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.
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.
Более 8000 видов товара из 500 разновидностей натурального камня. Ежедневное обновление!
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.
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.