Как найти натрий в промышленности

Натрий
← Неон | Магний →
11 Li ↑ Na ↓ K 11Na
Внешний вид простого вещества
Свежесрезанный натрий
Свойства атома
Название, символ, номер	На́трий / Natrium (Na), 11
Группа, период, блок	1 (устар. 1), 3, s-элемент
Атомная масса (молярная масса)	22,98976928 ± 2,0E−8  [1][2] а. е. м. (г/моль)
Электронная конфигурация	[Ne] 3s1 1s22s22p63s1
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	−1[3], 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[4] 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

На́трий (химический символ — Na, от лат. Natrium) — химический элемент 1-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы, IA), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Атомный номер — 11.

В виде простого вещества натрий — это очень лёгкий (0,971 г/см³), мягкий, химически активный^[5] 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 природным изотопом натрия является ²³Na.

В свободном виде в природе не встречается, но может быть получен из различных соединений. Натрий — шестой по распространённости элемент в земной коре: он находится в составе многочисленных минералов, включая полевые шпаты, содалит и «каменную соль» (галит, хлорид натрия).

История и происхождение названия[править | править код]

Соединения натрия известны и использовались с давних времён. В древнегреческом переводе Библии — Септуагинте — упоминается слово νίτρον^[6] (в латинском переводе — Вульгате — ему соответствует слово nitroet) как название вещества типа соды или поташа, которое в смеси с маслом служило моющим средством^[7] (Иер. 2:22). В Танахе слову νίτρον соответствуют др.-евр. ‏ברית‏‎ — «мыло» и נתר — «щёлок»(мыльная жидкость)^[8]. 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^[9].

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»^[10].

Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йёнсом Якобом Берцелиусом для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода^[11]. 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^[12].

Металлический натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви электролизом расплава гидроксида натрия. Дэви сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции^[13] (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий — через несколько дней после калия^[14]).

Нахождение в природе[править | править код]

Кларк натрия в земной коре составляет 25 кг/т. Содержание в морской воде в виде соединений — 10,5 г/л^[15]. Атомы металлического натрия входят как примесь, окрашивающая каменную соль в синий цвет. Эту окраску соль приобретает под действием радиации.

Физические свойства[править | править код]

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит.

Электропроводность и теплопроводность натрия довольно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.

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[править | править код]

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

.

При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:

.

Кроме того, существует озонид натрия .

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^[16], реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:

.

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

,

.

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):

.

С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:

.

С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:

,

.

Растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор:

.

С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:

.

Со 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^[3]).

Получение[править | править код]

Первым промышленным способом получения натрия была реакция восстановления карбоната натрия углём при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля)^[17]:

.

Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий^[18][19].

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.

Применение[править | править код]

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 натрий-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.

Натрий применяется и как жидкометаллический теплоноситель в некоторых ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Сейчас в эксплуатации находятся два энергетических реактора с натрием — БН-600 и БН-800. Кроме того, работает исследовательский реактор БОР-60. Строится многоцелевой научно-исследовательский реактор.

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 («спектральная»), ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути), ДНаБ (Безртутная). Примечательно, что в «горелке»(газоразр. трубка внутри защитной колбы) прогретой(вышедшей на номинальный режим) лампы ДНаТ — давление (плазмы ионизированных паров натрия и иногда ещё ртути(так холодная горелка почти с вакуумом внутри — легче зажигается)) близко или равно атмосферному,

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).

Использование соединений натрия в промышленности[править | править код]

В промышленности активно используют соединения натрия:

• Хлорид натрия (NaCl) (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.
• Бромид натрия (NaBr) широко применяется в медицине (в качестве седативного и противосудорожного средства)^[20].

Изотопы натрия[править | править код]

На 2012 год 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 один радиоактивный изотоп — ²²Na — имеет период полураспада больше года. 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[править | править код]

Натрий относится к макроэлементам^[21] и 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.

Для взрослых, по данным Американской Ассоциации сердечных заболеваний, минимальная необходимая доза составляет меньше 500 миллиграммов, рекомендуемая — до 1500 миллиграммов в день (за исключением больных некоторыми болезнями и представителей профессий, при которых требуется повышенное количество натрия). В виде поваренной соли в 3/4 чайной ложки содержится 1725 миллиграммов натрия^[22]. 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^[23]. 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 наблюдается повышенное кровяное давление и скопление жидкости^[23]. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками, составляет примерно 20—30 граммов, большее количество уже опасно для жизни.

Меры предосторожности[править | править код]

Чистый металлический натрий огнеопасен. На воздухе склонен к самовоспламенению. Особенно опасен контакт с водой и влажными поверхностями, так как натрий очень активно 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, лигроина, бензина или вазелинового масла так, чтобы слой жидкости 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 (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 — 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 создаёт аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия, обладающего разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• 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.

