Характеристики натрия: Натрий — Википедия – Характеристика натрия

Содержание

Натрий и его характеристики

Общая характеристика натрия

Натрий – один из наиболее распространенных элементов на Земле. Он обнаружен в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве. Важнейшие минералы натрия: NaCl (галит), Na2SO4×10H2) (мирабелит), Na3AlF6 (криолит), Na2B4O7×10H2) (бура) и др. Огромно содержание солей натрия в гидросфере (около 1,5×1016 т).

Соединения натрия входят в растительные и животные организмы в последнем случае главным образов в виде NaCl. В крови человека ионы Na+составляют 0,32%, в костях – 0,6%, в мышечной ткани – 0,6-1,5%.

В виде простого вещества натрий представляет собой серебристо-белый металл (рис.1). Он настолько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окисляемости на воздухе натрий хранят под слоем керосина.

Рис. 1. Натрий. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса натрия

Поскольку в свободном состоянии натрия существует в виде одноатомных молекул Na, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 22,9898.

Изотопы натрия

Известно двадцать изотопов натрия с массовыми числами от 18-ти до 37-ми, из которых наиболее стабильным является 23Na с периодом полураспада меньше минуты.

Ионы натрия

На внешнем энергетическом уровне атома натрия имеется один электрон, который является валентным:

1s22s22p63s1.

В результате химического взаимодействия натрий отдает свой единственный валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Na0-1e → Na+.

Молекула и атом натрия

В свободном состоянии натрий существует в виде одноатомных молекул Na. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу натрия:

Энергия ионизации атома, эВ

5,14

Относительная электроотрицательность

0,93

Радиус атома, нм

0,189

Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25oС, кДж/моль

91,7

Сплавы натрия

Важнейшие области применения натрия – это атомная энергетика, металлургия, промышленность органического синтеза. В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержащий 77,2% (масс.) кадия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур, имеет высокий коэффициент теплоотдачи и не взаимодействует с большинством конструкционных материалов ни при обычных, ни при повышенных температурах.

Натрий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы.

Со ртутью натрий образует твердый сплав – амальгаму натрия, которая иногда используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла.

Примеры решения задач

№11 Натрий

Таблица
  ^   =>>
v


Натрий в минеральном масле


и натрий в ампуле
(фото сайта periodictable.ru)

История открытия:

Натроном первоначально называли гидроксид натрия. В 1807 г. Дэви путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей получил свободные металлы — калий и натрий, назвав их потассий (Potassium) и содий (Sodium). Берцелиус, и затем Гесс в России предложили названия Natrium / Натрий, которое и закрепилось.

Нахождение в природе, получение:

В природе щелочные металлы в свободном виде не встречаются. Натрий входит в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NaCl, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.). Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках. Натрий относится к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%.
Получают электролизом расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия. Применяется также и восстановление его оксидов, хлоридов, карбонатов алюминием, кремнием, кальцием, магнием при нагревании в вакууме.

Физические свойства:

Натрий — серебристо-белый металл, его плотность — 0,97 г/см3, очень мягкий, легко режется ножом. Между атомами металлическая связь. Для вещества с такой связью характерны металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

Химические свойства:

Атом натрия при химическом взаимодействии легко отдает валентные электроны, переходя в положительно заряженный ион. На воздухе быстро окисляется, поэтому его хранят под слоем керосина.
При сгорании в избытке кислорода образует пероксид натрия, Na2O2
С водородом при нагревании образует гидрид Na + H2 = 2NaH
Легко взаимодействует со многим неметаллами — галогенами, серой, фосфором и др.
Бурно реагирует с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Важнейшие соединения:

Оксид натрия, Na2O (бесцветный), реагирует с парами воды, углекислым газом, потому хранить лучше в безводном бензоле.
При непосредственной реакции натрия с кислородом получается смесь оксида и пероксида натрия. Для получения чистого оксида можно использовать реакцию: Na2O2 + 2Na = 2Na2O
Пероксид натрия, Na2O2 (желтый) кристаллическое вещество с ионной решеткой, взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород: 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
Гидроксид натрия, NaOH — кристаллическое белое вещество, сравнительно легкоплавкое, термически очень устойчиво. При нагревании испаряется без потери воды. Хорошо растворяется в воде, в спиртах.
Галогениды натрия, бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, за исключением NaF. Для них характерны восстановительные свойства.
Сульфид натрия, — Na2S. Бесцветное кристаллическое вещество с ионной решеткой. Хорошо растворимо в воде, является сильным восстановителем.
Соли, все соли хорошо растворимы, являются сильными электролитами.
Гидрид натрия, NaH — бесцветное кристаллическое вещество с кристаллической решеткой типа NaCl, анионом является H. Получают пропусканием водорода над расплавленными металлом. Подвергается термической диссоциации не плавясь, легко разлагаются водой:
2NaH = 2Na + H2
NaH + H2O = NaOH + H2

Применение:

Соединения натрия — важнейшие компоненты химических производств. Используются в мыловарении, производстве стекла, средств бытовой химии.
Натрий важен для большинства форм жизни, включая человека. В живых организмах ионы натрия вместе с ионами калия выполняют функцию передатчиков нервного импульса. Также его ионы играют важную роль в поддержании водного режима организма.

Бондарева Мария Александровна
ХФ ТюмГУ, 561 группа.


Источники: Г.П. Хомченко «Пособие по химии для поступающих в ВУЗы»
                    «Неорганическая химия в схемах и таблицах»

Натрій — Вікіпедія

Натрій (Na)
Атомний номер 11
Зовнішній вигляд простої речовини сріблясто-білий м’який метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса) 22,989768 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 190 пм
Енергія іонізації (перший електрон) 495,6(5,14) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ne] 3s1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 154 пм
Радіус іона 97 (+1e) пм
Електронегативність (за Полінгом) 0,93
Електродний потенціал -2,71 в
Ступені окиснення 1
Термодинамічні властивості
Густина 0,971 г/см³
Молярна теплоємність 1,222 Дж/(К·моль)
Теплопровідність 142,0 Вт/(м·К)
Температура плавлення 370,96 К
Теплота плавлення 2,64 кДж/моль
Температура кипіння 1156,1 К
Теплота випаровування 97,9 кДж/моль
Молярний об’єм 23,7 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки кубічна об’ємноцентрована
Період ґратки 4,230 Å
Відношення с/а n/a
Температура Дебая 150 К
CMNS: Натрій на Вікісховищі

На́трій (Natrium, Na) — хімічний елемент з атомним номером 11, та відповідна проста речовина — лужний сріблясто-білий м’який метал, хімічно дуже активний, на повітрі швидко окиснюється.

