Как обозначается натрий в химии. Характеристика натрия. Формула натрия. Атомная и молекулярная масса натрия
Натрий - это металл или неметалл? Ошибочно полагать, что второй вариант. Натрий является мягким серебристо-белым металлом, который входит в таблицу Менделеева под атомным номером 11.
К тому же он (точнее его соединения) известны с давних времен! Даже в Библии упоминалось о натрии, как о компоненте чистящего средства. Впрочем, это историческая справка, пусть и интересная. Сейчас же стоит поговорить об особенностях данного элемента и прочих его характеристиках.
Физические свойства
Итак, ответ на вопрос «Натрий - это металл или неметалл?» предельно ясен. Даже взглянув на это вещество, можно все понять. Очевидно, что Который, кстати, пусть и обладает серебристо-белым цветом, но в тонких слоях имеет фиолетовый оттенок.
Это очень пластичное вещество. Мягкими называются те металлы, которые без особых усилий поддаются ковке, а также отличаются пластичностью и легкоплавкостью. Но по отношению к натрию это слово может быть применено в прямом смысле. Его можно порезать ножом без усилий. Кстати, свежий срез очень ярко блестит. Из других свойств можно отметить:
- Плотность. При нормальных условиях - 0,971 г/см³.
- Температура плавления и кипения - 97,81 °C и 882,95 °C соответственно.
- Молярная теплоемкость - 28,23 Дж/(K.моль).
- Удельная теплота плавления и испарения - 2,64 кДж/моль и 97,9 кДж/моль соответственно.
- Молярный объем - 23,7 см³/моль.
Стоит отметить, что под давлением натрий (Na) становится красным и прозрачным. В таком состоянии этот металл очень похож на рубин.
Если поместить его в условия комнатной температуры, то он образует кристаллы в кубической симметрии. Однако, понизив ее до −268 °С, можно увидеть, как металл переходит в гексагональную фазу. Чтобы понять, о чем речь, достаточно вспомнить графит. Это яркий пример гексагонального кристалла.
Окисление и горение
Теперь можно перейти к химическим свойствам натрия (Na). Этот щелочной металл, находясь на воздухе, легко окисляется. В итоге образуется оксид натрия (Na 2 O). Выглядит он как бесцветные кубические кристаллы. Это солеобразующее бинарное неорганическое вещество, которое применяется как реактив в процессе синтеза. С его помощью изготавливают гидроксид натрия и прочие соединения.
Поэтому, чтобы защитить металл от кислородного воздействия, его хранят в керосине.
А вот при горении образуется пероксид натрия (Na 2 O 2). Они выглядят как бело-желтые кристаллы, для которых характерно энергичное взаимодействие с водой, сопровождающееся выделением тепла. Na 2 O 2 применяют для отбеливания шелка, шерсти, тканей, соломы, вискозной и древесной массы.
Реакции с водой
С H 2 O серебристо-белый мягкий металл натрий также успешно взаимодействует. Реакция с водой получается очень бурной. Небольшой кусочек натрия, помещенный в эту жидкость, всплывает, и из-за выделяющегося тепла начинает плавиться. В итоге он превращается в белый шарик, который в быстром темпе движется по поверхности воды в разных направлениях.
Эта весьма эффектная реакция сопровождается выделением водорода. Проводя подобный эксперимент, нужно проявлять осторожность, так как он может воспламениться. А происходит все по следующему уравнению: 2Na + 2Н 2 О → 2NaOH + Н 2 .
Взаимодействия с неметаллами
Натрий - это металл, его еще можно назвать сильным восстановителем, которым он и является. Как и другие щелочные вещества, впрочем. Так что он энергично взаимодействует со многими неметаллами, кроме углерода, йода и благородных газов, к которым относится радиоактивный радон, криптон, неон, ксенон, аргон и гелий. Такие реакции выглядят так: 2Na + Cl 2 → 2NaCl. Или вот еще пример: 2Na + Н 2 → 250-450 °С 2NaH.
Стоит отметить, что натрий является более активным, чем литий. В принципе, он может реагировать с азотом, но очень плохо (в тлеющем разряде). В итоге этого взаимодействия образуется неустойчивое вещество, называющееся нитридом натрия. Это кристаллы темно-серого цвета, реагирующие с водой и разлагающиеся при нагревании. Образуются они по уравнению: 6Na + N 2 → 2Na 3 N.
Реакции с кислотами
Их тоже следует перечислить, рассказывая про химические характеристики натрия. С разбавленными кислотами данное вещество взаимодействует, как обычный металл. Выглядит это так: 2Na + 2HCl → 2NaCl + Н 2 .
С концентрированными веществами, которым свойственны окислительные реакции, натрий взаимодействует иначе, такие реакции сопровождаются выделением продуктов восстановления. Вот пример формулы: 8Na + 10NHO 3 → 8NaNO 3 + 3Н 2 О.
Еще стоит отметить, что щелочной металл натрий легко растворяется в жидком аммиаке (NH 3), 10-процентный раствор которого прекрасно всем известен, как нашатырь. Уравнение выглядит так: Na + 4NH3 → - 40°С Na 4 . Вследствие этой реакции образуется синий раствор.
С газообразным аммиаком металл также взаимодействует, но при нагревании. Выглядит данная реакция так: 2Na + 2NH3 → 35 0°С 2NaNH 2 + Н 2 .
Другие соединения
Перечисляя основные свойства натрия, стоит также оговориться, что он может взаимодействовать со ртутью - уникальным элементом, который при нормальных условиях представляет собой бело-серебристую тяжелую жидкость, являясь при этом металлом.
В результате такой реакции образуется сплав. Его точное название - амальгама натрия. Используется это вещество как восстановитель, по своим свойствам являющийся мягче чистого металла. Если подвергнуть его тепловой обработке вместе с калием, то получится жидкий сплав.
А еще этот металл может растворяться в так называемых краун-эфирах - макрогетероциклических соединениях, но только в присутствии растворителей органического происхождения. В результате данной реакции образуется алкалид (соль, сильный восстановитель) или электрид (растворитель синего цвета).
Также нельзя не упомянуть, что алкилгалогениды, являющиеся галогенно-углеродными веществами, с избытком натрия дают натрийорганические соединения. На воздухе они обычно самовоспламеняются. А в воде - взрываются.
Применение
Свойства и характеристики натрия позволяют широко использовать его в промышленности, металлургии и препаративной химии как мощного восстановителя. Кроме этого, данное вещество задействовано:
- В осушении растворителей органического происхождения.
- В производстве серно-натриевых аккумуляторов.
- В выпускных клапанах моторов грузовых машин. Играет роль жидкого теплоотвода.
- При изготовлении электрических проводов, которые предназначены для высоких токов.
- В сплавах с цезием, рубидием и калием. Вместе с этими веществами натрий образует высокоэффективный теплоноситель, который, кстати, используется на быстрых нейтронах в ядерных реакторах.
- В газоразрядных лампах.
И это лишь некоторые сферы его применения. Но больше всего в мире распространен хлорид натрия. Он есть практически в каждом доме, ведь это - поваренная соль.
А еще нельзя не упомянуть, что земная кора на 2,6 % состоит из натрия. Да и вообще, он находится на 7-м месте в рейтинге самых часто встречающихся в природе элементов и на 5-м - в списке наиболее распространенных металлов. Нахождение в природе натрия в чистом виде невозможно, поскольку он является химически активным, но вот в виде сульфата, карбоната, нитрата и хлорида содержится в огромных количествах.
Биологическая роль
Итак, все самое основное по теме «Натрий - это металл или неметалл?» было сказано. Напоследок - пару слов о биологической роли данного вещества.
Натрий является неотъемлемой частью любого живого организма. Человеческий - не исключение. Вот, каковы его роли:
- Поддерживает осмотическое давление.
- Транспортирует углекислый газ.
- Нормализует водный баланс.
- Способствует транспортировке глюкозы, аминокислот, анионов через клеточные мембраны.
- Своим обменом с ионами калия влияет на формирование потенциала действия.
- Позитивно влияет на обмен белков.
- Принимает участие в процессе гидратации.
Натрий входит в состав практических всех продуктов. Но его основными источниками является соль и пищевая сода. Улучшает усвоение данного вещества витамин D.
