Натрій
На́трій (Natrium, Na) — хімічний елемент з атомним номером 11 та відповідна проста речовина — лужний сріблясто-білий м'який метал, хімічно дуже активний, на повітрі швидко окиснюється. Густина 0,968; tплав 97,83 °С; tкип 882,9 °С; коефіцієнт твердості за Моосом 0,5.
Натрій — дуже поширений літофільний елемент (шосте місце серед хімічних елементів), його кларк 2,64 за масою. Відомо понад 220 мінералів натрію різних класів (польові шпати, плагіоклази, галіт, селітра, тенардит, мірабіліт). Поширеність натрію в кам'яних метеоритах — 0,7 % за масою, в ультраосновних гірських породах — 0,57 %, в основних — 1,94 %, в середніх — 3,0 %, в кислих — 2,77 %, в глинах — 0,96 %, в пісковиках — 0,33 %, в карбонатних породах — 0,04 %, в океанічній воді — 1,03534 %. Застосовують натрій як відновник, теплоносій тощо. Солі натрію знаходять велике застосування в різних галузях економіки.
Історія
ред.Натрій вперше був отриманий англійським хіміком Гамфрі Деві в 1807 році електролізом твердого NaOH.
Поширення в природі
ред.Натрій належить до найпоширеніших елементів. На нього припадає 2,64% маси земної кори. У зв'язку з високою хімічною активністю він зустрічається тільки у вигляді різних сполук. Деякі з них, як хлорид натрію, сульфат натрію, утворюють потужні родовища.
Найбільші поклади хлориду натрію NaCl (кам'яна сіль, або галіт) є на Уралі в районах м. Солікамська та м. Соль-Ілецька, на Донбасі та в інших місцях. Значні кількості хлориду натрію добуваються у вигляді самосадної солі з соляних озер Ельтон і Баскунчак, які розташовані в Росії біля Казахстанського кордону. Величезні запаси сульфату натрію Na2SO4·10H2O (мірабіліт) нагромаджені в затоці Кара-Богаз-Гол у східній частині Каспійського моря.
Натрій є важливим компонентом життєдіяльності організмів. Натрієві йонні струми є найшвидшими у клітині і велику частину потенціалу дії нервових клітин складає саме натрієвий компонент.
Фізичні властивості
ред.У вільному стані натрій — сріблясто-білий легкий і м'який метал. Густина — 0,968 г/см³. Температура плавлення 97,83°С, кипіння — 882,9 °С.
Натрій є моноізотопним елементом, тобто у природі зустрічається виключно один ізотоп натрію — 23Na, який є стабільним[1].
Усього відомо 23 ізотопи натрію (без урахування ядерних ізомерів) із атомними масами від 17 до 39. Із 22 синтезованих ізотопів натрію найстабільнішим є нуклід 22Na з періодом напіврозпаду у 2,6 роки. Відносно стабільним є нуклід 24Na з періодом напіврозпаду 15 годин. Усі інші ізотопи натрію значно менш стабільні[1].
Найважчим синтезованим нині[коли?] ізотопом натрію є 39Na з магічним числом нейтронів (N = 28) та періодом напіврозпаду меншим за 1 мс[2].
Хімічні властивості
ред.Натрій належить до головної підгрупи першої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми мають на зовнішньому електронному шарі по одному електрону, який вони легко втрачають і перетворюються на іони з одним позитивним зарядом. Тому в своїх сполуках натрій буває лише позитивно одновалентним.
Натрій — дуже активний метал. Легко втрачаючи свої валентні електрони, він є дуже сильним відновником. В електрохімічному ряді напруг він займає друге місце зліва від водню.