Густина 0,968 , tплав 97,83°С, tкип 882,9 °С, коефіцієнт твердості за Моосом 0,5. Натрій — дуже поширений літофільний елемент (шосте місце серед хімічних елементів), його кларк 2,64 за масою. Відомо понад 220 мінералів Натрію різних класів (польові шпати, плагіоклази, галіт, селітра, тенардит, мірабіліт). Поширеність Натрію (в % за масою) в кам’яних метеоритах 7х10

−1, в ультраосновних гірських породах 5,7х 10−1, основних − 1,94, в середніх — 3,0, в кислих — 2,77, в глинах — 0,96, в пісковиках — 0,33, в карбонатних породах — 0,04, в океанічній воді — 1,03534. Застосовують Натрій як відновник, теплоносій тощо. Солі Натрію знаходять велике застосування в різних галузях економіки.

Натрій вперше був отриманий англійським хіміком Гемфрі Деві в 1807 році електролізом твердого NaOH.

Натрій належить до найпоширеніших елементів. На нього припадає 2,64% маси земної кори. У зв’язку з високою хімічною активністю він зустрічається тільки у вигляді різних сполук. Деякі з них, як хлорид натрію, сульфат натрію, утворюють потужні родовища.

Найбільші поклади хлориду натрію NaCl (кам’яна сіль, або галіт) є на Уралі в районах м. Солікамська та м. Соль-Ілецька, на Донбасі та в інших місцях. Значні кількості хлориду натрію добуваються у вигляді самосадної солі з соляних озер Ельтон і Баскунчак, які розташовані в Росії біля Казахстанського кордону. Величезні запаси сульфату натрію Na2SO4·10H2O (мірабіліт) нагромаджені в затоці Кара-Богаз-Гол у східній частині Каспійського моря.

Натрій є важливим компонентом життєдіяльності організмів. Натрієві йонні струми є найшвидшими у клітині і велику частину потенціалу дії нервових клітин складає саме натрієвий компонент.

У вільному стані натрій — сріблясто-білий легкий і м’який метал. Густина — 0,968 г/см3. Температура плавлення — 97,83°С.

Натрій належить до головної підгрупи першої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми мають на зовнішньому електронному шарі по одному електрону, який вони легко втрачають і перетворюються в іони з одним позитивним зарядом. Тому в своїх сполуках натрій буває лише позитивно одновалентним.

Натрій — дуже активний метал. Легко втрачаючи свої валентні електрони, він є дуже сильним відновником. В електрохімічному ряді напруг він займає друге місце зліва від водню.

У сухому повітрі натрій енергійно взаємодіє з киснем повітря і перетворюється в пероксид:

Тому його зберігають під шаром гасу або мінеральної оливи. З галогенами натрій реагує дуже енергійно з утворенням солей галогеноводневих кислот: NaCl, NaBr тощо. З рідким бромом він сполучаються навіть з вибухом. З сіркою при деякому нагріванні утворює сульфіди: Na2S. З водою реагує дуже бурхливо, навіть з вибухом. Ще більш бурхливо реагує з кислотами (теж з вибухом). У вологому повітрі метал легко перетворюється в гідроксид:

  • 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

а останній, взаємодіючи з вуглекислим газом повітря, — в карбонат:

  • 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

При високій температурі натрій може відновлювати оксиди алюмінію, силіцію тощо до вільних елементів:

  • Al2O3 + 6Na = 2Al + 3Na2O

У вільному стані натрій одержують електролізом розплавлених хлоридів або гідроксидів. При електролізі розплавлених їдких лугів позитивно заряджені іони металів притягаються до негативно зарядженого катода, приєднують по одному електрону (відновлюються) і перетворюються в атоми вільних металів, а негативно заряджені іони гідроксилу притягуються до позитивно зарядженого анод, віддають йому по одному електрону і перетворюються в електро-нейтральні групи OH, які розкладаються з утворенням води і кисню, що виділяється на аноді. Одержання металічного натрію електролізом NaOH можна зобразити такими рівняннями:

                      NaOH
                       ↑↓
      — Катод <-   Na+ + OH-    -> Анод +
  4Na+ + 4e = 4Na°              4OH- — 4е = 4OH°
               4OH° = 2H2O + O2

У харчовій промисловості[ред. | ред. код]

Сполуки натрію активно використовуються з кулінарними цілями. Перш за все це кухонна сіль, що є хлоридом натрію, і використовується як у промислових масштабах, так і в повсякденному житті при приготуванні їжі а також як консервант. Глутамат натрію, рецептори якого відповідальні за смак умамі — популярна харчова добавка. Бікарбонат натрію, відомий як харчова сода, використовується як розпушувач для випікання.

У металургії[ред. | ред. код]

Натрій використовується у якості відновника при виплавці титану, цирконія, торія, урана і інших металів з їх хлоридів і фторидів. Важливу роль грає натрій у виплавці алюмінію — як у процесі отримання оксиду алюмінію з бокситів, так і у подальшому виділенні безпосередньо алюмінію електролізом.[1] Відновлюючи Гідроксид калію натрієм отримують чистий калій.[2] Також натрій використовується як модифікатор для створення різноманітних сплавів.

У медицині[ред. | ред. код]

Хлорид натрію є основним (окрім води) компонентом фізіологічного розчину, що використовується для ін’єкцій багатьох препаратів а також при порушенні електролітичного балансу, гіпертонічних розчинів, що мають протимікробну дію, та багатьох інших фармакологічних молекул. Достатня концентрація натрію є надзвичайно важливою для нормальної роботи мембранного транспорту, м’язових скорочень, передачі нервових імпульсів і багатьох інших життєво необхідних функцій, а його нестача(Гіпонатріємія) викликає судоми, невралгію, втрату ваги, блювоту, порушення травлення, кому, смерть.

[3]

У енергетиці[ред. | ред. код]

Розплавлений натрій і його сплав з калієм використовується у реакторах з рідкометалічним теплоносієм.[2]

Натрій є робочим тілом у натрієвих газорозрядних лампах.

Натрій утворює солі з усіма кислотами. Переважна більшість солей натрію у воді розчиняється добре. Найважливіші з них:

Натрий — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

На́трий (лат. Natrium, от арабского натрун, греческого nitron — природная сода), Na (читается «натрий»), химический элемент с атомным номером 11, атомной массой 22, 98977. В природе встречается один стабильный изотоп 23Na. Принадлежит к числу щелочных металлов. Расположен в третьем периоде в группе IА в периодической системе элементов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3

s1. Степень окисления +1 (валентность I).

Рaдиус атома 0, 192 нм, радиус иона Na+0, 116 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 5, 139 и 47, 304 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 00.

Поваренная соль (хлорид натрия NaCl), едкая щелочь (гидроксид натрия NaOH) и сода (карбонат натрия Na2CO3) находили применение еще в Древней Греции.

Металлический Na впервые получил в 1807 Г. Дэви, используя электролиз расплава каустической соды.

В воде Мирового океана содержится 1, 5·1016т солей натрия.

Na получают электролизом расплава хлорида натрия NaCl, с добавлением NаСl2, КСl и NaF для снижения температуры плавления электролита до 600°C. Аноды изготовлены из графита, катоды — из меди или железа. Электролиз расплава проводят в стальном электролизере с диафрагмой. Параллельно с Na электролизом получают Cl2:

2NaCl=2Na+Cl2

Получаемый Na очищают вакуумной дистилляцией или обработкой титаном или сплавом титана и циркония.

Натрий — мягкий серебристо-белый металл, быстро тускнеющий на воздухе.

Na мягок, легко режется ножом, поддается прессованию и прокатке. Выше -222°C устойчива кубическая модификация, а = 0, 4291 нм. Ниже — гексагональная модификация. Плотность 0, 96842 кг/дм3. Тaмпература плавления 97, 86°C, кипения 883, 15°C. Пары натрия состоят из Na и Na2.

Na химически очень активен. При комнатной температуре взаимодействует с O2 воздуха, парами воды и CO2 с образованием рыхлой корки. При сгорании Na в кислороде образуются пероксид Na2О2 и оксид Na2O:

4Na+O2=2Na2O и 2Na+O2=Na2O2

При нагревании на воздухе Na сгорает желтым пламенем, в желтый цвет окрашивают пламя и многие соли натрия. Натрий бурно реагирует с водой и разбавленными кислотами:

2Na+H2O=2NaOH+H2

При взаимодействии Na и спирта выделяется H2 и образуется алкоголят натрия. Например, взаимодействуя с этанолом С2Н5ОН, Na образует этанолят натрия С2Н5ОNa:

С2Н5ОН+2Na=2С2Н5ОNa+H2

Кислородсодержащие кислоты, взаимодействуя с Na, восстанавливаются:

2Na+2Н2SO4=SO2+Na2SO4+2H2O

При нагревании до 200°C Na реагирует с H2 с образованием гидрида NaН:

2Na+H2=2NaH

Натрий самовоспламеняется в атмосфере фтора или хлора, с иодом реагирует при нагревании. При перетирании в ступке Na реагирует с S с образованием сульфидов переменного состава. С N2 реакция протекает в электрическом разряде, образуются нитрид натрия Nа3N или азид NaN3. Na реагирует с жидким аммиаком с образованием голубых растворов, где Na присутствует в виде ионов Na+.

Оксид натрия Na2O проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием сильного основания — гидроксида натрия NaОН:

Na2O+H2O=2NaOH

Пероксид натрия Na2O2 реагирует с водой с выделением кислорода:

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2

Гидроксид натрия — очень сильное основание, щелочь, хорошо растворим в воде (в 100 г воды при 20 °C растворяется 108 г NaOH). NaОН взаимодействует с кислотными и амфотерными оксидами:

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O,

Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] (в растворе),

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O (при сплавлении)

В промышленности гидроксид натрия NaOH получают электролизом водных растворов NaCl или Na2CO3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:

2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2

Попадание твердого NaOH или капель его раствора на кожу вызывает тяжелые ожоги. Водные растворы NaOH при хранении разрушают стекло, расплавы — фарфор.

Карбонат натрия Na2CO3 получают насыщением водного раствора NaCl аммиаком и CO2. Рaстворимость образующегося гидрокарбоната натрия NaHCO3 менее 10 г в 100 г воды при 20°C, основная часть NaHCO3 выпадает в осадок:

NaCl+NH3+CO2=NaHCO3,

который отделяют фильтрованием. При прокаливании NaHCO3 образуется кальцинированная сода:

2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O

У большинства солей Na растворимость с ростом температуры возрастает не так сильно, у солей калия.

Na — сильный восстановитель:

TiCl4+4Na=4NaCl+Ti

Нaтрий применяется как восстановитель активных металлов, его расплав в смеси с калием является теплоносителем в ядерных реакторах, так как он плохо поглощает нейтроны. Пaры Na используются в лампах накаливания.

NaCl используется в пищевой промышленности, гидроксид натрия NaOH — в производстве бумаги, мыла, искусственных волокон, в качестве электролита. Кaрбонат натрия Na2CO3 и гидрокарбонат NaНСO3 — применяется в пищевой промышленности, является компонентом огнетушащих средств, лекарством. Фосфат натрия Na3PO4 — компонент моющих средств, применяют в производстве стекол и красок, в пищевой промышленности, в фотографии. Силикаты mNa2nSiO2 — компоненты шихты в производстве стекла, для получения алюмосиликатных катализаторов, жаростойких, кислотоупорных бетонов.

Ионы натрия Na+ необходимы для нормального функционирования организма, они участвуют в процессах обмена веществ. В плазме крови человека содержание ионов Na+ 0, 32% по массе, в костях — 0, 6%, В мышечных тканях — 1, 5%. Для восполнения естественной убыли человек должен ежедневно употреблять с пищей 4-5 г Na.

Хранят натрий в герметично закрытых железных контейнерах под слоем обезвоженного керосина или минерального масла. Загоревшийся Na заливают минеральным маслом или засыпают смесью талька и NaCl. Образующиеся отходы металлического Na уничтожают в емкостях с этиловым или пропиловым спиртом.

  • Ситтинг М. Натрий, его производство, свойства и применение / Пер. с англ. М., 1961.

Натрий — Википедия

Внешний вид простого вещества
Серебристо-белый мягкий металл
Свойства атома
Название, символ, номер Натрий/Natrium (Na), 11
Атомная масса
(молярная масса)
22,989 769 28(2)[1] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация [Ne] 3s1
Радиус атома 190 пм
Химические свойства
Ковалентный радиус 154 пм
Радиус иона 97 (+1e) пм
Электроотрицательность 0,93 (шкала Полинга)
Электродный потенциал -2,71 В
Степени окисления 0; +1
Энергия ионизации
(первый электрон)
 495,6(5,14) кДж/моль (эВ)
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность (при н. у.) 0,971 г/см³
Температура плавления 370,96 К; 97,81 °C
Температура кипения 1156,1 К; 882,95 °C
Уд. теплота плавления 2,64 кДж/моль
Уд. теплота испарения 97,9 кДж/моль
Молярная теплоёмкость 28,23[2] Дж/(K·моль)
Молярный объём 23,7 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки кубическая объёмноцентрированная
Параметры решётки 4,2820 Å
Температура Дебая 150 K
Прочие характеристики
Теплопроводность (300 K) 142,0 Вт/(м·К)
Номер CAS 7440-23-5
Эмиссионный спектр
Sodium Spectra.jpg

На́трий — элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium).

