натрій

натрій ← неон | магній → Сріблясто-білий м'який метал

свіжозрізаний натрій

Назва, символ, номер

Натрій / Natrium (Na), 11 атомна маса
( молярна маса ) 22,989 769 28 (2) [1] а. е. м. ( г / моль ) Електронна конфігурація [Ne] 3s1 радіус атома 190 пм ковалентний радіус 154 пм радіус іона 97 (+ 1e) пм електронегативність 0,93 (шкала Полінга) електродний потенціал -2,71 В ступені окислення -1; 0; +1 енергія іонізації
(Перший електрон) 495,6 (5,14) кДж / моль ( еВ ) щільність (при н. у. ) 0,971 г / см³ Температура плавлення 370,96 К; 97,81 ° C Температура кипіння 1156,1 К; 882,95 ° C Уд. теплота плавлення 2,64 кДж / моль Уд. теплота випаровування 97,9 кДж / моль Питома теплоємність 28,23 [2] Дж / (K моль) молярний об'єм 23,7 см ³ / моль Структура ґратки кубічна об'емноцентрірованная параметри решітки 4,2820 Å температура Дебая 150 K теплопровідність (300 K) 142,0 Вт / (м · К) номер CAS 7440-23-5

Натрій (Na, лат. natrium) - хімічний елемент першої групи, третього періоду періодичної системи Менделєєва , з атомним номером 11. Як проста речовина являє собою м'який лужної метал сріблясто-білого кольору. На зовнішньому енергетичному рівні натрій має один електрон, який він легко віддає, перетворюючись на позитивно заряджений катіон Na +. Єдиним стабільним ізотопом є 23Na. У вільному вигляді не зустрічається, але може бути отриманий з різних з'єднань. натрій - шостий за поширеністю елемент в земній корі (Англ.): Він знаходиться в складі численних мінералів , включаючи польові шпати , содаліт і «кам'яну сіль» ( галит , хлорид натрію ).

З'єднання натрію відомі і використовувалися з давніх часів. У давньогрецькому перекладі Біблії - Септуагинте - згадується слово νίτρον [3] (В латинському перекладі - Вульгате - йому відповідає слово nitroet) як назва речовини типу соди або поташу, яке в суміші з маслом служило миючим засобом [4] ( Єр. 2:22 ). В Танахе слову νίτρον відповідають давньоєвр. ברית - «мило» і נתר - «луг» (мильна рідина) [5] . Сода (натрон) зустрічається в природі в водах натрона озер в Єгипті . Природну соду стародавні єгиптяни використовували для бальзамування, відбілювання полотна, при варінні їжі, виготовленні фарб і глазурі . Пліній Старший пише, що в дельті Нілу соду (в ній була достатня частка домішок) виділяли з річкової води. Вона надходила в продаж у вигляді великих шматків, через домішки вугілля забарвлених в сірий або навіть чорний колір [6] .

Назва «натрій» походить від латинського слова natrium (пор. грец. νίτρον), яке було запозичене з среднеегіпетского мови (Nṯr), де воно означало серед іншого: «сода», «їдкий натр» [7] .

Абревіатура «Na» і слово natrium були вперше використані академіком, засновником шведського суспільства лікарів Йенсом Якобсеном Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779-1848) для позначення природних мінеральних солей, до складу яких входила сода [8] . Раніше (а також до сих пір в англійській, французькій і ряді інших мов) елемент іменувався содій ( лат. sodium) - це назва sodium, можливо, сходить до арабського слова suda, що означає «головний біль», так як сода застосовувалася в той час як ліки від головного болю [9] .

Металевий натрій вперше був отриманий англійським хіміком Гемфрі Деві електролізом розплаву гідроксиду натрію . Деві повідомив про це 19 листопада 1807 року в Бейкеровской лекції [10] (В рукописі лекції Деві вказав, що він відкрив калій 6 жовтня 1807 року, а натрій - через кілька днів після калію [11] ).

Кларк натрію в земній корі 25 кг / т. зміст в морській воді у вигляді сполук - 10,5 г / л [12] . Металевий натрій зустрічається як домішка, окрашивающая кам'яну сіль в синій колір. Дану забарвлення сіль набуває під дією радіації.

