Что такое металлический натрий

Обновлено: 21.09.2024

В обычных условиях натрий представляет собой серебристо-белый (в тонком слое — с фиолетовым оттенком), легкий, очень мягкий, низкоплавкий металл (относится к группе щелочных металлов) (рис. 1).

Пар натрия имеет темно-красный цвет и состоит из атомов Na (преобладают) и молекул Na₂.

Весьма реакционноспособный; на воздухе покрывается оксидной пленкой (тускнеет), воспламеняется приумеренном нагревании. Устойчив в атмосфере аргона и азота. Сильный восстановитель; энергично реагирует с водой, кислотами, неметаллами.

Хорошо сохраняется под слоем бензина или керосина, легко суспендируется в кипящих инертных растворителях (толуол, ксилол, гептан, октан и др.). В инертной атмосфере расплавленный натрий быстро распределяется по поверхности некоторых твердых веществ (NaCl, Na₂СО₃, уголь, железо, Аl₂О₃, ZrO₂), образуя серо-черные моноатомные покрытия. Окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет.

Рис. 1. Металлический натрий. Внешний вид.

Химическая формула металлического натрия

Химическое обозначение натрия – Na от латинского слова «natrium». Этот химический элемент расположен в третьем периоде в IА группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к элементамs-семейства. Металл. Относительная атомная масса натрия равна 22,9898 а.е.м.

Электронная формула металлического натрия

В ядре атома натрия содержится 11 протонов и 12 нейтронов (массовое число равно 23). В атоме натрия есть три энергетических уровня, на которых находятся 11 электронов (рис. 2).

Рис. 2. Строение атома натрия.

Электронная формула атома натрия в основном состоянии имеет следующий вид:

Примеры решения задач

Задание	Определите молекулярную формулу кальциевой селитры, в которой массовые отношения кальция, азота и кислорода равны 10:7:24. Относительная молекулярная масса кальциевой селитры 164.
Решение	Для того, чтобы узнать, в каких отношениях находятся химические элементы в составе молекулы необходимо найти их количество вещества. Известно, что для нахождения количества вещества следует использовать формулу:

Найдем молярные массы кальция, азота и кислорода (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Известно, что M = Mr, значит M(Ca)= 40 г/моль, Ar(N)=14 г/моль, а М(O) = 32 г/моль.

Тогда, количество вещества этих элементов равно:

n (Ca) = m (Ca) / M (Ca);

n (Ca) = 10 / 40 = 0,25 моль.

n (N) = 7 / 14 = 0, 5 моль.

n (O) = 24 / 16 = 1,5 моль.

Найдем мольное отношение:

n(Ca) :n(N):n(O) = 0,25 : 0,5 : 1,5= 1 : 2 : 6,

т.е. простейшая формула соединения кальция, азота и кислорода имеет вид CaN₂O₆ и молярную массу 164 г/моль [M(CaN₂O₆) = Ar(Ca) + 2×Ar(N) + 6×Ar(O) = 40 + 2×14 + 6×16 = 40 + 28 + 96 = 164 г/моль]

Чтобы найти истинную формулу органического соединения найдем отношение полученных молярных масс:

Значит формула соединения кальция, азота и кислорода имеет вид CaN₂O₆или Ca(NO₃)₂. Это нитрат кальция.

Задание	Установите массовую формулу вещества, содержащего 55,2% калия, 14,6% фосфора и 30,2% кислорода.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:

ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (калий), «у» (фосфор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел):

x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(P)/Ar(P) : ω(O)/Ar(O);

x:y:z= 55,2/39 : 14,6/31 : 30,2/16;

x:y:z= 1,4 : 0,5: 1,9 = 3 : 1: 4.

Значит формула соединения калия, фосфора и кислорода будет иметь вид K₃PO₄. Это фосфат калия.

Натрий – полезные свойства и опасность металла

Этот химический элемент известен каждому. На бытовом уровне натрий – это родная поваренная соль. Без нее еда не еда.

Что представляет собой

Натрий – это элемент периодической системы Дмитрия Менделеева под № 11.

Мягкое серебристо-белое вещество, относится к металлам щелочной группы.

Структура кристаллической решетки вещества – куб.

По составу вещество представляет собой два десятка изотопов, из которых только один стабилен. Большинство не «живет» дольше минуты, «долгожитель» – радиоактивный изотоп Na-22 (более года).

Официальное обозначение вещества: Na, Natrium.