Простое вещество натрий — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. На внешнем энергетическом уровне натрий имеет один электрон, который он легко отдаёт, превращаясь в положительно заряженный катион Na+. Единственным стабильным изотопом является 23Na. В свободном виде не встречается, но может быть получен из различных соединений. Натрий — шестой по распространённости элемент в земной коре (англ.)русск.: он находится в составе многочисленных минералов, включая полевые шпаты, содалит и каменную соль (NaCl).

История и происхождение названия

Соединения натрия известны и использовались с давних времён. В древнегреческом переводе Библии — Септуагинте — упоминается слово νίτρον[3] (в латинском переводе — Вульгате — ему соответствует слово nitroet ) как название вещества типа соды или поташа, которое в смеси с маслом служило моющим средством[4](Иер. 2:22). В Танахе слову νίτρον соответствуют др.-евр. ברית — «мыло» и נתר — «щёлок (мыльная жидкость)»[5]. Сода (натрон) встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет[6].

Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр»[7].

Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779—1848) для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода[8]. Ранее (а также до сих пор в английском, французском и ряде других языков) элемент именовался содий (лат. sodium) — это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли[9].

Металлический натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви электролизом расплава гидроксида натрия. Дэви сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции[10] (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий — через несколько дней после калия[11]).

Нахождение в природе

Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Содержание в морской воде в виде соединений — 10,5 г/л[12]. Металлический натрий встречается как примесь, окрашивающая каменную соль в синий цвет. Данную окраску соль приобретает под действием радиации.

Получение

Sodium Spectra.jpg Промышленное получение натрия по способу Девилля, распространённое в 19 веке. AC — железная трубка со смесью соды, угля и мела; B — холодильник Донни и Мареска; R — приёмник с нефтью

Первым промышленным способом получения натрия была реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля)[13]:

Na2CO3+2C →1000oC 2Na+3CO.{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+2C\ {\xrightarrow {1000^{o}C}}\ 2Na+3CO.}}}

Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий[14][15].

С появлением электроэнергетики более практичным стал другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия:

4NaOH→электрический ток 4Na+2h3O+O2,{\displaystyle {\mathsf {4NaOH{\xrightarrow {\text{электрический ток}}}\ 4Na+2H_{2}O+O_{2},}}}
2NaCl→электрический ток 2Na+Cl2.{\displaystyle {\mathsf {2NaCl{\xrightarrow {\text{электрический ток}}}\ 2Na+Cl_{2}.}}}

В настоящее время электролиз — основной способ получения натрия.

Натрий также можно получить цирконийтермическим методом или термическим разложением азида натрия.

Физические свойства

{\displaystyle {\mathsf {2NaCl{\xrightarrow {\text{электрический ток}}}\ 2Na+Cl_{2}.}}} Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле {\displaystyle {\mathsf {2NaCl{\xrightarrow {\text{электрический ток}}}\ 2Na+Cl_{2}.}}}

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.

Под высоким давлением становится прозрачным и красным, как рубин[16].

При комнатной температуре натрий образует кристаллы кубической сингонии,  пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,42820 нм, Z = 2.

При температуре −268 °С (5 К) натрий переходит в гексагональную фазу, пространственная группа P 63/mmc, параметры ячейки a = 0,3767 нм, c = 0,6154 нм, Z = 2.

Химические свойства

Щелочной металл на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина.

4Na+O2 →  2Na2O{\displaystyle {\mathsf {4Na+O_{2}\ {\xrightarrow {\ }}\ 2Na_{2}O}}}

При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:

2Na+O2 →to Na2O2{\displaystyle {\mathsf {2Na+O_{2}\ {\xrightarrow {t^{o}}}\ Na_{2}O_{2}}}}

Кроме того, существует озонид натрия NaO3.

С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды[17], реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:

2Na+2h3O →  2NaOH+h3↑{\displaystyle {\mathsf {2Na+2H_{2}O\ {\xrightarrow {\ }}\ 2NaOH+H_{2}\uparrow }}}

Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):

2Na+Cl2 →  2NaCl{\textstyle {\mathsf {2Na+Cl_{2}\ {\xrightarrow {\ }}\ 2NaCl}}}
2Na+h3 →250−400oC,p 2NaH{\displaystyle {\mathsf {2Na+H_{2}\ {\xrightarrow {250-400^{o}C,p}}\ 2NaH}}}

Натрий более активен, чем литий. С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество — нитрид натрия (в противоположность легко образующемуся нитриду лития):

6Na+N2 →  2Na3N{\displaystyle {\mathsf {6Na+N_{2}\ {\xrightarrow {\ }}\ 2Na_{3}N}}}

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

2Na+2HCl →  2NaCl+h3↑{\displaystyle {\mathsf {2Na+2HCl\ {\xrightarrow {\ }}\ 2NaCl+H_{2}\uparrow }}}

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

8Na+10HNO3 →  8NaNO3+Nh5NO3+3h3O{\displaystyle {\mathsf {8Na+10HNO_{3}\ {\xrightarrow {\ }}\ 8NaNO_{3}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}}

Растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор:

Na+4Nh4 →−40oC Na[Nh4]4{\displaystyle {\mathsf {Na+4NH_{3}\ {\xrightarrow {-40^{o}C}}\ Na[NH_{3}]_{4}}}}

С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:

2Na+2Nh4 →350oC 2NaNh3+h3{\displaystyle {\mathsf {2Na+2NH_{3}\ {\xrightarrow {350^{o}C}}\ 2NaNH_{2}+H_{2}}}}

С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. При сплавлении с калием даёт жидкий сплав.

Алкилгалогениды с избытком металла могут давать натрийорганические соединения — высокоактивные соединения, которые обычно самовоспламеняются на воздухе и взрываются с водой. При недостатке металла происходит реакция Вюрца.

Реагирует со спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами с образованием солей.

Растворяется в краун-эфирах в присутствии органических растворителей, давая электрид или алкалид (в последнем у натрия необычная степень окисления −1).

Применение

Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель в препаративной химии и промышленности, в том числе в металлургии. Используется для осушения органических растворителей, например, эфира. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.

В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.

Жидкометаллический теплоноситель в ядерных реакторах на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800.

Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).

Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна).

Хлорид натрия (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.

Азид натрия (NaN3) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.

Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).

