Натрий – полезные свойства и опасность металла

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

натрий металл

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
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
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.
Свежесрезанный натрий
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.

Цены

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.

Рейтинг автора
Автор статьи
Петрова Вероника Александровна
Мне 36 и я специалист в области минералогии. Сейчас я в декрете и всё свободное время посвящаю самоцветам. В этом блоге я делюсь информацией про камни и их свойства — присоединяйтесь, задавайте вопросы и пишите комментарии!
Написано статей
430
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (1 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: