Группа натрий. Натрий

Натрий

НА́ТРИЙ -я; м. Химический элемент (Na), мягкий металл серебристо-белого цвета, быстро окисляющийся на воздухе.

◁ На́триевый, -ая, -ое. Н-ые соединения. Н-ая селитра.

(лат. Natrium), химический элемент I группы периодической системы; относится к щелочным металлам. Название (от арабского натрун) первоначально относилось к природной соде. Серебристо-белый металл, мягкий, лёгкий (плотность 0,968 г/см 3), легкоплавкий (t пл 97,86°C). На воздухе быстро окисляется. Взаимодействие с водой может сопровождаться взрывом. Занимает 6-е место по распространённости в земной коре (минералы галит, мирабилит и др.) и 1-е среди металлических элементов в Мировом океане. Применяют для получения чистых металлов (K, Zr, Та и др.), как теплоноситель в ядерных реакторах (сплав с калием) и источник свечения в натриевых лампах. Натрий участвует в минеральном обмене всех живых организмов.

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 23 Na. Принадлежит к числу щелочных металлов. Расположен в третьем периоде в группе IА в периодической системе элементов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s 1 . 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 (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,00.
Историческая справка
Поваренная соль (хлорид натрия NaCl), едкая щелочь (гидроксид натрия NaOH) и сода (карбонат натрия Na 2 CO 3) находили применение еще в Древней Греции.
Металлический Na впервые получил в 1807 Г. Дэви (см. ДЭВИ Гемфри) , используя электролиз расплава каустической соды.
Нахождение в природе
Содержание в земной коре 2,64% по массе. Основные минералы: галит (см. ГАЛИТ) NaCl, мирабилит (см. МИРАБИЛИТ) Na 2 SO 4 ·10H 2 O, тенардит (см. ТЕНАРДИТ) Na 2 SO 4 , чилийская селитра NaNO 3 , трона (см. ТРОНА) NaHCO 3 ·Na 2 CO 3 ·2H 2 O, бура (см. БУРА) Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O и природные силикаты, например, нефелин (см. НЕФЕЛИН) Na.
В воде Мирового океана содержится 1,5·10 16 т солей натрия.
Получение
Na получают электролизом расплава хлорида натрия NaCl, с добавлением NаСl 2 , 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 Cl 2:
2NaCl=2Na+Cl 2
Получаемый Na очищают вакуумной дистилляцией или обработкой титаном или сплавом титана и циркония.
Физические и химические свойства
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/дм 3 . Тaмпература плавления 97,86°C, кипения 883,15°C. Пары натрия состоят из Na и Na 2 .
Na химически очень активен. При комнатной температуре взаимодействует с O 2 воздуха, парами воды и CO 2 с образованием рыхлой корки. При сгорании Na в кислороде образуются пероксид Na 2 О 2 и оксид Na 2 O:
4Na+O 2 =2Na 2 O и 2Na+O 2 =Na 2 O 2
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+H 2 O=2NaOH+H 2
При взаимодействии Na и спирта выделяется H 2 и образуется алкоголят натрия. Например, взаимодействуя с этанолом С 2 Н 5 ОН, Na образует этанолят натрия С 2 Н 5 ОNa:
С 2 Н 5 ОН+2Na=2С 2 Н 5 ОNa+H 2
Кислородсодержащие кислоты, взаимодействуя с Na, восстанавливаются:
2Na+2Н 2 SO 4 =SO 2 +Na 2 SO 4 +2H 2 O
При нагревании до 200°C Na реагирует с H 2 с образованием гидрида NaН:
2Na+H 2 =2NaH
Натрий самовоспламеняется в атмосфере фтора (см. ФТОР) или хлора (см. ХЛОР) , с иодом (см. ИОД) реагирует при нагревании. При перетирании в ступке Na реагирует с S с образованием сульфидов переменного состава. С N 2 реакция протекает в электрическом разряде, образуются нитрид натрия Nа 3 N или азид NaN 3 . Na реагирует с жидким аммиаком с образованием голубых растворов, где Na присутствует в виде ионов Na + .
Оксид натрия Na 2 O проявляет ярко выраженные основные свойства, легко реагирует с водой с образованием сильного основания - гидроксида натрия NaОН:
Na 2 O+H 2 O=2NaOH
Пероксид натрия Na 2 O 2 реагирует с водой с выделением кислорода:
2Na 2 O 2 +2H 2 O=4NaOH+O 2
Гидроксид натрия - очень сильное основание, щелочь, (см. ЩЕЛОЧИ) хорошо растворим в воде (в 100 г воды при 20 °C растворяется 108 г NaOH). NaОН взаимодействует с кислотными и амфотерными (см. АМФОТЕРНОСТЬ) оксидами:
CO 2 +2NaOH=Na 2 CO 3 +H 2 O,
Al 2 O 3 +2NaOH+3H 2 O=2Na (в растворе),
Al 2 O 3 +2NaOH=2NaAlO 2 +H 2 O (при сплавлении)
В промышленности гидроксид натрия NaOH получают электролизом водных растворов NaCl или Na 2 CO 3 c применением ионообменных мембран и диафрагм:
2NaCl+2H 2 O=2NaOH+Cl 2 +H 2
Попадание твердого NaOH или капель его раствора на кожу вызывает тяжелые ожоги. Водные растворы NaOH при хранении разрушают стекло, расплавы - фарфор.
Карбонат натрия Na 2 CO 3 получают насыщением водного раствора NaCl аммиаком и CO 2 . Рaстворимость образующегося гидрокарбоната натрия NaHCO 3 менее 10 г в 100 г воды при 20°C, основная часть NaHCO 3 выпадает в осадок:
NaCl+NH 3 +CO 2 =NaHCO 3 ,
который отделяют фильтрованием. При прокаливании NaHCO 3 образуется кальцинированная сода:
2NaHCO 3 =Na 2 CO 3 +CO 2 +H 2 O
У большинства солей Na растворимость с ростом температуры возрастает не так сильно, у солей калия (см. КАЛИЙ) .
Na - сильный восстановитель:
TiCl 4 +4Na=4NaCl+Ti
Применение
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 Na 2 CO 3 и гидрокарбонат NaНСO 3 - применяется в пищевой промышленности, является компонентом огнетушащих средств, лекарством. Фосфат натрия Na 3 PO 4 - компонент моющих средств, применяют в производстве стекол и красок, в пищевой промышленности, в фотографии. Силикаты m Na 2 O·n SiO 2 - компоненты шихты в производстве стекла, для получения алюмосиликатных катализаторов, жаростойких, кислотоупорных бетонов.
Физиологическая роль
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.
Особенности обращения с металлическим натрием
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.

Энциклопедический словарь . 2009 .

Смотреть что такое "натрий" в других словарях:

НАТРИЙ - НАТРИЙ. Natrium, химич. элемент, симв. Na, серебристобелый, блестящий, при обыкновенной t° восковой плотности одноатомный металл, делающийся хрупким на холоду и при ярко краснокалильном жаре перегоняющийся; открыт Де.ви (1807) электролизом… … Большая медицинская энциклопедия

- (греч. nitron, лат. natrum). Металл белого цвета, составляющий часть поваренной соли, соды, селитры и др. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НАТРИЙ белый блестящий мягкий металл, быстро окисляющийся в… … Словарь иностранных слов русского языка

Схема распада натрия 22 … Википедия

- (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; мягкий щелочной металл, tпл 97,86шC. Натрий и его сплавы с калием теплоносители в ядерных реакторах. Натрий компонент сплавов для… … Современная энциклопедия

- (символ Na), распространенный серебристо белый металлический элемент, один из ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, впервые выделенный Хэмфри Дэви (1807). Он встречается в составе солей в морской воде и во многих минералах. Главным источником его является ХЛОРИД… … Научно-технический энциклопедический словарь

Натрий - (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; мягкий щелочной металл, tпл 97,86°C. Натрий и его сплавы с калием – теплоносители в ядерных реакторах. Натрий – компонент сплавов для… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

- (лат. Natrium) Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; относится к щелочным металлам. Название (от араб. натрун) первоначально относилось к природной соде. Серебристо белый… … Большой Энциклопедический словарь

Na (лат. Natrium, от араб. натрун, греч. nitron, первоначально природная сода * a. sodium, natrium; н. Natrium; ф. sodium; и. sodio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева; ат.н. 11, ат. м. 22,98977; относится к щелочным… … Геологическая энциклопедия

Na химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,99; щелочной металл; благодаря высокой теплопроводности и сравнительно малому сечению захвата медленных нейтронов металлический натрий (иногда в сплаве с… … Термины атомной энергетики

НАТРИЙ - хим. элемент, символ Na (лат. Natrium), ат. н. 11, ат. м. 22,98; относится к щелочным металлам, серебристо белого цвета, плотность 968 кг/м3, t = 97,83°С, очень мягкий, обладает высокими тепло и электропроводностью. Н. легко взаимодействует со… … Большая политехническая энциклопедия

НАТРИЙ, натрия, мн. нет, муж. (лат. natrium) (хим.). Мягкий и белый легкий щелочной металл. Поваренная соль представляет собой химическое соединение хлора с натрием. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Книги

• Термодинамика и электрохимия систем литий-халькоген и натрий-халькоген , Морачевский Андрей Георгиевич, Демидов Александр Иванович. В настоящее время проявляется большой интерес к созданию перезаряжаемых химических источников тока (аккумуляторов) с высокими энергетическими показателями для транспортных средств,…

Натрий – простое вещество, расположившееся в первой группе третьего периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева. Представляет собой очень мягкий, серебристый щелочной металл, имеющий фиолетовый оттенок, будучи разделённым на тонкие слои. Температура плавления натрия чуть ниже необходимой для закипания воды, а температура кипения – 883 градуса по Цельсию. При комнатной температуре его плотность составляет 0.968 г/см3. Из-за своей низкой плотности при необходимости, натрий возможно разрезать обычным ножом.

Натрий очень распространен на нашей планете: различные его соединения здесь можно найти как в море или земной коре, где он содержится в относительно больших количествах, так и в составе многих живых организмов, но не встречается в живой природе в чистом виде в связи со своей поразительно высокой активностью. Натрий является одним из обязательных микроэлементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека – поэтому для восполнения его естественной убыли из организма необходимо употреблять около 4-5 грамм его соединения с хлором – т.е. обычной поваренной соли.

Натрий в истории

Различные соединения натрия были известны человеку ещё со времён древнего Египта. Египтяне первыми начали активно использовали натрии содержащую соду из солёного озера Натрон для различных житейских нужд. Соединения натрия упоминались даже в библии в качестве компонента моющего средства, однако впервые в чистом виде натрий был получен английским химиком Хемфри Деви в 1807 году,в ходе экспериментов с его производными веществами.

Изначально, натрий именовался sodium – производным от арабского слова, обозначающего головную боль. Слово «натрий» было позаимствовано из египетского языка и впервые, в современной истории, было использовано шведским обществом врачей как обозначение содосодержащих минеральных солей.

Химические свойства натрия

Натрий является активным щелочным металлом – т.е. он очень быстро окисляется при контакте с воздухом и его приходить хранить в керосине, при этом натрий имеет очень низкую плотность и часто всплывает на его поверхность. Являясь очень сильным восстановителем, натрий и вступает в реакции с большинством неметаллов, а будучи металлом активным, реакции с его применением зачастую проходят очень быстро и бурно. Например, если поместить в воду кусочек натрия, то он начинает активно самовоспламеняться, что в итоге приводит к взрыву. Воспламенение и выделение кислорода происходят при реакции натрия и его производных с множеством других веществ, однако с разбавленными кислотами он взаимодействует как обычный металл. С благородными газами, йодом и углеродом натрий в реакцию не вступает, и так же очень плохо реагирует с азотом , образуя при этом довольно неустойчивое вещество в виде тёмно-серых кристаллов – нитрид натрия.

Применение натрия

Основное применение натрий находит в химической промышленности и металлургии, где, чаще всего, он используется в качестве восстановителя, благодаря своим химическим свойствам. Так же его используют в качестве осушителя для таких органических растворителей как эфир и ему подобных; для производства проводов, способных выдерживать огромные напряжения. В этой же сфере натрий применяют как основной компонент в производстве натриево-серных аккумуляторов, имеющих высокую удельную энергию, т.е. меньший расход топлива. Главный недостаток этого типа аккумуляторов – это высокая рабочая температура, а, следовательно – риск воспламенения и взрыва натрия при аварии.

Ещё одна сфера применения натрия – это фармакология, где множество производных натрия используются в качестве реактивов, полупродуктов и вспомогательных веществ при создании различных сложных лекарств, а так же антисептиков. Раствор хлорида натрия относительно сходен плазме крови человека и быстро выводится из организма, поэтому его используют при необходимости поддержания и нормализации давления крови.

На сегодняшний день некоторые соединения натрия – это обязательный компонент при производстве бетона и других строительных материалов. Благодаря использованию материалов, содержащих производные от натрия компоненты их можно использовать при строительных работах во время низких температур.

