород - в виде аниона.
Оксид натрия образуется при горении натрия в недостаточном количестве кислорода, бурно реагирует с водой с образованием гидроксида, имеет кристаллическую решетку типа плавикового шпата.
Пероксид натрия образуется при сжигании натрия на воздухе или в кислороде, представляет собой бледно-желтый порошок, который плавится без разложения; очень сильный окислитель. Многие органические вещества при соприкосновении с ним воспламеняются. При взаимодействии Na 2 0 2 с углекислым газом выделяется кислород. Эту реакцию используют в дыхательных аппаратах, применяемых пожарными и водолазами, а также для регенерации воздуха в закрытых помещениях, например на подводных лодках.
Гидроксид натрня NaOH образуется в виде белых очень гигроскопических кристаллов, плавящихся при 318,3 °С; плотность 2,13 Мг/м 3 .
Известно соединение натрия с углеродом Na 2 C 2 , которое можно рассматривать как соль ацетилена. Поэтому оно получило название аце-тнлида натрия. Нитрид натрия устойчив в сухом воздухе, но моментально разлагается водой илн спиртом с образованием аммиака.
Сульфид натрия Na 2 S получают путем восстановления сульфата натрия углеродом. В чистом виде Na 2 S бесцветен, обладает кристаллической решеткой типа CaF 2 . Очень распространенное соединение натрия с серой и кислородом - так называемая глауберова соль Na 2 S 0 4 - 10Н 2 О. Натрий наряду с обычными химическими соединениями, подчиняющимися правилу валентности, образует также металлические соединения. В сплавах системы Na - К образуется фаза Лавеса состава KNa 2 , имеющая сложную о. ц. к. кристаллическую решетку типа MgCu 2 (С15). Аналогичное металлическое соединение наблюдается при взаимодействии натрия с цезием. Ряд металлических соединений образуется при взаимодействии натрия с металлами I и VII В групп - серебром, золотом, цинком, кадмием, ртутью, галлием, оловом, свинцом и другими элементами. Имеются, конечно, и исключения. Так, алюминий, элемент ШВ подгруппы, не взаимодействует с натрием ни в жидком, нн в твердом состояниях. Элементы III - VIIIA подгрупп Периодической системы практически с натрием не взаимодействуют из-за большого различия как размерного фактора, так и температур плавления.
Области применения
Натрий достаточно широко применяется в различных областях техники. Высокая реакционная способность этого элемента предопределила его использование в металлургии в качестве восстановителя для получения натрийтермическим способом таких металлов, как титан, цирконий, гафний, ниобий и др. При производстве некоторых сортов литейных алюминиевых сплавов натрий и его соли используют в качестве модификаторов. В химической промышленности натрий применяют при производстве цианистых солен, синтетического каучука и синтетических моющих средств (детергенидов), фармацевтических препаратов, а также тетраэтила свинца - антидетонатора прн получении высокооктанового топлива для двигателей. В последние годы расширяется использование чистого натрия и его сплавов с калием в атомной энергетике в качестве теплоносителей.
Широко применяются в народном хозяйстве его химические соединения. Это прежде всего гндроксид натрия NaOH (каустическая сода), который используют в мыловаренной промышленности, при производстве красок, в целлюлозно-бумажной и нефтяной промышленности, при производстве искусственного волокна и др. Сода - карбонат натрия Na 2 C 0 3 - применяется в стекольной, целлюлозно-бумажной, пищевой, текстильной, нефтяной и других отраслях промышленности. В сельском хозяйстве в качестве удобрения широко используется натриевая соль азотной кислоты NaN 0 3 , известная под названием чилийской селитры.
Натрий — один из щелочных металлов. Таблица химических элементов показывает его как атом, относящийся к третьему периоду и к первой группе.
Физические свойства
В этом разделе будет рассмотрена характеристика натрия с точки зрения физики. Начнем с того, что в чистом виде это твердое вещество серебристого цвета, обладающее металлическим блеском и низкой твердостью. Натрий настолько мягкий, что его с легкостью можно порезать ножом. Температура плавления данного вещества довольно низкая и составляет семьдесят девять градусов Цельсия. Атомная масса натрия тоже небольшая, о ней мы поговорим позже. Плотность этого металла равняется 0,97 г/см 3 .
