Vai nātrijs ir metāls vai nemetāls? Ir kļūdaini uzskatīt, ka otrais variants. Nātrijs ir mīksts, sudrabaini balts metāls, kas periodiskajā tabulā parādās ar atomu numuru 11.

Turklāt tas (vai drīzāk tā savienojumi) ir zināms kopš seniem laikiem! Pat Bībelē nātrijs ir minēts kā tīrīšanas līdzekļu sastāvdaļa. Tomēr šī ir vēsturiska piezīme, kaut arī interesanta. Tagad ir vērts runāt par šī elementa īpašībām un citām tā īpašībām.

Fizikālās īpašības

Tātad, atbilde uz jautājumu "Vai nātrijs ir metāls vai nemetāls?" ļoti skaidri. Pat paskatoties uz šo vielu, visu var saprast. Ir acīmredzams, ka kuram, starp citu, lai gan tai ir sudrabaini balta krāsa, plānās kārtās ir violeta nokrāsa.

Šī ir ļoti plastiska viela. Mīkstie metāli ir tie, kurus var kalt bez lielas piepūles, un tiem ir raksturīga arī elastība un kausējamība. Bet attiecībā uz nātriju šo vārdu var lietot tiešā nozīmē. To var sagriezt ar nazi bez piepūles. Starp citu, svaigs griezums spīd ļoti spilgti. Citas īpašības ietver:

• Blīvums. Normālos apstākļos - 0,971 g/cm³.
• Kušanas un viršanas temperatūra ir attiecīgi 97,81 °C un 882,95 °C.
• Molārā siltumietilpība - 28,23 J/(K.mol).
• Īpatnējais saplūšanas un iztvaikošanas siltums ir attiecīgi 2,64 kJ/mol un 97,9 kJ/mol.
• Molārais tilpums - 23,7 cm³/mol.

Ir vērts atzīmēt, ka zem spiediena nātrijs (Na) kļūst sarkans un caurspīdīgs. Šajā stāvoklī šis metāls ir ļoti līdzīgs rubīnam.

Ja jūs novietojat to istabas temperatūrā, tas veido kristālus kubiskā simetrijā. Tomēr, pazeminot to līdz –268 °C, var redzēt, kā metāls pārvēršas sešstūra fāzē. Lai saprastu, par ko mēs runājam, vienkārši atcerieties grafītu. Šis ir lielisks sešstūra kristāla piemērs.

Oksidācija un sadegšana

Tagad mēs varam pāriet uz nātrija (Na) ķīmiskajām īpašībām. Šis sārmu metāls, saskaroties ar gaisu, viegli oksidējas. Rezultātā veidojas nātrija oksīds (Na 2 O). Tas izskatās kā bezkrāsaini kubiskie kristāli. Šī ir sāli veidojoša bināra neorganiska viela, ko izmanto kā reaģentu sintēzes procesā. To izmanto nātrija hidroksīda un citu savienojumu ražošanai.

Tāpēc, lai aizsargātu metālu no skābekļa iedarbības, to uzglabā petrolejā.

Bet degšanas laikā veidojas nātrija peroksīds (Na 2 O 2). Tie izskatās kā balti dzelteni kristāli, kuriem raksturīga spēcīga mijiedarbība ar ūdeni, ko papildina siltuma izdalīšanās. Na 2 O 2 izmanto zīda, vilnas, audumu, salmu, viskozes un koksnes masas balināšanai.

Reakcijas ar ūdeni

Sudrabbaltais mīkstā metāla nātrijs arī veiksmīgi mijiedarbojas ar H2O. Reakcija ar ūdeni ir ļoti spēcīga. Neliels nātrija gabaliņš, kas ievietots šajā šķidrumā, uzpeld uz virsmas un sāk kust, pateicoties radītajam siltumam. Rezultātā tas pārvēršas baltā bumbiņā, kas ātri pārvietojas pa ūdens virsmu dažādos virzienos.

Šo ļoti iespaidīgo reakciju pavada ūdeņraža izdalīšanās. Veicot šādu eksperimentu, jābūt uzmanīgiem, jo ​​tas var aizdegties. Un viss notiek saskaņā ar šādu vienādojumu: 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2.

Mijiedarbība ar nemetāliem

Nātrijs ir metāls, to var saukt arī par spēcīgu reducētāju, kas tas arī ir. Tomēr tāpat kā citas sārmainas vielas. Tāpēc tas enerģiski reaģē ar daudziem nemetāliem, izņemot oglekli, jodu un cēlgāzes, tostarp radioaktīvo radonu, kriptonu, neonu, ksenonu, argonu un hēliju. Šādas reakcijas izskatās šādi: 2Na + Cl 2 → 2NaCl. Vai arī šeit ir vēl viens piemērs: 2Na + H2 → 250-450 °C 2NaH.

Ir vērts atzīmēt, ka nātrijs ir aktīvāks nekā litijs. Principā tas var reaģēt ar slāpekli, bet ļoti slikti (kvēles izlādes gadījumā). Šīs mijiedarbības rezultātā veidojas nestabila viela, ko sauc par nātrija nitrīdu. Tie ir tumši pelēki kristāli, kas reaģē ar ūdeni un karsējot sadalās. Tie veidojas saskaņā ar vienādojumu: 6Na + N 2 → 2Na 3 N.

Reakcijas ar skābēm

Tie ir arī jāuzskaita, runājot par nātrija ķīmiskajām īpašībām. Šī viela reaģē ar atšķaidītām skābēm kā parasts metāls. Tas izskatās šādi: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2.

Nātrijs atšķirīgi mijiedarbojas ar koncentrētām vielām, kurām raksturīgas oksidatīvās reakcijas; šādas reakcijas pavada reducēšanas produktu izdalīšanās. Šeit ir formulas piemērs: 8Na + 10NHO 3 → 8NaNO 3 + 3H 2 O.

Ir arī vērts atzīmēt, ka sārmu metālu nātrijs viegli izšķīst šķidrā amonjakā (NH 3), kura 10% šķīdums visiem ir labi zināms kā amonjaks. Vienādojums izskatās šādi: Na + 4NH3 → - 40°C Na 4. Šīs reakcijas rezultātā veidojas zils šķīdums.

Metāls mijiedarbojas arī ar gāzveida amonjaku, bet sildot. Šī reakcija izskatās šādi: 2Na + 2NH3 → 35 0°C 2NaNH2 + H2.

Citi savienojumi

Uzskaitot galvenās nātrija īpašības, ir arī vērts pieminēt, ka tas var mijiedarboties ar dzīvsudrabu, unikālu elementu, kas normālos apstākļos ir balti sudrabains smags šķidrums, vienlaikus būdams metāls.

Šīs reakcijas rezultātā veidojas sakausējums. Tās precīzs nosaukums ir nātrija amalgama. Šo vielu izmanto kā reducētāju, tās īpašības ir mīkstākas nekā tīram metālam. Ja jūs to karsējat ar kāliju, jūs iegūstat šķidru sakausējumu.

Šis metāls var izšķīst arī tā sauktajos kroņa ēteros – makroheterocikliskajos savienojumos, bet tikai organisko šķīdinātāju klātbūtnē. Šīs reakcijas rezultātā veidojas sārms (sāls, spēcīgs reducētājs) vai elektrīds (zils šķīdinātājs).

Nevar arī nepieminēt, ka alkilhalogenīdi, kas ir halogēna-oglekļa vielas, ar nātrija pārpalikumu dod nātrija organiskos savienojumus. Gaisā tie parasti aizdegas spontāni. Un ūdenī tie eksplodē.

Pieteikums

Nātrija īpašības un īpašības ļauj to plaši izmantot rūpniecībā, metalurģijā un preparatīvajā ķīmijā kā spēcīgu reducētāju. Turklāt šī viela ir iesaistīta:

• Organisko šķīdinātāju žāvēšanai.
• Sēra-nātrija bateriju ražošanā.
• Kravas automašīnu dzinēju izplūdes vārstos. Spēlē šķidruma siltuma izlietnes lomu.
• Elektrisko vadu ražošanā, kas paredzēti lielām strāvām.
• Sakausējumos ar cēziju, rubīdiju un kāliju. Kopā ar šīm vielām nātrijs veido ļoti efektīvu dzesēšanas šķidrumu, ko, starp citu, izmanto ātrajiem neitroniem kodolreaktoros.
• Gāzlādes spuldzēs.

Un šīs ir tikai dažas no tās piemērošanas jomām. Bet visizplatītākā viela pasaulē ir nātrija hlorīds. Tas ir sastopams gandrīz katrā mājā, jo tas ir galda sāls.

Nevar arī nepieminēt, ka zemes garozā ir 2,6% nātrija. Un kopumā tas ir 7. vietā dabā izplatītāko elementu reitingā un 5. vietā izplatītāko metālu sarakstā. Dabā nav iespējams atrast nātriju tīrā veidā, jo tas ir ķīmiski aktīvs, bet milzīgos daudzumos tas ir atrodams sulfāta, karbonāta, nitrāta un hlorīda veidā.

Bioloģiskā loma

Tātad, visi pamati par tēmu “Vai nātrijs ir metāls vai nemetāls?” tika teikts. Visbeidzot, daži vārdi par šīs vielas bioloģisko lomu.

Nātrijs ir jebkura dzīva organisma neatņemama sastāvdaļa. Cilvēks nav izņēmums. Šeit ir viņa lomas:

• Uztur osmotisko spiedienu.
• Pārvada oglekļa dioksīdu.
• Normalizē ūdens bilanci.
• Veicina glikozes, aminoskābju, anjonu transportēšanu caur šūnu membrānām.
• Tā apmaiņa ar kālija joniem ietekmē darbības potenciāla veidošanos.
• Pozitīvi ietekmē olbaltumvielu metabolismu.
• Piedalās hidratācijas procesā.

Nātrijs ir iekļauts gandrīz visos produktos. Bet tā galvenie avoti ir sāls un cepamā soda. D vitamīns uzlabo šīs vielas uzsūkšanos.

Nātrija deficīts nenotiek, bet badošanās laikā var rasties problēmas, kas saistītas ar nepietiekama daudzuma patēriņu. Tas ir pilns ar svara zudumu, vemšanu, traucētu monosaharīdu uzsūkšanos un gāzu veidošanos kuņģa-zarnu traktā. Īpaši smagos gadījumos rodas neiralģija un krampji. Tāpēc labāk nepakļaut savu ķermeni smagam badam.

Nātrijs un tā savienojumi ir zināmi cilvēkiem kopš seniem laikiem. Iespējams, vispopulārākais un pazīstamākais savienojums ir nātrija hlorīds, labāk pazīstams kā galda sāls. Galda sāls ir gandrīz jebkura ēdiena būtiska sastāvdaļa. Pēc zinātnieku domām, cilvēki sāka ēst galda sāli pirms vairākiem tūkstošiem gadu.

Vēl viens populārs savienojums ir nātrija karbonāts. Nātrija karbonāts ir parasta soda, ko pārdod jebkurā veikalā. Vielu cilvēki kopš seniem laikiem izmantojuši arī kā mazgāšanas līdzekli. Tādējādi cilvēki katru dienu ir bijuši pakļauti nātrija un tā savienojumu iedarbībai daudzus desmitus un simtus gadu. Nātrijs viegli reaģē gan ar metāliskiem, gan nemetāliskiem elementiem, veidojot rūpniecībā plaši izmantotus sakausējumus un savienojumus. Sīkāk apskatīsim šī metāla īpašības un īpašības.

Nātrija īpašības

Fizikālās īpašības

Nātrijs ir mīksts, kaļams metāls, ko var ļoti viegli sagriezt ar nazi. Tam ir sudrabaini balta krāsa un raksturīgs metālisks spīdums. Metāls labi vada siltumu un elektrību. Nātrija atomi ir savienoti ar metāla saiti.

Ķīmiskās īpašības

Reaģējot ar citiem ķīmiskajiem elementiem, nātrija atomi viegli atsakās no valences elektroniem. Šajā gadījumā nātrija atomi pārvēršas jonos ar pozitīvu lādiņu.

• Nātrijs ļoti ātri oksidējas brīvā dabā. Tāpēc metāls parasti tiek uzglabāts petrolejā.
• Dedzinot skābeklī, veidojas savienojums nātrija peroksīds (Na 2 O 2)
• Sildot, nātrijs reaģē ar ūdeņradi, veidojot hidrīdu (2NaH)
• Nātrijs diezgan viegli reaģē ar nemetāliem, piemēram, sēru, porcelānu un citiem.
• Nātrijs spēj reaģēt arī ar metāliem. Tādējādi tiek iegūti dažādi sakausējumi, kurus plaši izmanto ražošanā un rūpniecībā.
• Nātrijs spēcīgi reaģē ar ūdeni.

Nātrija atrašana dabā

Nātrijs ir septītajā vietā Zemes visbiežāk sastopamo elementu sarakstā. Nātrijs ir arī piektais visizplatītākais metāls. Starp metāliem vienīgie metāli, kas sastopami biežāk nekā nātrijs, ir alumīnijs, dzelzs, kalcijs un magnijs.

Nātrijs dabā tīrā veidā nav sastopams. Iemesls tam ir nātrija augstā ķīmiskā aktivitāte. Elements dabā sastopams kā hlorīds, karbonāts, nitrāts, sulfāts un citi sāļi.

Kur dabā ir atrodams nātrijs?

Pirmkārt, zemes garozā ir reģistrēts diezgan augsts nātrija saturs. Vielas īpatsvars ir aptuveni 2,6%.

Otrkārt, nātrijs un tā savienojumi lielos daudzumos sastopami vietās, kur iztvaikojušas senās jūras.

Vēl viena vieta, kur uzkrājas nātrijs un tā savienojumi, ir okeāna ūdeņi. Zinātnieki ir aprēķinājuši, ka viss sāls, kas atrodas Pasaules okeānā, ir aptuveni 19 miljoni kubikkilometru.

Nātrijs nelielos daudzumos ir atrodams arī dzīvās būtnēs. Tajā pašā laikā nātrija saturs dzīvniekiem ir nedaudz augstāks nekā augos. Nātrija joni dzīvajos organismos veic kritisku funkciju: tie atvieglo nervu impulsu pārnešanu.

Nātrija pielietojums rūpniecībā

Nātriju plaši izmanto daudzās nozarēs: ķīmijas, metalurģijas, kodolenerģijas, pārtikas, vieglās un citās nozarēs.

Ķīmiskajā rūpniecībā nātriju izmanto dažādu mazgāšanas un tīrīšanas līdzekļu, mēslošanas līdzekļu un antiseptisku līdzekļu ražošanai.

Metalurģijā nātriju izmanto citu vielu, piemēram, torija, urāna, titāna, cirkonija un citu savienojumu, ražošanas procesā. Nātrijs šādās reakcijās darbojas kā reducētājs.

Nātriju plaši izmanto arī kodolenerģētikā. Nātriju un tā sakausējumus izmanto kā dzesēšanas šķidrumu.

Vieglajā rūpniecībā nātriju plaši izmanto ādas apstrādei.

Nātrijs ir būtisks pārtikas rūpniecības elements. Nātrija hlorīds, labāk pazīstams kā galda sāls, iespējams, ir visizplatītākā pārtikas piedeva, bez kuras nevar pagatavot nevienu ēdienu.

Lekcijas konspekts:

1. Nātrija izplatība dabā.

2. Vēsturiskais fons.

3. Nātrija fizikālās īpašības

4. 4.Nātrija ķīmiskās īpašības

5. Nātrija iegūšana.

6. 6.Nātrija iegūšana.

Nātrijs(nātrijs), Na, Mendeļejeva periodiskās sistēmas I grupas ķīmiskais elements: atomskaitlis 11, atommasa 22,9898; sudrabaini balts mīksts metāls, kas gaisā ātri oksidējas no virsmas. Dabiskais elements sastāv no viena stabila izotopa 23 Na.

Vēsturiska atsauce. Dabīgie nātrija savienojumi - galda sāls NaCl, soda Na 2 CO 3 - ir zināmi kopš seniem laikiem. Nosaukums "nātrijs" cēlies no arābu natrun, grieķu. nitrons, sākotnēji saukts par dabisko soda. Jau 18. gadsimtā ķīmiķi zināja daudzus citus nātrija savienojumus. Taču pašu metālu tikai 1807. gadā ieguva G. Deivijs, izmantojot kaustiskās sodas NaOH elektrolīzi. Apvienotajā Karalistē, ASV, Francijā elementu sauc par nātriju (no spāņu vārda soda - soda), Itālijā - sodio.

Izplatīšanāsnātriji dabā.