Дефицита натрия не встречается, но проблемы, связанные с употреблением недостаточного его количества, могут возникнуть при голодании. Это чревато потерей веса, рвотой, нарушением усвоения моносахаридов, образованием в желудочно-кишечном тракте газов. В особо тяжелых случаях возникает невралгия и судороги. Поэтому лучше не подвергать свой организм жесткому голоданию.
| Натрий | |
|---|---|
| Атомный номер | 11 |
| Внешний вид простого вещества | серебристо-белый мягкий металл |
| Свойства атома | |
|
Атомная масса (молярная масса) |
22,989768 а. е. м. ( /моль) |
| Радиус атома | 190 пм |
|
Энергия ионизации (первый электрон) |
495,6(5,14) кДж /моль (эВ) |
| Электронная конфигурация | 3s 1 |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 154 пм |
| Радиус иона | 97 (+1e) пм |
|
Электроотрицательность (по Полингу) |
0,93 |
| Электродный потенциал | -2,71 в |
| Степени окисления | 1 |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность | 0,971 /см ³ |
| Молярная теплоёмкость | 28,23 Дж /( ·моль) |
| Теплопроводность | 142,0 Вт /( ·) |
| Температура плавления | 370,96 |
| Теплота плавления | 2,64 кДж /моль |
| Температура кипения | 1156,1 |
| Теплота испарения | 97,9 кДж /моль |
| Молярный объём | 23,7 см ³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | кубическая объемноцентрированая |
| Параметры решётки | 4,230 |
| Отношение c/a | — |
| Температура Дебая | 150 K |
| Na | 11 |
| 22,98977 | |
| 3s 1 | |
| Натрий | |
Натрий — элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
В воде натрий ведет себя почти так же, как литий: реакция идёт с бурным выделением водорода, в растворе образуется гидроксид натрия.
История и происхождение названия
Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречающаяся 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.
Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.
Название «натрий» (natrium) происходит от арабского натрун по-гречески — nitron и первоначально оно относилось к природной соде. Сам элемент ранее именовался содием Sodium.
Получение
Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C:
Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO
Затем появился другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.
Физические свойства
Металлический натрий, сохраняемый в керосине
Качественное определение натрия с помощью пламени — ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра «D-линии натрия», дублет 588,9950 и 589,5924 нм.
Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.
Химические свойства
Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина . Натрий менее активный чем литий , поэтому с азотом реагирует только при нагревании:
2Na + 3N 2 =2NaN 3
При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Применение
Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. 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 (Na 3 N) 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 (NaClO 3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.
Биологическая роль
В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.
Совместно с
калием
натрий выполняет следующие функции:
Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного транспорта.
Активация многих энзимов.
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов . Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.
Соединения натрия
Натрий, Natrium, Na (11)
Название натрий — sodium, natrium происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян. Оно встречается у Плиния (Nitron), у других древних авторов и соответствует древнееврейскому нетер (neter). В древнем Египте натроном, или нитроном, называли вообще щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употребляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации трупов. В средние века название нитрон (nitron, natron, nataron), а также борах (baurach), относилось и к селитре (Nitrum). Арабские алхимики называли щелочи alkali. С открытием пороха в Европе селитру (Sal Petrae) стали строго отличать от щелочей, и в XVII в. уже различали нелетучие, или фиксированные щелочи, и летучую щелочь (Alkali volatile). Вместе с тем было установлено различие между растительной (Alkali fixum vegetabile — поташ) и минеральной щелочью (Alkali fixum minerale — сода).
В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи название натрон (Natron), или натр и для растительной — кали (Kali), Лавуазье не поместил щелочи в «Таблицу простых тел», указав в примечании к ней, что это, вероятно, сложные вещества, которые когда-нибудь будут разложены. Действительно, в 1807 г. Дэви путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей получил свободные металлы — калий и натрий, назвав их потассий (Potassium) и содий (Sodium). В следующем году Гильберт, издатель известных «Анналов физики», предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium); Берцелиус сократил последнее название до «натрий» (Natrium). В начале XIX в. в России натрий называли содием (Двигубский, 182i; Соловьев, 1824); Страхов предлагал название содь (1825). Соли натрия назывались, например, сернокислая сода, гидрохлоровая сода и одновременно уксусный натр (Двигубский, 1828). Гесс, по примеру Берцелиуса, ввел название натрий.
Натрий - это химический элемент, относящийся к первой группе периодической системы элементов, созданной Д. И. Менделеевым.
Натрий имеет порядковый номер 11, его атомный вес составляет 22,99. Натрий настолько мягок, что режется ножом. Его плотность (при 20° С) составляет 0,968 г/см3. Имеет температуру плавления около 98° С; а температура кипения натрия составляет 883° С.
