Натрий — различия между версиями
Анонимус |
Unknown (обсуждение | вклад) м (52 версии) |
||
(не показано 40 промежуточных версий 31 участника) | |||
Строка 1: | Строка 1: | ||
[[Файл:Na (Sodium).jpg|thumb|right|Металлический натрий]] | [[Файл:Na (Sodium).jpg|thumb|right|Металлический натрий]] | ||
− | [[Файл:Sodium | + | [[Файл:Sodium molten.jpg|thumb|right|Хранение натрия в керосине или в масле]] |
− | [[Файл: | + | [[Файл:FlammenfärbungNa.png|thumb|right|Тест на присутствие натрия — характерный ярко-жёлтый цвет пламени]] |
− | '''Натрий''' (обозначается ''Na'') — химический элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева, при нормальных условиях — серебристый белый блестящий [[металл]], | + | '''Натрий''' (обозначается ''Na'') — [[химия|химический]] элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева, атомный номер 11; при нормальных условиях — серебристый белый блестящий [[металл]], быстро тускнеет на воздухе, образуя оксиды, карбонаты и основание NaOH. |
− | Относится к щелочным металлам. | + | Относится к [[щелочные металлы|щелочным металлам]]. |
+ | |||
+ | == Изотопы == | ||
+ | Натрий встречается в природе в виде одного стабильного [[изотоп]]а <sup>23</sup>Na, искусственно получены многочисленные (около 20) радиоактивные изотопы натрия (массовые числа 18-37), а также 2 ядерных изомера. Изотоп <sup>22</sup>Na (период полураспада ~2,6 лет) используется как источник позитронов и в научных исследованиях; <sup>24</sup>Na (период полураспада 15 часов, испускает бета-лучи)— в [[медицина|медицине]] для лечения лейкемии. Остальные изотопы имеют периоды полураспада меньше минуты и представляют лишь [[наука|научный]] интерес. | ||
== Физические свойства == | == Физические свойства == | ||
Строка 10: | Строка 13: | ||
Температура плавления — 370,96 K (примерно 98 °C, кипит при 1156,1 K (примерно 883 °C). | Температура плавления — 370,96 K (примерно 98 °C, кипит при 1156,1 K (примерно 883 °C). | ||
+ | |||
+ | Электронная конфигурация: [Ne] 3s<sup>1</sup>. Радиус атома 190 пикометров (10<sup>-12</sup>). | ||
== Нахождение в природе == | == Нахождение в природе == | ||
− | Является одним из наиболее распространённых элементов в земной коре. | + | Является одним из наиболее распространённых элементов в земной коре (занимает 6 место по распространённости на Земле). Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Процентное содержание натрия в земной коре — 2,64 % по массе. В гидросфере натрий содержится в виде растворимых солей — 2,9 %. Содержание в морской воде — 10,5 г/л. |
Из-за высокой химической активности натрий в свободном состоянии в природе не встречается, а присутствует в виде соединений, например NaCl (галит, поваренная соль). | Из-за высокой химической активности натрий в свободном состоянии в природе не встречается, а присутствует в виде соединений, например NaCl (галит, поваренная соль). | ||
− | Известны и другие природные соединения натрия, например глауберова соль и чилийская селитра. | + | Известны и другие природные соединения натрия, например глауберова соль (десятиводный сульфат натрия, формула Na<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>·10H<sub>2</sub>O) и чилийская селитра (нитрат натрия). Встречаются также гидрокарбонаты (нахколит) и гидраты карбонатов натрия (сода или натрит, термонатрит), трона (Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>·NaHCO<sub>3</sub>·2H<sub>2</sub>O). |
− | Значительная часть натрия в | + | Значительная часть натрия в составе соединений содержится в водах океанов и морей, а также залежей каменной соли в месторождениях на суше. Кроме того, соединений натрия много на месте высохших соляных и содовых озёр и лиманов. |
== Химические свойства == | == Химические свойства == | ||
+ | [[Файл:Burningsodium.jpg|thumb|right|Горение металлического натрия]] | ||
Как и все [[щелочные металлы]], натрий химически очень активен. Однако, по активности он уступает калию, рубидию, цезию и францию, но превосходит литий, поскольку в группе щелочных металлов реакционная способность увеличивается сверху вниз, то есть с ростом порядкового номера. | Как и все [[щелочные металлы]], натрий химически очень активен. Однако, по активности он уступает калию, рубидию, цезию и францию, но превосходит литий, поскольку в группе щелочных металлов реакционная способность увеличивается сверху вниз, то есть с ростом порядкового номера. | ||
− | Натрий бурно реагирует с водой, восстанавливая её до [[водород]]а, при этом образуется сильное основание (щёлочь) NaOH | + | Натрий бурно реагирует с водой, восстанавливая её до [[водород]]а, при этом образуется сильное основание (щёлочь) NaOH: |
− | Активно взаимодействует со галогенами: фтором, хлором и бромом, образуя галогениды состава NaX, где X — галоген. | + | 2Na + 2H<sub>2</sub>O → 2NaOH + H<sub>2</sub>↑ |
+ | |||
+ | Если бросить кусочек натрия в воду, то он начнёт скользить по воде и плавиться, так как при взаимодействии натрия с водой выделяется большое количество теплоты. Водород, получившийся как побочный продукт в этой реакции может при этом загореться. | ||
+ | |||
+ | Натрий окисляется кислородом при комнатной температуре, давая [[оксид]]. При сгорании натрия на воздухе получается пероксид: | ||
+ | |||
+ | 4Na + O<sub>2</sub> → 2Na<sub>2</sub>O (оксид) | ||
+ | |||
+ | 2Na + O<sub>2</sub> → Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (пероксид) | ||
+ | |||
+ | Существует также надпероксид (супероксид) натрия NaO<sub>2</sub>. Его можно получить сжиганием натрия в кислороде при 450 °C и высоком давлении. | ||
+ | |||
+ | Na + O<sub>2</sub> → NaO<sub>2</sub> | ||
+ | |||
+ | Активно взаимодействует со галогенами: фтором, хлором и бромом, образуя галогениды состава NaX, где X — галоген: | ||
+ | |||
+ | 2Na + X<sub>2</sub> → 2NaX | ||
+ | |||
+ | С водородом реакция начинается при нагревании 250-400 °С, при этом получается гидрид натрия NaH: | ||
+ | |||
+ | 2Na + H<sub>2</sub> → 2NaH | ||
+ | |||
+ | С азотом реагирует очень трудно. Нитрид натрия можно получить, пропуская электрический ток через металлический натрий в атмосфере азота. | ||
+ | |||
+ | 6Na + N<sub>2</sub> → 2Na<sub>3</sub>N | ||
+ | |||
+ | С аммиаком при нагревании образует амид: | ||
+ | |||
+ | 2Na + 2NH<sub>3</sub> → 2NaNH<sub>2</sub> + H<sub>2</sub>↑ | ||
+ | |||
+ | С серой, селеном и теллуром активно реагирует, при этом получаются халькогениды состава Na<sub>2</sub>X, NaX, NaX<sub>2</sub> и Na<sub>2</sub>X<sub>5</sub>. | ||
Легко реагирует с кислотами, например серной, соляной и азотной. Продуктами реакции являются сульфат, хлорид и нитрат натрия соответственно. | Легко реагирует с кислотами, например серной, соляной и азотной. Продуктами реакции являются сульфат, хлорид и нитрат натрия соответственно. | ||
Строка 32: | Строка 68: | ||
Со ртутью натрий образует амальгаму (сплав металла с ртутью). | Со ртутью натрий образует амальгаму (сплав металла с ртутью). | ||
+ | |||
+ | Алкилгалогениды с избытком металла образуют натрийорганические соединения, которые очень реакционноспособны: взрываются при контакте с водой, самовоспламеняются на воздухе. При недостатке натрия получается [[реакция Вюрца]]. | ||
В соединениях натрий одновалентен. | В соединениях натрий одновалентен. | ||
Строка 39: | Строка 77: | ||
В ряду напряжений стоит до водорода, между кальцием и актинием. | В ряду напряжений стоит до водорода, между кальцием и актинием. | ||
− | == Хранение == | + | == Хранение == |
Чтобы предотвратить окисление натрия, его, как правило, хранят под слоем керосина или масла. | Чтобы предотвратить окисление натрия, его, как правило, хранят под слоем керосина или масла. | ||
+ | |||
+ | == Получение == | ||
+ | В промышленности чистый натрий получают электролизом расплава хлорида натрия или гидроксида натрия: | ||
+ | |||
+ | 2NaCl → 2Na + Cl<sub>2</sub>↑ | ||
+ | |||
+ | 4NaOH → 4Na + 2H<sub>2</sub>O↑ + O<sub>2</sub>↑ | ||
+ | |||
+ | Если проводить электролиз раствора хлорида натрия, то получается щёлочь, хлор и водород. | ||
+ | |||
+ | Натрий также можно получить термическим разложением азида NaN<sub>3</sub> и цирконийтермическим методом. | ||
+ | |||
+ | Впервые натрий был получен карботермической реакцией восстановления карбоната натрия углём при нагревании смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля): | ||
+ | |||
+ | Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> + 2C → 2Na + 3CO↑ | ||
+ | |||
+ | Кроме карбоната натрия могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий (силумин). | ||
+ | |||
+ | == Применение == | ||
+ | * Чистый натрий используется в [[Химия|химии]], промышленности и металлургии как сильный восстановитель. | ||
+ | * Для осушения эфиров и других органических растворителях. | ||
+ | * Для приготовления легкоплавких сплавов. | ||
+ | * Производство натриево-серных аккумуляторов. | ||
+ | * В выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод. | ||
+ | * Редко натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов. | ||
+ | * Теплоноситель в сплаве с калием, рубилием и цезием. Например, сплав 12 % натрия, 47 % калия, и 41 % цезия имеет очень низкую температуру плавления: −78 °C. Он был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок. | ||
+ | * Использование в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) часто применяются в уличном освещении, натрий даёт ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Кроме того, существуют также лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути). | ||
+ | * Чистый натрий используется в качественном анализе органического вещества. | ||
+ | * Для производства цианида натрия. Для этого проводят реакцию натрия, аммиака и кокса при температуре около 800°C. Полученный продукт используется при добыче золота (цианирование). | ||
+ | |||
+ | == Меры предосторожности == | ||
+ | * Натрий нельзя брать голыми руками, так как находящаяся на них влага может прореагировать с ним, а образовавшийся гидроксид натрия вызвать химические ожоги. | ||
+ | |||
+ | == Интересные факты == | ||
+ | * Под высоким давлением натрий становится красным и прозрачным, похожим на рубин. | ||
== Источники == | == Источники == | ||
* Большая Советская Энциклопедия — Натрий. | * Большая Советская Энциклопедия — Натрий. | ||
* Натрий. Химическая энциклопедия. | * Натрий. Химическая энциклопедия. | ||
+ | * Популярная библиотека химических элементов. Натрий. | ||
[[Категория:Химические элементы]] | [[Категория:Химические элементы]] | ||
+ | [[Категория:Щелочные металлы]] | ||
+ | {{ИС}} |
Текущая версия на 18:35, 2 июля 2015
Натрий (обозначается Na) — химический элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева, атомный номер 11; при нормальных условиях — серебристый белый блестящий металл, быстро тускнеет на воздухе, образуя оксиды, карбонаты и основание NaOH.
Относится к щелочным металлам.
Содержание
Изотопы
Натрий встречается в природе в виде одного стабильного изотопа 23Na, искусственно получены многочисленные (около 20) радиоактивные изотопы натрия (массовые числа 18-37), а также 2 ядерных изомера. Изотоп 22Na (период полураспада ~2,6 лет) используется как источник позитронов и в научных исследованиях; 24Na (период полураспада 15 часов, испускает бета-лучи)— в медицине для лечения лейкемии. Остальные изотопы имеют периоды полураспада меньше минуты и представляют лишь научный интерес.
Физические свойства
Металл очень мягкий, легко режется ножом. Относительная атомная масса ~23 а.е.м., плотность при нормальных условиях всего 0,971 г/см3 (то есть натрий легче воды).
Температура плавления — 370,96 K (примерно 98 °C, кипит при 1156,1 K (примерно 883 °C).
Электронная конфигурация: [Ne] 3s1. Радиус атома 190 пикометров (10-12).
Нахождение в природе
Является одним из наиболее распространённых элементов в земной коре (занимает 6 место по распространённости на Земле). Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Процентное содержание натрия в земной коре — 2,64 % по массе. В гидросфере натрий содержится в виде растворимых солей — 2,9 %. Содержание в морской воде — 10,5 г/л.
Из-за высокой химической активности натрий в свободном состоянии в природе не встречается, а присутствует в виде соединений, например NaCl (галит, поваренная соль).
Известны и другие природные соединения натрия, например глауберова соль (десятиводный сульфат натрия, формула Na2SO4·10H2O) и чилийская селитра (нитрат натрия). Встречаются также гидрокарбонаты (нахколит) и гидраты карбонатов натрия (сода или натрит, термонатрит), трона (Na2CO3·NaHCO3·2H2O).
Значительная часть натрия в составе соединений содержится в водах океанов и морей, а также залежей каменной соли в месторождениях на суше. Кроме того, соединений натрия много на месте высохших соляных и содовых озёр и лиманов.
Химические свойства
Как и все щелочные металлы, натрий химически очень активен. Однако, по активности он уступает калию, рубидию, цезию и францию, но превосходит литий, поскольку в группе щелочных металлов реакционная способность увеличивается сверху вниз, то есть с ростом порядкового номера.
Натрий бурно реагирует с водой, восстанавливая её до водорода, при этом образуется сильное основание (щёлочь) NaOH:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
Если бросить кусочек натрия в воду, то он начнёт скользить по воде и плавиться, так как при взаимодействии натрия с водой выделяется большое количество теплоты. Водород, получившийся как побочный продукт в этой реакции может при этом загореться.
Натрий окисляется кислородом при комнатной температуре, давая оксид. При сгорании натрия на воздухе получается пероксид:
4Na + O2 → 2Na2O (оксид)
2Na + O2 → Na2O2 (пероксид)
Существует также надпероксид (супероксид) натрия NaO2. Его можно получить сжиганием натрия в кислороде при 450 °C и высоком давлении.
Na + O2 → NaO2
Активно взаимодействует со галогенами: фтором, хлором и бромом, образуя галогениды состава NaX, где X — галоген:
2Na + X2 → 2NaX
С водородом реакция начинается при нагревании 250-400 °С, при этом получается гидрид натрия NaH:
2Na + H2 → 2NaH
С азотом реагирует очень трудно. Нитрид натрия можно получить, пропуская электрический ток через металлический натрий в атмосфере азота.
6Na + N2 → 2Na3N
С аммиаком при нагревании образует амид:
2Na + 2NH3 → 2NaNH2 + H2↑
С серой, селеном и теллуром активно реагирует, при этом получаются халькогениды состава Na2X, NaX, NaX2 и Na2X5.
Легко реагирует с кислотами, например серной, соляной и азотной. Продуктами реакции являются сульфат, хлорид и нитрат натрия соответственно.
Соли натрия хорошо растворяются в воде.
Со ртутью натрий образует амальгаму (сплав металла с ртутью).
Алкилгалогениды с избытком металла образуют натрийорганические соединения, которые очень реакционноспособны: взрываются при контакте с водой, самовоспламеняются на воздухе. При недостатке натрия получается реакция Вюрца.
В соединениях натрий одновалентен.
Натрий является сильным восстановителем.
В ряду напряжений стоит до водорода, между кальцием и актинием.
Хранение
Чтобы предотвратить окисление натрия, его, как правило, хранят под слоем керосина или масла.
Получение
В промышленности чистый натрий получают электролизом расплава хлорида натрия или гидроксида натрия:
2NaCl → 2Na + Cl2↑
4NaOH → 4Na + 2H2O↑ + O2↑
Если проводить электролиз раствора хлорида натрия, то получается щёлочь, хлор и водород.
Натрий также можно получить термическим разложением азида NaN3 и цирконийтермическим методом.
Впервые натрий был получен карботермической реакцией восстановления карбоната натрия углём при нагревании смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля):
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO↑
Кроме карбоната натрия могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий (силумин).
Применение
- Чистый натрий используется в химии, промышленности и металлургии как сильный восстановитель.
- Для осушения эфиров и других органических растворителях.
- Для приготовления легкоплавких сплавов.
- Производство натриево-серных аккумуляторов.
- В выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод.
- Редко натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.
- Теплоноситель в сплаве с калием, рубилием и цезием. Например, сплав 12 % натрия, 47 % калия, и 41 % цезия имеет очень низкую температуру плавления: −78 °C. Он был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.
- Использование в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) часто применяются в уличном освещении, натрий даёт ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Кроме того, существуют также лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).
- Чистый натрий используется в качественном анализе органического вещества.
- Для производства цианида натрия. Для этого проводят реакцию натрия, аммиака и кокса при температуре около 800°C. Полученный продукт используется при добыче золота (цианирование).
Меры предосторожности
- Натрий нельзя брать голыми руками, так как находящаяся на них влага может прореагировать с ним, а образовавшийся гидроксид натрия вызвать химические ожоги.
Интересные факты
- Под высоким давлением натрий становится красным и прозрачным, похожим на рубин.
Источники
- Большая Советская Энциклопедия — Натрий.
- Натрий. Химическая энциклопедия.
- Популярная библиотека химических элементов. Натрий.
ИС Данная статья была избранной статьёй в Викисфере |