Nātrijs ir tipisks elements zemes garozas augšējā daļā. Tā vidējais saturs litosfērā ir 2,5 masas%, skābajos magmatiskos iežos (granītos un citos) 2,77, bāziskos iežos (bazaltos un citos) 1,94, ultrabāziskajos iežos (mantijas iežos) 0,57. Na + un Ca 2+ izomorfisma dēļ to jonu rādiusu tuvuma dēļ magmatiskajos iežos veidojas nātrija-kalcija laukšpati (plagioklāzes). Biosfērā vērojama krasa nātrija diferenciācija: nogulumiežu iežos vidēji ir noplicināts nātrijs (mālos un slānekļos 0,66%), lielākajā daļā augšņu tā ir maz (vidēji 0,63%). Kopējais nātrija minerālu skaits ir 222. Na ir vāji aizturēts kontinentos un ar upēm tiek ievests jūrās un okeānos, kur tā vidējais saturs ir 1,035% (Na ir galvenais jūras ūdens metāliskais elements). Iztvaikošanas laikā nātrija sāļi nogulsnējas piekrastes jūras lagūnās, kā arī stepju un tuksnešu kontinentālajos ezeros, veidojot sāli saturošu iežu slāņus. Galvenie minerāli, kas ir nātrija un tā savienojumu avots, ir halīts (akmens sāls) NaCl, Čīles salpeters NaNO 3, thenardīts Na 2 SO 4, mirabilīts Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O Na ir svarīgs bioelements, dzīvā viela satur vidēji 0,02% Na; Dzīvniekos to ir vairāk nekā augos.

Fizikālās īpašībasnātrijs

Parastā temperatūrā nātrijs kristalizējas kubiskā režģī, a = 4,28 Å. Atomu rādiuss 1,86Å, jonu rādiuss Na+ 0,92Å. Blīvums 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), kušanas temperatūra 97,83 °C, viršanas temperatūra 882,9 °C; īpatnējā siltumietilpība (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) vai 0,295 cal/(g deg); siltumvadītspējas koeficients 1,32·10 2 W/(m·K) vai 0,317 cal/(cm·sek·deg); lineārās izplešanās temperatūras koeficients (20 °C) 7,1·10 -5; elektriskā pretestība (0 °C) 4,3·10 -8 omi·m (4,3·10 -6 omi·cm). Nātrijs ir paramagnētisks, īpatnējā magnētiskā jutība +9,2·10 -6; ļoti plastmasa un mīksta (viegli sagriež ar nazi).

Ķīmiskās īpašībasnātrijs

Normāls nātrija elektrodu potenciāls ir -2,74 V; elektroda potenciāls kausējumā -2,4 V. Nātrija tvaiki iekrāso liesmu raksturīgā spilgti dzeltenā krāsā. Atoma ārējo elektronu konfigurācija ir 3s 1; Visos zināmajos savienojumos nātrijs ir vienvērtīgs. Tā ķīmiskā aktivitāte ir ļoti augsta. Tiešā mijiedarbībā ar skābekli, atkarībā no apstākļiem, veidojas Na 2 O oksīds vai Na 2 O 2 peroksīds - bezkrāsainas kristāliskas vielas. Ar ūdeni nātrijs veido hidroksīdu NaOH un H 2; reakciju var pavadīt sprādziens. Minerālskābes veido atbilstošus ūdenī šķīstošos sāļus ar nātriju, tomēr nātrijs ir relatīvi inerts attiecībā pret 98-100% sērskābi.

Nātrija reakcija ar ūdeņradi sākas 200 °C temperatūrā un izraisa NaH hidrīda, bezkrāsainas higroskopiskas kristāliskas vielas, ražošanu. Nātrijs tieši reaģē ar fluoru un hloru pat parastā temperatūrā, ar bromu - tikai sildot; tieša mijiedarbība ar jodu netiek novērota. Tas spēcīgi reaģē ar sēru, veidojot nātrija sulfīdu; nātrija tvaiku mijiedarbība ar slāpekli klusas elektriskās izlādes laukā izraisa Na 3 N nitrīda veidošanos, bet ar oglekli 800-900 ° C temperatūrā - Na veidošanās. 2 C 2 karbīds.

Nātrijs izšķīst šķidrā amonjakā (34,6 g uz 100 g NH 3 0°C temperatūrā), veidojot amonjaka kompleksus. Gāzveida amonjaku izlaižot cauri izkausētam nātrijam 300-350 °C temperatūrā, veidojas nātrija amīns NaNH 2 - bezkrāsaina kristāliska viela, ko viegli sadala ūdens. Ir zināms liels skaits nātrija organisko savienojumu, kas pēc ķīmiskajām īpašībām ir ļoti līdzīgi litija organiskajiem savienojumiem, bet ir pārāki par tiem reaktivitātē. Organiskos nātrija savienojumus izmanto organiskajā sintēzē kā alkilētājus.

Nātrijs ir daudzu praktiski svarīgu sakausējumu sastāvdaļa. Na–K sakausējumi, kas aptuveni 25 °C temperatūrā satur 40–90% K (pēc masas), ir sudrabaini balti šķidrumi, kas ir ļoti ķīmiski reaģējoši un viegli uzliesmo gaisā. Šķidru Na–K sakausējumu elektrovadītspēja un siltumvadītspēja ir zemākas par attiecīgajām Na un K vērtībām. Nātrija amalgamas viegli iegūst, dzīvsudrabā ievadot metālisko nātriju; ar vairāk nekā 2,5% Na saturu (pēc svara) parastā temperatūrā tie jau ir cietas vielas.

Kvītsnātrijs.

Galvenā rūpnieciskā metode nātrija iegūšanai ir izkausēta NaCl sāls elektrolīze, kas satur piedevas KCl, NaF, CaCl 2 un citas, kas samazina sāls kušanas temperatūru līdz 575-585 °C. Tīra NaCl elektrolīze izraisītu lielus nātrija zudumus iztvaikošanas rezultātā, jo NaCl kušanas temperatūra (801 °C) un Na viršanas temperatūra (882,9 °C) ir ļoti tuva. Elektrolīzi veic elektrolizatoros ar diafragmu, katodi ir izgatavoti no dzelzs vai vara, anodi ir izgatavoti no grafīta. Hloru ražo vienlaikus ar nātriju. Vecā nātrija iegūšanas metode ir izkausēta nātrija hidroksīda NaOH elektrolīze, kas ir daudz dārgāka par NaCl, bet elektrolītiski sadalās zemākā temperatūrā (320-330 °C).

Pieteikumsnātrijs.

Nātriju un tā sakausējumus plaši izmanto kā dzesēšanas šķidrumus procesos, kuros nepieciešama vienmērīga karsēšana 450-650 °C diapazonā - lidmašīnu dzinēju vārstos un īpaši atomelektrostacijās. Pēdējā gadījumā Na–K sakausējumi kalpo kā šķidrie metālu dzesēšanas šķidrumi (abiem elementiem ir mazi termiskās neitronu absorbcijas šķērsgriezumi, Na 0,49 šķūnim); šiem sakausējumiem ir raksturīgi augsti viršanas punkti un siltuma pārneses koeficienti, un tie nesadarbojas ar konstrukcijas materiāliem. pie augstām temperatūrām, kas izstrādātas elektrostacijās.kodolreaktori. NaPb savienojumu (10% Na pēc svara) izmanto tetraetilsvina ražošanā, kas ir visefektīvākais pretdetonācijas līdzeklis. Svina sakausējumā (0,73% Ca, 0,58% Na un 0,04% Li), ko izmanto dzelzceļa vagonu asu gultņu ražošanai, nātrijs ir stiprinoša piedeva. Metalurģijā nātrijs kalpo kā aktīvs reducētājs dažu reto metālu (Ti, Zr, Ta) ražošanā ar metalotermiskām metodēm; organiskajā sintēzē - reducēšanas, kondensācijas, polimerizācijas un citās reakcijās.

Nātrija augstās ķīmiskās aktivitātes dēļ, rīkojoties ar to, ir jāievēro piesardzība. Tas ir īpaši bīstami, ja ūdens nonāk saskarē ar nātriju, kas var izraisīt ugunsgrēku un eksploziju. Acis jāaizsargā ar aizsargbrillēm, rokas ar bieziem gumijas cimdiem; Nātrija saskare ar mitru ādu vai apģērbu var izraisīt smagus apdegumus.