Хлорат натрия (NaClO3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Изотопы натрия

В настоящее время (2012 г.) известно 20 изотопов с массовыми числами от 18 до 37 и 2 ядерных изомера натрия. Единственный стабильный изотоп 23Na. У большинства изотопов период полураспада меньше одной минуты, лишь 2 радиоактивных изотопа — 22Na и 24Na — имеют бо́льший период полураспада. 22Na претерпевает позитронный распад с периодом полураспада 2,6027 года, его используют в качестве источника позитронов и в научных исследованиях. 24Na, с периодом полураспада по каналу β-распада 15 часов, используется в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии.

Биологическая роль

Натрий входит в состав всех живых организмов. В высших организмах натрий находится большей частью в межклеточной жидкости клеток (примерно в 15 раз больше, чем в цитоплазме клетки). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки натрий-калиевый насос, откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость.

Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:

Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов[источник не указан 826 дней]. Для взрослых по данным Американской Ассоциации сердечных заболеваний минимальная необходимая доза составляет меньше 500 миллиграммов, рекомендуемая до 1500 миллиграммов в день (за исключением некоторых болезней или профессий, при которых нужно повышенное количество натрия). В виде поваренной соли в 3/4 чайной ложки содержится 1725 миллиграммов натрия[18]. По другим данным здоровым взрослым стоит ограничивать употребление натрия 2300 миллиграммами, а людям с повышенным давлением и рядом других заболеваний 1500 или меньшим количеством.

Натрий содержится практически во всех продуктах в разных количествах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли, в том числе в составе консервов, полуфабрикатов, соусов, колбасных изделий и т.п. В качестве источника натрия служат также такие пищевые добавки как глутамат натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия), нитрит натрия, сахаринат натрия и бензоат натрия[19]. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако чрезмерно солёная пища и пища, богатая белками, препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.

Дефицит натрия у питающегося сбалансированной пищей человека не встречается, однако некоторые проблемы могут возникнуть при голодании. Временный недостаток может быть вызван использованием мочегонных препаратов, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды.

Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный недостаток вызывает мышечные судороги и невралгию.

Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, повышенное выделение калия с мочой, у некоторых людей повышенное кровяное давление и скопление жидкости[19]. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками, составляет примерно 20—30 граммов, большее количество уже опасно для жизни.

Меры предосторожности

NFPA 704 для металлического натрия:

NFPA 704.svg

Чистый металлический натрий огнеопасен. На воздухе склонен к самовоспламенению. Особенно опасен контакт с водой и влажными поверхностями, так как натрий очень бурно реагирует с водой, часто со взрывом, образуя едкую щёлочь (NaOH). В лабораториях небольшие количества натрия (примерно до 1 кг) хранят в закрытых стеклянных банках под слоем керосина так, чтобы керосин покрывал весь металл. Банка с натрием должна храниться в металлическом несгораемом шкафу (сейфе). Натрий берут пинцетом или щипцами, отрезают скальпелем (натрий пластичен и легко режется ножом) на сухой поверхности (не на столе, а в стеклянной чашке) необходимое количество и остаток тут же возвращают в банку под слой керосина, а отрезанный кусок либо помещают в керосин, либо тут же вводят в реакцию. Прежде чем приступить к работе с натрием, необходимо пройти инструктаж по охране труда. Лица, впервые приступающие к работе с натрием, должны производить эту работу под наблюдением сотрудников, имеющих опыт такой работы. Обычно в лабораторных условиях для реакций используют количества натрия, не превышающие нескольких десятков граммов. Для показательных опытов, например, в школе на уроках химии, следует брать не более одного грамма натрия. После работы с металлическим натрием всю посуду и остатки натрия заливают неразбавленным спиртом и полученный раствор нейтрализуют слабым раствором кислоты. Следует обратить особое внимание на то, чтобы все остатки и обрезки натрия были полностью нейтрализованы до их выбрасывания, так как натрий в мусорном ведре может вызвать пожар, а в канализационном сливе может вызвать взрыв и разрушение трубы. Все работы с натрием, как и вообще с щелочами и щелочными металлами, должны проводиться в очках или защитной маске. Хранить натрий дома и производить с ним какие-либо опыты не рекомендуется.

Воспламенение и даже взрыв металлического натрия при соприкосновении с водой и многими органическими соединениями может причинить серьёзные травмы и ожоги. Попытка взять кусочек металлического натрия голыми руками может привести к его воспламенению (иногда взрыву) из-за влажности кожи и образованию тяжелейших ожогов натрием и образующейся щёлочью. Горение натрия создает аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия, обладающий разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).

Примечания

  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. Аликберова Л. Ю. Натрий // Химическая энциклопедия: в 5 т / Кнунянц И. Л. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3: Мед—Пол. — С. 178—179. — 639 с. — 48 000 экз. — ISBN 5-85270-039-8.
  3. ↑ Симфония греческих словарных форм
  4. ↑ Древнегреческо-русский словарь Дворецкого  (недоступная ссылка — история). Проверено 24 октября 2018. Архивировано 30 марта 2016 года.
  5. ↑ Библейская симфония с еврейским и греческим словарём
  6. Алексеев М. Т., Колотов С. С., Менделеев Д. И. Натрий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  7. Петровский Н. С. Египетский язык. Введение в иероглифику, лексику и очерк грамматики среднеегипетского языка. Л., 1958. — С. 83.
  8. ↑ Thomas Thomson, Annals of Philosophy
  9. Newton D. E. Chemical Elements. ISBN 0-7876-2847-6.
  10. Davy, H. (1808). «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». Philosophical Transactions 98: 1—44.
  11. Davy, John. The Collected Works of Sir Humphry Davy. — London : Smith, Elder, and Company, 1839. — Vol. I. — P. 109.
  12. Riley J. P., Skirrow G. Chemical Oceanography. Vol. 1, 1965.
  13. Менделеев Д. Основы химии, 7 изд., СПб, 1903. — С. 386.
  14. ↑ А. Ф. Алабышев, К. Д Грачев, С. А. Зарецкий, М. Ф. Лантратов, Натрий и калий (получение, свойства, применение), Л.: Гос. н.-т. изд-во хим. лит., 1959, С. 255.
  15. ↑ А. Г. Морачевский, И. А. Шестеркин, В. Б. Буссе-Мачукас и др., Натрий. Свойства, производство, применение (Под ред. А. Г. Морачевского), СПб: Химия, 1992, С. 186. ISBN 5-7245-0760-9
  16. ↑ Газета. Ру: Элементы под давлением
  17. ↑ Взаимодействие натрия с водой — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
  18. ↑ How much sodium should I eat per day?
  19. 1 2 Sodium in diet

Литература

Ссылки

⛭

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,
Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,
W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au

⛭
   

Литий
Li
Атомный номер: 3
Атомная масса: 6,941
Темп. плавления: 453,85 К
Темп. кипения: 1615 К
Плотность: 0,534 г/см³
Электроотрицательность: 0,98

Натрий
Na
Атомный номер: 11
Атомная масса: 22,98976928
Темп. плавления: 371,15 К
Темп. кипения: 1156 К
Плотность: 0,97 г/см³
Электроотрицательность: 0,96

Калий
K
Атомный номер: 19
Атомная масса: 39,0983
Темп. плавления: 336,58 К
Темп. кипения: 1032 К
Плотность: 0,86 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Рубидий
Rb
Атомный номер: 37
Атомная масса: 85,4678
Темп. плавления: 312,79 К
Темп. кипения: 961 К
Плотность: 1,53 г/см³
Электроотрицательность: 0,82

Цезий
Cs
Атомный номер: 55
Атомная масса: 132,9054519
Темп. плавления: 301,59 К
Темп. кипения: 944 К
Плотность: 1,93 г/см³
Электроотрицательность: 0,79

Франций
Fr
Атомный номер: 87
Атомная масса: (223)
Темп. плавления: ~300 К
Темп. кипения: ~950 К
Плотность: 1,87 г/см³
Электроотрицательность: 0,7

Гидроксид натрия — Википедия

Гидрокси́д на́трия (лат. Nátrii hydroxídum; другие названия — каустическая сода, едкий натр) — неорганическое химическое вещество, самая распространённая щёлочь, химическая формула NaOH. В год в мире производится и потребляется около 57 миллионов тонн едкого натра.

Интересна история тривиальных названий как гидроксида натрия, так и других щелочей. Название «едкая щёлочь» обусловлено свойством разъедать кожу (вызывая сильные ожоги), бумагу и другие органические вещества. До XVII века щёлочью (фр. alkali) называли также карбонаты натрия и калия. В 1736 году французский учёный Анри Дюамель дю Монсо впервые различил эти вещества: гидроксид натрия стали называть каустической содой, карбонат натрия — кальцинированной содой, а карбонат калия — поташом. В настоящее время содой принято называть натриевые соли угольной кислоты. В английском и французском языках слово sodium означает натрий, potassium — калий.

Гидроксид натрия — белое твёрдое вещество. Сильно гигроскопичен, на воздухе «расплывается», активно поглощая пары воды из воздуха. Хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты. Раствор едкого натра мылок на ощупь.

Термодинамика растворов

ΔH0 растворения для бесконечно разбавленного водного раствора −44,45 кДж/моль.

Из водных растворов при +12,3…+61,8 °C кристаллизуется моногидрат (ромбическая сингония), температура плавления +65,1 °C; плотность 1,829 г/см³; ΔH0обр −425,6 кДж/моль), в интервале от −28 до −24 °C — гептагидрат, от −24 до −17,7 °C — пентагидрат, от −17,7 до −5,4 °C — тетрагидрат (α-модификация). Растворимость в метаноле 23,6 г/л (t = +28 °C), в этаноле 14,7 г/л (t = +28 °C). NaOH·3,5Н2О (температура плавления +15,5 °C).

Гидроксид натрия (едкая щёлочь) — сильное химическое основание (к сильным основаниям относят гидроксиды, молекулы которых полностью диссоциируют в воде), к ним относят гидроксиды щелочных и щёлочноземельных металлов подгрупп Iа и IIа периодической системы Д. И. Менделеева, KOH (едкое кали), Ba(OH)2 (едкий барит), LiOH, RbOH, CsOH, а также гидроксид одновалентного таллия TlOH. Щёлочность (основность) определяется валентностью металла, радиусом внешней электронной оболочки и электрохимической активностью: чем больше радиус электронной оболочки (увеличивается с порядковым номером), тем легче металл отдаёт электроны, и тем выше его электрохимическая активность и тем левее располагается элемент в электрохимическом ряду активности металлов, в котором за ноль принята активность водорода.

MeTable.jpg

Водные растворы NaOH имеют сильную щелочную реакцию (pH 1%-раствора = 13,4). Основными методами определения щелочей в растворах являются реакции на гидроксид-ион (OH), (c фенолфталеином — малиновое окрашивание и метиловым оранжевым (метилоранжем) — жёлтое окрашивание). Чем больше гидроксид-ионов находится в растворе, тем сильнее щёлочь и тем интенсивнее окраска индикатора.

Гидроксид натрия вступает в следующие реакции:

с кислотами, амфотерными оксидами и гидроксидами
NaOH+HCl→NaCl+h3O{\displaystyle {\mathsf {NaOH+HCl\rightarrow NaCl+H_{2}O}}}
NaOH+h3S→NaHS+h3O{\displaystyle {\mathsf {NaOH+H_{2}S\rightarrow NaHS+H_{2}O}}} (кислая соль, при отношении 1:1)
2NaOH+h3S→Na2S+2h3O{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+H_{2}S\rightarrow Na_{2}S+2H_{2}O}}} (в избытке NaOH)

Общая реакция в ионном виде:

OH−+H+→h3O{\displaystyle {\mathsf {OH^{-}+H^{+}\rightarrow H_{2}O}}}
  • с амфотерными оксидами которые обладают как основными, так и кислотными свойствами, и способностью реагировать с щелочами, как с твёрдыми при сплавлении:
2NaOH+ZnO →500−600oC Na2ZnO2+h3O{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+ZnO\ {\xrightarrow[{}]{500-600^{o}C}}\ Na_{2}ZnO_{2}+H_{2}O}}}
2NaOH+ZnO+h3O→Na2[Zn(OH)4]{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+ZnO+H_{2}O\rightarrow Na_{2}[Zn(OH)_{4}]}}} — в растворе
с амфотерными гидроксидами
NaOH+Al(OH)3 →1000oC NaAlO2+2h3O{\displaystyle {\mathsf {NaOH+Al(OH)_{3}\ {\xrightarrow {1000^{o}C}}\ NaAlO_{2}+2H_{2}O}}} — при сплавлении
3NaOH+Al(OH)3→Na3[Al(OH)6]{\displaystyle {\mathsf {3NaOH+Al(OH)_{3}\rightarrow Na_{3}[Al(OH)_{6}]}}} — в растворе
с солями в растворе:
2NaOH+CuSO4→Cu(OH)2↓+Na2SO4{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+CuSO_{4}\rightarrow Cu(OH)_{2}\!\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}}

Гидроксид натрия используется для осаждения гидроксидов металлов. К примеру, так получают гелеобразный гидроксид алюминия, действуя гидроксидом натрия на сульфат алюминия в водном растворе, при этом избегая избытка щёлочи и растворения осадка. Его и используют, в частности, для очистки воды от мелких взвесей.

c неметаллами:

например, с фосфором — с образованием гипофосфита натрия:

4P+3NaOH+3h3O→Ph4↑+3Nah3PO2{\displaystyle {\mathsf {4P+3NaOH+3H_{2}O\rightarrow PH_{3}\!\uparrow +3NaH_{2}PO_{2}}}}

с серой:

3S+6NaOH→2Na2S+Na2SO3+3h3O{\displaystyle {\mathsf {3S+6NaOH\rightarrow 2Na_{2}S+Na_{2}SO_{3}+3H_{2}O}}}
с галогенами
2NaOH+Cl2→NaClO+NaCl+h3O{\displaystyle {\mathsf {2NaOH+Cl_{2}\rightarrow NaClO+NaCl+H_{2}O}}} (дисмутация хлора в разбавленном растворе при комнатной температуре)
6NaOH+3Cl2→NaClO3+5NaCl+3h3O{\displaystyle {\mathsf {6NaOH+3Cl_{2}\rightarrow NaClO_{3}+5NaCl+3H_{2}O}}} (дисмутация хлора при нагревании в концентрированном растворе)
с металлами

Гидроксид натрия вступает в реакцию с алюминием, цинком, титаном. Он не реагирует с железом и медью (металлами, которые имеют низкий электрохимический потенциал). Алюминий легко растворяется в едкой щёлочи с образованием хорошо растворимого комплекса — тетрагидроксоалюмината натрия и водорода:

2Al+2NaOH+6h3O→2Na[Al(OH)4]+3h3↑{\displaystyle {\mathsf {2Al+2NaOH+6H_{2}O\rightarrow 2Na[Al(OH)_{4}]+3H_{2}\!\uparrow }}}

Эта реакция использовалась в первой половине XX века в воздухоплавании: для заполнения водородом аэростатов и дирижаблей в полевых (в том числе боевых) условиях, так как данная реакция не требует источников электроэнергии, а исходные реагенты для неё могут легко транспортироваться.

с эфирами, амидами и алкилгалогенидами (гидролиз):
Гидролиз эфиров

с жирами (омыление) такая реакция необратима, так как получающаяся кислота со щёлочью образует мыло и глицерин. Глицерин впоследствии извлекается из подмыльных щёлоков путём вакуум-выпарки и дополнительной дистилляционной очистки полученных продуктов. Этот способ получения мыла был известен на Ближнем Востоке с VII века.

В результате взаимодействия жиров с гидроксидом натрия получают твёрдые мыла (они используются для производства кускового мыла), а с гидроксидом калия либо твёрдые, либо жидкие мыла в зависимости от состава жира.

с многоатомными спиртами — с образованием алкоголятов:
HOCh3Ch3OH+2NaOH→NaOCh3Ch3ONa+2h3O{\displaystyle {\mathsf {HOCH_{2}CH_{2}OH+2NaOH\rightarrow NaOCH_{2}CH_{2}ONa+2H_{2}O}}}

Качественное определение ионов натрия[править | править код]

{\mathsf {HOCH_{2}CH_{2}OH+2NaOH\rightarrow NaOCH_{2}CH_{2}ONa+2H_{2}O}} Атомы натрия придают пламени жёлтое свечение.
  1. По цвету пламени горелки — атомы натрия придают пламени жёлтую окраску
  2. С использованием специфических реакций на ионы натрия
Реагент Фторид аммония Нитрит цезия-калия-висмута Ацетат магния Ацетат цинка Пикро-

лоновая кислота

Диокси-

винная кислота

Бромбензол-

сульфокислота

Ацетат уранила-цинка
Цвет осадка белый бледно-жёлтый жёлто-зелёный жёлто-зелёный белый белый бледно-жёлтый зеленовато-жёлтый

Гидроксид натрия может получаться в промышленности химическими и электрохимическими методами.

Химические методы получения гидроксида натрия[править | править код]

К химическим методам получения гидроксида натрия относятся пиролитический, известковый и ферритный.

Химические методы получения гидроксида натрия имеют существенные недостатки: расходуется большое количество энергоносителей, получаемый едкий натр сильно загрязнён примесями.

В настоящее время эти методы почти полностью вытеснены электрохимическими методами производства.

Пиролитический метод[править | править код]

Пиролитический метод получения гидроксида натрия является наиболее древним и начинается с получения оксида натрия Na2О путём прокаливания карбоната натрия (например, в муфельной печи). В качестве сырья может быть использован и гидрокарбонат натрия, разлагающийся при нагревании на карбонат натрия, углекислый газ и воду:

2NaHCO3 →250oC Na2CO3+CO2↑+ h3O{\displaystyle {\mathsf {2NaHCO_{3}\ {\xrightarrow {250^{o}C}}\ Na_{2}CO_{3}+CO_{2}\!\uparrow +\ H_{2}O}}}
Na2CO3 →1000oC Na2O+CO2↑{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}\ {\xrightarrow {1000^{o}C}}\ Na_{2}O+CO_{2}\!\uparrow }}}

Полученный оксид натрия охлаждают и очень осторожно (реакция происходит с выделением большого количества тепла) добавляют в воду:

Na2O+h3O→2NaOH{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O+H_{2}O\rightarrow 2NaOH}}}
Известковый метод[править | править код]

Известковый метод получения гидроксида натрия заключается во взаимодействии раствора соды с гашеной известью при температуре около 80 °С. Этот процесс называется каустификацией и проходит по реакции:

Na2CO3+Ca(OH)2→2NaOH+CaCO3↓{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+Ca(OH)_{2}\rightarrow 2NaOH+CaCO_{3}\!\downarrow }}}

В результате реакции получается раствор гидроксида натрия и осадок карбоната кальция. Карбонат кальция отделяется от раствора фильтрацией, затем раствор упаривается до получения расплавленного продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH. Затем NaOH плавят и разливают в железные барабаны, где он кристаллизуется.

Ферритный метод[править | править код]

Ферритный метод получения гидроксида натрия состоит из двух этапов:

Na2CO3+Fe2O3→850oC2NaFeO2+CO2↑{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}CO_{3}+Fe_{2}O_{3}{\xrightarrow {850^{o}C}}2NaFeO_{2}+CO_{2}\!\uparrow }}}
2NaFeO2+2h3O →H+ 2NaOH+Fe2O3⋅h3O↓{\displaystyle {\mathsf {2NaFeO_{2}+2H_{2}O\ {\xrightarrow {H^{+}}}\ 2NaOH+Fe_{2}O_{3}\cdot H_{2}O\!\downarrow }}}

Первая реакция представляет собой процесс спекания кальцинированной соды с окисью железа при температуре 800 – 900°С. При этом образуется спек — феррит натрия и выделяется двуокись углерода. Далее спёк обрабатывают (выщелачивают) водой по второй реакции; получается раствор гидроксида натрия и осадок Fe2O3⋅{\displaystyle \cdot }nH2О, который после отделения его от раствора возвращается в процесс. Получаемый раствор щёлочи содержит около 400 г/л NaOH. Его упаривают до получения продукта, содержащего около 92 % масс. NaOH, а затем получают твёрдый продукт в виде гранул или хлопьев.