Першим промисловим способом отримання натрію була реакція відновлення карбонату натрію вугіллям при нагріванні тісному суміші цих речовин в залізній ємності до 1000 ° C (спосіб Девілля ) [13] :

N a 2 C O 3 + 2 C → 1000 o C 2 N a + 3 C O. {\ Displaystyle {\ mathsf {Na_ {2} CO_ {3} + 2C \ {\ xrightarrow {1000 ^ {o} C}} \ 2Na + 3CO.}}}

Замість вугілля можуть бути використані карбід кальцію , алюміній , кремній , феросиліцій , сілікоалюмінія [14] [15] .

З появою електроенергетики більш практичним став інший спосіб отримання натрію - електроліз розплаву їдкого натру або хлориду натрію :

4 N a OH → електричний струм 4 N a + 2 H 2 O + O 2, {\ displaystyle {\ mathsf {4NaOH {\ xrightarrow {\ text {електричний струм}}} \ 4Na + 2H_ {2} O + O_ { 2},}}} 2 N a C l → електричний струм 2 N a + C l 2. {\ Displaystyle {\ mathsf {2NaCl {\ xrightarrow {\ text {електричний струм}}} \ 2Na + Cl_ {2}.}}}

В даний час електроліз - основний спосіб отримання натрію.

Натрій також можна отримати цірконійтерміческім методом або термічним розкладанням азида натрію .

Натрій - сріблясто-білий метал, в тонких шарах з фіолетовим відтінком, пластичний, навіть м'який (легко ріжеться ножем), свіжий зріз натрію блищить. Величини електропровідності і теплопровідності натрію досить високі, щільність дорівнює 0,96842 г / см³ (при 19,7 ° C), температура плавлення 97,86 ° C, температура кипіння 883,15 ° C.

Під високим тиском стає прозорим і червоним, як рубін [16] .

При кімнатній температурі натрій утворює кристали кубічноїсингонії , просторова група I m 3 m, параметри комірки a = 0,42820 нм, Z = 2.

При температурі -268 ° С (5 К) натрій переходить в гексагональную фазу , Просторова група P 63 / mmc, параметри комірки a = 0,3767 нм, c = 0,6154 нм, Z = 2.

Лужний метал на повітрі легко окислюється до оксиду натрію . Для захисту від кисню повітря металевий натрій зберігають під шаром гасу .

4 N a + O 2 → 2 N a 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4Na + O_ {2} \ {\ xrightarrow {\}} \ 2Na_ {2} O}}}

При горінні на повітрі або в кисні утворюється пероксид натрію :

2 N a + O 2 → t o N a 2 O 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2Na + O_ {2} \ {\ xrightarrow {t ^ {o}}} \ Na_ {2} O_ {2}}}}

Крім того, існує озоніди натрію NaO3.

З водою натрій реагує дуже бурхливо, поміщений в воду шматочок натрію спливає, через що виділяється тепла плавиться, перетворюючись на білу кульку, який швидко рухається в різних напрямках по поверхні води [17] , Реакція йде з виділенням водню , Який може спалахнути. Рівняння реакції:

2 N a + 2 H 2 O → 2 N a OH + H 2 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {2Na + 2H_ {2} O \ {\ xrightarrow {\}} \ 2NaOH + H_ {2} \ uparrow}} }

Як і всі лужні метали, натрій є сильним відновником і енергійно взаємодіють з багатьма неметалами (за винятком азоту , йоду , вуглецю , Благородних газів):

2 N a + C l 2 → 2 N a C l {\ textstyle {\ mathsf {2Na + Cl_ {2} \ {\ xrightarrow {\}} \ 2NaCl}}} 2 N a + H 2 → 250 - 400 o C, p 2 N a H {\ displaystyle {\ mathsf {2Na + H_ {2} \ {\ xrightarrow {250-400 ^ {o} C, p}} \ 2NaH }}}

Натрій активніший, ніж літій . З азотом реагує вкрай погано в тліючому розряді, утворюючи дуже нестійке речовина - нітрид натрію (На противагу легко утворюється нітриду літію):

6 N a + N 2 → 2 N a 3 N {\ displaystyle {\ mathsf {6Na + N_ {2} \ {\ xrightarrow {\}} \ 2Na_ {3} N}}}

З розведеними кислотами взаємодіє як звичайний метал:

2 N a + 2 H C l → 2 N a C l + H 2 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {2Na + 2HCl \ {\ xrightarrow {\}} \ 2NaCl + H_ {2} \ uparrow}}}

З концентрованими окислюючими кислотами виділяються продукти відновлення:

8 N a + 10 HNO 3 → 8 N a NO 3 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {8Na + 10HNO_ {3} \ {\ xrightarrow {\}} \ 8NaNO_ {3} + NH_ {4} NO_ {3} + 3H_ {2} O}}}

Розчиняється в рідкому аміаку , Утворюючи синій розчин:

N a + 4 NH 3 → - 40 o CN a [NH 3] 4 {\ displaystyle {\ mathsf {Na + 4NH_ {3} \ {\ xrightarrow {-40 ^ {o} C}} \ Na [NH_ {3 }] _ {4}}}}

З газоподібним аміаком взаємодіє при нагріванні:

2 N a + 2 NH 3 → 350 o C 2 N a NH 2 + H 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2Na + 2NH_ {3} \ {\ xrightarrow {350 ^ {o} C}} \ 2NaNH_ {2} + H_ {2}}}}

З ртуттю утворює амальгаму натрію, яка використовується як більш м'який відновник замість чистого металу. При сплаві з калієм дає рідкий сплав.

Алкілгалогеніду з надлишком металу можуть давати натрійорганіческіе з'єднання - високоактивні сполуки, які зазвичай самовоспламеняются на повітрі і вибухають з водою. При нестачі металу відбувається реакція Вюрца .

Реагує з спиртами, фенолами, карбоновими кислотами з утворенням солей.

розчиняється в краун-ефірах в присутності органічних розчинників, даючи електрід або алкалід (В останньому у натрію незвичайна ступінь окислення -1).

Металевий натрій широко використовується як сильний відновник в препаративної хімії і промисловості, в тому числі в металургії. Використовується для осушення органічних розчинників, наприклад, ефіру . Натрій використовується у виробництві досить енергоємних натрієво-сірчаних акумуляторів . Його також застосовують у випускних клапанах двигунів вантажівок як рідкий тепловідвід. Зрідка металевий натрій застосовується в якості матеріалу для електричних проводів, призначених для дуже великих струмів.

У сплаві з калієм, а також з рубідієм і цезієм використовується в якості високоефективного теплоносія. Зокрема, сплав складу натрій 12%, калій 47%, цезій 41% має рекордно низьку температуру плавлення -78 ° C і був запропонований як робоче тіло іонних ракетних двигунів і теплоносія для атомних енергоустановок.

рідкометалевий теплоносій в ядерних реакторах на швидких нейтронах БН-600 і БН-800 .

Натрій також використовується в газорозрядних лампах високого і низького тиску (НЛВД і НЛНД). Лампи НЛВД типу ДНаТ (Дугова Натрієва Трубчата) дуже широко застосовуються у вуличному освітленні. Вони дають яскраво-жовте світло. Термін служби ламп ДНаТ становить 12-24 тисяч годин. Тому газорозрядні лампи типу ДНаТ незамінні для міського, архітектурного і промислового освітлення. Також існують лампи ДНаС, ДНаМТ (Дугова Натрієва Матова), ДНаЗ (Дугова Натрієва Дзеркальна) і ДНаТБР (Дугова Натрієва Трубчата Без Ртуть).

Металевий натрій застосовується в якісному аналізі органічної речовини. Сплав натрію і досліджуваної речовини нейтралізують етанолом , Додають кілька мілілітрів дистильованої води і ділять на 3 частини, проба Ж. Лассеном (1843), спрямована на визначення азоту, сірки і галогенів ( проба Бейльштейна ).

Хлорид натрію (NaCl) ( кухонна сіль ) - найдавніше застосовується смакове і консервуючий засіб.

азид натрію (NaN3) застосовується в якості азотірующего кошти в металургії і при отриманні азида свинцю .

ціанід натрію (NaCN) застосовується при гідрометалургійному способі вилуговування золота з гірських порід, а також при нітроцементації стали і в гальванотехнике (Сріблення, золочення).

хлорат натрію (NaClO3) застосовується для знищення небажаної рослинності на залізничному полотні.

