НАТРИЙ
(Natrium — от арабского натрун — сода ) , Na — химический элемент I группы периодической системы элементов ; ат. н. 11 , ат. масса 22,98977 . Серебристо — белый мягкий металл . В соединениях проявляет степень окисления +1 .
Природный натрий состоит из стабильного изотопа 23Na. Получены радиоактивные изотопы 20Na, 2INa, 22Na, 24Na и 25Na с периодами полураспада соответственно 0,385 и 23,000 сек; 2,6 года; 15,0 ч и 60 сек. Природные соединения Натрия (поваренная соль NaCl и сода Na2CО3) известны с глубокой древности.
Все о натрии
Металлический натрий впервые получил (1807) англ. химик и физик Г. Дэви электролизом влажного едкого натра. Натрий широко распространен в природе (среди элементов, слагающих литосферу, занимает седьмое место). Содержание его в земной коре 2,50%. В свободном состоянии в природе не встречается из-за большой хим. активности. Входит в состав 222 минералов.
Содержится в кислых изверженных (напр., в гранитах до 2,77%) и в основных (в базальтах до 1,94%) породах. Однако в осадочных породах (глинах, сланцах) и в почве содержание Н. не превышает соответственно 0,66 и 0,63%. Натрий содержится также в морской воде, минеральных источниках, каменном угле, живых организмах и растениях.
Важнейшие минералы, Содержащие Н.: галит, мирабилит (глауберова соль) Na2SО4 • 10Н2О,чилийская селитра NaNО3, криолит, трона. Натрий кристаллизуется в объемноцентрированной кубической решетке с периодом а = 4,2820А (т-ра20° С). Атомный радиус 1,89 А, ионный радиус Na+ равен 0,98 А. Плотность (т-ра 0° С) 0,9727 г/см3 , tпл 97,83° С; tкип 882,9° С; ср. температурный коэфф. линейного расширения твердого Н (в интервале т-р 0—50° С) 7,21 • 10-5 град-1; коэфф. теплопроводности 0,317 кал/см X сек • град; теплоемкость 6,60 кал/г-моль • град; удельное электрическое сопротивление (т-ра 0 С) 4,288 • 10-6 ом • см.
Металлический натрий парамагнитен. Н. весьма пластичен, в холодном состоянии легко режется ножом, протягивается через фильеры, однако при сильном охлаждении становится хрупким. Твердость по Моосу 0,4; давление истечения при комнатной т-ре 0,33 кгс/мм2; коэфф.-сжимаемости при т-ре — 25° С равен 1,600 • 10-5аm -1 Пары Н. окрашены в пурпурно-красный цвет, напоминающий окраску разбавленного перманганата. Летучие соединения натрия окрашивает пламя горелки в характерные желтый цвет. Хим. активность Н. очень высокая.
Металлический натрий на воздухе быстро окисляется, образуя гидроокись NaOH и карбонат NaaCО3. На свежем срезе Н. образуется бикарбонат NaHCО3. На воздухе Н. можно нагревать до т-ры плавления (что невозможно для калия, рубидия и цезия). Взаимодействие металлического натрия с водой проходит довольно бурно (иногда со взрывом) с образованием гидроокиси NaOH и водорода.
С водородом при т-ре 200 — 400° С образуется гидрид NaH — белый кристаллический порошок, разлагающийся при т-ре выше 425° С. С кислородом образует несколько соединений, основными из к-рых являются окись Na2О и перекись NaО2. Облучение паров Н. в среде азота или при воздействии сильного электр. поля приводит к образованию нитрида Na3N. Пропуская над расплавленным амидом NaNH2 закись N2О, получают азид NaN3 — белое кристаллическое вещество.
С галогенами Н. образует галогениды NaF, NaCl, NaBr и Nal. При взаимодействии с фтором натрий воспламеняется даже при комнатной т-ре, реакция с йодом идет лишь при нагревании до т-ры 300—360° С. Получено несколько халькогенидов — соединений Н. с серой, селеном и теллуром. С углеродом при т-ре 800—900° С пары Н. образуют карбид Na2C2 очень гигроскопичный белый порошок. С кремнием и бором Н. не реагирует даже при очень высокой т-ре.
При нагревании с фосфором в вакууме образуется фосфид Na3P Я весьма неустойчивое во влажном воздухе соединение. Со многими металлами натрий образует сплавы. В реакциях с различными неорганическими соединениями ведет себя как сильный восстановитель. В пром. масштабах металлический Н. получают термохимическим восстановлением соединений, содержащих этот металл, или электролизом pacплава едкого натра либо хлорида натрия.
Наиболее экономичный ,способ электролиз расплава хлорида натрия , в к-рый вводят добавки хлоридов калия и кальция , фторида натрия и др. для снижения температуры плавления соли от 801 до 575° С . Наряду с Н. при электролиз получают хлор . Электролиз солей расплавов проводят в электролизёрах с диафрагмой , имеющих аноды , изготовленные из графита, и катоды выполненные из меди или железа . Н., его соединения и сплавы находят широкое применение.