История

История взаимодействия человека с натрием исчисляется тысячелетиями:

Натуральную соду использовали еще древние египтяне и иудеи: как мыло, консервант (при бальзамировании), отбеливатель, компонент красок, эмалей, пищевую приправу. На местных рынках продавали кусковую соду.
Вещество упоминается Ветхим Заветом.
Натрий как металл выделил в 1807 году Гемфри Дэви. Английский химик расплавил гидроксид вещества методом электролиза.

Термин «натрий» восходит к древнеегипетскому ntr. Одно из его значений – сода. Его переняла латынь: natrium – сода.

Название предложил шведский ученый Йенс Берцелиус – автор, «окрестивший» многие химические вещества.

Формы нахождения в природе

В свободном виде вещество в природе не зафиксировано, только минералы либо соединения.

Самые известные минералы: содалит, галит («каменная соль»), полевые шпаты.

Тонна земной коры содержит в среднем 25 кг натрия, литр воды морей и океанов – 10,5 г соединений вещества.

Месторождения, добыча

Залежи натриевого сырья, особенно полевые шпаты, рассредоточены по планете.

Например, галит добывают Украина, Индия, США, Польша, ФРГ.

В России крупнейшие месторождения разрабатываются в Крыму, Красноярском и Пермском краях, Архангельской, Иркутской, Волгоградской, Астраханской областях, Оренбуржье.

Добыча ведется открытым либо шахтным способом.

Способы получения

Традиционный способ получения натрия – восстановление металла по способу Девиля. Карбонат натрия загружают в емкость с углем и нагревают до 1000°C.

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

Со времен промышленной революции основным стал электролиз. Исходное вещество – расплав хлорида натрия либо едкого натра.

Физико-химические характеристики

Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле

Физические характеристики вещества:

Режется ножом. По этому признаку его легко отличить от прочих металлов.
Хорошо проводит тепло и ток. Это достоинство оценили промышленники.
Свежесрезанная поверхность металла блестит.
Тонкие пластины отсвечивают фиолетом.
Под давлением серебристо-белый металл становится прозрачно-красным.

Более интересны химические свойства.

Это очень активный металл:

На воздухе мгновенно окисляется.
Вступает в реакцию с большинством веществ.

Взаимодействие вещества с водой подобно шоу. Кусочек натрия всплывает, нагревает воду, плавится. Наконец становится белым шариком, который хаотично плавает по водной поверхности.

Свойства атома
Название, символ, номер	На́трий / Natrium (Na), 11
Атомная масса (молярная масса)	22,98976928 ± 2,0E−8 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 (в алкалидах); 0; +1 (наиболее частая)
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 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

Реакцию венчает фонтан водорода. Однако газ способен самопроизвольно загореться.

Присутствие натрия в образце обнаруживают по ярко-желтому цвету пламени.

Где используется

Человек использует натрий как чистый металл и соединения.

Промышленность

Главные потребители сырья – металлургия и химия. Здесь металл нашел применение как восстановитель.

Сферы использования, ассортимент продукции из металла:

Качественный анализ органических веществ.
Производство энергоемких аккумуляторов.
Материал проводов, работающих под высоким напряжением.
Теплоноситель для АЭС, других объектов (в сплаве с калием, цезием, рубидием).
Основа ионных ракетных двигателей (в сплаве с калием и цезием).
Наполнитель газоразрядных ламп для освещения больших пространств.

Металлурги с помощью соединений щелочного металла выделяют золото из руды, наносят золотое, серебряное гальванопокрытие. Обходчики – убирают растительность на железнодорожном полотне.

Другие сферы

Ученые задействуют изотопы натрия в исследованиях. С их помощью диагностируют и лечат лейкемию.

Самая известная «натриевая» формула – NaCl. Это хлорид натрия, или поваренная соль.

Вещество – один из первых консервантов и вкусовых приправ. Сегодня пищепром без него не обходится.

Речь о добавках:

Глутамат натрия (Е621) – усилитель вкуса (особенно мясного).
Бензоат (Е215) – консервант.
Нитрит (Е250) – консервант.
Цитрат (Е331) – эмульгатор, стабилизатор.

Плюс пищевая сода.

На рынке представлен ассортимент продукции из соединений натрия.

Цена определяется видом (руб./кг):

Бихромат – 180-200.
Сульфат – 17-25.
Нитрит (технический) – 46-48.

Один из самых дорогих вольфрамосиликат – 7,4 тыс. руб. за кг.

Значение для человека

Натрий критично важен для жизнедеятельности человека.

Суточная потребность в микроэлементе для взрослых – до 510 мг, для детей до 18 лет – 500-900 мг, в зависимости от возраста.

Беременным требуется 500 мг. При физических, эмоциональных нагрузках, вызывающих обезвоживание, еще больше.

Чайная ложка содержит 2,3 г соли.