Nātrijs
Atomu skaits	11
Vienkāršas vielas izskats	sudrabbalts mīksts metāls
Atoma īpašības
Atomu masa (molmasa)	22.989768 a. e.m. (/mol)
Atomu rādiuss	190 vakarā
Jonizācijas enerģija (pirmais elektrons)	495,6 (5,14) kJ/mol (eV)
Elektroniskā konfigurācija	3s 1
Ķīmiskās īpašības
Kovalentais rādiuss	154 pēcpusdienā
Jonu rādiuss	97 (+1e) pm
Elektronegativitāte (pēc Paulinga vārdiem)	0,93
Elektrodu potenciāls	-2,71 V
Oksidācijas stāvokļi	1
Vienkāršas vielas termodinamiskās īpašības
Blīvums	0,971 /cm³
Molārā siltuma jauda	28,23 J/(mol)
Siltumvadītspēja	142,0 W/(·)
Kušanas temperatūra	370,96
Kušanas siltums	2,64 kJ/mol
Vārīšanās temperatūra	1156,1
Iztvaikošanas siltums	97,9 kJ/mol
Molārais tilpums	23,7 cm³/mol
Vienkāršas vielas kristāla režģis
Režģa struktūra	kubiskā ķermeņa centrā
Režģa parametri	4,230
c/a attiecība	—
Debye temperatūra	150 K

Na	11
22,98977
3s 1
Nātrijs

Nātrijs —elements pirmās grupas galvenā apakšgrupa, D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas trešais periods, ar atomskaitli 11. Apzīmē ar simbolu Na (lat. Natrium). Vienkāršā viela nātrijs (CAS numurs: 7440-23-5) ir mīksts sārmu metāls ar sudrabaini baltu krāsu.

Ūdenī nātrijs uzvedas gandrīz tāpat kā litijs: reakcija notiek ar ātru ūdeņraža izdalīšanos, un šķīdumā veidojas nātrija hidroksīds.

Vārda vēsture un izcelsme

Nātrijs (pareizāk sakot, tā savienojumi) ir izmantots kopš seniem laikiem. Piemēram, soda (nātrons), kas dabiski atrodama sodas ezeru ūdeņos Ēģiptē. Senie ēģiptieši izmantoja dabisko sodu balzamēšanai, audekla balināšanai, ēdiena gatavošanai, kā arī krāsu un glazūru izgatavošanai. Plīnijs Vecākais raksta, ka Nīlas deltā soda (tā saturēja pietiekamu daudzumu piemaisījumu) tika izolēta no upes ūdens. Tas tika pārdots lielos gabaliņos, kas krāsoti pelēkā vai pat melnā krāsā ogļu piejaukuma dēļ.

Pirmo reizi nātriju ieguva angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs 1807. gadā ar cieta NaOH elektrolīzi.

Nosaukums "nātrijs" cēlies no arābu valodas natrun grieķu valodā - nitrons un sākotnēji tas attiecās uz dabisko soda. Pats elements iepriekš tika saukts par nātriju.

Kvīts

Pirmais veids, kā iegūt nātriju, bija reducēšanas reakcija nātrija karbonāts ogles, karsējot ciešu šo vielu maisījumu dzelzs traukā līdz 1000°C:

Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO

Tad parādījās cita nātrija iegūšanas metode - izkausēta nātrija hidroksīda vai nātrija hlorīda elektrolīze.

Fizikālās īpašības

Metāla nātrijs, kas glabājas petrolejā

Nātrija kvalitatīva noteikšana, izmantojot liesmu - “nātrija D līnijas” emisijas spektra spilgti dzeltena krāsa, dublets 588,9950 un 589,5924 nm.

Nātrijs ir sudrabaini balts metāls, plānās kārtās ar purpursarkanu nokrāsu, plastmasas, pat mīksts (viegli griežams ar nazi), svaigs nātrija griezums ir spīdīgs. Nātrija elektriskās un siltumvadītspējas vērtības ir diezgan augstas, blīvums ir 0,96842 g/cm³ (pie 19,7 ° C), kušanas temperatūra ir 97,86 ° C un viršanas temperatūra ir 883,15 ° C.

Ķīmiskās īpašības

Sārmu metāls, kas viegli oksidējas gaisā. Lai aizsargātu pret atmosfēras skābekli, metāliskais nātrijs tiek uzglabāts zem slāņa petroleja. Nātrijs ir mazāk aktīvs nekā litijs, tāpēc ar slāpeklis reaģē tikai sildot:

2Na + 3N2 = 2NaN3

Ja ir liels skābekļa pārpalikums, veidojas nātrija peroksīds

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Pieteikums

Nātrija metālu plaši izmanto preparatīvajā ķīmijā un rūpniecībā kā spēcīgu reducētāju, tostarp metalurģijā. Nātriju izmanto ļoti energoietilpīgu nātrija sēra akumulatoru ražošanā. To izmanto arī kravas automašīnu izplūdes vārstos kā siltuma izlietni. Reizēm nātrija metālu izmanto kā materiālu elektriskajiem vadiem, kas paredzēti ļoti lielu strāvu pārvadīšanai.

Sakausējumā ar kāliju, kā arī ar rubīdijs un cēzijs izmanto kā ļoti efektīvu dzesēšanas šķidrumu. Jo īpaši sakausējuma sastāvs ir nātrija 12%, kālijs 47 %, cēzijs 41% ir rekordzems kušanas punkts –78 °C, un tas ir ierosināts kā darba šķidrums jonu raķešu dzinējiem un dzesēšanas šķidrums atomelektrostacijām.

Nātriju izmanto arī augsta un zema spiediena gāzizlādes lampās (HPLD un LPLD). Ielu apgaismojumā ļoti plaši tiek izmantotas DNaT (Arc Sodium Tubular) tipa NLVD lampas. Tie izdala spilgti dzeltenu gaismu. HPS lampu kalpošanas laiks ir 12-24 tūkstoši stundu. Tāpēc HPS tipa gāzizlādes spuldzes ir neaizstājamas pilsētas, arhitektūras un rūpnieciskajā apgaismojumā. Ir arī lampas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) un DNaTBR (Arc Sodium Tubular bez dzīvsudraba).

Nātrija metālu izmanto organisko vielu kvalitatīvajā analīzē. Nātrija un testējamās vielas sakausējumu neitralizē etanols, pievieno dažus mililitrus destilēta ūdens un sadala 3 daļās, Dž.Lasēna tests (1843), kura mērķis ir noteikt slāpekli, sēru un halogēnus (Beilšteina tests)

— Nātrija hlorīds (galda sāls) ir vecākais izmantotais aromatizētājs un konservants.
— Nātrija azīdu (Na 3 N) izmanto kā nitridētāju metalurģijā un svina azīda ražošanā.
— Nātrija cianīdu (NaCN) izmanto hidrometalurģiskajā metodē zelta izskalošanai no akmeņiem, kā arī tērauda nitrokarburizācijā un galvanizēšanā (sudrabošana, zeltīšana).
— Nātrija hlorātu (NaClO 3) izmanto, lai iznīcinātu nevēlamu veģetāciju uz dzelzceļa sliedēm.

Bioloģiskā loma

Organismā nātrijs atrodas galvenokārt ārpus šūnām (apmēram 15 reizes vairāk nekā citoplazmā). Šo atšķirību uztur nātrija-kālija sūknis, kas izsūknē šūnā iesprostoto nātriju.

Kopā arkālijsnātrijs veic šādas funkcijas:
Radīt apstākļus membrānas potenciāla rašanās un muskuļu kontrakciju rašanās.
Asins osmotiskās koncentrācijas uzturēšana.
Skābju-bāzes līdzsvara uzturēšana.
Ūdens bilances normalizēšana.
Membrānas transportēšanas nodrošināšana.
Daudzu enzīmu aktivizēšana.

Nātrijs ir atrodams gandrīz visos pārtikas produktos, lai gan organisms lielāko daļu tā iegūst no galda sāls. Uzsūkšanās galvenokārt notiek kuņģī un tievajās zarnās. D vitamīns uzlabo nātrija uzsūkšanos, tomēr pārmērīgi sāļa pārtika un olbaltumvielām bagāta pārtika traucē normālu uzsūkšanos. No pārtikas uzņemtā nātrija daudzums parāda nātrija saturu urīnā. Pārtikai, kas bagāta ar nātriju, raksturīga paātrināta izdalīšanās.

Nātrija deficīts diētas ievērotājam sabalansētu pārtiku nenotiek cilvēkiem, tomēr dažas problēmas var rasties ar veģetāro diētu. Īslaicīgu deficītu var izraisīt diurētisko līdzekļu lietošana, caureja, pārmērīga svīšana vai pārmērīga ūdens uzņemšana. Nātrija deficīta simptomi ir svara zudums, vemšana, gāzu veidošanās kuņģa-zarnu traktā un traucēta uzsūkšanās. aminoskābes un monosaharīdi. Ilgstošs deficīts izraisa muskuļu krampjus un neiralģiju.

Nātrija pārpalikums izraisa kāju un sejas pietūkumu, kā arī pastiprinātu kālija izdalīšanos ar urīnu. Maksimālais sāls daudzums, ko var pārstrādāt nieres, ir aptuveni 20-30 grami; jebkurš lielāks daudzums ir dzīvībai bīstams.

Nātrija savienojumi

Nātrijs, nātrijs, nātrijs (11)
Nosaukums nātrijs - nātrijs, nātrijs cēlies no sena vārda, kas izplatīts Ēģiptē, starp senajiem grieķiem (vixpov) un romiešiem. Tas ir atrodams Plīnijā (Nitronā) un citos senajos autoros un atbilst ebreju neter. Senajā Ēģiptē natronu jeb nitronu parasti sauca par sārmu, ko ieguva ne tikai no dabīgiem sodas ezeriem, bet arī no augu pelniem. To izmantoja mazgāšanai, glazūru veidošanai un līķu mumificēšanai. Viduslaikos nosaukumu nitrons (nitrons, natrons, natarons), kā arī bors (baurach) attiecināja arī uz salpetru (Nitrum). Arābu alķīmiķi sauca par sārmu sārmu. Līdz ar šaujampulvera atklāšanu Eiropā salpetru (Sal Petrae) sāka strikti atšķirt no sārmiem, un 17. gs. jau ir nošķirti negaistošie jeb fiksētie sārmi un gaistošie sārmi (Alkali volatile). Tajā pašā laikā tika konstatēta atšķirība starp dārzeņu (Alkali fixum vegetabile - potašs) un minerālsārmu (Alkali fixum minerale - soda).

18. gadsimta beigās. Klaprots ieviesa nosaukumu Natron jeb soda, lai apzīmētu minerālu sārmu un augu izcelsmes sārmu Kali. Lavuazjē neiekļāva sārmus “Vienkāršo ķermeņu tabulā”, norādot, ka tās, iespējams, ir sarežģītas vielas, kas kādreiz bija. Kādu dienu tie tiks sadalīti. Patiešām, 1807. gadā Deivijs ar nedaudz samitrinātu cieto sārmu elektrolīzi ieguva brīvus metālus - kāliju un nātriju, nosaucot tos par kāliju un nātriju. Nākamajā gadā Gilberts, slaveno fizikas Annals izdevējs, ierosināja jaunos metālus saukt par kāliju un nātriju (Natronium); Bērzeliuss pēdējo nosaukumu saīsināja līdz “nātrijs” (nātrijs). 19. gadsimta sākumā. Krievijā nātriju sauca par nātriju (Dvigubsky, 182i; Solovjovs, 1824); Strahovs ierosināja nosaukumu velēna (1825). Par nātrija sāļiem sauca, piemēram, sodas sulfātu, sālsūdeni un vienlaikus arī etiķskābi (Dvigubsky, 1828). Hess, sekojot Berzēliusa piemēram, ieviesa nosaukumu nātrijs.

Raksta saturs

NĀTRIJS– (nātrijs) Na, periodiskās sistēmas 1. (Ia) grupas ķīmiskais elements, pieder pie sārma elementiem. Atomskaitlis 11, relatīvā atommasa 22,98977. Dabā ir viens stabils izotops 23 Na. Ir zināmi seši šī elementa radioaktīvie izotopi, no kuriem divi interesē zinātni un medicīnu. Nātrijs-22, kura pussabrukšanas periods ir 2,58 gadi, tiek izmantots kā pozitronu avots. Nātriju-24 (tā pussabrukšanas periods ir aptuveni 15 stundas) izmanto medicīnā dažu leikēmijas formu diagnosticēšanai un ārstēšanai.

Oksidācijas stāvoklis +1.

Nātrija savienojumi ir zināmi kopš seniem laikiem. Nātrija hlorīds ir būtiska cilvēku pārtikas sastāvdaļa. Tiek uzskatīts, ka cilvēki to sāka lietot neolītā, t.i. apmēram pirms 5-7 tūkstošiem gadu.

Vecajā Derībā ir minēta viela, ko sauc par “neter”. Šo vielu izmantoja kā mazgāšanas līdzekli. Visticamāk, neter ir soda, nātrija karbonāts, kas veidojies sāļajos Ēģiptes ezeros ar kaļķainiem krastiem. Grieķu autori Aristotelis un Dioskorids vēlāk rakstīja par to pašu vielu, bet ar nosaukumu “nitrons”, un senās Romas vēsturnieks Plīnijs Vecākais, minot to pašu vielu, to sauca par “nitrumu”.

18. gadsimtā Ķīmiķi jau zināja daudz dažādu nātrija savienojumu. Nātrija sāļus plaši izmantoja medicīnā, ādas miecēšanai un audumu krāsošanā.

Metālisko nātriju vispirms ieguva angļu ķīmiķis un fiziķis Hamfrijs Deivijs, elektrolīzē izkausējot nātrija hidroksīdu (izmantojot 250 vara un cinka plākšņu pāru voltaic kolonnu). Nosaukums "nātrijs", ko Dāvijs izvēlējies šim elementam, atspoguļo tā izcelsmi no sodas Na 2 CO 3 . Elementa nosaukumi latīņu un krievu valodā ir atvasināti no arābu valodas “natrun” (dabiskā soda).

Nātrija izplatība dabā un rūpnieciskā ieguve.

Nātrijs ir septītais visbiežāk sastopamais elements un piektais visbiežāk sastopamais metāls (pēc alumīnija, dzelzs, kalcija un magnija). Tā saturs zemes garozā ir 2,27%. Lielākā daļa nātrija ir atrodama dažādos aluminosilikātos.

Visos kontinentos pastāv milzīgas nātrija sāļu nogulsnes salīdzinoši tīrā veidā. Tie ir seno jūru iztvaikošanas rezultāts. Šis process joprojām turpinās Soltleikā (Jūta), Nāves jūrā un citās vietās. Nātrijs ir atrodams NaCl hlorīda (halīts, akmens sāls) veidā, kā arī karbonāts Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O (trona), nitrāts NaNO 3 (sālpēters), sulfāts Na 2 SO 4 10H 2 O (mirabilīts ), tetraborāts Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O (boraks) un Na 2 B 4 O 7 4H 2 O (kernīts) un citi sāļi.

Dabiskajos sālījumos un okeāna ūdeņos ir neizsīkstošas ​​nātrija hlorīda rezerves (apmēram 30 kg m–3). Tiek lēsts, ka akmeņsāls tādā daudzumā, kas līdzvērtīgs nātrija hlorīda saturam Pasaules okeānā, aizņemtu 19 miljonus kubikmetru. km (par 50% vairāk nekā kopējais Ziemeļamerikas kontinenta apjoms virs jūras līmeņa). Šī tilpuma prizma ar pamatplatību 1 kv. km var sasniegt Mēnesi 47 reizes.

Tagad kopējā nātrija hlorīda produkcija no jūras ūdens ir sasniegusi 6–7 miljonus tonnu gadā, kas ir aptuveni trešā daļa no pasaules kopējās produkcijas.

Dzīvās vielas satur vidēji 0,02% nātrija; Dzīvniekos to ir vairāk nekā augos.

Vienkāršas vielas un nātrija metāla rūpnieciskās ražošanas raksturojums.

Nātrijs ir sudrabaini balts metāls, plānās kārtās ar purpursarkanu nokrāsu, plastmasas, pat mīksts (viegli griežams ar nazi), svaigs nātrija griezums ir spīdīgs. Nātrija elektrovadītspējas un siltumvadītspējas vērtības ir diezgan augstas, blīvums ir 0,96842 g/cm 3 (pie 19,7 ° C), kušanas temperatūra ir 97,86 ° C, viršanas temperatūra ir 883,15 ° C.

Trīskāršajam sakausējumam, kas satur 12% nātrija, 47% kālija un 41% cēzija, ir zemākā metālu sistēmu kušanas temperatūra, kas vienāda ar –78 °C.

Nātrijs un tā savienojumi krāso liesmu spilgti dzeltenā krāsā. Divkāršā līnija nātrija spektrā atbilst 3. pārejai s 1–3lpp 1 elementa atomos.