У сухому повітрі натрій енергійно взаємодіє з киснем повітря і перетворюється на пероксид:
- 2Na + O2 = Na2O2
Тому його зберігають під шаром гасу або мінеральної оливи. З галогенами натрій реагує дуже енергійно з утворенням солей галогеноводневих кислот: NaCl, NaBr тощо. З рідким бромом він сполучається навіть з вибухом. З сіркою при деякому нагріванні утворює сульфіди: Na2S. З водою реагує дуже бурхливо, навіть з вибухом. Ще більш бурхливо реагує з кислотами (теж з вибухом). У вологому повітрі метал легко перетворюється на гідроксид:
- 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑
а останній, взаємодіючи з вуглекислим газом повітря, — в карбонат:
- 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
При високій температурі натрій може відновлювати оксиди алюмінію, кремнію, тощо до вільних елементів:
- Al2O3 + 6Na = 2Al + 3Na2O
Отримання
ред.У вільному стані натрій одержують електролізом розплавлених хлоридів або гідроксидів. При електролізі розплавлених їдких лугів позитивно заряджені іони металів притягаються до негативно зарядженого катода, приєднують по одному електрону (відновлюються) і перетворюються на атоми вільних металів, а негативно заряджені іони гідроксилу притягуються до позитивно зарядженого анод, віддають йому по одному електрону і перетворюються на електро-нейтральні групи OH, які розкладаються з утворенням води і кисню, що виділяється на аноді. Одержання металічного натрію електролізом NaOH можна зобразити такими рівняннями:
NaOH
↑↓
— Катод <- Na+ + OH- -> Анод +
4Na+ + 4e = 4Na° 4OH- — 4е = 4OH°
4OH° = 2H2O + O2 ↑
Застосування
ред.У харчовій промисловості
ред.Сполуки натрію активно використовують у кулінарних цілях. Перш за все — це кухонна сіль, яка є хлоридом натрію і яку використовують як у промислових масштабах, так і в повсякденному житті при приготуванні їжі, а також як консервант.
Глутамат натрію, рецептори якого відповідальні за смак умамі — популярна харчова добавка.
Бікарбонат натрію, знаний як харчова сода, використовують як розпушувач для випікання.
У металургії
ред.Натрій використовують як відновник при виплавці титану, цирконія, торія, урана і інших металів з їх хлоридів і фторидів. Важливу роль грає натрій у виплавці алюмінію — як у процесі отримання оксиду алюмінію з бокситів, так і надалі виділенні безпосередньо алюмінію електролізом.[3] Відновлюючи гідроксид калію натрієм, отримують чистий калій.[4] Також натрій використовують як модифікатор для створення різноманітних сплавів.
У медицині
ред.Хлорид натрію є основним (окрім води) компонентом фізіологічного розчину, який використовують для ін'єкцій багатьох препаратів, а також при порушенні електролітичного балансу, гіпертонічних розчинів, що мають протимікробну дію та багатьох інших фармакологічних молекул. Достатня концентрація натрію є надзвичайно важливою для нормальної роботи мембранного транспорту, м'язових скорочень, передачі нервових імпульсів і багатьох інших життєво необхідних функцій, а його нестача (гіпонатріємія) викликає судоми, невралгію, втрату ваги, блювоту, порушення травлення, кому, смерть.[5]
Енергетика та техніка
ред.
Легкість металу та його термопровідність можна використовувати у промисловості, де потрібне ефективне відведення тепла. Так, розробляли концепції атомних реакторів з натрієвим охолодженням[en] де як теплоносій використовують натрієво-калієвий сплав у першому контурі охолодження реактора.[4]
Натрій застосовують у будівництві двигунів для авіагалузі, де у тілі поршнів знаходиться натрій, при роботі поршня, натрій розплавлюється, та ефективніше переносить тепло від головки поршня до його основи, запобігаючи перегріванню тарілки поршня.[6][7]
У освітленні є дугові трубчаті натрієві лампи (ДНАТ), де натрій є робочим тілом у досить енергоефективних натрієвих газорозрядних лампах із характерним помаранчево-жовтим спектром випромінювання, недоліком яких є спектр випромінювання.
Солі натрію
ред.Натрій утворює солі з усіма кислотами. Переважна більшість солей натрію у воді розчиняється добре. Найважливіші з них:
- Хлорид натрію NaCl, або харчова сіль
- Карбонат натрію Na2CO3, або сода
- Гідрокарбонат натрію NaHCO3, або питна сода
- Сульфат натрію Na2SO4
- Нітрит натрію NaNO2
- Полісульфіди натрію
Джерела
ред.- Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
- Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
- Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.
Посилання
ред.Примітки
ред.- ↑ а б Atomic Weight of Sodium | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. www.ciaaw.org. Процитовано 20 листопада 2022.
- ↑ Ahn, D. S.; Amano, J.; Baba, H.; Fukuda, N.; Geissel, H.; Inabe, N.; Ishikawa, S.; Iwasa, N.; Komatsubara, T. (14 листопада 2022). Discovery of $^{39}\mathrm{Na}$. Physical Review Letters. Т. 129, № 21. с. 212502. doi:10.1103/PhysRevLett.129.212502. Процитовано 20 листопада 2022.
- ↑ Получение алюминия(рос.)
- ↑ а б Общая химия(рос.)
- ↑ Гіпонатріємія
- ↑ Зачем в клапанах мотора натрий? — проверьте свои знания. zr.ru (рос.).
- ↑ Розлом поршня двигуна літака який містить натрій. youtube.com (рос.).