На́трий (химический символ — Na, от лат. Natrium) Натрий — это химический элемент первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium).
Простое вещество натрий — это легкий, мягкий, высокореактивный щелочной металл серебристо-белого цвета. Свободный металл не встречается в природе и может быть получен только из соединений. Единственным стабильным природным изотопом натрия является 23Na.
Натрий является шестым по распространенности элементом в земной коре и содержится во многих минералах, таких как полевой шпат, содалит и галит, или «каменная соль» (NaCl). Многие соли натрия хорошо растворимы в воде: ионы натрия на протяжении тысячелетий выщелачивались водой из минералов Земли, и, таким образом, натрий и хлор являются наиболее распространенными растворенными элементами по весу в океанах.
История открытия
Сведения о соединениях этого металла ведут свое начало от очень старых времен. Еврейское слово neter (греч. νίτρον, лат. nitrum) встречается в Библии как название вещества, которое, по Соломону, вскипает с уксусом; это вещество в XV в. стали называть natron, то есть сода, оставив nitrum для обозначения селитры (также — sal nitri).
В Танахе слову νίτρον соответствуют др.-евр. ברית — «мыло» и נתר — «щёлок»(мыльная жидкость). В Египте сода (натрон) встречается в природе в водах натронных озер. Древние египтяне использовали природную соду для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей.
Натрий находится на седьмом месте в списке самых распространенных на Земле элементов. Среди металлов он уступает первенство алюминию, железу, кальцию и магнию и опережая калий, располагаясь на 5 месте. В океане предполагаемое содержание натрия составляет 10,8 грамма/литр. Высокая реакционная способность не дает натрию встречаться в чистом виде в природе.
Достаточно большое содержание натрия зафиксировано в земной коре. Доля вещества составляет примерно 2,6 %.
Натрий и его соединения в большом количестве встречаются в местах испарения древних морей.
Еще одним местом скопления натрия и его соединений являются океанические воды. Ученые подсчитали, что вся соль, которая есть в Мировом океане составляет объем около 19 миллионов кубических километров.
Также натрий в небольших количествах содержится в живых существах. При этом содержание натрия в животных несколько выше, чем в растениях. Ионы натрия в живых организмах выполняют важнейшую функцию: способствуют передаче нервных импульсов.
Как элемент натрий содержится во многих минералах, некоторые из которых хорошо растворимы, такие как галит и натрон, другие — гораздо менее растворимы, такие как амфибол и цеолит.
Зaлeжи нaтpиeвoгo cыpья, ocoбeннo пoлeвыe шпaты, paccpeдoтoчeны пo плaнeтe.
Нaпpимep, гaлит дoбывaют Укpaинa, Индия, CШA, Пoльшa, Германия.
В Poccии кpyпнeйшиe мecтopoждeния paзpaбaтывaютcя в Kpымy, Kpacнoяpcкoм и Пepмcкoм кpaях, Apхaнгeльcкoй, Иpкyтcкoй, Вoлгoгpaдcкoй, Acтpaхaнcкoй oблacтях, Opeнбypжьe.
Физические свойства
При стандартной температуре и давлении металл натрий — серебристо-белого цвета, пластичен, свежий срез натрия блестит. Металлический натрий можно легко разрезать ножом. Он является хорошим проводником электричества и тепла. Из-за низкой атомной массы и большого атомного радиуса натрий занимает третье место по плотности среди всех элементарных металлов и является одним из трех металлов, способных плавать в воде, двумя другими являются литий и калий.
Электропроводность и теплопроводность натрия довольно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.
При комнатной температуре натрий образует кристаллы кубической сингонии, пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,42820 нм, Z = 2.
При температуре −268 °С (5 К) натрий переходит в гексагональную фазу, пространственная группа P 63/mmc, параметры ячейки a = 0,3767 нм, c = 0,6154 нм, Z = 2.
Изотопы натрия
Стабильным считается только изотоп 23Na, хотя науке известно более 20 изотопов натрия.
Изотоп 23Na образуется в процессе сжигания углерода в звездах путем слияния двух атомов углерода вместе при температуре свыше 600 мегакельвинов и массой звезды не менее трех солнечных. Два радиоактивных космогенных изотопа являются побочным продуктом расщепления космических лучей: 22Na имеет период полураспада 2,6 года и 24Na — период полураспада 15 часов; у всех остальных изотопов период полураспада составляет менее одной минуты.
Также учеными были открыты два ядерных изомера, более долговечным из которых является 24mNa с периодом полураспада около 20,2 миллисекунд.
Химические свойства
Атомы натрия имеют 11 электронов, на один больше, чем в стабильной конфигурации благородного газа неона. Первая и вторая энергии ионизации составляют 495,8 кДж/моль и 4562 кДж/ моль соответственно. В результате натрий обычно образует ионные соединения с участием катиона Na+
Получение.
Металлический натрий используется только в довольно специализированных применениях, ежегодно производится всего около 100 000 тонн металла.
Первым промышленным способом получения натрия была реакция восстановления карбоната натрия углём при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля[16]):
. Na 2 CO 3 + 2 C ⟶ 2 Na + 3 CO {\displaystyle {\ce {Na2CO3 + 2 C -> 2 Na + 3 CO}}}
Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий[17].
С появлением электроэнергетики более практичным стал другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия:
2 NaCl ⟶ 2 Na + Cl 2 {\displaystyle {\ce {2NaCl -> 2Na + Cl2}}}
В настоящее время натрий производится промышленным способом путем электролиза расплавленного хлорида натрия, основанного на процессе, запатентованном в 1924 году. Это делается в ячейке Даунса, в которой NaCl смешивается с хлоридом кальция, чтобы снизить температуру плавления ниже 700 ° C. Поскольку кальций менее электроположителен, чем натрий, кальций не осаждается на катоде. Этот метод менее дорогостоящий, чем предыдущий процесс Кастнера (электролиз гидроксида натрия). Если требуется натрий высокой чистоты, его можно перегонять один или несколько раз.[18]
Натрий также можно получить цирконийтермическим методом или термическим разложением азида натрия.
2 NaN 3 ⟶ 3 N 2 + 2 Na {\displaystyle {\ce {2NaN3 -> 3N2 + 2Na}}}
Рынок натрия неустойчив из-за трудностей с его хранением и транспортировкой; он должен храниться в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла, чтобы предотвратить образование поверхностного слоя оксида натрия или супероксида натрия.
Применение
Металлический натрий нашел широкое применение:
В препаративной химии и промышленности, в том числе в металлургии в качестве сильного восстановителя.
Для осушения органических растворителей, например, эфира.
В производстве весьма энергоёмких натрий-серных аккумуляторов.
В выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод.
Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.
В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.
Как жидкометаллический теплоноситель в некоторых ядерных реакторах на быстрых нейтронах. Сейчас в эксплуатации находятся два энергетических реактора с натрием — БН-600 и БН-800. Кроме того, работает исследовательский реактор БОР-60. Строится многоцелевой научно-исследовательский реактор.
В газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС («спектральная»), ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути), ДНаБ (Безртутная). Примечательно, что в «горелке»(газоразр. трубка внутри защитной колбы) прогретой(вышедшей на номинальный режим) лампы ДНаТ — давление (плазмы ионизированных паров натрия и иногда ещё ртути(так холодная горелка почти с вакуумом внутри — легче зажигается)) близко или равно атмосферному,[19]
В качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна).
Спасибо за прочтения и ЛАЙК))) Хорошего Вам дня!!!