Ссылки[править | править код]

• Натрий на Webelements
• Periodic Table of Videos: натрий
• Натрий в Популярной библиотеке химических элементов

Физические свойства

Натрий — это щелочной металл, серебристо-белого цвета. Легкий, очень мягкий, низкая температура плавления.

Относительная молекулярная масса Mr = 22,990; относительная плотность по твердому состоянию d = 0,968; относительная плотность по жидкому состоянию d = 0, 27; t_пл = 97,83º C; t_кип = 886º C.

Способ получения 

1. Натрий получают в промышленности электролизом расплава гидроксида натрия, в результате образуется натрий, кислород и вода:

4NaOH  → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

Качественная реакция

Качественная реакция на натрий — окрашивание пламени солями натрия в желтый цвет.

Химические свойства

Натрий — активный металл; на воздухе  реагирует с кислородом и покрывается оксидной пленкой. Воспламеняется при умеренном нагревании; окрашивает пламя газовой горелки в темно-красный цвет.

1. Натрий — сильный восстановитель. Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами:

1.1. Натрий легко реагирует с галогенами с образованием галогенидов:

2Na  +  I₂  =  2NaI

1.2. Натрий реагирует с серой с образованием сульфида натрия:

2Na  +  S  =  Na₂S

1.3. Натрий активно реагирует с фосфором и водородом. При этом образуются бинарные соединения — фосфид натрия и гидрид натрия:

3Na    +    P    =   Na₃P

2Na  +  H₂  =  2NaH

1.4. С азотом натрий реагирует при температуре 100º С и электрическом разряде с образованием нитрида:

6Na   +  N₂  =  2Na₃N

1.5. Натрий реагирует с углеродом с образованием карбида:

2Na   +   2C    =    Na₂C₂

1.6. При взаимодействии с кислородом при температуре 250–400º C натрий образует пероксид натрия:

2Na + O₂ = Na₂O₂

2. Натрий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Натрий реагирует с водой. Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и водорода:

2Na⁰ + 2H₂O = 2Na⁺OH + H₂⁰

2.2. Натрий взаимодействует с кислотами. При этом образуются соль и водород.

Например, натрий реагирует с разбавленной соляной кислотой:

2Na  +  2HCl  =  2NaCl  +  H₂ ↑

2.3. Натрий может реагировать с  аммиаком,  при этом образуются амид натрия и водород:

2Na + 2NH₃ = 2NaNH₂ + H₂ ↑

2.4. Натрий может взаимодействовать с гидроксидами:

Например, натрий взаимодействует с гидроксидом натрия при температуре 600º С:

2Na + 2NaOH = 2Na₂O + H₂

Натрий: способы получения и химические свойства

Натрий — это щелочной металл, серебристо-белого цвета. Легкий, очень мягкий, низкая температура плавления.

Относительная молекулярная масса Mr = 22,990; относительная плотность по твердому состоянию d = 0,968; относительная плотность по жидкому состоянию d = 0, 27; t_пл = 97,83º C; t_кип = 886º C.

Способ получения

1. Натрий получают в промышленности электролизом расплава гидроксида натрия, в результате образуется натрий, кислород и вода:

4NaOH → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

Качественная реакция

Качественная реакция на натрий — окрашивание пламени солями натрия в желтый цвет .

Химические свойства

Натрий — активный металл; на воздухе реагирует с кислородом и покрывается оксидной пленкой. Воспламеняется при умеренном нагревании; окрашивает пламя газовой горелки в темно-красный цвет.

1. Натрий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

1.1. Натрий легко реагирует с галогенами с образованием галогенидов:

2Na + I₂ = 2NaI

1.2. Натрий реагирует с серой с образованием сульфида натрия:

2Na + S = Na₂S

1.3. Натрий активно реагирует с фосфором и водородом . При этом образуются бинарные соединения — фосфид натрия и гидрид натрия:

3Na + P = Na₃P

2Na + H₂ = 2NaH

1.4. С азотом натрий реагирует при температуре 100º С и электрическом разряде с образованием нитрида:

1.5. Натрий реагирует с углеродом с образованием карбида:

1.6. При взаимодействии с кислородом при температуре 250–400º C натрий образует пероксид натрия:

2. Натрий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Натрий реагирует с водой . Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и водорода:

2Na 0 + 2 H₂ O = 2 Na + OH + H₂ 0

2.2. Натрий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.

Например , натрий реагирует с разбавленной соляной кислотой :

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂ ↑

2.3. Натрий может реагировать с аммиаком , при этом образуются амид натрия и водород:

2.4. Н атрий может взаимодействовать с гидроксидами:

Например , натрий взаимодействует с гидроксидом натрия при температуре 600º С:

2Na + 2NaOH = 2Na₂O + H₂

Урок-обобщение “Марафон химических уравнений с участием натрия и его соединений”

Разделы: Химия

• обобщить знания о натрии и его соединениях,
• доказать высокую химическую активность натрия как щелочного металла,
• выделить основный характер его оксида и гидроксида,
• проследить генетическую связь между соединениями натрия как в неорганических и органических превращениях.