Химическая характеристика натрия
Данный элемент имеет очень высокую активность — он способен быстро и бурно реагировать со многими другими веществами. Также таблица химических элементов позволяет определить такую величину, как молярная масса — для натрия она составляет двадцать три. Один моль — это такое количество вещества, в котором содержится 6,02 х 10 в 23 степени атомов (молекул, если вещество сложное). Зная молярную массу элемента, можно определить, сколько будет весить конкретное количество моль данного вещетсва. К примеру, два моль натрия весит сорок шесть грамм. Как уже было сказано выше, данный металл — один из самых химически активных, он относится к щелочным, соответственно, его оксид может сформировать щелочь (сильные основания).
Как образуются оксиды
Все вещества данной группы, в том числе и в случае с натрием, можно получить посредством сжигания исходного. Таким образом, происходит реакция металла с кислородом, что и приводит к формированию оксида. Например, если сжечь четыре моль натрия, потратим один моль кислорода и получим два моль оксида этого металла. Формула натрия оксида — Na 2 O. Уравнение реакции выглядит так: 4Na + О 2 = 2Na 2 O. Если же добавить к полученному веществу воду, образуется щелочь — NaOH.
Взяв по одному моль оксида и воды, получим два моль основания. Вот уравнение данной реакции: Na 2 O + Н 2 О = 2NaOH. Полученное вещество еще называется едкий натрий. Это связано с его ярко выраженными щелочными свойствами и высокой химической активнотью. Как и сильные кислоты, едкий натрий активно реагирует с солями малоактивных металлов, органическими соединениями и т. д. Во время взаимодействия с солями происходит реакция обмена — образуется новая соль и новое основание. Раствор натрия едкого может легко разрушать ткань, бумагу, кожу, ногти, поэтому он требует соблюдения правил техники безопасности во время работы с ним. Применяется в химической промышленности как катализатор, а также в быту как средство для устранения проблемы засоренных труб.
Реакции с галогенами
Это простые вещества, состоящие из химических элементов, которые относятся к седьмой группе периодической системы. В их список входят фтор, йод, хлор, бром. Натрий способен реагировать со всеми из них, образуя такие соединения, как хлористый/бромистый/йодистый/фтористый натрий. Для проведения реакции нужно взять два моль рассматриваемого металла, добавить к нему один моль фтора. В результате получим фтористый натрий в количестве два моль. Данный процесс можно записать в виде уравнения: Na + F 2 = 2NaF. Фтористий натрий, который мы получили, используют в производстве зубных паст против кариеса, а также моющих средств для разнообразных поверхностей. Подобным образом при добавлении хлора можно получить (кухонную соль), йодистый натрий, который используется в изготовлении металлогалогенных ламп, бромистый натрий, применяемый в качестве лекарственного средства при неврозах, бессоннице, истерии и других расстройствах нервной системы.
С другими простыми веществами
Также возможны реакции натрия с фосфором, сульфуром (серой), карбоном (углеродом). Такого рода химические взаимодействия можно провести только в случае создания специальных условий в виде высокой температуры. Таким образом, происходит реакция присоединения. С ее помощью можно получить такие вещества, как натрия фосфид, натрия сульфид, натрия карбид.
В качестве примера можно привести присоединение атомов данного металла к атомам фосфора. Если взять три моль рассматриваемого металла и один моль второго компонента, затем нагреть их, то получим один моль фосфида натрия. Данную реакцию можно записать в виде следующего уравнения: 3Na + Р = Na 3 P. Кроме того, натрий способен реагировать с азотом, а также водородом. В первом случае образуется нитрид данного металла, во втором — гидрид. В качестве примеров можно привести такие уравнения химических реакций: 6Na + N2 = 2Na 3 N; 2Na + Н2 = 2NaH. Для проведения первого взаимодействия необходим электрический разряд, второго — высокая температура.