Из-за своей распространенности и простоты промышленного производства, натрий имеет довольно малую стоимость. Сегодня его производят так же как и при его первом получении — подвергая различные натриесодержащие породы воздействию сильного электрического тока. Благодаря этому, а так же своей необходимости во многих видах промышленности, объемы его производства только растут.

Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: Na

Молекулярная масса: 22,99

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 (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Натрий (а точнее, его соединения) известен и использовался с давних времён. В Библии, в книге пророка Иеремии, упоминается слово др.-греч. νίτρον - в Септуагинте, а слово лат. nitroet - в Вульгате (Иер. 2:22) как название вещества, это род соды или поташа, который в смеси с маслом, служил моющим средством. В Танахе слову др.-греч. νίτρον соответствуют др.-евр. ברית‎ - «мыло» и др.-евр. נתר‎ - «щёлок (мыльная жидкость)». 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.
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 ».
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 , в состав которых входила сода . 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.
Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви, который сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бэкеровской лекции (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий - через несколько дней после калия), электролизом расплава гидроксида натрия .

Нахождение в природе

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

Получение

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):
Na 2 CO 3 +2C → 2Na+3CO.
Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий.
С появлением электроэнергетики более практичным стал другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия. В настоящее время электролиз - основной способ получения натрия.
Натрий также можно получить цирконийтермическим методом или термическим разложением азида натрия.

Физические свойства

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 давлением становится прозрачным и красным, как рубин.
При комнатной температуре натрий образует кристаллы в 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+O 2 → 2Na 2 O
При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:
2Na+O 2 → Na 2 O 2
Кроме того, существует озонид натрия NaO 3 .
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, реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:
2Na+2H 2 O → 2NaOH +H 2
Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):
2Na+Cl 2 → 2NaCl
2Na+H 2 → 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+N 2 → 2Na3N
С разбавленными взаимодействует как обычный металл:
2Na+2HCl → 2NaCl+H 2
С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:
8Na+10HNO3 → 8NaNO 3 +NH 4 NO 3 +3H 2 O
Растворяется в жидком аммиаке , образуя синий раствор:
Na+4NH3 → Na(NH 3) 4
С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:
2Na+2NH3 → 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.
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 . 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 (NaN 3) 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 (NaClO 3) 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:

• Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
• Поддержание осмотической концентрации крови.
• Поддержание кислотно-щелочного баланса.
• Нормализация водного баланса.
• Обеспечение мембранного транспорта.
• Активация многих энзимов.

Меры предосторожности

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 технике безопасности; 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 стоит 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 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 . Горение натрия создает аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия , обладающий разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).

В 1890 г. был разработан электролитический способ получения элемента № 11. По существу, это был перенос в промышленность опыта 80-летней давности - опыта Дэви. Электролизу подвергали расплав едкого натра, только источники энергии были уже иные - более совершенные, чем вольтов столб. Спустя 34 года американский инженер Г. Дауне принципиально изменил процесс электролитического получения натрия, заменив щелочь гораздо более дешевой поваренной солью. В наши дни мировое производство натрия измеряется сотнями тысяч тонн. На что его расходуют?

Прежде всею на производство некоторых соединений элемента №11 - ведь далеко не все они есть в природе. Каменная соль (или ) NaCI, чилийская селитра NaN03, Na3AlF6, глауберова соль Na2SO4 10NаО, Ма2В407 10Н2О и некоторые -вот основные природные . А такие важные натриевые соли, как, например, соду или гипосульфит, приходится получать искусственно. К счастью, производства этих веществ обходятся без металлического натрия. Зато цианид натрия, применяемый в электрохимии и при добыче цветных металлов, выгоднее всего получать, используя в качестве сырья сам элемент №11.

Или другой пример. Производное аммиака - амид натрия NaNH2 - получают в реакции жидкого NH3 с металлическим натрием. Это вещество нестойко, оно бурно реагирует с водой, и вообще, работая с ним, нужно соблюдать не меньше осторожности, чем при работе с металлическим натрием. Амид натрия нужен для получения двух очень важных для нас веществ - синтетического индиго и витамина А. Следовательно, для получения и красителя, и витамина нужен . Нужен он и для производства еще одного важного органического , в составе которого натрия - нет. Интерметаллическое соединение натрия со свинцом (по массе натрия в нем 10%) используют в производстве известного антидетонатора - тетраэтилсвинца. Очевидно, натрию здесь отведена роль инициатора реакции, как в известных опытах С.В.Лебедева с сотрудниками.