• Научиться анализировать теоретический материал по химии элементов
• Уметь выделить типичные свойства щелочных металлов и их соединений
• Отрабатывать навыки анализа научно-популярной литературы
• Использовать теоретические знания при выполнении заданий ЕГЭ

• Характеристика натрия по положению в ПС как химического элемента и простого вещества
• Химические свойства натрия в неорганической химии: взаимодействие с простыми и сложными веществами
• Характерные химические свойства оксида и гидроксида натрия
• Химическая активность солей натрия
• Химические свойства натрия, гидроксида натрия в органических реакциях
• Генетическая связь между соединениями натрия в органических реакциях
• Закрепление обобщенного материала

Задание 1.Химическая разминка по характеристике натрия:

I. Как химического элемента:
1) Название элемента натрий в переводе от латинского означает…;
2) Координаты натрия по положению в ПС:

• № порядковый…,заряд ядра, количество протонов и электронов…;
• № периода…, количество энергетических уровней… и распределение электронов по энергетическим уровням…;
• № группы…, подгруппа…;

3) «Концовка » наружного электронного слоя…;
4) Семейство элементов по заполнению наружного слоя…;
5) Высшая валентность… и высшая степень окисления…;
6) Формулы высшего оксида… ,его гидроксида и их характер … и вид химической связи в них;
7) R атома Na больше/меньше R атома К
8) ОЭО Na больше/меньше ОЭК. Нужное подчеркнуть.

II. Как простого вещества:
1) тип кристаллической решетки…;
2) физические свойства …;
3) металл натрий в природе в свободном виде (не) встречается (нужное подчеркнуть);
4) в промышленности натрий получают электролизом расплава (раствора)…, …по уравнениям:

Раздел 1. Химические свойства натрия.
1. Взаимодействие с простыми веществами
Задание 2. Учитывая положение натрия в ПС, составьте максимальное число уравнений взаимодействия его с простыми веществами:
«Натриевая ромашка»
Получите из металлического натрия нижеуказанные бинарные соединения, изображенные на «лепестках ромашки»; назовите продукты реакции.

Na₂O нельзя получить прямым окислением металлического натрия:
2Na +Na₂O₂ ? 2Na₂O

Задание 3. С полученными бинарными соединениями натрия составьте уравнения реакции гидролиза(задания встречаются в части В ЕГЭ):

Определите среду полученных растворов (среда щелочная).

2. Взаимодействие натрия со сложными веществами.

Задание 4. Составить все возможные уравнения химических реакций взаимодействия натрия со сложными веществами:

Вывод: во всех вышеуказанных реакциях, с точки зрения ОВР, натрий – сильный восстановитель, как типичный щелочной металл.

Задание 5. Докажите, что оксид натрия – основный оксид.

Задание 6. Назовите травиальное название NaOH (едкий натр, каустическая сода)

Задание 7. Оксиду натрия соответствует типичное основание- гидроксид натрия. Приведите примеры основных свойств гидроксида натрия.

1.Докажите наличие щелочи в пробирке.
– Изменение цвета индикаторов: лакмус синеет, метилоранж-желтый, фенолфталеин – малиновый вследствие полной диссоциации, т.к.является сильным основанием
NaOH ? Na + +OH –

– Взаимодействует с кислотами: с многоосновными кислотами – кислые соли (назовите полученные соли)

– С кислотными и амфотерными оксидами и их гидроксидами

Задание 8. Приведите уравнения реакций взаимодействия NaOH c растворимыми и кислыми солями:

Задание 9. Вспомните специфические свойства щелочей- взаимодействие с простыми веществами: с неметаллами и амфотерными металлами.

Задание 10. К какому типу ОВР относятся реакции взаимодействия щелочей с фосфором P, серой S, хлором Cl₂? (реакции внутримолекулярного окисления и восстановления – реакции диспропорционирования)

Задание 11. Экспериментальный тур.
Используя минимальное количество реактивов определите содержание в пробирках следующих солей натрия:

Получение натрия

Получение натрия на производстве

Получение натрия это процесс электролиза его расплавленных соединений — едкого натра или поваренной соли, связи с большой опасностью воспламенения от воздействия влаги применяются особые правела.

В лабораторных условиях натрий получают электролизом расплавленной поваренной соли, но реакция ведеться при повышенной температуре и практически не применим без специального оборудования.

В 1807 г. Гемфри Деви впервые получил металлический натрий путем электролиза едкого натра. Однако этот способ долго не мог получить промышленного применения из-за отсутствия мощных источников электрического тока.