Реакции с кислотами
На простых характеристика натрия не заканчивается. Данный металл также вступает в реакцию со всеми кислотами. В результате подобных химических взаимодействий образуется и водород. К примеру, при реакции рассматриваемого металла с соляной кислотой образуется кухонная соль и водород, который испаряется. Выразить данную реакцию можно с помощью уравнения реакции: Na + HCl = NaCl + Н 2 . Подобного рода химическое взаимодействие называется реакцией замещения. С помощью ее проведения можно также получить такие соли, как фосфат, нитрат, нитрит, сульфат, сульфит, карбонат натрия.
Взаимодействие с солями
Натрий реагирует с солями всех металлов, кроме калия и кальция (они обладают большей химической активностью, нежели рассматриваемый элемент). В подобном случае, как и в предыдущем, происходит реакция замещения. Атомы рассматриваемого металла становятся на место атомов более химически слабого металла. Таким образом, смешав два моль натрия и один моль нитрата магния, получим в количестве два моль, а также чистый магний — один моль. Записать уравнение данной реакции можно так: 2Na + Mg(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + Mg. По такому же принципу можно получить и множество других солей натрия. Также этим способом можно получать металлы из их солей.
Что будет, если добавить к натрию воду
Это, пожалуй, одно из самых распространенных веществ на планете. И с ним рассматриваемый металл также способен вступать в химическое взаимодействие. При этом образуется уже рассмотренный выше едкий натрий, или гидроксид натрия.
Для проведения такой реакции понадобится взять два моль натрия, добавить к нему воду, тоже в количестве два моль, и в результате получим два моль гидроксида и один моль водорода, который выделится в виде газа с резким запахом.
Натрий и его воздействие на организмы
Рассмотрев данный металл с химической точки зрения, перейдем к тому, какая же биологическая характеристика натрия. Он является одним из важных микроэлементов. Прежде всего, он является одной из составляющих животной клетки. Здесь он выполняет важные функции: вместе с калием поддерживает участвует в образовании и распространении между клетками нервного импульса, является необходимым химическим элементом для осмотических процессов (что нужно, например, для функционирования клеток почек). Кроме того, натрий отвечает за водно-солевой баланс клетки. Также без данного химического элемента невозможен транспорт по крови глюкозы, так необходимой для функционирования мозга. Еще этот металл принимает участие в процессе сокращения мыщц.
Данный микроэлемент нужен не только животным — натрий в организме растений также выполняет важные функции: он участвует в процессе фотосинтеза, помогая транспортировать углеводы, а также необходим для прохождения органических и неорганических веществ сквозь мембраны.
Избыток и недостаток натрия
К повышенному содержанию данного химического элемента в организме может привести чрезмерное употребление соли на протяжении длительного времени. Симптомами избытка натрия может являться повышение температуры тела, отечность, повышенная нервная возбудимость, нарушение функционирования почек. В случае появления подобных симптомов нужно убрать из рациона кухонную соль и продукты, в которых много данного металла (список будет приведен ниже), после чего немедленно обратиться к врачу. Пониженное содержание в организме натрия также приводит к неприятным симптомам и нарушениям работы органов. Вымываться данный химический элемент может при длительном приеме мочегонных препаратов или при употреблении в питье только очищенной (дистиллированной) воды, при повышенном потоотделении и обезвоживании организма. Симптомами недостатка натрия являются жажда, сухость кожи и слизистых оболочек, рвота и тошнота, плохой аппетит, нарушение сознания и апатия, тахикардия, прекращение полноценной работы почек.
Продукты, в которых много натрия
Для того чтобы избежать слишком высокого или чересчур низкого содержания в организме рассматриваемого химического элемента, необходимо знать, в какой еде его больше всего. Прежде всего, это уже упомянутая выше кухонная соль. Она на сорок процентов состоит из натрия. Также это может быть морская соль. Кроме того, данный металл содержится в сое и соевом соусе. Большое количество натрия наблюдается в морепродуктах. Это морская капуста, большинство видов рыб, креветки, осьминоги, крабовое мясо, икра, раки и др. Содержание натрия в них связано с тем, что данные организмы обитают в соленой среде с высокой концентрацией солей различных металлов, важных для нормального функционирования организма.
