Натрий является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 11 и условным обозначением Na. Натрий при нормальных условиях представляет собой высокореактивный серебристо-белый щелочной металл.
Открытие
Такой химический элемент как натрий и его соединения были известны человечеству с давних времен. Еще в средние века соединения натрия под названием sodam использовалось для облегчения симптомов головной боли. В европейском научном обществе принято считать, что название элемента натрий происходит от арабского слова suda, которое означает «головная боль».
Научное открытие химического элемента принадлежит английскому химику сэру Хэмфри Дэви, который 19 ноября 1807 года сообщил Королевскому обществу в Лондоне об открытии двух элементарных элементов. Одним из этих элементов был натрий, который был получен методом электролиза расплавленного гидроксида натрия с использованием гальванических столбов в качестве источника энергии. Название химическому элементу дал шведский врач и химик Йенс Якоб Берцелиус в 1811 году, которое закрепилось до нынешнего времени.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Твердое |
| Температура плавления | 97,794 ° С |
| Точка кипения | 882,94°С |
| Плотность при Н.У. | 0,968 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | 0.5 |
| Критическая точка | 2299, 85 °C, 35 МПа |
| Мол. теплота плавления | 2,6 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 97,42 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 28,23 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 23,78 · 10 -6 м 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 11 |
| Атомная масса | 22,989 |
| Электронная конфигурация | 3s1 |
| Радиус атома | 186 пм |
| Ковалентный радиус | 166 пм |
| Степени окисления | -1, 0, +1 |
| Радиус иона | 97 пм |
| Электроотрицательность | 0.93 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 495,8 кДж/моль |
| Изотопы | ²¹Na; ²²Na; ²³ Na; ²⁴Na; ²⁵ Na |
Интересное:
Добыча и производство
Натрий является одним из самых распространенных химических элементов на планете. По оценкам ученых, земная кора имеет в своем составе 2,27% натрия, что делает его седьмым элементом по распространенности на Земле и пятым по распространенности металлом. Его опережают только алюминий, железо, кальций и магний.
Коммерческое производство натрия осуществляется преимущественно из хлорида натрия, путем электролиза расплавленного хлорида натрия на основе процесса, запатентованного в 1924 году. Это делается в ячейке Даунса, в которой NaCl смешивается с хлоридом кальция, чтобы снизить температуру плавления ниже 700°С.
Химическая формула процесса следующая:
2NaCl —700°C→ 2Na + Cl2
Поскольку кальций менее электроположителен, чем натрий, кальций не будет откладываться на катоде. Этот метод дешевле, чем электролиз гидроксида натрия. Если требуется натрий более высокой чистоты, то операцию повторяют несколько раз. Общее количество ежегодно производимого металлического натрия может варьироваться, но по средним оценкам оно составляет 100 000 тонн.
Интересное:
Применение
Применение такого химического элемента как натрий очень разнообразно, но в чистом металлическом виде его применение достаточно ограничено. Ежегодно производятся миллионы тонн хлорида, гидроксида и карбоната натрия. Хлорид натрия широко используется для защиты от обледенения и борьбы с обледенением, а также в качестве консерванта. Примерами использования бикарбоната натрия является выпечка в качестве разрыхлителя и натриевоструйную обработку. Наряду с калием во многие важные лекарства добавляют натрий для улучшения их биодоступности, но калий в большинстве случаев является лучшим ионом. Натрий обычно применяют из-за его более низкой цены и атомного веса. Гидрид натрия используется в качестве основания для проведения различных лабораторных реакций в органической химии.
Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель в препаративной химии и промышленности, в том числе в металлургии. Он используется для осушения органических растворителей. 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 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)
Применения вышеперечисленных соединений очень разнообразны.
Интересное:
Безопасность
Натрий является пожароопасным веществом и при контакте с водой образует легковоспламеняющийся водород и едкий гидроксид натрия. Проглатывание и попадание влаги на кожу, глаза или слизистые оболочки могут вызвать серьезные ожоги. Натрий самопроизвольно взрывается в присутствии воды из-за образования взрывоопасного водорода и гидроксида натрия, который растворяется в воде, освобождая большую поверхность. Натрий, который подвергся воздействию воздуха и воспламенившийся или достигший самовоспламенения (когда расплавленная масса натрия достигает около 290 °C) проявляет относительно слабое возгорание.
В случае массивных (нерасплавленных) кусков натрия реакция с кислородом со временем становится медленной из-за образования защитного слоя. Огнетушители на водной основе ускоряют натриевые пожары. Средства на основе диоксида углерода и бромхлордифторметана не следует использовать при горении натрия. Металлические пожары относятся к классу D, но не все огнетушители класса D эффективны при тушении натриевых пожаров. Эффективным средством тушения натриевых пожаров являются агенты, которые содержат графитовый порошок и фосфорорганический антипирен, но в случае отсутствия вышеперечисленных, подойдет сухой песок.
Пожары натрия в ядерных реакторах предотвращаются путем изоляции натрия от кислорода с помощью окружающих труб, содержащих инертный газ. Возгорания натрия в бассейне предотвращаются с помощью различных конструктивных мер, называемых системами улавливающих поддонов. Они собирают вытекший натрий в резервуар для сбора утечек, где он изолируется от кислорода.