ИСТОРИЯ

ЗАЙМЕМСЯ
ХИМИЕЙ


Название: Натрий (natrium)
Порядковый номер: 11
Группа: i
Период: 3
Электронное строение: 3s1
Атомная масса: 22,98977
Электроотрицательность: 0,93
Температура плавления: 97,81?С
Температура кипения: 882,9?С
Плотность (г/см3): 0,971
Характерные степени окисления: +1
Цвет элемента: Серебристо-белый
Кем открыт: Гемфри Дэви
Год открытия: 1807
Страна открытия: Англия
Кристалическая структура:
объемоцентрированный куб

Натрий (natrium), na, химический элемент i группы периодической системы Менделеева; атомный номер 11, атомная масса 22,9898; серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа 23 na.

Историческая справка. Природные соединения Н. — поваренная соль naci, сода na 2 co 3 — известны с глубокой древности. Название «натрий», происходящее от араб. натрун, греч. nitron, первоначально относилось к природной соде. Уже в 18 в. химики знали много др. соединений Н. Однако сам металл был получен лишь в 1807 Г. Дэви электролизом едкого натра naoh. В Великобритании, США, Франции элемент называется sodium (от исп. слова soda — сода), в Италии — sodio.

Распространение в природе. Н. — типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и др.) 2,77, в основных (базальты и др.) 1,94, в ультраосновных (породы мантии) 0,57. Благодаря изоморфизму na + и ca 2+ , обусловленному близостью их ионных радиусов, в магматических породах образуются натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы). В биосфере происходит резкая дифференциация Н.: осадочные породы в среднем обеднены Н. (в глинах и сланцах 0,66%), мало его в большинстве почв (среднее 0,63%). Общее число минералов Н. 222. na слабо задерживается на континентах и приносится реками в моря и океаны, где его среднее содержание 1,035% (na — главный металлический элемент морской воды). При испарении в прибрежно-морских лагунах, а также в континентальных озёрах степей и пустынь осаждаются соли Н., формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником Н. и его соединений, — галит (каменная соль) naci, чилийская селитра nano 3 , тенардит na 2 so 4 , мирабилит na 2 so 4 ·10h 2 o, трона nah (co 3 ) 2 ? 2h 2 o. Мировая добыча Н. оценивается 1 ? 10 8 т . na — важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% na; в животных его больше, чем в растениях.

Физические и химические свойства. При обычной температуре Н. кристаллизуется в кубической решётке, а = 4,28 å. Атомный радиус 1,86 å, ионный радиус na + 0,92 å. Плотность 0,968 г / см 3 (19,7 °С), t пл 97,83 °С, t kип 882,9 °С; удельная теплоёмкость (20 °С) 1,23 ? 10 3 дж /( кг ? К) или 0,295 кал /( г ? град ); коэффициент теплопроводности 1,32 ? 10 2 вт /( м ? К ) или 0,317 кал /( см ? сек ? град ); температурный коэффициент линейного расширения (20 °С) 7,1 ? 10 -5 удельное электрическое сопротивление (0 °С) 4,3·0 -8 ом ? м (4,3·0 -6 ом ? см ). Н. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость + 9,2 ? 10 -6 ; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).

Нормальный электродный потенциал Н. 2,74 в ; электродный потенциал в расплаве — 2,4 в. Пары Н. окрашивают пламя в характерный ярко-жёлтый цвет. Конфигурация внешних электронов атома 3s 1 ; во всех известных соединениях Н. одновалентен. Его химическая активность очень высока. При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуются окись na 2 o или перекись na 2 o 2 — бесцветные кристаллические вещества. С водой Н. образует гидроокись naoh и Н 2 ; реакция может сопровождаться взрывом. Минеральные кислоты образуют с Н. соответствующие растворимые в воде соли, однако по отношению к 98—100%-ной серной кислоте Н. сравнительно инертен.

Реакция Н. с водородом начинается при 200 °С и приводит к получению гидрида nah — бесцветного гигроскопичного кристаллического вещества. С фтором и хлором Н. взаимодействует непосредственно уже при обычной температуре, с бромом — только при нагревании; с йодом прямого взаимодействия не наблюдается. С серой реагирует бурно, образуя натрия сульфид . Взаимодействие паров Н. с азотом в поле тихого электрического разряда приводит к образованию нитрида na 3 n, а с углеродом при 800—900 °С — к получению карбида na 2 c 2 .

Н. растворяется в жидком аммиаке (34,6 г на 100 г nh 3 при 0 °С) с образованием аммиачных комплексов. При пропускании газообразного аммиака через расплавленный Н. при 300—350 °С образуется натрийамин nanh 2 — бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагаемое водой. Известно большое число натрийорганических соединений, которые по химическим свойствам весьма сходны с литийорганическими соединениями, но превосходят их по реакционной способности. Применяют натрийорганические соединения в органическом синтезе как алкилирующие агенты.

Н. входит в состав многих практически важных сплавов. Сплавы na — К, содержащие 40—90% К (по массе) при температуре около 25 °С, — серебристо-белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью, воспламеняющиеся на воздухе. Электропроводность и теплопроводность жидких сплавов na — К ниже соответствующих величин для na и К. Амальгамы Н. легко получаются при введении металлического Н. в ртуть; при содержании свыше 2,5% na (по массе) при обычной температуре являются уже твёрдыми веществами.

Получение и применение. Основной промышленный метод получения Н. — электролиз расплава поваренной соли naci, содержащей добавки kci, naf, cacl 2 и др., которые снижают температуру плавления соли до 575—585 °С. Электролиз чистого naci привёл бы к большим потерям Н. от испарения, т.к. температуры плавления naci (801 °С) и кипения na (882,9 °С) очень близки. Электролиз проводят в электролизёрах с диафрагмой, катоды изготовляют из железа или меди, аноды — из графита. Одновременно с Н. получают хлор . Сохранился и старый способ получения Н. — электролиз расплавленного едкого натра naoh, который значительно дороже naci, однако электролитически разлагается при более низкой температуре (320—330 °С).

Н. и его сплавы широко применяются как теплоносители для процессов, требующих равномерного обогрева в интервале 450—650 °С — в клапанах авиационных двигателей и особенно в ядерных энергетических установках. В последнем случае жидко-металлическими теплоносителями служат сплавы na — К (оба элемента имеют малые сечения поглощения тепловых нейтронов, для na 0,49 барн ); эти сплавы отличаются высокими температурами кипения и коэффициентами теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высоких температурах, развиваемых в энергетических ядерных реакторах. Соединение napb (10% na по массе) применяется в производстве тетраэтилсвинца—наиболее эффективного антидетонатора . В сплаве на основе свинца (0,73% ca, 0,58% na и 0,04% li), применяемом для изготовления осевых подшипников ж.-д. вагонов, Н. является упрочняющей добавкой. В металлургии Н. служит активным восстановителем при получении некоторых редких металлов (ti, zr, ta) методами металлотермии; в органическом синтезе — в реакциях восстановления, конденсации, полимеризации и др.

Вследствие большой химической активности Н. обращение с ним требует осторожности. Особенно опасно попадание на Н. воды, которое может привести к пожару и взрыву. Глаза должны быть защищены очками, руки — толстыми резиновыми перчатками; соприкосновение Н. с влажной кожей или одеждой может вызвать тяжёлые ожоги.

В. Е. Плющев.

Натрий в организме. Н. — один из основных элементов, участвующих в минеральном обмене животных и человека. Содержится главным образом во внеклеточных жидкостях (в эритроцитах человека около 10 ммоль / кг , в сыворотке крови 143 ммоль / кг ); участвует в поддержании осмотического давления и кислотно-щелочного равновесия , в проведении нервных импульсов. Суточная потребность человека в хлористом натрии колеблется от 2 до 10 г и зависит от количества этой соли, теряемой с потом. Концентрация ионов Н. в организме регулируется в основном гормоном коры надпочечников — альдостероном . Несмотря на относительно высокое содержание Н. в тканях растений (около 0,01% на сырую массу), его роль в жизни растений изучена недостаточно. У галофитов (виды, произрастающие на сильно засоленных почвах) Н. создаёт высокое осмотическое давление в клеточном соке и тем самым способствует извлечению воды из почвы.

И. Ф. Грибовская.

В медицине из препаратов Н. наиболее часто применяют натрия сульфат , хлорид naci (при кровопотерях, потерях жидкости, рвоте и т.п.), борат na 2 b 4 o 7 ? 10h 2 o (как антисептическое средство), гидрокарбонат nahco 3 (как отхаркивающее средство, а также для промываний и полосканий при ринитах, ларингитах и др.), тиосульфат na 2 s 2 o 3 ? 5h 2 o (противовоспалительное, десенсибилизирующее и противотоксическое средство) и цитрат na 3 c 6 h 5 o 7 ? 5 1 / 2 h 2 o (препарат из группы антикоагулянтов ).

Искусственно полученные радиоактивные изотопы 22 na (период полураспада t 1/2 = 2,64 г.) и 24 na ( t 1/2 = 15 ч ) применяют для определения скорости кровотока в отдельных участках кровеносной системы при сердечно-сосудистых и лёгочных заболеваниях, облитерирующем эндартериите и др. Радиоактивные растворы солей Н. (например, 24 naci) используют также для определения сосудистой проницаемости, изучения общего содержания обменного Н. в организме, водно-солевого обмена, всасывания из кишечника, процессов нервной деятельности и в некоторых др. экспериментальных исследованиях.

М. Д. Дорфман.

Лит.: Ситтиг М., Натрий, его производство, свойства и применение, пер. с англ., М., 1961; ullmanns encykiop a die der technihen chemie, 3 aufl., bd 12, m u nch. — b., 1960: Реформатский И. А., Натрий, в кн.: Краткая химическая энциклопедия, т. 3, М., 1964; Рипан Р., Четяну И., Неорганическая химия, т. 1, пер. с рум., М., 1971; Проссер Л., Браун Ф., Сравнительная физиология животных, пер. с англ., М., 1967.

Скачать реферат по теме: "Калий и натрий ".

Назад



(С) Дистанционный творческий конкурс-проект "Моя Веб-страница", 2005
(С) Хмелев Алексей, 2005
http://www.eidos.ru/project/all/web/index.htm