Питание

80% натрия человек получает из поваренной соли.

Другие источники вещества:

Субпродукты, рыба, морепродукты (включая морскую капусту).
Крупы – рис, гречка, перловка, овсянка, пшенка.
«Борщевой набор» – морковь, томаты, капуста, свекла.

Металлом насыщены бобовые, куриные яйца, сельдерей, молочный ассортимент.

Биологические процессы

Натрий аккумулируется в межклеточной жидкости.

Задействован в следующих биологических процессах:

Кислотно-щелочной баланс.
Водно-солевой обмен.
Выработка желудочного сока.
Работа мышц, нервной системы.
Регулирование кондиций крови.

В этом его почти всегда дополняет калий.

Симптомы дефицита/избытка вещества

О нехватке натрия организм сигнализирует повышенной потливостью.

Ее могут дополнять:

Головокружение.
Забывчивость.
Утрата аппетита.
Быстрая утомляемость.
Судороги.

Возможны высыпания на коже, проблемы с ЖКТ (вздутие, тошнота, рвота, спазмы).

Избыток натрия проявляется отечностью, аллергией, неутолимой жаждой.

Предостережение

Опасен металлический натрий. На воздухе самопроизвольно воспламеняется. При контакте с водой, увлажненной поверхностью взрывается либо создает ожог.

Этими недостатками металла обусловлены условия хранения и правила работы.

Условия хранения вещества:

Плотно закрываемая стеклянная тара.
В ней вещество залито бензином, керосином, вазелиновым маслом.
Тару держат в закрытом несгораемом коробе.

При работе с веществом соблюдается строгий алгоритм:

Надеть защитные очки либо маску.
Не брать вещество руками – только щипцами либо пинцетом. От кожной влаги оно взрывается либо оставляет сильный ожог.
Нужное количество металла отрезать ножом на сухом стекле (не на столе).
Остаток сразу возвратить обратно.
С куском металла работать не откладывая.
По окончании работы посуду и остатки материала залить крепким спиртом, затем «обезвредить» слабым раствором кислоты.

Остатки вещества нельзя выбрасывать в мусоропровод либо канализацию. В первом случае возникнет пожар, во втором – взрыв и разрушение водопровода.

Перед работой с натрием обязателен инструктаж по технике безопасности.

Это актуально для уроков химии в школе/вузе и любителей домашних химических опытов. Хотя домашние манипуляции с веществом не приветствуются.

Что такое металлический натрий

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

НАТРИЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

Technical metallic sodium. Specifications

ОКП 21 1211 0100

Дата введения 1977-01-01

1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством химической промышленности СССР

Жукова Г.Г., Адаев Е.И., Карталова Г.Г., Денищенко В.Я., Фролов Н.С., Резниченко М.Ф.

2. УТВЕРЖДЕН В ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29.12.75 N 4080

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

Обозначение НТД, на который дана ссылка

3.4.1; 3.5.1; 3.6.1; 3.7.1; 3.8.1

3.4.1; 3.6.1; 3.7.1; 3.8.1

3.4.1; 3.5.1; 3.6.1; 3.7.1

* Документ в информационных продуктах не содержится. За информацией о документе Вы можете обратиться в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.

5. Постановлением Госстандарта СССР от 15.05.91 N 686 снято ограничение срока действия

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 29 декабря 1975 года N 4080 срок введения установлен с 01.01.77

Настоящий стандарт распространяется на технический металлический натрий, предназначенный для химической, химико-фармацевтической, энергетической и других отраслей промышленности и экспорта.

Атомная масса (по международным атомным массам 1985 г.) - 22,99.

Требования настоящего стандарта являются обязательными.

(Измененная редакция, Изм. N 3).

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

1.1. Металлический натрий должен быть изготовлен в соответствии с требованиями настоящего стандарта по технологическому регламенту, утвержденному в установленном порядке.

1.2. По физико-химическим показателям металлический натрий должен соответствовать требованиям и нормам, указанным в таблице.

Слитки серебристо-белого цвета

2. Массовая доля щелочи в пересчете на натрий, %, не менее

3. Массовая доля калия, %, не более

4. Массовая доля железа, %, не более

5. Массовая доля кальция, %, не более

6. Содержание тяжелых металлов, осаждаемых сероводородом

Выдерживает испытание по п.3.8

1. В металлическом натрии, получаемом электролизом едкого натра, массовую долю кальция не нормируют.

2. В металлическом натрии на экспорт массовая доля кальция должна быть не более 0,1%.

(Измененная редакция, Изм. N 2).