Nātrija ķīmiskā aktivitāte ir augsta. Gaisā tas ātri pārklājas ar peroksīda, hidroksīda un karbonāta maisījuma plēvi. Nātrijs sadedzina skābeklī, fluorā un hlorā. Dedzinot metālu gaisā, veidojas Na 2 O 2 peroksīds (ar Na 2 O oksīda piejaukumu).

Nātrijs reaģē ar sēru, kad to samaļ javā, un reducē sērskābi līdz sēram vai pat sulfīdam. Cietais oglekļa dioksīds (“sausais ledus”) eksplodē, saskaroties ar nātriju (oglekļa dioksīda ugunsdzēšamos aparātus nevar izmantot nātrija ugunsgrēka dzēšanai!). Ar slāpekli reakcija notiek tikai elektriskās izlādes gadījumā. Nātrijs mijiedarbojas ne tikai ar inertām gāzēm.

Nātrijs aktīvi reaģē ar ūdeni:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Reakcijas laikā izdalītais siltums ir pietiekams, lai metāls izkausētu. Tāpēc, ja ūdenī tiek iemests neliels nātrija gabaliņš, tas reakcijas termiskā efekta ietekmē izkūst un pa ūdens virsmu, reaktīvā spēka vadīts, “izskrien” metāla lāse, kas ir vieglāks par ūdeni. no atbrīvotā ūdeņraža. Nātrijs daudz mierīgāk reaģē ar spirtiem nekā ar ūdeni:

2Na + 2C 2 H 5 OH = 2 C 2 H 5 ONa + H 2

Nātrijs viegli izšķīst šķidrā amonjakā, veidojot spilgti zilus metastabilus šķīdumus ar neparastām īpašībām. Pie –33,8°C 1000 g amonjaka izšķīst līdz 246 g nātrija metāla. Atšķaidīti šķīdumi ir zilā krāsā, koncentrēti šķīdumi ir bronzas. Tos var uzglabāt apmēram nedēļu. Ir konstatēts, ka šķidrā amonjakā nātrijs jonizē:

Na Na + + e -

Šīs reakcijas līdzsvara konstante ir 9,9·10 –3. Izejošais elektrons tiek solvatēts ar amonjaka molekulām un veido kompleksu –. Iegūtajiem šķīdumiem ir metāla elektrovadītspēja. Kad amonjaks iztvaiko, oriģinālais metāls paliek. Ilgstoši uzglabājot šķīdumu, tas pakāpeniski maina krāsu, jo metāls reaģē ar amonjaku, veidojot amīdu NaNH 2 vai imīdu Na 2 NH un atbrīvojoties no ūdeņraža.

Nātriju uzglabā zem dehidrēta šķidruma (petrolejas, minerāleļļas) slāņa un transportē tikai noslēgtos metāla traukos.

Elektrolītiskā metode nātrija rūpnieciskai ražošanai tika izstrādāta 1890. gadā. Elektrolīze tika veikta uz izkausēta nātrija hidroksīda, tāpat kā Deivija eksperimentos, bet izmantojot modernākus enerģijas avotus nekā volta kolonna. Šajā procesā kopā ar nātriju izdalās skābeklis:

anods (niķelis): 4OH – – 4e – = O 2 + 2H 2 O.

Tīra nātrija hlorīda elektrolīzes laikā rodas nopietnas problēmas, kas saistītas, pirmkārt, ar nātrija hlorīda tuvu kušanas temperatūru un nātrija viršanas temperatūru un, otrkārt, ar nātrija augsto šķīdību šķidrā nātrija hlorīda gadījumā. Kālija hlorīda, nātrija fluorīda, kalcija hlorīda pievienošana nātrija hlorīdam ļauj samazināt kušanas temperatūru līdz 600° C. Nātrija iegūšana ar izkausēta eitektiskā maisījuma (divu vielu sakausējuma ar zemāko kušanas temperatūru) elektrolīzi 40% NaCl un 60% CaCl 2 ~580° C kamerā, ko izstrādājis amerikāņu inženieris G. Dauns, to 1921. gadā uzsāka DuPont netālu no spēkstacijas pie Niagāras ūdenskrituma.

Uz elektrodiem notiek šādi procesi:

katods (dzelzs): Na + + e – = Na

Ca 2+ + 2e – = Ca

anods (grafīts): 2Cl – – 2e – = Cl 2.

Nātrija un kalcija metāli veidojas uz cilindriska tērauda katoda un tiek pacelti ar atdzesētu cauruli, kurā kalcijs sacietē un nokrīt atpakaļ kausējumā. Centrālajā grafīta anodā radītais hlors tiek savākts zem niķeļa jumta un pēc tam attīrīts.

Šobrīd nātrija metāla ražošanas apjoms ir vairāki tūkstoši tonnu gadā.

Nātrija metāla rūpnieciskā izmantošana ir saistīta ar tā spēcīgajām reducējošām īpašībām. Ilgu laiku lielākā daļa saražotā metāla tika izmantota tetraetilsvina PbEt 4 un tetrametilsvina PbMe 4 (benzīna pretdetonācijas līdzekļi) ražošanai, augstā spiedienā reaģējot alkilhlorīdus ar nātrija un svina sakausējumu. Tagad šī ražošana strauji samazinās vides piesārņojuma dēļ.

Vēl viena pielietojuma joma ir titāna, cirkonija un citu metālu ražošana, reducējot to hlorīdus. Mazākus nātrija daudzumus izmanto tādu savienojumu ražošanai kā hidrīdi, peroksīds un alkoholāti.

Disperģētais nātrijs ir vērtīgs katalizators gumijas un elastomēru ražošanā.

Ātro neitronu kodolreaktoros arvien vairāk izmanto izkausētu nātriju kā siltuma apmaiņas šķidrumu. Nātrija zemā kušanas temperatūra, zemā viskozitāte, mazs neitronu absorbcijas šķērsgriezums apvienojumā ar ārkārtīgi augstu siltumietilpību un siltumvadītspēju padara to (un tā sakausējumus ar kāliju) par neaizstājamu materiālu šiem mērķiem.

Nātrijs droši attīra transformatoru eļļas, ēterus un citas organiskās vielas no ūdens pēdām, un ar nātrija amalgamas palīdzību var ātri noteikt mitruma saturu daudzos savienojumos.

Nātrija savienojumi.

Nātrijs veido pilnīgu savienojumu komplektu ar visiem parastajiem anjoniem. Tiek uzskatīts, ka šādos savienojumos notiek gandrīz pilnīga lādiņa atdalīšanās starp kristāla režģa katjonu un anjonu daļām.

Nātrija oksīds Na 2 O tiek sintezēts Na 2 O 2, NaOH un vislabāk NaNO 2 reakcijā ar nātrija metālu:

Na 2 O 2 + 2 Na = 2 Na 2 O

2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2

2NaNO 2 + 6Na = 4Na 2 O + N 2

Pēdējā reakcijā nātriju var aizstāt ar nātrija azīdu NaN 3:

5NaN3 + NaNO2 = 3Na2O + 8N2

Nātrija oksīdu vislabāk uzglabāt bezūdens benzīnā. Tas kalpo kā reaģents dažādām sintēzēm.

Nātrija peroksīds Na 2 O 2 gaiši dzeltena pulvera veidā veidojas, oksidējot nātriju. Šajā gadījumā ierobežotas sausā skābekļa (gaisa) pieplūdes apstākļos vispirms veidojas Na 2 O oksīds, kas pēc tam pārvēršas par Na 2 O 2 peroksīdu. Ja nav skābekļa, nātrija peroksīds ir termiski stabils līdz ~675°C.

Nātrija peroksīdu plaši izmanto rūpniecībā kā balinātāju šķiedrām, papīra masai, vilnai utt. Tas ir spēcīgs oksidētājs: tas eksplodē, sajaucoties ar alumīnija pulveri vai kokogli, reaģē ar sēru (un kļūst karsts) un aizdegas daudzus organiskos šķidrumus. Nātrija peroksīds reaģē ar oglekļa monoksīdu, veidojot karbonātu. Nātrija peroksīda reakcija ar oglekļa dioksīdu izdala skābekli:

2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Šai reakcijai ir svarīgs praktisks pielietojums zemūdeņu un ugunsdzēsēju elpošanas aparātos.

Nātrija superoksīds NaO 2 iegūst, lēni karsējot nātrija peroksīdu 200–450°C temperatūrā ar skābekļa spiedienu 10–15 MPa. Pierādījumi par NaO 2 veidošanos vispirms tika iegūti skābekļa reakcijā ar šķidrā amonjakā izšķīdinātu nātriju.

