Натрий — это металл или неметалл?

Натрий

Элемент периодической системы На́трий (лат. Natrium, от арабского натрун, греческого nitron — природная сода), Na (читается «натрий»), химический элемент с атомным номером 11, атомной массой 22, 98977. В природе встречается один стабильный изотоп 23Na. Принадлежит к числу щелочных металлов. Расположен в третьем периоде в группе IА в периодической системе элементов. Конфигурация внешнего электронного слоя 3s1. Степень окисления +1 (валентность I).Рaдиус атома 0, 192 нм, радиус иона Na+0, 116 нм (координационное число 6). Энергии последовательной ионизации 5, 139 и 47, 304 эВ. Электроотрицательность по Полингу 1, 00.

История и происхождение названия

Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.

Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр» [2] .

Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779—1848) для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода [3] . Ранее элемент именовался содием (лат. sodium). Название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли [4] .

Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом расплава гидроксида натрия.

Определение и формула металлического натрия

В обычных условиях натрий представляет собой серебристо-белый (в тонком слое — с фиолетовым оттенком), легкий, очень мягкий, низкоплавкий металл (относится к группе щелочных металлов) (рис. 1).

Пар натрия имеет темно-красный цвет и состоит из атомов Na (преобладают) и молекул Na2.

Весьма реакционноспособный; на воздухе покрывается оксидной пленкой (тускнеет), воспламеняется приумеренном нагревании. Устойчив в атмосфере аргона и азота. Сильный восстановитель; энергично реагирует с водой, кислотами, неметаллами.

Хорошо сохраняется под слоем бензина или керосина, легко суспендируется в кипящих инертных растворителях (толуол, ксилол, гептан, октан и др.). В инертной атмосфере расплавленный натрий быстро распределяется по поверхности некоторых твердых веществ (NaCl, Na2СО3, уголь, железо, Аl2О3, ZrO2), образуя серо-черные моноатомные покрытия. Окрашивает пламя газовой горелки в желтый цвет.

Рис. 1. Металлический натрий. Внешний вид.

Химическая формула металлического натрия

Химическое обозначение натрия – Na от латинского слова «natrium». Этот химический элемент расположен в третьем периоде в IА группе Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Относится к элементамs-семейства. Металл. Относительная атомная масса натрия равна 22,9898 а.е.м.

Электронная формула металлического натрия

В ядре атома натрия содержится 11 протонов и 12 нейтронов (массовое число равно 23). В атоме натрия есть три энергетических уровня, на которых находятся 11 электронов (рис. 2).

Рис. 2. Строение атома натрия.

Электронная формула атома натрия в основном состоянии имеет следующий вид:

+11Na)2)8)1;

1s22s22p63s1.

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 2, 64% по массе. Основные минералы: галит NaCl, мирабилит Na2SO4·10H2O, тенардит Na 2SO 4, чилийская селитра NaNO3, трона NaHCO3·Na2CO 3·2H2O, бура Na2B4O7·10H2O и природные силикаты, например, нефелин Na[AlSiO4]. В воде Мирового океана содержится 1, 5·1016т солей натрия.

Физические свойства:

Натрий — серебристо-белый металл, его плотность — 0,97 г/см3, очень мягкий, легко режется ножом. Между атомами металлическая связь. Для вещества с такой связью характерны металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

Химические свойства:

Атом натрия при химическом взаимодействии легко отдает валентные электроны, переходя в положительно заряженный ион. На воздухе быстро окисляется, поэтому его хранят под слоем керосина.
При сгорании в избытке кислорода образует пероксид натрия, Na2O2
С водородом при нагревании образует гидрид Na + H2 = 2NaH
Легко взаимодействует со многим неметаллами — галогенами, серой, фосфором и др.
Бурно реагирует с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Молярная масса натрия

Молярная масса (обозначается M) – это масса 1-го моль вещества.

Численные значения молярной массы и относительной молекулярной массы (Mr – отношение массы молекулы вещества к 1/12 массы атома 12С) равны, однако первая величина имеет размерность [M] = г/моль, а вторая – безразмерна:

M = NA × Mr×а.е.м. = (NA ×а.е.м.)× Mr = Mr.

Постоянная Авогадро (NA) является коэффициентом пропорциональности, обеспечивающим переход от молекулярных соотношений к молярным. Все утверждения относительно молекул остаются справедливыми для молей (при замене, в случае необходимости а.е.м. на г).

Молярная масса натрия равна 22,9898 г/моль. Данное значение показывает отношение массы вещества (m)к числу моль данного вещества (n)и может быть рассчитано по формуле:

M = m / n.

В обычных условиях натрий (строение атома показано на рис. 1) представляет собой серебристо-белый металл. Он настолько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окисляемости на воздухе натрий хранят под слоем керосина. Легкий – плотность равна 0,97 г/см3.

Рис. 1. Строение атома натрия.

По причине того, что натрий не может быть переведен в газообразное состояние, для нахождения значения его молярной массы нельзя использовать величину молярного объема или производить расчеты по формуле Менделеева-Клапейрона.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Важнейшие соединения:

Оксид натрия, Na2O (бесцветный), реагирует с парами воды, углекислым газом, потому хранить лучше в безводном бензоле.
При непосредственной реакции натрия с кислородом получается смесь оксида и пероксида натрия. Для получения чистого оксида можно использовать реакцию: Na2O2 + 2Na = 2Na2O
Пероксид натрия, Na2O2 (желтый) кристаллическое вещество с ионной решеткой, взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород: 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
Гидроксид натрия, NaOH — кристаллическое белое вещество, сравнительно легкоплавкое, термически очень устойчиво. При нагревании испаряется без потери воды. Хорошо растворяется в воде, в спиртах.
Галогениды натрия, бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, за исключением NaF. Для них характерны восстановительные свойства.
Сульфид натрия, — Na2S. Бесцветное кристаллическое вещество с ионной решеткой. Хорошо растворимо в воде, является сильным восстановителем.
Соли, все соли хорошо растворимы, являются сильными электролитами.
Гидрид натрия, NaH — бесцветное кристаллическое вещество с кристаллической решеткой типа NaCl, анионом является H -. Получают пропусканием водорода над расплавленными металлом. Подвергается термической диссоциации не плавясь, легко разлагаются водой:
2NaH = 2Na + H2
NaH + H2O = NaOH + H2

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.

Применение

Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Используется для осушения органических растворителей, например, эфира. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах грузовиков как 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.

Натрий также используется 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, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).

Металлический натрий применяется 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)

Хлорид натрия (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.

Азид натрия (NaN3) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.

Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).

Хлорат натрия (NaClO3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Изотопы натрия

В настоящее время (2012 г.) известно 20 изотопов с массовыми числами от 18 до 37 и 2 ядерных изомера натрия. Единственный стабильный изотоп 23Na. У большинства изотопов период полураспада меньше одной минуты. Существуют также 2 радиоактивных изотопа с большим периодом полураспада. Это претерпевающий позитронный распад 22Na с периодом полураспада 2,6027 года, его используют в качестве источника позитронов и в научных исследованиях. 24Na, с периодом полураспада электронного типа 15 часов, используется в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии.

Продукты питания богатые натрием

Многие ли из нас действительно знают о важности натрия (Na)? Какую роль играет этот макроэлемент для поддержания нашего здоровья? Поваренная соль на 40 процентов состоит из натрия, который, в отличие от других минералов, имеет ярко выраженный приятный вкус.

Организму Na необходим как вещество, регулирующее водный баланс и кровяное давление. Кроме того, помогает обеспечить нормальное функционирование мышц и нервов, отвечает за сокращение мускул, передачу нервных импульсов, поддерживает pH-баланс и количество жидкости.

Но чрезмерное употребление натрия может привести к гипертонии (что создает дополнительные риски для сердца и почек) и даже послужить причиной рака желудка.

Потребность в натрии

Ежедневно здоровый взрослый человек нуждается примерно в 1500 мг натрия. Суточная норма для детей составляет около 1000 мг. Диетологи не рекомендуют употреблять более 6 г макроэлемента в день, что соответствует примерно 1 столовой ложке соли.

Однако есть категории людей, чей организм требует немного повысить общепринятую суточную норму вещества. Например, спортсмены и люди, занимающиеся тяжелой физической работой.

Они с потом регулярно теряют большие запасы натрия.

Также немного увеличить суточную дозу следует при приеме мочегонных средств, при поносе и рвоте, после сильных ожогов и при болезни Аддисона (заболевание надпочечников).

Польза для человека

В человеческом теле натрию отведена ключевая роль. Он участвует в ферментативных процессах и сокращении мышц, играет роль осмотического регулятора и «контролера» водного баланса. Нехватка этого макроэлемента ведет к серьезным нарушениям в организме.

Топ полезных свойств:

1. Средство против солнечного удара.
   Длительное пребывание под жарким солнцем – это всегда повышенное потоотделение, а значит, организм теряет много воды и соли. В результате этого, поддержание стабильной температуры тела становится невозможным, что чревато солнечным или тепловым ударом. Натрий, содержащийся в соленой воде, способен предотвратить или облегчить последствия солнечного удара.
2. Профилактика мышечных спазмов.
   Одной из причин мышечных спазмов являются электролитный дисбаланс и обезвоживание организма. И именно Na отвечает за гидратацию и правильное сокращение мышц. Самый легкий способ решить проблему дисбаланса – ввести в рацион богатые натрием соки и жидкости, которые способствуют быстрому восстановлению электролита.
3. Избавляет от лишнего диоксида углерода.
   Очистить организм от избытка углекислого газа также поможет натрий, полученный из продуктов питания.
4. Помощь мозгу.
   Na отвечает за функционирование и правильное развитие мозга. Натриевый дисбаланс вызывает головокружения, спутанность сознания и даже летаргию.
5. Способствует абсорбции.
   Поглощаемый тонким кишечником натрий способствует всасыванию хлоридов, аминокислот, глюкозы и воды. Кроме того, он помогает реабсорбции этих питательных веществ в почках.
6. Влияет на сердце.
   Этот макроэлемент имеет влияние на кровяное давление, от чего непосредственно зависит состояние сердца. Избыток провоцирует развитие признаков гипертонии.
7. Регулирует уровень жидкости.
   Натрий способен регулировать количество внеклеточной жидкости. Он способствует перекачиванию вещества между клетками и транспортировке полезных элементов по организму. Как и хлор, предотвращает чрезмерные потери воды.
8. Поддерживает ионный баланс.
   Этот минерал поддерживает в организме баланс между положительно и отрицательно заряженными ионами. Это позволяет передавать по телу нервные импульсы и вызывать сокращение мышц.
9. Антивозрастной нутриент.
   Na – незаменимый компонент многих антивозрастных косметических препаратов. Благодаря способности бороться со свободными радикалами, он замедляет процесс старения, поддерживая молодость и упругость эпидермиса. Входит в состав увлажняющих средств для чувствительной кожи.
10. Для здоровья зубов.
    Хлорид натрия, или поваренная соль, – средство, весьма полезное для зубов. Оно полирует зубной эмаль, избавляет от неприятного запаха (благодаря антибактериальным свойствам), очищает полость рта.
11. Антисептик.
    Хлорид натрия нашел свое применение в качестве действенного консерванта и мощного антисептического средства. Этот ингредиент входит в состав шампуней, гелей для душа, средств, предназначенных для ухода за полостью рта. Бикарбонат натрия, или пищевая сода, также обладает антисептическими свойствами. Но кроме того, является еще и мощным нейтрализатором кислот. В мыле и шампуне Na присущ также в форме натрий лаурет сульфата, обладающего антимикробными свойствами. Однако его избыток ведет к пересыханию кожи, провоцирует развитие дерматитов, экзем.

Меры предосторожности

432W

NFPA 704 для металлического натрия

Чистый металлический натрий огнеопасен. На воздухе склонен к самовоспламенению. Особенно опасен контакт с водой и влажными поверхностями, так как натрий очень бурно реагирует с водой, часто со взрывом, образуя едкую щёлочь (NaOH). В лабораториях небольшие количества натрия (примерно до 1 кг) хранят в закрытых стеклянных банках под слоем керосина, лигроина, бензина или вазелинового масла так, чтобы слой жидкости покрывал весь металл. Банка с натрием должна храниться в металлическом несгораемом шкафу (сейфе). Натрий берут пинцетом или щипцами, отрезают скальпелем (натрий пластичен и легко режется ножом) на сухой поверхности (не на столе, а в стеклянной чашке); необходимое количество и остаток тут же возвращают в банку под слой керосина, а отрезанный кусок либо помещают в керосин, либо тут же вводят в реакцию. Прежде чем приступить к работе с натрием, необходимо пройти инструктаж по охране труда. Лица, впервые приступающие к работе с натрием, должны производить эту работу под наблюдением сотрудников, имеющих опыт такой работы. Обычно в лабораторных условиях для реакций используют количества натрия, не превышающие нескольких десятков граммов. Для показательных опытов, например, в школе на уроках химии, следует брать не более одного грамма натрия. После работы с металлическим натрием всю посуду и остатки натрия заливают неразбавленным спиртом и полученный раствор нейтрализуют слабым раствором кислоты. Следует обратить особое внимание на то, чтобы все остатки и обрезки натрия были полностью нейтрализованы до их выбрасывания, так как натрий в мусорном ведре может вызвать пожар, а в канализационном сливе — взрыв и разрушение трубы. Все работы с натрием, как и вообще с щелочами и щелочными металлами, должны проводиться в очках или защитной маске. Хранить натрий дома и производить с ним какие-либо опыты не рекомендуется.

Воспламенение и даже взрыв металлического натрия при соприкосновении с водой и многими органическими соединениями может причинить серьёзные травмы и ожоги. Попытка взять кусочек металлического натрия голыми руками может привести к его воспламенению (иногда взрыву) из-за влажности кожи и образованию тяжелейших ожогов натрием и образующейся щёлочью. Горение натрия создает аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия, обладающего разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).

Ваша оценка?

Петр Иваныч

Возможно этот человек ответит на ваши вопросы

Задать вопрос