Электрохимические методы получения гидроксида натрия[править | править код]

Способ основан на электролизе растворов галита (минерала, состоящего в основном из поваренной соли NaCl) с одновременным получением водорода и хлора. Этот процесс можно представить суммарной формулой:

2NaCl+2h3O→h3↑+Cl2↑+2NaOH{\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\rightarrow H_{2}\!\uparrow +Cl_{2}\!\uparrow +2NaOH}}}

Едкая щёлочь и хлор вырабатываются тремя электрохимическими методами. Два из них — электролиз с твёрдым катодом (диафрагменный и мембранный методы), третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод).

В мировой производственной практике используются все три метода получения хлора и каустика с явной тенденцией к увеличению доли мембранного электролиза.

Показатель на 1 тонну NaOH Ртутный метод Диафрагменный метод Мембранный метод
Выход хлора, % 99 96 98,5
Электроэнергия, кВт·ч 3150 3260 2520
Концентрация NaOH, % 50 12 35
Чистота хлора, % 99,2 98 99,3
Чистота водорода, % 99,9 99,9 99,9
Массовая доля O2 в хлоре, % 0,1 1—2 0,3
Массовая доля Cl в NaOH, % 0,003 1—1,2 0,005

В России приблизительно 35 % от всего выпускаемого каустика вырабатывается электролизом с ртутным катодом и 65 % — электролизом с твёрдым катодом.

Диафрагменный метод[править | править код]
{\displaystyle {\mathsf {2NaCl+2H_{2}O\rightarrow H_{2}\!\uparrow +Cl_{2}\!\uparrow +2NaOH}}} Схема старинного диафрагменного электролизера для получения хлора и щёлоков: А — анод, В — изоляторы, С — катод, D — пространство заполненное газами (над анодом — хлор, над катодом — водород), М — диафрагма

Наиболее простым из электрохимических методов в плане организации процесса и конструкционных материалов для электролизера является диафрагменный метод получения гидроксида натрия.

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, нанесённую на стальную катодную сетку асбестовую диафрагму, в которую иногда добавляют небольшое количество полимерных волокон.

Во многих конструкциях электролизеров катод полностью погружен под слой анолита (электролита из анодного пространства), а выделяющийся на катодной сетке водород отводится из под катода при помощи газоотводных труб, не проникая через диафрагму в анодное пространство благодаря противотоку.

Противоток — очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку, направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму, становится возможным раздельное получение щёлоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH ионов в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, тогда в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO), который затем может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO3. Образование хлорат-иона серьёзно снижает выход по току хлора и является основным побочным процессом в этом методе получения гидроксида натрия. Также вредит и выделение кислорода, которое, к тому же, ведёт к разрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попаданию в хлор примесей фосгена.

Анод:
2Cl−→Cl2+2e−{\displaystyle {\mathsf {2Cl^{-}\!\rightarrow Cl_{2}\!+2e^{-}}}} — основной процесс
2h3O→O2+4H++4e−{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O\rightarrow O_{2}+4H^{+}\!+4e^{-}}}}
6ClO3−+3h3O→2ClO3−+4Cl−+1.5O2↑+ 6H++6e−{\displaystyle {\mathsf {6ClO_{3}^{-}\!+3H_{2}O\rightarrow 2ClO_{3}^{-}+4Cl^{-}\!+1.5O_{2}\!\uparrow \!+\ 6H^{+}\!+6e^{-}}}}
Катод:
2h3O

Оксид натрия — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 января 2019; проверки требуют 4 правки. Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 8 января 2019; проверки требуют 4 правки.

Окси́д на́трия — бинарное неорганическое вещество, имеющее формулу Na2O и относящееся к классу основных оксидов.

Оксид натрия представляет собой бесцветные кристаллы кубической сингонии[1]. Хранить оксид натрия Na2O лучше всего в безводном бензоле.

1. Взаимодействие металлического натрия с кислородом:

4Na+O2⟶2Na2O{\displaystyle {\mathsf {4Na+O_{2}\longrightarrow 2Na_{2}O}}}

Чистый оксид натрия получить непосредственным окислением натрия нельзя, так как образуется смесь, состоящая из 80 % оксида натрия и 20 % пероксида натрия:

6Na+2 O2⟶2Na2O+Na2O2{\displaystyle {\mathsf {6Na+2\ O_{2}\longrightarrow 2Na_{2}O+Na_{2}O_{2}}}}

2. Взаимодействие металлического натрия с нитратом натрия:

10Na+2NaNO3⟶6Na2O+N2{\displaystyle {\mathsf {10Na+2NaNO_{3}\longrightarrow 6Na_{2}O+N_{2}}}}

3. Прокаливание пероксида натрия с избытком натрия:

Na2O2+2 Na⟶2 Na2O{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O_{2}+2\ Na\longrightarrow 2\ Na_{2}O}}}

4. Прокаливанием карбоната натрия при 1000 °C, получаемого в свою очередь прокаливанием гидрокарбоната натрия при 200 °C.

NaHCO3→h3O+CO2T=200Na2CO3→CO2T=1000Na2O{\displaystyle {\ce {NaHCO_{3}->[{T=200}][{H_{2}O+CO_{2}}]Na_{2}CO3->[{T=1000}][{CO_{2}}]Na_{2}O}}}

1. Взаимодействие с водой с образованием щёлочи:

Na2O+h3O⟶2 NaOH{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O+H_{2}O\longrightarrow 2\ NaOH}}}

2. Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли:

Na2O+CO2⟶Na2CO3{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O+CO_{2}\longrightarrow Na_{2}CO_{3}}}}

3. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды:

Na2O+2 HCl⟶2 NaCl+h3O{\displaystyle {\mathsf {Na_{2}O+2\ HCl\longrightarrow 2\ NaCl+H_{2}O}}}

Оксид натрия применяется, в основном, в качестве реактива для различных синтезов, для приготовления гидроксида натрия и других веществ[1].

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1992. — Т. 3 (Мед-Пол). — 639 с. — ISBN 5-82270-039-8.

Author: admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о