В даний час (2012 р) відомо 20 ізотопів з масовими числами від 18 до 37 і 2 ядерних ізомеру натрію. Єдиний стабільний ізотоп 23Na. У більшості ізотопів період напіврозпаду менше однієї хвилини, лише один радіоактивний ізотоп - 22Na - має період напіврозпаду більше року. 22Na зазнає позитронний розпад з періодом напіврозпаду 2,6027 року, його використовують як джерело позитронів і в наукових дослідженнях. 24Na, з періодом напіврозпаду по каналу β - розпаду 15 годин, використовується в медицині для діагностики та для лікування деяких форм лейкемії .

Натрій входить до складу всіх живих організмів. У вищих організмах натрій знаходиться здебільшого в міжклітинної рідини клітин (Приблизно в 15 разів більше, ніж в цитоплазмі клітини ). Різниця концентрацій підтримує вбудований в мембрани клітини натрій-калієвий насос , Відкачує іони натрію з цитоплазми в міжклітинну рідину.

Спільно з калієм натрій виконує наступні функції:

Рекомендована доза натрію становить для дітей від 600 до 1700 міліграмів [ Джерело не вказано тисячу вісімдесят одна день ]. Для дорослих за даними Американської Асоціації серцевих захворювань мінімальна необхідна доза становить менше 500 міліграмів, рекомендована до 1500 міліграмів на день (за винятком деяких хвороб або професій, при яких потрібно підвищена кількість натрію). У вигляді кухонної солі в 3/4 чайної ложки міститься 1 725 міліграмів натрію [18] . За іншими даними здоровим дорослим варто обмежувати вживання натрію 2300 миллиграммами, а людям з підвищеним тиском і рядом інших захворювань 1500 або меншою кількістю.

Натрій міститься практично у всіх продуктах в різних кількостях, хоча більшу його частину організм отримує з кухонної солі , В тому числі в складі консервів, напівфабрикатів, соусів, ковбасних виробів і т.п. Як джерело натрію служать також такі харчові добавки як глутамат натрію , харчова сода (Бікарбонат натрію), нітрит натрію , Сахарин натрію і бензоат натрію [19] . Засвоєння в основному відбувається в шлунку і тонкій кишці . вітамін Д покращує засвоєння натрію, проте надмірно солона їжа і їжа, багата білками , Перешкоджають нормальному всмоктуванню. Кількість надійшов з їжею натрію показує вміст натрію в сечі . Для багатої натрієм їжі характерна прискорена екскреція .

Дефіцит натрію у харчується збалансованою їжею людини не зустрічається, проте деякі проблеми можуть виникнути при голодуванні. Тимчасовий недолік може бути викликаний використанням сечогінних препаратів , поносом , рясним потіння або надмірним вживанням води .

Симптомами нестачі натрію є втрата ваги, блювота , Утворення газів в шлунково-кишковому тракті і порушення засвоєння амінокислот і моносахаридів . Тривалий недолік викликає м'язові судоми і невралгію .

Надлишок натрію викликає набряк ніг та обличчя, підвищене виділення калію з сечею , У деяких людей підвищений кров'яний тиск і скупчення рідини [19] . Максимальна кількість солі, яке може бути перероблено нирками , Становить приблизно 20-30 грамів, більшу кількість вже небезпечно для життя.

NFPA 704 для металевого натрію:

Чистий металевий натрій горюча. На повітрі схильний до самозаймання. Особливо небезпечний контакт з водою і вологими поверхнями, так як натрій дуже бурхливо реагує з водою, часто з вибухом, утворюючи їдку луг ( NaOH ). У лабораторіях невеликі кількості натрію (приблизно до 1 кг) зберігають в закритих скляних банках під шаром гасу, лигроина, бензину або вазелінового масла так, щоб шар рідини покривав весь метал. Банку з натрієм повинна зберігатися в металевому вогнетривкій шафі (сейфі). Натрій беруть пінцетом або щипцями, відрізають скальпелем (натрій пластичний і легко ріжеться ножем) на сухій поверхні (не на столі, а в скляній чашці); необхідну кількість і залишок тут же повертають в банку під шар гасу, а відрізаний шматок або поміщають в гас, або тут же вводять в реакцію. Перш ніж приступити до роботи з натрієм, необхідно пройти інструктаж з охорони праці. Особи, вперше приступають до роботи з натрієм, повинні виробляти цю роботу під наглядом співробітників, що мають досвід такої роботи. Зазвичай в лабораторних умовах для реакцій використовують кількості натрію, що не перевищують декількох десятків грамів. Для показових дослідів, наприклад, в школі на уроках хімії, слід брати не більше одного грама натрію. Після роботи з металевим натрієм весь посуд і залишки натрію заливають нерозведеним спиртом і отриманий розчин нейтралізують слабким розчином кислоти. Слід звернути особливу увагу на те, щоб всі залишки і обрізки натрію були повністю нейтралізовані до їх викидання, так як натрій в сміттєвому відрі може викликати пожежу, а в каналізаційному зливі може викликати вибух і руйнування труби. Всі роботи з натрієм, як і взагалі з лугами і лужними металами, повинні проводитися в окулярах або захисній масці. Зберігати натрій будинку і виробляти з ним будь-які досліди не рекомендується.