Так натрий и его сплавы с калием используют как теплоносители в клапанах авиационных двигателей, в машинах для литья металлического магния под давлением, в процессах термообработки для получения равномерных т-р в обширных зонах, при крекинге нефти, в хим. реакторах, когда процессы ведут при т-ре до 650° С.
Сплавы Н. с калием отличаются малыми сечениями поглощения тепловых нейтронов и применяются как теплоносители в ядерных установках, вырабатывающих электр. энергию на морских атомных судах и подводных атомных лодках. Высокая электропроводность позволяет использовать Н. для заполнения фидеров, по к-рым можно пропускать тысячи ампер пост. тока.
Пары натрия используют в газосветных лампах для освещения автомобильных дорог и взлетно-посадочных полос аэродромов. Модифицирование металлическим Н. (около 0 05Л) значительно улучшает прочностные характеристики алюминиевых сплавов Свинцовонатриевые сплавы применяют для изготовления подшипников , в призводстве тетраэтилсвинца , одного из сильнейших антидетонаторов.
Присадки Н. смачиваемость ртути , что используется в ртутно — паровых установках , при амальгамации стальных поддонов электролизных ванн . Натрий — активный восстановитель для таких редких металлов , как тантал , титан и цирконий .
Металлический натрий
Серебристо — белый , мягкий металл , который во избежания окисления хранят под слоем керосина . Взаимодействие его с водой происходит бурно с выделением теплоты :
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
Натрий непосредственно взаимодействует с кислородом , галогенами , серей и фосфором . При 350°C натрий соединяется с водородом , образуя гидрид NaH , водород проявляет в нём отрицательную степень окисления — 1 . Но гидрид натрия нестоек и легко разлагается водой :
NaH + H2O = H2↑ + NaOH
Пероксид натрия Na2O2 получается при сгорании натрия в условиях избытка кислорода :
2Na + O2 = Na2O2
При взаимодействии пероксида натрия с оксидом углерода ( IV ) выделяется кислород :
2Na2O2 + 2CO2 = O2↑ + 2Na2CO3
Поэтому пероксид натрия используют для получения кислорода на подводных лодках , в изолирующих противогазах и т.п.
Под действием влаги пероксид натрия разлагается с выделением пероксида водорода :
Na2O2 + 2H2O = H2O2 + 2NaOH
перекись водорода обладая высокой окислительной активностью , отбеливает различные материалы . Взаимодействие пероксида натрия с порошкообразным алюминием , железом , некоторыми органическими веществами ( в присутствии влаги ) сопровождается воспламенением и взрывом .
Оксид натрия Na2O получают сплавлением пероксида с металлическим натрием :
2Na + Na2O2 = 2Na2O
Оксид натрия присоединяя воду , превращается в едкий натр — один из важнейших продуктов основной химической промышленности . В заводском масштабе его получают электролизом водного раствора хлорида натрия ( электролитический едкий натр ) или взаимодействием карбоната натрия с гидроксидом кальция ( каустическая сода ) :
Na2CO3 + Ca( OH )2 = 2NaOH + CaCO3↓
Химически чистый гидроксид натрия — бесцветное кристаллическое гигроскопичное вещество , на воздухе покрывается налётом карбоната натрия :
2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
Едкий натр используют в мыловаренной , кожевенной , текстильной , фармацевтической промышленности , а также в сельском хозяйстве .
Соли натрия
Большинство солей натрия хорошо растворимо в воде . Многие из них образуют кристаллогидраты : Na2CO3 · 10H2O , Na2SO4 · 10H2O , Na2S2O3 · 5H2O и т.д. Соли натрия необходимы человеку и животным , так как натрий входит в состав плазмы крови . Ежегодно с пищей человек употребляет 5 — 10 кг хлорида натрия.
Хлорид натрия NaCl — широко применяется для консервирования продукции сельского хозяйства и приготовлении пищи.
Нитрат натрия ( натриевая селитра ) NaNO3 — распространённое азотное удобрение с нитратной формой азота .
Карбонат натрия кристаллический Na2CO3 · 10H2O , или кристаллическая сода , выделяется из за некоторых озёр ( содовые озёра ) , синтезируются в заводских масштабах . В огромных количествах потребляется мыловаренной , стекольной , текстильной , бумажной и нефтяной промышленности.
Карбонат натрия безводный Na2CO3 или кальцинированная сода , вырабатывается в наибольших количествах .
Гидрокарбонат натрия NaHCO3 ( сода пищевая ) используется в кондитерском деле в место дрожжей , в медицине и лабораторной практике .
Соли натрия накапливаются в почвах засушливых районов , вызывая засоление . Засоленные почвы ( солонцы , солончаки , солоди ) содержат много карбоната Na2CO3 , сульфата Na2SO4 , хлорида натрия NaCl.
Вы читаете, статья на тему натрий