Использование данного металла и некоторых его соединений
Применение натрия в промышленности очень разностороннее. Прежде всего, данное вещество используют в химической отрасли. Здесь оно необходимо для получения таких веществ, как гидроксид рассматриваемого металла, его фторид, сульфаты и нитраты. Кроме того, оно используется в качестве сильного восстановителя — для выделения чистых металлов из их солей. Существует специальный технический натрий, предназначенный для использования в подобных целях. Его свойства зафиксированы в ГОСТе 3273-75. В связи с упомянутыми выше сильными восстановительными свойствами натрий широко используется в металлургии.
Также данный химический элемент находит свое применение в фамацевтической отрасли, где он чаще всего необходим для получения его бромида, который является одним из главных компонентов многих седативных средств и антидепрессантов. Кроме того, натрий может быть использован в изготовлении газоразрядных ламп — такие будут источниками яркого желтого света. Такое химическое соединение, как натрия хлорат (NaClO 3), уничтожает молодые растения, поэтому его используют для удаления таковых с железнодорожных путей для предупреждения зарастания последних. Цианид натрия получил широкое применение в отрасли добывания золота. С его помощью получают данный металл из горных пород.
Как получают натрий
Самым распространенным способом является реакция карбоната рассматриваемого металла с углеродом. Для этого необходимо нагреть два указанных вещества до температуры около тысячи градусов по шкале Цельсия. В результате этого образуются два таких химических соединения, как натрий и чадный газ. При взаимодействии одного моль карбоната натрия с двумя моль карбона получится два моль нужного металла и три моль оксида углерода. Уравнение приведенной реакции можно записать следующим образом: NaCO 3 + 2С = 2Na + 3СО. Подобным образом данный химический элемент можно получить и из других его соединений.
Качественные реакции
Наличие натрий+, как и любых других катионов либо анионов, можно определить путем проведения специальных химических манипуляций. Качественной реакцией на ион натрия является сжигание — в случае присутствия его пламя будет окрашено в желтый цвет.
Где можно встретить рассматриваемый химический элемент в природе
Во-первых, как уже было сказано, он является одной из составляющих как животной, так и растительной клетки. Также высокая его концентрация наблюдается в морской воде. Кроме того, натрий входит в состав некоторых минералов. Это, к примеру, сильвинит, его формула — NaCl . KCl, а также карналлит, формула которого KCl.MgCl 2 .6H 2 O. Первый из них обладает неоднородной структурой с чередованием разноцветных частей, в его окраске могут встречаться оранжевый, розовый, синий, красный. Данный минерал полностью растворим в воде. Карналлит, в зависимости от места образования и примесей, также может иметь различную расцветку. Он может быть красным, желтым, белым, светло-синим, а также прозрачным. Он обладает неярким блеском, лучи света в нем сильно преломляются. Эти два минерала служат сырьем для получения металлов, которые входят в их состав: натрия, калия, магния.
Ученые считают, что металл, который мы рассмотрели в данной статье, является одним из самых распространенных в природе, так как его в земной коре составляет два с половиной процента.
В начале 19-го века натрий звали содием. Такое имя элементу дал Гемфри Дэви, сумевший выделить металл из щелочи. Химик слегка увлажнил ее и подверг электролизу. Изменить название открытого Гемфри элемента предложил Вильгельм Гильберт.
Это автор знаменитых «Анналов физики». Ученый стал именовать содий натронием. Дело продолжил Йенс Берцелиус. Химик из Швеции ввел сокращение натрий. О свойствах и роли этого металла в жизни людей – наш следующий материал.
Химические и физические свойства натрия
Элемент входит в главную подгруппу 1-ой группы , занимая 11-ю позицию. В колонке все металлы щелочные, таков и натрий. Вода реагирует с ним. Образуется едкая щелочь. Еще одна общая особенность металлов группы – присутствие лишь 1-го электрона на внешней орбите атома.
Это делает натрий мощным восстановителем. Элемент легко отдает электрон внешнего уровня, повышая свою степень окисления. Атом приходит к завершенной оболочке предыдущего уровня.
Восстановительная активность – причина отсутствия чистого металла в природе. Найти можно лишь соединения. Так, натрия хлорид – это поваренная соль. Карбонат натрия – пищевая сода. Так что, металл не зря был изначально назван содием.