Поэтому после открытия натрия и изучения его свойств, имеющих несомненно весьма важное значение, стали разрабатываться способы получения натрия путем химического восстановления его соединений (едкого натра, соды, поваренной соли) действием углерода или расплавленного чугуна при высокой температуре. Натрий получался при этом в виде паров, которые отгонялись из печей и конденсировались при охлаждении. Техническое значение получили лишь немногие способы. Так, промышленное производство натрия было начато в 1856 г. Сен-Клэр-Девиллем, когда им стал применяться натрий вместо калия для получения металлического алюминия из двойной соли 3NaCl • АlСl₃. Девилль получал натрий химическим путем из солей натрия при взаимодействии их с углеродом. В течение 30 лет по способу Девилля вырабатывалось 5-6 т натрия в год и было выпущено в общей сложности около 200 т натрия.

Химические способы получения натрия оказались неэкономичными из-за огромного расхода угля и солей и весьма быстрого разрушения аппаратуры. Поэтому с развитием электротехники стали внедряться в производство способы получения натрия электролизом.

В 1890 г. Кастнер разработал и стал применять способ получения натрия электролизом расплавленного едкого натра. Замеча тельно, что Кастнеру с самого начала удалось разработать совершенную, простую и удобную аппаратуру, а также удачно подобрать условия ведения процесса. Вследствие этого предложенный Кастнером щелочной способ с некоторыми усовершенствованиями в течение 30—35 лет был единственным способом промышленного получения натрия и до настоящего времени сохранил свое значение в некоторых странах. К таковым относится производство натрия, кроме СНГ , в Норвегии, Японии и, по-видимому, во Франции. В Англии щелочной способ существовал с 1902 до 1952 г. и был преобладающим.

Однако основное сырье для щелочного способа — едкий натр, который получают из поваренной соли, является дорогим продуктом. Поэтому, наряду со щелочным способом, с середины XIX в. изучалась возможность получения натрия непосредственно электролизом расплавленной поваренной соли (солевой способ). Этот способ оказался технически сложнее.

Промышленные установки для получения натрия электролизом расплавленной поваренной соли появились в 1910 г., а в период 1915—1925 гг. солевой способ начал получать распространение. Химические способы постепенно утратили свое значение.

Были попытки применить в качестве сырья для получения натрия селитру (нитрат натрия). Однако электролиз расплавленного NaNО₃ не получил практического развития вследствие отсутствия каких-либо преимуществ перед щелочным способом и ввиду ряда технических затруднений.

Большое значение в последние годы было уделено вакуумтермическим способам восстановления соды или поваренной соли углем, карбидом кальция, кремнием, алюминием и силикоалюминием до натрия. Но ввиду сложности аппаратуры и эти способы практического значения пока не получили.

Получение натрия из едкого натра

При прохождении постоянного тока через расплавленный едкий натр происходят следующие основные реакции: на катоде

Металлический натрий, будучи в 2 раза легче расплавленного каустика, всплывает на его поверхность, откуда и извлекается.

Рис. 2. Диаграмма плавкости системы NaOH—Na₂CО₃:

1 — по данным Неймана и Бергве; 2 — по данным Алабышева и Лантра това.

Основные реакции электролиза едкого натра осложняются рядом побочных процессов. Так как натрий и вода растворяются в расплавленном электролите, а при температуре электролиза происходит энергичное перемешивание всего электролита, то натрий и вода имеют возможность реагировать друг с другом, образуя водород и едкий натр

Следовательно, из четырех атомов натрия, получающихся по реакции, половина может реагировать с водой. Значит в этом случае теоретически возможно получение натрия только с выходом по току, равным 50%.

При электролизе могут происходить также и другие. Натрий, всплывая на поверхность электролита при температуре электролиза (около 300°С), может частично окисляться кислородом воздуха, хотя он и защищен тонким слоем расплава и находится в восстановительной атмосфере водорода.

Натрий вступает в реакцию не только с водой и кислородом воздуха, но. также с примесями в техническом каустике, например с Fe ₂О₃, а при высокой температуре — с каустиком. В последнем случае образуется гидрид натрия и окись натрия:

Все эти побочные реакции могут снижать выход по току до 40—30%. Чтобы увеличить выход по току, нужно иметь электролизер правильной конструкции и соблюдать точный технологический режим электролиза. Конструкция ванны и режим процесса должны быть таковы, чтобы обеспечить главным образом понижение растворимости натрия в католите и максимальное удаление воды из анолита. Так как совершенно исключить растворение натрия и воды в электролите нельзя, то необходимо добиться такого обмена катодного и анодного расплава, чтобы обеспечить протекание реакции их взаимодействия преимущественно в катодном пространстве. Если реакция будет происходить у анода, где по реакции образуется и кислород, то в ванне при электролизе будут происходить частые и сильные взрывы гремучей смеси.