Ūdens iedarbība uz nātrija superoksīdu izraisa skābekļa izdalīšanos pat aukstumā:

2NaO 2 + H 2 O = NaOH + NaHO 2 + O 2

Paaugstinoties temperatūrai, izdalītā skābekļa daudzums palielinās, jo iegūtais nātrija hidroperoksīds sadalās:

4NaO2 + 2H2O = 4NaOH + 3O2

Nātrija superoksīds ir gaisa reģenerācijas sistēmu sastāvdaļa slēgtās telpās.

Nātrija ozonīds NaO 3 veidojas, ozonam iedarbojoties uz bezūdens nātrija hidroksīda pulveri zemā temperatūrā, kam seko sarkanā NaO 3 ekstrakcija ar šķidru amonjaku.

Nātrija hidroksīds NaOH bieži sauc par kaustisko sodu vai kaustisko sodu. Šī ir spēcīga bāze un tiek klasificēta kā tipisks sārms. No nātrija hidroksīda ūdens šķīdumiem ir iegūti daudzi NaOH hidrāti n H 2 O, kur n= 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 un 7.

Nātrija hidroksīds ir ļoti agresīvs. Tas iznīcina stiklu un porcelānu mijiedarbības ar tajos esošo silīcija dioksīdu dēļ:

2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O

Nosaukums "kaustiskā soda" atspoguļo nātrija hidroksīda korozīvo iedarbību uz dzīviem audiem. Īpaši bīstami ir šīs vielas nokļūšana acīs.

Orleānas hercoga ārsts Nikolass Leblāns (1742–1806) 1787. gadā izstrādāja ērtu procesu nātrija hidroksīda iegūšanai no NaCl (1791. patents). Šis pirmais liela mēroga rūpnieciskais ķīmiskais process bija nozīmīgs tehnoloģiskais sasniegums Eiropā 19. gadsimtā. Leblanc process vēlāk tika aizstāts ar elektrolītisko procesu. 1874. gadā pasaulē nātrija hidroksīda ražošana sasniedza 525 tūkstošus tonnu, no kurām 495 tūkstošus tonnu ieguva ar Leblanc metodi; līdz 1902. gadam nātrija hidroksīda ražošana sasniedza 1800 tūkstošus tonnu, bet tikai 150 tūkstošus tonnu ieguva ar Leblanc metodi.

Mūsdienās nātrija hidroksīds ir vissvarīgākais sārms rūpniecībā. ASV vien gadā saražotā produkcija pārsniedz 10 miljonus tonnu To milzīgos daudzumos iegūst ar sālījumu elektrolīzi. Kad nātrija hlorīda šķīdums tiek elektrolizēts, veidojas nātrija hidroksīds un izdalās hlors:

katods (dzelzs) 2H 2 O + 2 e– = H2 + 2OH –

anods (grafīts) 2Cl – – 2 e– = Cl 2

Elektrolīzi pavada sārmu koncentrācija milzīgos iztvaicētājos. Pasaulē lielākās (PPG Inductries "Lake Charles rūpnīcā") augstums ir 41 m un diametrs 12 m. Aptuveni puse no saražotā nātrija hidroksīda tiek izmantota tieši ķīmiskajā rūpniecībā dažādu organisko un neorganisko vielu ražošanai: fenols, rezorcīns, b-naftols, nātrija sāļi (hipohlorīts, fosfāts, sulfīds, alumināti).Turklāt nātrija hidroksīdu izmanto papīra un celulozes, ziepju un mazgāšanas līdzekļu, eļļu, tekstilizstrādājumu ražošanā. Nepieciešams arī pārstrādē. Svarīga nātrija hidroksīda pielietojuma joma ir skābju neitralizācija.

Nātrija hlorīds NaCl ir pazīstams kā galda sāls un akmens sāls. Tas veido bezkrāsainus, nedaudz higroskopiskus kubiskus kristālus. Nātrija hlorīds kūst 801°C, vārās 1413°C. Tā šķīdība ūdenī maz ir atkarīga no temperatūras: 100g ūdens 20°C temperatūrā izšķīst 35,87 g NaCl, bet 80°C temperatūrā - 38,12 g.

Nātrija hlorīds ir nepieciešama un neaizstājama pārtikas garšviela. Tālā pagātnē sāls cenas ziņā bija līdzvērtīga zeltam. Senajā Romā leģionāriem nereti maksāja nevis naudā, bet sāli, no šejienes arī vārds karavīrs.

Kijevas Krievijā viņi izmantoja sāli no Karpatu reģiona, sāls ezeriem un estuāriem Melnajā un Azovas jūrā. Tas bija tik dārgs, ka svinīgos dzīrēs tas tika pasniegts uz dižciltīgu viesu galdiem, bet citi devās projām “šļurkstoši”.

Pēc Astrahaņas apgabala pievienošanas Maskavas valstij Kaspijas ezeri kļuva par nozīmīgiem sāls avotiem, un joprojām ar to nebija pietiekami daudz, tas bija dārgs, tāpēc nabadzīgākajos iedzīvotāju slāņos valdīja neapmierinātība, kas pārauga sacelšanās, kas pazīstama kā sāls dumpis (1648)

1711. gadā Pēteris I izdeva dekrētu par sāls monopola ieviešanu. Sāls tirdzniecība kļuva par valsts ekskluzīvām tiesībām. Sāls monopols pastāvēja vairāk nekā simt piecdesmit gadus un tika atcelts 1862. gadā.

Mūsdienās nātrija hlorīds ir lēts produkts. Kopā ar akmeņoglēm, kaļķakmeni un sēru tā ir viena no tā sauktajām “lielā četrinieka” minerālu izejvielām, kas ir visbūtiskākā ķīmiskajai rūpniecībai.

Visvairāk nātrija hlorīda ražo Eiropā (39%), Ziemeļamerikā (34%) un Āzijā (20%), savukārt Dienvidamerika un Okeānija katra veido tikai 3% un Āfrika 1%. Akmens sāls veido milzīgas pazemes nogulsnes (bieži vien simtiem metru biezas), kas satur vairāk nekā 90% NaCl. Tipiskas Češīras sāls atradnes (galvenais nātrija hlorīda avots Lielbritānijā) aizņem 60 × 24 km lielu platību un aptuveni 400 m biezu sāls gultni. Šīs atradnes vērtība vien ir vairāk nekā 10 11 tonnas. .

Pasaules sāls ražošana līdz 21. gadsimta sākumam. sasniedza 200 milj.t, no kurām 60% patērē ķīmiskā rūpniecība (hlora un nātrija hidroksīda, kā arī papīra masas, tekstilizstrādājumu, metālu, gumijas un eļļu ražošanai), 30% pārtikas rūpniecība, 10% citas darbības jomas. Nātrija hlorīdu izmanto, piemēram, kā lētu ledus atkausētāju.

Nātrija karbonāts Na 2 CO 3 bieži sauc par sodas pelnu vai vienkārši soda. Dabā tas ir sastopams maltu sālījumu veidā, sālījums ezeros un minerāli nātrons Na 2 CO 3 · 10H 2 O, termonatrīts Na 2 CO 3 · H 2 O, trona Na 2 CO 3 · NaHCO 3 · 2H 2 O . Nātrija formas un citi dažādi hidratēti karbonāti, bikarbonāti, jaukti un dubultkarbonāti, piemēram, Na 2 CO 3 7H 2 O, Na 2 CO 3 3 NaHCO 3, aKCO 3 n H2O, K2CO3NaHCO32H2O.

No rūpnieciski iegūtajiem sārmu elementu sāļiem vislielākā nozīme ir nātrija karbonātam. Visbiežāk tā ražošanai tiek izmantota beļģu ķīmiķa-tehnologa Ernsta Solvaja 1863. gadā izstrādātā metode.

Koncentrēts nātrija hlorīda un amonjaka ūdens šķīdums ir piesātināts ar oglekļa dioksīdu zem neliela spiediena. Šajā gadījumā veidojas salīdzinoši slikti šķīstoša nātrija bikarbonāta nogulsnes (NaHCO 3 šķīdība ir 9,6 g uz 100 g ūdens 20 ° C temperatūrā):

NaCl + NH 3 + H 2 O + CO 2 = NaHCO 3 Ї + NH 4 Cl

Lai iegūtu soda, nātrija bikarbonātu kalcinē:

Atbrīvotais oglekļa dioksīds tiek atgriezts pirmajā procesā. Papildu oglekļa dioksīds tiek iegūts, kalcinējot kalcija karbonātu (kaļķakmeni):

Otrs šīs reakcijas produkts, kalcija oksīds (kaļķis), tiek izmantots amonjaka reģenerācijai no amonija hlorīda:

Tādējādi vienīgais sodas ražošanas blakusprodukts, izmantojot Solvay metodi, ir kalcija hlorīds.