Займання і навіть вибух металевого натрію при зіткненні з водою і багатьма органічними сполуками може заподіяти серйозні травми і опіки . Спроба взяти шматочок металевого натрію голими руками може привести до його займання (іноді вибуху) через вологість шкіри і утворення важких опіків натрієм і утворюється лугом. Горіння натрію створює аерозоль оксиду, пероксиду і гідроксиду натрію, що володіє роз'їдаючим дією. Деякі реакції натрію протікають дуже бурхливо (наприклад, з сірої , бромом ).

1. ↑ Meija J. et al. Atomic weights of the elements 2013 (IUPAC Technical Report) (Англ.) // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Vol. 88, no. 3. - P. 265-291. - DOI : 10.1515 / pac-2015-0305 .
2. ↑ Алікберова Л. Ю. натрій // Хімічна енциклопедія: у 5 т / Кнунянц І. Л. . - М.: Велика Російська енциклопедія , 1992. - Т. 3: Меди-Полімерні. - С. 178-179. - 639 с. - 48 000 прим. - ISBN 5-85270-039-8 .
3. ↑ Симфонія грецьких словникових форм
4. ↑ Давньогрецької-російський словник Дворецького (неопр.) (Недоступна посилання). Дата звернення 24 жовтня 2018. Читальний зал 30 березня 2016 року.
5. ↑ Біблійна симфонія з єврейським та грецьким словником
6. ↑ Алексєєв М. Т. , Колотов С. С. , Менделєєв Д. І. натрій // Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : В 86 т. (82 т. І 4 доп.). - СПб. , 1890-1907.
7. ↑ Петровський Н. С. Єгипетський мову. Введення в ієрогліфіку, лексику і нарис граматики среднеегіпетского мови. Л., 1958. - С. 83.
8. ↑ Thomas Thomson, Annals of Philosophy
9. ↑ Newton DE Chemical Elements. ISBN 0-7876-2847-6 .
10. ↑ Davy, H. The Bakerian Lecture, on some new Phenomena of chemical Changes produced by Electricity particularly the Decomposition of the fixed Alkalies, and the Exhibition of the new substances which constitute their bases; and on the general Nature of alkaline Bodies (Англ.) // Philosophical Transactions of the Royal Society : Journal. - 1808. - Vol. 98. - P. 1-44.
11. ↑ Davy, John. The Collected Works of Sir Humphry Davy . - London: Smith, Elder, and Company, 1839. - Vol. I. - P. 109.
12. ↑ Riley JP, Skirrow G. Chemical Oceanography. Vol. 1, 1965.
13. ↑ Менделєєв Д. Основи хімії, 7 видавництво., СПб, 1903. - С. 386.
14. ↑ А. Ф. Алабишев, К. Д Грачов, С. А. Зарецький, М. Ф. Лантратов, Натрій і калій (отримання, властивості, застосування), Л .: Гос. н.-т. вид-во хім. лит., 1959, С. 255.
15. ↑ А. Г. Морачевський, І. А. Шестеркін, В. Б. Буссе-Мачукас і ін., Натрій. Властивості, виробництво, застосування (Під ред. А. Г. Морачевського), СПб: Хімія, 1992, С. 186. ISBN 5-7245-0760-9
16. ↑ Газета. Ру: Елементи під тиском
17. ↑ Взаємодія натрію з водою - відеоопит в Єдиній колекції цифрових освітніх ресурсів
18. ↑ How much sodium should I eat per day?
19. ↑ 1 2 Sodium in diet