Растворимость натрия в электролите зависит от температуры электролита, а скорость растворения — от величины поверхностей катода и зеркала натрия в сборнике, от примесей в электролите.

О повышением температуры растворимость резко возрастает. Поэтому высокий выход по току возможен только при поддержании возможно низкой температуры католита. Для снижения температуры плавления электролита к едкому натру добавляется 12—14% кальцинированной соды Na ₂CО₃. Кроме того, для отвода избыточного тепла, выделяющегося при электролизе, католит следует искусственно охлаждать, например, пропусканием воздуха через специальные каналы в корпусе ванны или в катоде.

Впервые диаграмма плавкости системы NaOH—Na ₂CО₃ была изучена в 1913 г. М. С. Максименко, а впоследствии Б. Нейманом.

Ввиду расхождения данных плавкость системы NaOH—Na ₂CО₃ вновь была проверена А. Ф. Алабышевым и М. Ф. Лантратовым. Результаты представлены на рис. 129. Чистый едкий натр плавится при 318,2° С. Система имеет эвтектику при 17,6 вес. % Na ₂CО₃ и 291,8° С, что оказалось близким к данным М. С. Максименко. Установлено также, что лучшие выходы по току получаются в электролите, содержащем 12—19% Na ₂CО₃.

Скорость растворения в католите натрия зависит, как уже указывалось, также от величины поверхностей катода и натрия в сборнике и составляет 0,11 г с 1 см 2 этих поверхностей в 1 ч при 305° С и 0,17 г с 1 см 2 в 1 ч при 320° С. Следовательно, для уменьшения количества растворяющегося натрия необходимо уменьшить эти поверхности. Поверхность катода может быть уменьшена повышением катодной плотности тока. Чтобы не увеличивать при этом напряжение на ванне за счет роста падения напряжения в электролите, катод делается в виде «гребенки» из отдельных стержней или полос, увеличивающих сферу действия катода и уменьшающих среднюю плотность тока в сечении электролита.

Из вредных примесей, находящихся в электролите, необходимо отметить силикаты, а также соли кальция и окислы железа. В их присутствии на катодах образуются трудноотделимые губчатооб разные корки, приводящие к существенному увеличению скорости растворения натрия. Каустик, применяемый для электролиза, должен быть возможно чище в отношении этих примесей.

Вода, образующаяся у анода, частично испаряется и уносится из ванны с выделяющимся кислородом, но большая часть ее остается в анолите. Удалению воды способствует повышение тем пературы анолита. Для этого некоторые исследователи предлагав повышать анодную плотность тока. Однако одна эта мера мало эффективна для повышения температуры анолита; она одновременно приводит к возрастанию напряжения на ванне. Более правильным является увеличение мощности на единицу объема анолита. Этого можно достигнуть созданием малого объема анодного пространства путем устройства специальных анодных карманов. В этом случае анолит будет содержать влаги больше, чем весь электролит, что приводит также к возрастанию количества удаляемой из ванны воды. Большой же разницы в температурах анолита и католита при бурном перемешивании расплава получить практически нельзя.

Очень важное значение для повышения выхода по току имеет создание условий правильного обмена между анолитом и католитом. Во-первых, обмен этот должен быть таким, чтобы взаимодействие натрия с водой происходило преимущественно в катодном пространстве. При этом взрывы гремучей смеси происходят редко, а выделяющийся в катодном пространстве водород (католит слабо «кипит» от выделяющегося водорода) создает восстановительную атмосферу и защищает натрий от окисления.

Во-вторых, обмен католита и анолита должен быть таким, чтобы количество влаги, поступающей в катодное пространство с анолитом, было эквивалентно количеству растворившегося за это же время натрия. При более энергичном обмене попадающая из анолита влага будет реагировать не только с растворенным натрием, но и с натрием в сборнике, снижая выход по току. Если же обмен недостаточен и воды поступает с анолитом меньше, чем необходимо для связывания растворенного натрия, то католит насыщается натрием. Легкое насыщение не вредно, но при большом насыщении, при существенном недостатке воды, возможна реакция.

Потребление натрия резко возрастает. Растет и температура процесса, а катоды покрываются тугоплавкой и трудноотделимой коркой, состоящей в основном из Na ₂О. И то и другое приводит к возрастанию количества растворяющегося натрия. Так как выделение водорода прекращается, то металл легче окисляется. Все это ведет к снижению выхода по току. Правильный обмен между католитом и анолитом достигается устройством диафрагмы — металлической сетки между анодом и катодом.