Kopējais procesa vienādojums:

2NaCl + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + CaCl 2

Acīmredzot normālos apstākļos ūdens šķīdumā notiek apgrieztā reakcija, jo līdzsvars šajā sistēmā ir pilnībā nobīdīts no labās puses uz kreiso kalcija karbonāta nešķīstības dēļ.

Soda, kas iegūta no dabīgām izejvielām (dabiskā soda), ir kvalitatīvāka, salīdzinot ar sodu, kas iegūta ar amonjaka metodi (hlorīda saturs mazāks par 0,2%). Turklāt specifiskie kapitālieguldījumi un dabīgo izejvielu sodas izmaksas ir par 40–45% zemākas nekā sintētiski iegūtās. Apmēram trešā daļa pasaulē saražotās sodas tiek iegūta no dabas atradnēm.

Pasaules Na 2 CO 3 ražošana 1999. gadā tika sadalīta šādi:

Kopā
Ziemeļi Amerika
Āzija/Okeānija
Zap. Eiropā
Austrumi Eiropā
Āfrika
Lat. Amerika

Pasaulē lielākais dabisko sodas pelnu ražotājs ir ASV, kur koncentrētas lielākās izpētītās sodas ezeru tronas un sālsūdens rezerves. Nogulums Vaiomingā veido 3 m biezu slāni un 2300 km 2 platību. Tās rezerves pārsniedz 10 10 tonnas.ASV sodas rūpniecība ir orientēta uz dabīgām izejvielām; pēdējā sodas sintēzes rūpnīca tika slēgta 1985. gadā. Sodas pelnu ražošana Amerikas Savienotajās Valstīs pēdējos gados ir stabilizējusies 10,3–10,7 miljonu tonnu apjomā.

Atšķirībā no ASV, lielākā daļa pasaules valstu ir gandrīz pilnībā atkarīgas no sintētisko sodas pelnu ražošanas. Ķīna ieņem otro vietu pasaulē sodas pelnu ražošanā aiz ASV. Šīs ķīmiskās vielas ražošana Ķīnā 1999.gadā sasniedza aptuveni 7,2 miljonus tonnu.Sodas pelnu ražošana Krievijā tajā pašā gadā sasniedza aptuveni 1,9 miljonus tonnu.

Daudzos gadījumos nātrija karbonāts ir aizstājams ar nātrija hidroksīdu (piemēram, papīra masas, ziepju, tīrīšanas līdzekļu ražošanā). Apmēram puse no nātrija karbonāta tiek izmantota stikla rūpniecībā. Viens no pieaugošajiem pielietojumiem ir sēra piesārņotāju noņemšana no gāzu emisijām no elektrostacijām un lielām krāsnīm. Degvielai pievieno nātrija karbonāta pulveri, kas reaģē ar sēra dioksīdu, veidojot cietus produktus, īpaši nātrija sulfītu, ko var filtrēt vai izgulsnēt.

Nātrija karbonāts iepriekš tika plaši izmantots kā "mazgāšanas soda", taču tagad šis pielietojums ir pazudis citu sadzīves mazgāšanas līdzekļu izmantošanas dēļ.

Nātrija bikarbonāts NaHCO 3 (cepamais soda) galvenokārt tiek izmantots kā oglekļa dioksīda avots maizes cepšanā, konditorejas izstrādājumu ražošanā, gāzēto dzērienu un mākslīgo minerālūdeņu ražošanā, kā ugunsdzēsības savienojumu sastāvdaļa un kā zāles. Tas ir saistīts ar to, ka tas viegli sadalās 50–100 ° C temperatūrā.

Nātrija sulfāts Na 2 SO 4 dabā sastopams bezūdens formā (tenardīts) un dekahidrāta veidā (mirabilīts, Glaubera sāls). Tā ir daļa no astrahonīta Na 2 Mg(SO 4) 2 4H 2 O, vantofīta Na 2 Mg(SO 4) 2, glauberīta Na 2 Ca(SO 4) 2. Lielākās nātrija sulfāta rezerves ir NVS valstīs, kā arī ASV, Čīlē un Spānijā. Mirabilīts, kas izolēts no dabīgām atradnēm vai sālsezeru sālījuma, tiek dehidrēts 100 ° C temperatūrā. Nātrija sulfāts ir arī blakusprodukts hlorūdeņraža ražošanā, izmantojot sērskābi, kā arī simtiem rūpniecisko procesu galaprodukts, kurā tiek izmantota sērskābe. sērskābes neitralizācija ar nātrija hidroksīdu.

Dati par nātrija sulfāta ražošanu netiek publicēti, bet pasaulē tiek lēsts, ka dabiskās izejvielas ražošana ir aptuveni 4 miljoni tonnu gadā. Nātrija sulfāta kā blakusprodukta atgūšana pasaulē tiek lēsta 1,5–2,0 miljonu tonnu apmērā.

Ilgu laiku nātrija sulfāts tika maz izmantots. Tagad šī viela ir papīra rūpniecības pamats, jo Na 2 SO 4 ir galvenais reaģents kraftcelulozes ražošanā brūnā iesaiņojuma papīra un gofrētā kartona pagatavošanai. Koksnes skaidas vai zāģu skaidas apstrādā karstā sārmainā nātrija sulfāta šķīdumā. Tas izšķīdina lignīnu (koksnes sastāvdaļu, kas satur šķiedras kopā) un atbrīvo celulozes šķiedras, kuras pēc tam tiek nosūtītas uz papīra ražošanas iekārtām. Atlikušo šķīdumu iztvaicē, līdz tas spēj degt, nodrošinot augam tvaiku un iztvaikošanas siltumu. Izkausēts nātrija sulfāts un hidroksīds ir ugunsizturīgi un tos var izmantot atkārtoti.

Stikla un mazgāšanas līdzekļu ražošanā tiek izmantota mazāka nātrija sulfāta daļa. Na 2 SO 4 · 10H 2 O (Glaubera sāls) hidratētā forma ir caurejas līdzeklis. Šobrīd to izmanto mazāk nekā agrāk.

Nātrija nitrāts NaNO 3 sauc par nātrija vai Čīles nitrātu. Šķiet, ka Čīlē atrastās lielās nātrija nitrāta nogulsnes ir radušās organisko atlieku bioķīmiskas sadalīšanās rezultātā. Sākotnēji izdalītais amonjaks, iespējams, tika oksidēts par slāpekļskābi un slāpekļskābi, kas pēc tam reaģēja ar izšķīdušo nātrija hlorīdu.

Nātrija nitrātu iegūst, absorbējot slāpekļa gāzes (slāpekļa oksīdu maisījumu) ar nātrija karbonāta vai hidroksīda šķīdumu vai mainot kalcija nitrātu ar nātrija sulfātu.

Nātrija nitrātu izmanto kā mēslojumu. Tas ir šķidro sāls aukstumnesēju, rūdīšanas vannu metālapstrādes rūpniecībā un siltumu uzglabājošo sastāvu sastāvdaļa. Trīskāršu 40% NaNO 2, 7% NaNO 3 un 53% KNO 3 maisījumu var izmantot no kušanas temperatūras (142°C) līdz ~600°C. Nātrija nitrātu izmanto kā oksidētāju sprāgstvielās, raķešu degvielās, un pirotehniskās kompozīcijas. To izmanto stikla un nātrija sāļu, tostarp nitrītu, ražošanā, kas kalpo kā pārtikas konservants.

Nātrija nitrīts NaNO 2 var iegūt, termiski sadalot nātrija nitrātu vai to reducējot:

NaNO 3 + Pb = NaNO 2 + PbO

Nātrija nitrīta rūpnieciskai ražošanai slāpekļa oksīdus absorbē nātrija karbonāta ūdens šķīdums.

Nātrija nitrīts NaNO 2 papildus tam, ka to izmanto kopā ar nitrātiem kā siltumvadošus kausējumus, tiek plaši izmantots azo krāsvielu ražošanā, lai novērstu koroziju un saglabātu gaļu.

Jeļena Savinkina