В 1928 г. группа ленинградских химиков во главе с профессором С. В. Лебедевым синтезировала первый в мире синтетический каучук, который назвали натрий-бутадиеновым. «Бутадиеновым» - потому, что этот СК - продукт полимеризации бутадиена-1,3, а «натрий-» - оттого, что именно элементный служил катализатором процесса полимеризации.

Исходными веществами в производстве синтетических моющих средств чаще всего бывают высшие спирты (т. е. спирты, молекулы которых содержат длинные цепочки атомов углерода). Эти спирты получают восстановлением соответствующих кислот, а лучший восстановитель в этих реакциях -все тот же ..

Многим, вероятно, покажется странным утверждение, что элемент № 11 нужен транспорту. Тем не менее это так В производстве тетраэтилсвинца - пока еще самого распространенного антидетонатора моторных топлив - в качестве сырья используют сплав свинца с натрием (в соотношении 9:1). Другой сплав на основе свинца, в составе которого 0,58% натрия, необходим железнодорожному транспорту. Ив этого сплава делают подшипники осей железнодорожных вагонов.

Металлический натрий - и твердый и жидкий - очень хорошо проводит и передает тепло. На этом основано его применение в качестве теплоносителя. Такую роль натрий выполняет в довольно многих химических производствах (когда нужен равномерный обогрев с температурой 450- 650°С), в машинах для литья под давлением, в клапанах авиационных двигателей, в атомных реакторах. Для атомной техники важно также, что натрий почти не захваты-вает тепловые нейтроны и не влияет на ход цепной ядерной реакции.

Нельзя забывать еще об одном важном применении натрия. Как один из самых активных восстановителей, элемент № 11 используют для получения некоторых редких металлов, например циркония.

Стоит ли после всего этого удивляться не прекращающемуся росту производства натрия?

Заканчиваем нага рассказ об элементе № 11 словами Дмитрия Ивановича Менделеева, написанными много лет назад, но вдвойне справедливыми для наших дней: «Получение металлического натрия относится к важнейшим открытиям в химии не потому одному, что через расширилось и стало более правильным понятие о простых телах, но потому особенно, что в натрии видны химические свойства, лишь слабо выраженные в других общеизвестных металлах».

Подробный рассказ о химических свойствах натрия опущен по той причине, что это один из немногих разделов химии, которые достаточно полно излагаются в школьных учебниках.

НАТРИЙ НА ПОДВОДНЫХ ЛОДКАХ

Натрий плавится при 98, а кипит только при 883° С. Следовательно, температурный интервал жидкого состояния этого элемента достаточно велик. Именно поэтому (и еще благодаря малому сечению захвата нейтронов) натрий стали использовать в ядерной энергетике как теплоноситель. В частности, американские атомные подводные лодки оснащены энергоустановками с натриевыми контурами. Тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает жидкий натрий, который циркулирует между реактором и парогенератором. В парогенераторе патрий, охлаждаясь, испаряет воду, и полученный пар высокого давления вращает паровую турбину. Для тех же целей используют сплав натрия с калием.

НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ФОТОСИНТЕЗ. Обычно при окислении натрия образуется окись состава Na20. Однако если сжигать натрий в сухом воздухе при повышенной температуре, вместо окиси образуется перекись Na-202. Это вещество легко отдает свой «липший» атом кислорода и обладает поэтому сильными окислительными свойствами. Одно время перекись натрия широко применяли для отбелки соломенных шляп. Сейчас удельный вес соломенных шляп в использовании перекиси натрия ничтожен; основные количества ее используются для отбелки бумаги и для регенерации воздуха на подводных лодках. При взаимодействии перекиси натрия с углекислым газом протекает процесс, обратный дыханию; 2Na2О2+2C02-2Na2C03+02, т. е. углекислый газ связывается, а выделяется. Совсем как в зеленом листе!

НАТРИЙ И . К тому времени, как был открыт натрий, алхимия была уже не в чести, и мысль превращать натрий в не будоражила умы естествоиспытателей. Однако сейчас ради получения золота расходуется очень много натрия. «Руду золотую» обрабатывают раствором цианистого натрия (а его получают из элементного натрия). При этом превращается в растворимое комплексное соединение, из которого его выделяют с помощью цинка. Золотодобытчики - среди основных потребителей элемента № 11. В промышленных масштабах цианистый натрий получают при взаимодействии натрия, аммиака и кокса при температуре около 800° С.

НАТРИЕВЫЕ ПРОВОДА. Электропроводность натрия в три раза ниже, чем электропроводность меди. Но натрий в 9 раз легче! Выходит, что натриевые провода выгоднее медных. Конечно, тон-кие провода из натрия не делают, но вот шины для больших токов целесообразно изготовлять именно из натрия. Эти шины представляют собой ввваренные с торцов стальные трубы, внутри заполненные натрием. Такие шины дешевле медных.

НАТРИЙ В ВОДЕ

Каждый школьник знает, что произойдет, если бросить кусочек натрия в воду. Точнее, не в воду, а на воду, потому что натрий легче воды. Тепла, которое выделяется при реакции натрия с водой, достаточно, чтобы расплавить натрий, И вот бегает по воде натриевый шарик, подгоняемый выделяющимся водородом. Однако реакция натрия с водой - не только опасная забава; напротив она часто бывает полезной. Натрием надежно очищают от следов воды трансформаторные масла, спирты, эфиры и другие органические , а с помощью амальгамы натрия (т. е. сплава натрия с ртутью) можно быстро определить содержание влаги во многих соединениях. реагирует с водой намного спокойнее, чем сам натрий. Для определения влажности к пробе органического добавляют определенное количество амальгамы натрия и по объему выделившегося водорода судят о содержании влаги.

НАТРИЕВЫЙ ПОЯС ЗЕМЛИ. Вполне естественно, что на Земле натрий никогда не встречается в свободном состоянии - слишком активен этот металл. Но в верхних слоях атмосферы - на высоте около 80 км - обнаружен слой атомарного натрия. На такой высоте практически нет кислорода, паров воды и вообще ничего, с чем натрий мог бы вступить в реакцию. Спектральными методами натрий был обнаружен и в межзвездном пространстве.

ИЗОТОПЫ НАТРИЯ

Природный натрий состоит только из одного изотопа с массовым числом 23. Известны 13 радиоактивных изотопов этого элемента, причем два из них представляют значительный интерес для науки. Натрий-22, распадаясь, излучает позитроны - положительно заряженные частицы, масса которых равна массе электронов. Этот изотоп с периодом полураспада 2,58 года используют в качестве позитронного источника. А изотоп натрий-24 (его период полураспада около 15 часов) применяют в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии - тяжелого заболевания крови.

КАК ПОЛУЧАЮТ НАТРИЙ. Современный электролизер для получения натрия - довольно внушительное сооружение, внешне напоминающее печь. Эта «печка» сложена из огнеупорного кирпича и снаружи окружена стальным кожухом. Снизу через дно электролизера введен графитовый анод, окруженный кольцеобразной сеткой - диафрагмой. Эта сетка не дает возможности натрию проникнуть в анодное пространство, где выделяется .

Иначе натрий сгорел бы в хлоре. Анод, кстати, тоже кольцеобразный. Он сделан из стали. Обязательная принадлежность электролизера - два колпака. Один устанавливают над анодом для сбора хлора, другой - над катодом для отвода натрия.

В электролизере загружают смесь тщательно высушенных хлористого натрия и хлористого кальция. Такая смесь плавится при более пизкой температуре, чем чистый хлористый натрий. Обычно ведут при температуре около 600° С.

На электроды подают постоянный ток напряжением около 6 в; на катоде происходит разряд ионов Na+ и выделение металлического натрия. Натрий всплывает и отводится в специальный сборник (разумеется, без доступа воздуха). На аноде разряжаются ионы хлора Сl- и выделяется газообразный

- элемент 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 (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Схема атома натрия

Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречающаяся 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.

Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.

Название «натрий» (natrium) происходит от арабского натрун по-гречески - nitron и первоначально оно относилось к природной соде. Сам элемент ранее именовался содием Sodium.

Получение

Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C:

Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO

Затем появился другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.

Физические свойства

Качественное определение натрия с помощью пламени - ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра «D-линии натрия», дублет 588,9950 и 589,5924 нм.

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° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.

Химические свойства

Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина . Натрий менее активный чем литий , поэтому с азотом реагирует только при нагревании:

2Na + 3N 2 =2NaN 3

При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Применение

Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах грузовиков как 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.

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 (Na 3 N) 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 (NaClO 3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Биологическая роль

В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.

Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного транспорта.
Активация многих энзимов.

Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая 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 сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, 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 дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.

Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.