Натрий - реакционно-способный и очень активный элемент; при хранении на открытом воздухе он очень легко окисляется с образованием карбонат натрия и гидрата окиси натрия.
Натрий со многими металлами может образовывать сплавы, которые имеют важное техническое значение в науке и производстве. Натрий и его сплавы имеют широкое применение во многих отраслях промышленной сферы. В химической промышленности натрий используется для получения перекиси натрия, тетраэтилсвинца (через сплав Na - Pb), цианистого натрия, гидрида натрия, моющих средств и др.
В металлургической промышленности натрий применяют в качестве восстановителя при получении тория, урана, титана, циркония и других металлов из их фтористых соединений или хлоридов. Натрий в жидком виде, а также его сплавы с калием используются в атомной энергетике в качестве теплоносителя.
Неудивительно, что натрий является одним из наиболее распространенных в природе химических элементов. По разным оценкам, в земной коре его содержание достигает 2,27%. Даже а в живых организмах он содержится в количестве до 0,02%. Хоть натрий и относится к группе металлов, но в чистом виде он не встречается в природе из-за своей высокой химической активности. Чаще всего он встречается в виде хлорида NaCl (каменная соль, галит), а также нитрата NaNO3 (селитра), карбоната Na2CO3 NaHCO3 2H2O (трона), сульфата Na2SO4 10H2O (мирабилит), Na2B4O7 4H2O (кернит), тетрабората Na2B4O7 10 H2O (бура) и других солей. Естественно, что океанические воды содержат огромные запасы хлорида натрия.
В пищевой отрасли это весьма необходимая для приготовления пищи поваренная соль, в химической отрасли он используется для производства минеральных удобрений и антисептиков, а в легкой промышленности натрий применяют для обработки кожи. Также он широко применяется в металлургическом производстве, при изготовлении газоразрядных светильников, а в виде сплава с калием его используют в качестве хладагента.
Без использования его соединений (формиат натрия и кремнефтористый натрий) невозможно на сегодняшний день развитие современной строительной индустрии; поскольку они являются одновременно противоморозным средством и прекрасным пластификатором при производстве высококачественного бетона и различных изделий из него, то работы в строительстве могут проводиться при очень низких температурах.
Натрий часто используется как теплоноситель, сплав натрия с калием находит применение в атомной энергетике для работы ядерных установок. Как восстановитель, он применяется для получения тугоплавких металлов (циркония, титана и др.), в качестве катализатора он используется при получении синтетического каучука и в органическом синтезе. Очень широко применяются и другие соединения натрия:
- гидроксид натрия NаОН - это один из наиболее важных производственных компонентов химической промышленности, который используется при очистке продуктов переработки нефти, при производстве искусственного волокна, в бумажной, текстильной, мыловаренной и других отраслях промышленности;
- пероксид натрия Na2O2 - применяется для отбеливания тканей, шелка, шерсти и др.
Со всеми кислотами Натрий образует соли, которые часто используются в жизни человека и практически во всех отраслях промышленности:
- бромид натрия NаВг - в фотографии и в медицине;
- фторид натрия NаF - для обработки древесины, в сельском хозяйстве, в производстве эмалей и др.;
- сода кальцинированная (Nа2СО3 карбонат натрия) и питьевая (NаНСОз бикарбонат натрия) являются основными продуктами химической промышленности;
- дихромат натрия Na2Cr2O7 - используется в качестве дубильного вещества и сильного окислителя (хромовая смесь - раствор концентрированной серной кислоты и дихромата натрия - используются для мытья лабораторной посуды);
- хлорид натрия NаСl (соль поваренная) - в пищевой промышленности, в технике, медицине, для производства едкого натра, соды и др.;
- нитрат натрия NaNO3 (селитра натриевая) - азотное удобрение;
- сульфат натрия Na2SO4 - незаменим в кожевенной, мыловаренной, стекольной, целлюлозно-бумажной, текстильной промышленности;
- сульфит натрия Na2SO4 с тиосульфатом натрия Na2SO3 - применяются в медицине и фотографии и т.д.
- силикат натрия NaSiO3 - это растворимое стекло;
На мировом рынке цена на натрий не высока. Такая ситуация имеет место благодаря весьма широкому распространению в природе натрия и его соединений, а также сравнительно недорогим способам его промышленного производства. Натрий в виде чистого металла промышленным способом получают из расплава гидроксида или хлорида натрия при пропускании через него большого электрического тока. На сегодня объемы мирового потребления натрия и его соединений составляют более 100 млн.тонн, и спрос на него с каждым годом возрастает. Трудно назвать отрасль промышленности, где не применяется натрий.