До начала электролиза каустик должен быть хорошо обезвожен. В присутствии воды в электролите будет идти процесс электролиза воды, как это следует из измерений обратной э, д. с. при

320—330° С в зависимости от плотности тока, по данным М. С. Максименко. Наблюдаемый на кривой первый излом при 1,35 в соответствует разложению воды, второй излом при 2,25 в —разложению NaOH.

Удельная электропроводность чистого NaOH при 320° С равна 2,18 ом -1 • см -1 и изменяется с температурой почти прямолинейно. Содержание соды и поваренной соли снижает электропроводность электролита. Поэтому допускать содержания соды в нем выше 20% нельзя. К тому же и температура плавления электролита при содержании соды свыше 17% возрастает.

Наилучшими условиями электролиза являются: температура 300—305°С; содержание соды от 12 до 20%; SiО₂ не более 0,2%; окислов железа и кальция только следы; высокая катодная плотность тока при небольшой анодной плотности тока; хорошее

охлаждение католита; малый объем анолита и создание правильного обмена между катодным и анодным расплавом путем подбора металлической сетки.

Получение натрия электролизом поваренной соли

Проблема замены дорогого сырья — едкого натра — в производстве натрия более дешевой и распространенной в природе поваренной солью возникла еще до появления патента Кастнера и интенсивно разрабатывалась после введения каустического способа в практику. Первые опыты по получению натрия электролизом расплавленной поваренной соли проводились еще Фарадеем в 1833 г. Однако его процесс оказался технически весьма сложны и только почти через 70 лет, благодаря упорной работе многих исследователей, удалось осуществить его в заводских условиях.

При электролизе на катоде разряжаются ионы Na + с образованием металлического натрия, а на аноде идет разряд ионов Сl — и образуется газообразный хлор. На практике эта простая первичная схема электролиза осложняется рядом побочных процессов, а также обстоятельств, затрудняющих осуществление производственного процесса. Основная сложность процесса заключается в том, что хлорид натрия плавится при 800° С, а натрий имеет температуру кипения около 883° С; выше 800°С давление паров натрия настолько высоко, что он почти полностью испаряется. Кроме того, при этих температурах натрий энергично растворяется в расплаве и начинает реагировать с кислородом воздуха и с веществами, входящими в состав футеровки ванн.

Рис. 3. Диаграмма плавкости системы:

Большие затруднения встречаются при выборе материала для аппаратуры, который должен быть стоек при высоких температурах по отношению к таким химически активным веществам, как хлор и натрий.

Хороший выход по току можно получить только при снижении температуры электролиза. Этого можно достигнуть добавлением к поваренной соли других соединений, образующих с NaCl низкоплавкие смеси. В то же время эти соединения не должны участвовать в электролизе во избежание загрязнения полученных натрия и хлора другими веществами. Добавляемые соли не должны вместе с тем резко увеличивать растворимость натрия в расплаве и снижать электропроводность электролита.

Необходимо также в качестве добавки в NaCl применять легкодоступные и дешевые вещества. При выборе солевых добавок следует исключить все соединения, катион которых более электроположителен, чем Na. Соединения стронция, лития, рубидия и цезия из-за высокой стоимости не могут иметь практического значения. Такие соединения как сульфаты, карбонаты, нитраты и гидроокиси, содержащие кислород, изменяют анодный процесс, поэтому не могут применяться в качестве добавок. Бромиды и иодиды дороги и применение их также будет влиять на анодный процесс. Фториды бария и кальция имеют высокую температуру плавления.

В результате для выбора добавок к поваренной соли, пригодных для технического электролиза, остаются лишь хлориды К, Са и Ва и фториды Na и К.

Более подробное изучение физико-химических свойств этих см сей солей (плавкость, растворимость натрия в них, электропроводность и т, п.) указывает, что для практики наиболее пригодны три типа электролитов:

1. Фтористый, состоящий из 62,5% NaCl, 25% NaF и 12,5% KCl. Температура плавления такого электролита около 570° С, что позволяет вести электролиз при 650—670° С.

2. Смесь хлоридов натрия

42% и кальция 58% Этот электролит, по литературным данным, получили наибольшее распространение за рубежом. Из диаграммы плавкости системы NaCl— СаСl₂, представлен ной на рис. 3 , видно, что эвтектическая смесь этих со лей имеет температуру плавления 505° С, что позволяет вести электролиз при 580 630° С при некоторых колебаниях смеси по содержанию СаСl₂.

3. Добавкой к смеси хлоридов натрия и кальция хлорида бария удается снизить температуру плавления электролита еще на 50° С. Таким образом, тройная смесь, состоящая из 32—40% NaCl 36—42% СаСl₂ и 22—26% ВаСl₂ является наиболее легкоплавки электролитом для получения натрия из поваренной соли.