Можно было именовать и нетер. Именно под этим названием вещество фигурирует в Ветхом завете. Что же касается , ей люди начали пользоваться еще во времена Палеолита, то есть около 6 000 лет назад.
Энергичнее всего натрий взаимодействует не только с водой, но и всеми неметаллами. Чтобы из активного восстановителя получить деликатный, 11-ый элемент соединяют с . Образуется амальгама.
Если же, напротив, нужно усилить агрессию натрия, к нему приплюсовывают кислород. Итог – пероксид, мощный окислитель. В его атмосфере большинство веществ воспламеняются.
Непрост и «характер» гидроксида натрия . Его именуют едким. Соединение разъедает ткани, кожу, и прочую органику и материи, сделанные на ее основе. Правда, на воздухе гидроксид натрия захватывает углекислый газ и обезвреживается, превращаясь в карбонат.
Когда Гемфри Дэви удалось выделить чистый натрий , мир узнал, каков он внешне. Металл серебристо-белый. Тонкие срезы отливают фиолетовым. Формула натрия делает его мягким и податливым.
Режется обычным ножом и блестит на поверхности скольжения лезвия. У элемента невысокая температура плавления – 97 градусов. Закипает же натрий при 883-ех по шкале Цельсия.
Чистый металл хорошо проводит ток и тепло, не отличается высокой плотностью. Ее показатель у 11-го элемента меньше единицы. Это не умоляет весомости натрия в биологических процессах.
Металл есть и в растениях, и в животных тканях. Так, в организме человека раствор натрия – часть плазмы крови, пищеварительных и лимфы.
Осмотической давление, к примеру, поддерживается именно за счет 11-го элемента. Применение ему нашла не только природа, но и человек. Масса натрия идет, к примеру, на промышленные цели. Какие? Об этом расскажем в следующей главе.
Применение натрия
В природе элемент представлен лишь 1-им стабильным изотопом. Его массовое число 23. В искусственных условиях создано еще 15 изотопов. Они не стабильны, большинство разрушается за пару минут. Исключение: — 22-ой и 24-ый Na.
Период полураспада этих изотопов значителен. Первый сохраняется 2,5 года, активно излучает позитроны, чем и служит науке. Период полураспада второго – 15 часов. Достаточно, чтобы послужить медицине и помочь больным лейкемией.
В сфере ядерной энергетики натрий стал теплоносителем. Пригодился «разбег» между температурой плавления и кипения элемента. Интервал в 800 градусов Цельсия позволяет, к примеру, заполнять щелочным металлом контуры энергоносителей атомных подлодок. Натрий принимает тепло из реактора, не закипая при этом.
Держать температуру в разумных рамках удается за счет циркуляции жидкого металла между реактором и парогенератором. В последнем происходит охлаждение натрия , испаряется вода. Вот и получается вращать турбину энергией пара высокого давления.
Чистый элемент пригождается и в металлургии. Какую роль в ней выполняет натрий? Инструкция применения такова: металл упрочняет сплавы на основе свинца. В качестве достаточно около 1,5% 11-го элемента. Натрий добавляют и к сплавам других металлов. Добиваются уже не прочности, а тугоплавкости смесей.
Из изделий стоит упомянуть провода. Натрий купить для их изготовления выгоднее, чем привычную . Электричество 11-ый элемент проводит в 3 раза хуже. Зато, щелочной металл в 9 раз легче.
Этот аргумент заставил промышленников перейти именно на натриевые шины для больших токов. Тонкие же провода продолжили делать из привычных меди и .
Теперь, о роли соединений натрия . Пероксид не только воспламеняет вещества, но и способен отбелить ткани. Гидроксид 11-го металла нужен нефтяникам. Соединение очищает продукты переработки жидкого . Закупают гидроксид и для производства твердых сортов моющих средств. Без едкого вещества невозможно омылить в них жиры.
Параллельно, белый порошок без запаха участвует в изготовлении и текстиля. Здесь ставку делают на раствор натрия хлорида . Средство способно осветлять, как писчие листы, так и ткани. В народе реагент называют хлоркой.
Натрия тетраборат стал лекарством при кандидозе и прочих вагинальных инфекциях. Сульфацип натрия – препарат, помогающий при конъюнктивите и других воспалительных процесса в глаза. Противоядием при отравлениях солями и вообще интоксикации организма становится тиосульфат натрия .
Пищевая известна в народе, как средство от изжоги. Гидрокарбонат натрия – щелочь, нейтрализующая желудочную кислоту. Применяют 11-ый элемент и при запорах. Выручает сульфат натрия .
Кроме непосредственно медицинской сферы, элемент ценят и в косметологии. Натрий кислота – не что иное, как гиалуронка. Она поддерживает молодость кожи. Инъекции водятся, как правило в носогубные складки, морщины. Кислота заполняет их. В молодости гиалуронат вырабатывается организмом, но с возрастом процесс замедляется. Приходится вводить препарат из вне.
На фото продукты, содержащие натрий
Первыми человечество оценило соли натрия . Но, в 21-ом веке познали прелесть цианистой формы металла. Она помогает добывать . Драгоценность расплавляется в цианистом натрии. Правда, в жидкую форму переходят и еще некоторые составные руды.
Тем не менее, выделить золото из комплексного расплава уже проще, чем из твердых масс. На финальной стадии «подключают» и … драгоценный металл добыт.
Добыча натрия
Если нужен чистый элемент, его добывают из обычной поваренной соли. Ее отложения имеются на всех континентах. Если ресурсов не хватит, кладезю соли являются воды морей. Выделить из хлорида натрий удается путем его расплавления и последующего электролиза. Катоды берут железные, или медные. Аноды закупают из .
К соли примешивают фторид натрия и хлорид калия. Они снижают температуру размягчения сырья с 800-от до 500-от градусов Цельсия. Это сокращает потери натрия в виде испарений. Метод выгоден вдвойне, ведь одновременно с 11-ым элементом добывают и чистый хлор.
Цена натрия
Стоимость элемента зависит от того, приобретается раствор гидроксида натрия , чистый металл, его сульфат или другое соединение. Ценник зависит и от того, покупается оно, к примеру, в составе какого-то препарата, или отдельно. Сфер использования натрия масса, производителей сотни и тысячи.
У каждого свои запросы. Какие-то вещества добываются легко практически в готовом виде, та же соль. Она и стоит около 10-20 рублей за килограмм. Другие соединения натрия нужно синтезировать, что увеличивает их стоимость.
Так, или иначе, человечество готово платить за пользу, приносимую ему 11-ым элементом. Его добыча ведется активно и, судя по всему, не собирается затихать.
Натрий принадлежит к разряду щелочных металлов. Элемент относится к третьему периоду и к первой группе периодической системы Менделеева.
Физические и химические свойства натрия
В чистом виде натрий - это вещество серого цвета с металлическим блеском и низкой твердостью. Металл настолько мягкий, что легко режется ножом. Температура плавления натрия - 79 °С. Плотность металла - 0,97 г/см³.
Свежесрезанный натрийНатрий имеет высокую активность и способен бурно реагировать со многими другими веществами. Молярная масса металла - 23. Из-за высокой активности натрия и присущих ему характеристик оксид натрия способен формировать щелочь.
Натрий используют в химической отрасли: щелочной металл необходим для получения гидроксида натрия, фторида натрия, сульфатов и нитратов. Металл используется в качестве сильного восстановителя для выделения чистых металлов из их солей (для этого существует специальный технический натрий).
Натрий применяется в фармацевтической отрасли при получении бромида натрия - одного из основных компонентов многих антидепрессантов и седативных средств. Натрий также используется в изготовлении газоразрядных ламп. Натрия хлорат (NaClO₃) используются для удаления растений и сорняков с железной дороги. С помощью цианида натрия из горных пород получают драгоценный металл.
Взаимодействие с кислотами и солями
Натрий вступает в реакцию со всеми кислотами, образуя соль натрия и . При реакции щелочного металла с соляной кислотой образуется поваренная соль и водород. Уравнение реакции:
Na + HCl = NaCl + Н₂
Молекулярная структура хлорида натрияЭто химическое взаимодействие является реакцией замещения. Данная реакция помогает получить такие соли: нитрат, фосфат, сульфат, нитрит, карбонат натрия, сульфит. С можно провести множество интересных экспериментов, например, изучить цепочку превращений соединений меди: из синего сульфата меди получится зеленоватый -, затем бирюзовый (CuOH)₂CO₃, черный CuO и, наконец, сине-лиловый ²⁺, а последний вновь образует сульфат меди CuSO₄! Нажмите , чтобы узнать, как провести этот необычный опыт.
Натрий реагирует с солями всех металлов, кроме калия и кальция (они имеют бóльшую химическую активность). В результате взаимодействия натрия с солями металлов происходит реакция замещения. Атомы натрия становятся на место атомов химически менее активного металла. При смешивании 2 молей натрия и 1 моля нитрата магния образуется 2 моля нитрата натрия и 1 моль чистого магния. Уравнение реакции:
2Na + Mg(NO₃)₂ = 2NaNO₃ + Mg.
Взаимодействие с галогенами
Галогены - это простые вещества, относящиеся к седьмой группе периодической системы Менделеева: иод, фтор, бром, хлор. Натрий вступает в реакцию со всеми элементами, образуя иодистый, фтористый, бромистый и хлористый натрий. Для проведения реакции к 2 молям натрия добавляется 1 моль фтора. В результате образуется 2 моля фтористого натрия. Уравнение реакции:
Na + F₂ = 2NaF
Полученный фтористый натрий используется в производстве моющих средств и антикариесных зубных паст. Таким же методом при добавлении хлора получается хлористый натрий (кухонная соль), иодистый натрий, бромистый натрий.
Взаимодействие натрия с простыми веществами
Натрий вступает в реакцию с серой, углеродом, фосфором. Такие химические взаимодействия протекают при высокой температуре. Происходит реакция присоединения, с помощью которой образуются натрия сульфид, натрия фосфид, натрия карбид. Например, присоединение атомов натрия к атомам фосфора: если к 3 молям натрия добавить 1 моль фосфора, а затем нагреть их, образуется 1 моль фосфида натрия. Уравнение реакции:
3Na + Р = Na₃P
Натрий реагирует с азотом и водородом. В ходе реакции азота с натрием образуется нитрид натрия, при реакции водорода с натрием - гидрид натрия. Уравнения реакций:
6Na + N₂ = 2Na₃N
2Na + Н₂ = 2NaH
Для проведения первой реакции потребуется электрический разряд, для второй - высокая температура.
Образование оксидов натрия
К формированию оксида приводит реакция металла с : на сжигание 4 молей натрия потратится 1 моль кислорода и образуется 2 моля оксида натрия. Формула натрия оксида - Na₂O. Уравнение реакции:
4Na + О₂ = 2Na₂O
При добавлении к оксиду натрия воды образуется щелочь - NaOH. Взяв 1 моль оксида и 1 моль воды, получим 2 моля основания. Уравнение реакции:
Na₂O + Н₂О = 2NaOH
Чешуйки едкого натра (NaOH)Из-за ярко выраженных щелочных свойств и высокой химической активности это вещество называется .
Едкий натрий, как и все сильные кислоты, активно реагирует с органическими соединениями, солями малоактивных металлов и другими веществами. Во время взаимодействия едкого натрия с солями протекает реакция обмена - образуется новая соль и новое основание. Раствор едкого натрия способен разрушать бумагу, ткань, кожу, ногти, поэтому во время работы с веществом необходимо придерживаться правил техники безопасности.
Реакция натрия с водой
В лабораторных условиях проводится такой : из керосина пинцетом извлекается кусок натрия, кладется на сухую фильтровальную бумагу, лежащую на стекле или керамической плитке. Металл просушивается фильтровальной бумагой. Держа натрий пинцетом, с него срезают ножом верхний слой, обнажая его чистую поверхность с характерным металлическим блеском. Далее нужно отделить ножом кусочек металла (меньше горошины), а оставшийся металл поместить в сосуд с керосином. Перенести отрезанный кусок металла в воду и накрыть пробиркой с продырявленным дном. Поднести к отверстию зажженную лучинку. Внимание! Не пытайтесь повторить это в домашних условиях или самостоятельно! В ходе реакции происходит выделение газа - водорода. Кроме того, еще одним продуктом реакции является щелочь.