Натрий в чистом виде получил в 1807 году Хемфри Дэви - английский химик, который незадолго до натрия открыл . Дэви проводил процесс электролиза одного из соединений натрия - гидроксида, расплавив который и получил натрий. Соединениями натрия человечество пользовалось со времён глубокой древности, содой природного происхождения пользовались ещё в Древнем Египте (calorizator). Называли элемент содий (sodium ) , иногда именно это название можно встретить даже сейчас. Привычное название натрий (от латинского natrium - сода) было предложено шведом Йенсом Берцелиусом.
Натрий является элементом I группы III третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 11 и атомную массу 22,99. Принятое обозначение - Na (от латинского natrium ).
Нахождение в природе
Соединения натрия содержатся в земной коре, морской воде, в виде примеси, имеющей свойство окрашивать каменную соль в синий цвет из-за действия радиации.
Натрий является мягким пластичным щелочным металлом, имеет серебристо-белый цвет и блеск на свежем срезе (натрий вполне возможно разрезать ножом). При применении давления превращается в прозрачное вещество красного цвета, при обычной температуре кристаллизуется. При взаимодействии с воздухом быстро окисляется, поэтому хранить натрий необходимо под слоем керосина.
Суточная потребность в натрии
Натрий - важный для организма человека микроэлемент, суточная потребность в нём для взрослых составляет 550 мг, для детей и подростков - 500-1300 мг. В период беременности норма натрия в сутки составляет 500 мг, а в некоторых случаях (обильное потоотделение, обезвоживание, приём мочегонных препаратов) должна быть увеличена.
Натрий содержится практически во всех морепродуктах (раках, крабах, осьминогах, кальмарах, мидиях, морской капусте), рыбе (анчоусах, сардинах, камбале, корюшке и т.д.), куриных яйцах, крупах (гречневой, рисе, перловой, овсяной, пшённой), бобовых (горохе, фасоли), овощах (томатах, сельдерее, моркови, капусте, свёкле), молочных продуктах и мясных субпродуктах.
Полезные свойства натрия и его влияние на организм
Полезными для организма свойствами натрия являются:
- Нормализация водно-солевого обмена;
- Активизация ферментов слюнной и поджелудочной желез;
- Участие в выработке желудочного сока;
- Поддержание нормального кислотно-щелочного баланса;
- Генерирование функций нервной и мышечной системы;
- Сосудорасширяющее действие;
- Поддержание осмотической концентрации крови.
Усвояемость натрия
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть (около 80%) организм получает из . Усвоение в основном происходит в желудке и тонком кишечнике. улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию.
Взаимодействие с другими
Применение металлического натрия - химическая и металлургическая промышленность, где он выступает в роли сильнейшего восстановителя. Хлоридом натрия (поваренной солью) пользуются все без исключения жители нашей планеты, это самое известное вкусовое средство и древнейший консервант.
Признаки нехватки натрия
Нехватка натрия обычно случается при чрезмерном потоотделении - в жарком климате или при физических нагрузках. Недостаток натрия в организме характеризуется ухудшением памяти и потерей аппетита, головокружением, быстрой утомляемостью, обезвоживанием, мышечной слабостью, а иногда - судорогами, кожными высыпаниями, желудочными спазмами, тошнотой, рвотой.
Признаки избытка натрия
Излишнее количество натрия в организме даёт о себе знать постоянной жаждой, отёками и аллергическими реакциями.
Истинная, эмпирическая, или брутто-формула: Na
Молекулярная масса: 22,99
На́трий - элемент первой группы (по старой классификации - главной подгруппы первой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.
История и происхождение названия
Натрий (а точнее, его соединения) известен и использовался с давних времён. В Библии, в книге пророка Иеремии, упоминается слово др.-греч. νίτρον - в Септуагинте, а слово лат. nitroet - в Вульгате (Иер. 2:22) как название вещества, это род соды или поташа, который в смеси с маслом, служил моющим средством. В Танахе слову др.-греч. νίτρον соответствуют др.-евр. ברית - «мыло» и др.-евр. נתר - «щёлок (мыльная жидкость)». 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 ».