1а. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

1a.1. Металлический натрий - пожаровзрывоопасен. При работе с металлическим натрием необходимо соблюдать правила техники безопасности, принятые при работе со щелочными металлами.

При взаимодействии металлического натрия с водой или влагой воздуха выделяется водород - легковоспламеняющийся газ, образующий с воздухом взрывчатую смесь.

Взаимодействие металлического натрия с водой, растворами кислот, галоидзамещенными органическими соединениями сопровождается воспламенением или взрывом.

При нагревании на воздухе до температуры выше 270°С металлический натрий самовоспламеняется, при горении металлического натрия образуется аэрозоль соединений натрия.

1а.2. Металлический натрий в твердом состоянии не летуч и не представляет опасности ингаляционного отравления.

При попадании на влажную кожу, слизистые оболочки металлический натрий вызывает ожоги.

Попадание металлического натрия в глаза может привести к потере зрения.

1а.3. Производственные помещения, в которых проводят работы с металлическим натрием, должны быть просторными, чистыми, сухими, оборудованными приточно-вытяжной вентиляцией и средствами пожаротушения. В помещении на видном месте должен быть вывешен знак со смысловым значением "Опасность взрыва! Осторожно" по ГОСТ 12.4.026.

Уборку производственных помещений производят сухим способом.

1а.4. Работающие с натрием должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты: специальной одеждой и обувью, капюшоном, резиновыми перчатками, респиратором типа "Лепесток" по ГОСТ 12.4.028, закрытыми защитными очками по ГОСТ 12.4.013 и противогазом марки БКФ по ГОСТ 12.4.121.

НАТРИЙ — соль жизни

Соединения металлов натрия-калия контролируют солевой баланс в наших организмах. Нарушения этого баланса опасно для жизни. В составе крови соединения этих металлов создают своеобразный электролит, необходимый для работы любой клетки организма.

От Библии до наших дней

История героя статьи тянется с библейских времен. Именно в Библии упомянуто вещество, которым пользовались для мытья, отбеливания хлопковых тканей. В переводе слово νίτρον (нитрон) означает мыло или щелок.

Природной содой или щелоком из золы многие века люди пользовались для домашних нужд.

Свойства натрия

Натрий (natrium) относится к щелочным металлам, в таблице Менделеева имеет атомный № 11.

Легко режется ножом.
Чистый натрий имеет белый серебристый цвет; на воздухе быстро покрывается слоем оксида Na2O.
Структура кристаллической решетки объемноцентрированная, кубическая.
Natrium легче воды; если бросить кусочек в воду, он будет плавать на ее поверхности.

Металл настолько активный, что хранят его в минеральном масле или в керосине, без доступа воздуха.

Натрий реагирует с разбавленными кислотами, как рядовой металл.
В реакции с концентрированными кислотами образуются продукты восстановления.
Бурная реакция с водой идет с выделением водорода, поэтому металл загорается или взрывается.
Как все щелочные металлы, активно реагирует со многими неметаллами.

Известен один стабильный изотоп — 23-Na.

Свойства атома
Название, символ, номер	На́трий / Natrium (Na), 11
Атомная масса (молярная масса)	22,98976928 ± 0,00000002 а.е.м.[1] 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 (в алкалидах)[2]; 0; +1 (наиболее частая)
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[3] 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

Познавательно: у космонавтов в коже накапливается связанный белками Na. Тело так реагирует на чуждые условия существования. Почему соединение выводится из клеток — ученые пока не поняли.

Минералы, месторождения

В природе встречаются минералы:

мирабилит (глауберова соль);
галит (каменная соль);
бура (формула Na2В4О7 • 10Н2О);
криолит.

Месторождений металлического натрия на планете нет. В любом месте (даже в пустынях) найдется вода, с которой металл мгновенно прореагирует.

Добыча и переработка

Для производства натрия ведется добыча минералов во многих странах:

Основной способ промышленного получения натрия — электролиз NaOH или NaCl.

Возможно получение с помощью термического разложения NaN3.

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

Плюсы и минусы

Достоинства соединений натрия не перечислить. Самое главное — без него невозможна биологическая жизнь на планете.

К недостаткам можно отнести дороговизну натриевых реакторов (необходимость промежуточного контора, усиленные системы безопасности). Реакторы на БН дороже, чем ВВЭР (водо-водяные).

Натрий вокруг нас

Применение металла и его соединений чрезвычайно широко:

Познавательно: поваренной солью (NaCl) пользуются все жители планеты (даже животные с удовольствием приходят на солончаки полакомиться солью.

Купить металл

Цена металлического Natrium за килограмм у разных производителей колеблется от 900 до 1500 руб/кг.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Читайте также: