Основной способ получения натрия

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

Источник

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

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.

Свежесрезанный натрий

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.

Источник