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 , в состав которых входила сода . Ранее (а также до сих пор в английском, французском и ряде других языков) элемент именовался содий (лат. sodium) - это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли.
Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви, который сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бэкеровской лекции (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий - через несколько дней после калия), электролизом расплава гидроксида натрия .
Нахождение в природе
Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Содержание в морской воде в виде соединений - 10,5 г/л. Металлический натрий встречается как примесь, окрашивающая каменную соль в синий цвет. Данную окраску соль приобретает под действием радиации.
Получение
Первым промышленным способом получения натрия была реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля):
Na 2 CO 3 +2C → 2Na+3CO.
Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий.
С появлением электроэнергетики более практичным стал другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия. В настоящее время электролиз - основной способ получения натрия.
Натрий также можно получить цирконийтермическим методом или термическим разложением азида натрия.
Физические свойства
Натрий - серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.
Под давлением становится прозрачным и красным, как рубин.
При комнатной температуре натрий образует кристаллы в 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.
Химические свойства
Щелочной металл на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина.
4Na+O 2 → 2Na 2 O
При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:
2Na+O 2 → Na 2 O 2
Кроме того, существует озонид натрия NaO 3 .
С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды, реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:
2Na+2H 2 O → 2NaOH +H 2
Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, иода, углерода, благородных газов):
2Na+Cl 2 → 2NaCl
2Na+H 2 → 2NaH
Натрий более активен, чем литий. С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество - нитрид натрия (в противоположность легко образующемуся нитриду лития):
6Na+N 2 → 2Na3N
С разбавленными взаимодействует как обычный металл:
2Na+2HCl → 2NaCl+H 2
С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:
8Na+10HNO3 → 8NaNO 3 +NH 4 NO 3 +3H 2 O
Растворяется в жидком аммиаке , образуя синий раствор:
Na+4NH3 → Na(NH 3) 4
С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:
2Na+2NH3 → 2NaNH 2 +H 2
С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. При сплавлении с калием даёт жидкий сплав.
Алкилгалогениды с избытком металла могут давать натрийорганические соединения - высокоактивные соединения, которые обычно самовоспламеняются на воздухе и взрываются с водой. При недостатке металла происходит реакция Вюрца.
Растворяется в краун-эфирах в присутствии органических растворителей, давая электрид или алкалид (в последнем у натрия необычная степень окисления −1).
Применение
Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель в препаративной химии и промышленности, 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 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.
Жидкометаллический теплоноситель в ядерных реакторах на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800.
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 . 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 (NaN 3) 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 (NaClO 3) 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, лишь 2 радиоактивных изотопа - 22Na и 24Na - имеют бо́льший период полураспада. 22Na претерпевает позитронный распад с периодом полураспада 2,6027 года, его используют в качестве источника позитронов и в научных исследованиях. 24Na, с периодом полураспада по каналу β−-распада 15 часов, используется в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии.
Биологическая роль
Натрий входит в состав всех живых организмов. В высших организмах натрий находится большей частью в межклеточной жидкости клеток (примерно в 15 раз больше, чем в цитоплазме клетки). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки натрий-калиевый насос, откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость.
Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
- Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
- Поддержание осмотической концентрации крови.
- Поддержание кислотно-щелочного баланса.
- Нормализация водного баланса.
- Обеспечение мембранного транспорта.
- Активация многих энзимов.
Натрий содержится практически во всех продуктах в разных количествах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли, в том числе в составе консервов, полуфабрикатов, соусов, колбасных изделий и т.п. В качестве источника натрия служат также такие пищевые добавки как глутамат натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия), нитрит натрия, сахаринат натрия и бензоат натрия. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако чрезмерно солёная пища и пища, богатая белками, препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированной пищей человека не встречается, однако некоторые проблемы могут возникнуть при голодании. Временный недостаток может быть вызван использованием мочегонных препаратов, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды .
Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный недостаток вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, повышенное выделение калия с мочой, у некоторых людей повышенное кровяное давление и скопление жидкости. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками, составляет примерно 20-30 граммов, большее количество уже опасно для жизни.
Меры предосторожности
В лабораториях небольшие количества натрия (примерно до 1 кг) хранят в закрытых стеклянных банках под слоем керосина, так, чтобы керосин 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 технике безопасности; 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 стоит 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 может вызвать 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 . Горение натрия создает аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия , обладающий разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).