Растворимость натрия при 600° С во всех трех электролитах не велика и выход по току при подходящих условиях может достигать 75 —80%. Фтористый электролит имеет более высокую электропроводность, чем хлористый. Однако фтористые добавки расходуются в значительных количествах (около 120 кг на 1 т натрия), так как они, по-видимому, вступают во взаимодействие с материалами футеровки электролизера и графитовым анодом. В свою очередь недостатком хлористого электролита является гигроскопичность СаСl₂, требующая предварительного обезвоживания его и способствующая образованию шлама в ванне. Однако более низкая температура электролиза в хлористых электролитах способствует повышению выхода по току и удлиняет срок службы материалов ванны.

Существенным является также поддержание постоянства состава электролита в процессе электролиза, что легче осуществить при хлористых добавках к NaCl.

Недостаток фтористого электролита — необходимость поддерживать низкую анодную плотность тока из-за склонности фтористого электролита к анодным эффектам.

Вредными примесями в электролите при получении натрия из NaCl являются сульфаты и соли железа, приводящие к резкому снижению выхода по току. Особенно вредны присутствие влаги в электролите и образование окислов натрия вследствие окисления металла кислородом воздуха на поверхности плава.

Графитовый анод, стойкий к сухому хлору, быстро разрушается в присутствии влаги и кислородных соединений натрия, особенно при повышенных температурах. Образующиеся при этом СO₂ и СО загрязняют анодный хлор и затрудняют его использование.

Поэтому следует тщательно обезвоживать электролит и загружать его в ванны расплавленным или хорошо подсушенным. Во избежание окисления натрия катодное пространство следует тщательно герметизировать и предупреждать всплывание натрия вне сборника.

Свойства применение натрия

Масштабы получения и применения щелочных металлов пока не велики и находятся в противоречии с большими запасами их в земной коре. В то же время щелочные металлы обладают рядом весьма ценных свойств, среди которых главнейшим является их высокая химическая активность. Это же свойство щелочных металлов служит основным препятствием при производстве их. Наибольшее значение среди щелочных металлов имеет натрий.

Натрий — металл с температурой плавления 97,83° С и температурой кипения 883° С. Плотность твердого натрия равна 0,97 г/см 3 , а расплавленного в зависимости от температуры может быть рассчитана по уравнению:

В земной коре натрия содержится 2 ,64 вес. % и встречается он главным образом в виде хлорида натрия как в каменной соли, так и в растворенном виде в водах соляных озер и морей. В значительных количествах натрий встречается в виде сульфата натрия (мирабилит), в виде бората, нитрата, а также входит в состав многих минералов.

В настоящее время в основном металлический натрий применяется в производстве тетраэтилсвинца, как антидетонатора при получении высокооктанового моторного топлива, кроме того, его используют для производства чистых цианидов, синтетических моющих средств — детергентов, перекиси натрия, синтетического каучука, индиго, гидрида натрия, фармацевтических препаратов и других продуктов неорганического и органического синтеза. Натрий как восстановитель используется для получения металлического калия и различных тугоплавких металлов. Применяется натрий также для модификации в раскислении сплавов цветных металлов, специальных сталей и для производства безоловянистых антифрикционных сплавов. За последнее время появился повышенных интерес к натрию и его сплавам с калием как к эффективным теплоносителям для атомных реакторов.

Промышленным методом получения натрия в настоящее время является исключительно электролиз его расплавленных соединений— едкого натра или поваренной соли. До 1925 г. почти 100% натрия получали электролизом расплавленного каустика. Но уже в 1930 г. этим методом было выпущено лишь 50% мирового производства натрия. Остальные 50% получали из поваренной соли. В 1940 г. эти доли составляли соответственно 15 и 85%, а в 952 г. — 5 и 95 %.

В СНГ существуют оба метода.

Статья на тему Получение натрия

Похожие страницы:

Понравилась статья поделись ей

Leave a Comment

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

[spoiler title=”источники:”]

http://urok.1sept.ru/articles/569131

http://znaesh-kak.com/x/e/%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BD%D0%B0%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F

[/spoiler]

Натрий (Na) и калий (К) в свободном виде невозможно встретить в природе. Данные щелочные металлы сходны по физическим свойствам и являются составными компонентами разных соединений, например, хлорида натрия, образующего залежи каменных солей на Донбассе, Соликамске, Соль-Илецке и других местах, а также содержащегося в морской воде. Рассмотрим, как получают натрий и калий в промышленности.

Каким способом получают калий и натрий?

Получение Na и калия производится двумя методами:

1. Восстановление из оксидов данных щелочных металлов.
2. Электролиз расплава гидроксидов.

В промышленных масштабах для получения Na и калия применяется преимущественно второй способ.

Получение калия и натрия в промышленности: особенности процессов

Итак, как получают калий в промышленности? Первый способ заключается в восстановлении данного щелочного металла из расплавленного гидроксида К или хлорида калия Na по такой формуле:

Na+KCl͢→K↑+NaCl

В результате получится сплав Na – K, для разделения которого используется перегонка.

Калий получают и способом электролизного расплава хлорида К – карбоната К. Процесс предусматривает на завершающем этапе отгонку калия из свинцового сплава.

Третий метод – восстановление NaCl при нагреве в вакууме в печи с кремнием, алюминием и карбидом кальция:

2Al+4CaO+6KCl→3CaCl₂+CaO∙Al₂O₃+6K↑

Si+4CaO+4KCl→2CaCl₂+2CaO∙SiO₂+4K↑

2KCl+CaC₂ →2K↑+CaCl₂+2C

Так проходит получение калия в промышленности. Получившийся щелочной металл производит извлечение из области реакции в форме пара, что вызывает смещение вправо химического равновесия. Полученный К для сохранения его химических и физических свойств хранят в запаянном сосуде или герметичной металлической ёмкости под керосиновым слоем.

Теперь вы знаете, каким способом получают калий, и осталось рассмотреть методы, позволяющие получить Na:

1. Электролиз расплавов, которые содержат хлорид натрия – при данном процессе на катоде (железе) происходит выделение Na, а на аноде (графите) – Сl. Конструкция электролизера (диафрагма, разделяющая пространство катода и анода) исключает взаимодействие хлора и Na, образующихся в ходе электролиза. Интересно, что использование в качестве сырья чистого NaСl не представляется возможным, поскольку разность температур плавления между натрий хлором (801) и Na (883) минимальная. Кроме того, давление насыщенного пара натрия при плавлении NaСl близко с атмосферным, что вызывает большие потери натрия в результате испарений. Используя высокие температуры, невозможно получить Na без потерь, ввиду его растворения в NaСl. Потому, к хлориду натрия вводится соль, чтобы понизить температуру плавления шихты ниже 600 градусов по Цельсию. Чаще используется расплав, который содержит 40% NaСl и CaCl для плавления при пятьсот восьмидесяти градусах Цельсия.
2. Электролиз расплава гидроксида натрия. Данный процесс проходит так: на катоде (железе) происходит выделение металлического натрия, а на аноде (никеле) – соответствующие реакции (анод: 4ОН^—– 4е^— →О₂+2Н₂О; катод: Na⁺+le^—→Na). Плюс метода – низкая температура получения Na (350 градусов по Цельсию) и возможность получить данный щелочной металл с высокой чистотой. Минус способа – дорогостоящее сырье.

Na хранится в запаянных сосудах или в герметически закрытой металлической таре под слоем керосина.

Получение калия в промышленности отличается от методов, применяемых для образования натрия из-за высокой реакционной способности первого при повышенных температурах – происходит сильная окисляемость кислородом, который растворен в расплаве.

Na	11
22,98977
3s1
Натрий

История и происхождение названия

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:

Na₂CO₃+2C=2Na+3CO

Затем появился другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида 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° 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 + 3N₂=2NaN₃

При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия

2Na + O₂ = Na₂O₂

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 (Na₃N) 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.

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.

Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1200 до 2300 миллиграмм. В виде поваренной соли это составляет от 3 до 6 грамм в день.

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.

Соединения натрия

Натрий, Natrium, Na (11)
Название натрий — sodium, natrium происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян. Оно встречается у Плиния (Nitron), у других древних авторов и соответствует древнееврейскому нетер (neter). В древнем Египте натроном, или нитроном, называли вообще щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употребляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации трупов. В средние века название нитрон (nitron, natron, nataron), а также борах (baurach), относилось и к селитре (Nitrum). Арабские алхимики называли щелочи alkali. С открытием пороха в Европе селитру (Sal Petrae) стали строго отличать от щелочей, и в XVII в. уже различали нелетучие, или фиксированные щелочи, и летучую щелочь (Alkali volatile). Вместе с тем было установлено различие между растительной (Alkali fixum vegetabile — поташ) и минеральной щелочью (Alkali fixum minerale — сода).

В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи название натрон (Natron), или натр и для растительной — кали (Kali), Лавуазье не поместил щелочи в «Таблицу простых тел», указав в примечании к ней, что это, вероятно, сложные вещества, которые когда-нибудь будут разложены. Действительно, в 1807 г. Дэви путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей получил свободные металлы — калий и натрий, назвав их потассий (Potassium) и содий (Sodium). В следующем году Гильберт, издатель известных «Анналов физики», предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium); Берцелиус сократил последнее название до «натрий» (Natrium). В начале XIX в. в России натрий называли содием (Двигубский, 182i; Соловьев, 1824); Страхов предлагал название содь (1825). Соли натрия назывались, например, сернокислая сода, гидрохлоровая сода и одновременно уксусный натр (Двигубский, 1828). Гесс, по примеру Берцелиуса, ввел название натрий.