A nátriumot oxigén oxidálja. Nátrium a természetben (2,6% a földkéregben)

Az előadás vázlata:

1. A nátrium eloszlása ​​a természetben.

2. Történelmi háttér.

3. A nátrium fizikai tulajdonságai

4. 4.A nátrium kémiai tulajdonságai

5. Nátrium beszerzése.

6. 6.Nátrium beszerzése.

Nátrium(Nátrium), Na, a Mengyelejev-féle periodikus rendszer I. csoportjának kémiai eleme: 11-es rendszám, 22,9898 atomtömeg; ezüstfehér puha fém, amely levegőben gyorsan oxidálódik a felületről. A természetes elem egy stabil izotópból, a 23 Na-ból áll.

Történelmi hivatkozás. A nátrium természetes vegyületei - konyhasó NaCl, szóda Na 2 CO 3 - ősidők óta ismertek. A "nátrium" név az arab natrun, görög szóból származik. nitron, eredetileg természetes szóda. A kémikusok már a 18. században sok más nátriumvegyületet is ismertek. Magát a fémet azonban csak 1807-ben szerezte meg G. Davy nátrium-hidroxid elektrolízisével. Az Egyesült Királyságban, az Egyesült Államokban és Franciaországban az elemet nátriumnak hívják (a spanyol szóda szóból), Olaszországban pedig nátriumot.

Terítésnpitvar a természetben.

A nátrium a földkéreg felső részének tipikus eleme. Átlagos tartalma a litoszférában 2,5 tömeg%, a savas magmás kőzetekben (gránit és mások) 2,77, a bázikus kőzetekben (bazaltok és mások) 1,94, az ultrabázisos kőzetekben (köpenykőzetek) 0,57. A Na + és a Ca 2+ izomorfizmusa miatt ionos sugaraik közelsége miatt magmás kőzetekben nátrium-kalciumföldpátok (plagioklászok) képződnek. A bioszférában a nátrium élesen differenciálódik: az üledékes kőzetekben átlagosan nátriumszegény (agyagban és palában 0,66%), a legtöbb talajban kevés (átlagosan 0,63%). A nátrium-ásványok összlétszáma 222. A Na a kontinenseken gyengén visszatartott, és a folyók által a tengerekbe és óceánokba viszik, ahol átlagos tartalma 1,035% (a Na a tengervíz fő fémes eleme). A párolgás során nátriumsók rakódnak le a tengerparti tengeri lagúnákban, valamint a sztyeppék és sivatagok kontinentális tavaiban, sótartalmú kőzetrétegeket képezve. A fő ásványi anyagok, amelyek a nátrium és vegyületeinek forrásai: halit (kősó) NaCl, chilei salétrom NaNO 3, thenardit Na 2 SO 4, mirabilit Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O A Na fontos bioelem, az élő anyag átlagosan 0,02% Na-t tartalmaz; Az állatokban több van, mint a növényekben.

Fizikai tulajdonságoknpitvar

Normál hőmérsékleten a nátrium köbös rácsban kristályosodik, a = 4,28 Å. Atomsugár 1,86Å, ionsugár Na+ 0,92Å. Sűrűsége 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), olvadáspontja 97,83 °C, forráspontja 882,9 °C; fajlagos hőkapacitás (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) vagy 0,295 cal/(g deg); hővezetési együttható 1,32·10 2 W/(m·K) vagy 0,317 cal/(cm·sec·deg); lineáris tágulási hőmérsékleti együttható (20 °C) 7,1·10 -5; elektromos ellenállás (0 °C) 4,3·10 -8 ohm·m (4,3·10 -6 ohm·cm). A nátrium paramágneses, fajlagos mágneses szuszceptibilitása +9,2·10 -6; nagyon műanyag és puha (késsel könnyen vágható).

Kémiai tulajdonságoknpitvar

A nátrium normál elektródpotenciálja -2,74 V; elektródpotenciál az olvadékban -2,4 V. A nátriumgőz a lángot jellegzetes élénksárga színűre színezi. Az atom külső elektronjainak konfigurációja 3s 1; Az összes ismert vegyületben a nátrium egyértékű. Kémiai aktivitása nagyon magas. Az oxigénnel való közvetlen kölcsönhatás során a körülményektől függően Na 2 O oxid vagy Na 2 O 2 peroxid képződik - színtelen kristályos anyagok. Vízzel a nátrium hidroxidot, NaOH-t és H 2 -t képez; a reakciót robbanás kísérheti. Az ásványi savak megfelelő vízoldható sókat képeznek a nátriummal, azonban a nátrium viszonylag inert a 98-100%-os kénsavhoz képest.

A nátrium reakciója hidrogénnel 200 °C-on kezdődik, és NaH-hidrid képződéséhez vezet, amely színtelen, higroszkópos kristályos anyag. A nátrium közönséges hőmérsékleten is közvetlenül reagál fluorral és klórral, brómmal - csak melegítés közben; nem figyelhető meg közvetlen kölcsönhatás a jóddal. Hevesen reagál a kénnel, nátrium-szulfidot képezve; a nátriumgőz és a nitrogén kölcsönhatása csendes elektromos kisülés során Na 3 N-nitrid képződéséhez vezet, és szénnel 800-900 ° C-on - Na képződéséhez 2 C 2 keményfém.

A nátrium feloldódik folyékony ammóniában (34,6 g/100 g NH 3 0 °C-on), és ammóniakomplexeket képez. Ha gáznemű ammóniát engedünk át 300-350 °C-on megolvadt nátriumon, nátrium-amin NaNH 2 képződik - színtelen kristályos anyag, amelyet a víz könnyen lebont. Számos szerves nátriumvegyület ismert, amelyek kémiai tulajdonságaikban nagyon hasonlóak a szerves lítiumvegyületekhez, de reakcióképességükben felülmúlják őket. A szerves nátriumvegyületeket a szerves szintézisben alkilezőszerként használják.

A nátrium számos, gyakorlatilag fontos ötvözet alkotóeleme. A Na–K ötvözetek, amelyek 40-90 tömegszázalék K-t tartalmaznak körülbelül 25 °C hőmérsékleten, ezüstös-fehér folyadékok, amelyek kémiailag erősen reakcióképesek és levegőn gyúlékonyak. A folyékony Na-K ötvözetek elektromos vezetőképessége és hővezető képessége alacsonyabb, mint a Na és K megfelelő értékei. A nátrium-amalgámok könnyen előállíthatók fém-nátrium higanyba való bejuttatásával; közönséges hőmérsékleten több mint 2,5 tömeg% Na-tartalommal már szilárd anyagok.

Nyugtanpitvar.

A nátrium előállításának fő ipari módszere az olvadt NaCl só elektrolízise, ​​amely KCl, NaF, CaCl 2 és más adalékokat tartalmaz, amelyek a só olvadáspontját 575-585 °C-ra csökkentik. A tiszta NaCl elektrolízise nagy nátriumveszteséghez vezetne a párolgás következtében, mivel a NaCl olvadáspontja (801 °C) és a Na forráspontja (882,9 °C) nagyon közel van egymáshoz. Az elektrolízist membrános elektrolizátorokban végzik, a katódok vasból vagy rézből, az anódok grafitból készülnek. A klór a nátriummal egyidejűleg termelődik. A nátrium előállításának régi módja az olvadt nátrium-hidroxid NaOH elektrolízise, ​​amely sokkal drágább, mint a NaCl, de alacsonyabb hőmérsékleten (320-330 ° C) elektrolitikusan lebomlik.

Alkalmazásnpitvar.

A nátriumot és ötvözeteit széles körben használják hűtőfolyadékként olyan folyamatokhoz, amelyek egyenletes melegítést igényelnek 450-650 °C tartományban - repülőgép-hajtóművek szelepeiben és különösen atomerőművekben. Utóbbi esetben a Na–K ötvözetek folyékony fém hűtőközegként szolgálnak (mindkét elem termikus neutronelnyelési keresztmetszete kicsi, Na 0,49 barn esetén), ezekre az ötvözetekre jellemző a magas forráspont és a hőátadási tényező, és nem lépnek kölcsönhatásba a szerkezeti anyagokkal erőművekben kialakult magas hőmérsékleten.atomreaktorok. A NaPb vegyületet (10 tömeg% Na) a leghatékonyabb kopogásgátló szer, a tetraetil-ólom előállítására használják. A vasúti kocsik tengelycsapágyainak gyártásához használt ólomalapú ötvözetben (0,73% Ca, 0,58% Na és 0,04% Li) a nátrium erősítő adalék. A kohászatban a nátrium aktív redukálószerként szolgál egyes ritka fémek (Ti, Zr, Ta) metalloterm módszerekkel történő előállításánál; szerves szintézisben - redukciós, kondenzációs, polimerizációs és egyéb reakciókban.

A nátrium magas kémiai aktivitása miatt a kezelése óvatosságot igényel. Különösen veszélyes, ha víz érintkezik nátriummal, ami tüzet és robbanást okozhat. A szemet védőszemüveggel, a kezét vastag gumikesztyűvel kell védeni; A nátrium nedves bőrrel vagy ruházattal való érintkezése súlyos égési sérüléseket okozhat.

A nátriumot tiszta formájában 1807-ben szerezte Humphry Davy, egy angol kémikus, aki nem sokkal korábban fedezte fel a nátriumot. Davy elvégezte az egyik nátriumvegyület - a hidroxid - elektrolízisét, amelynek megolvasztásával nátriumot kapott. Az emberiség ősidők óta használ nátriumvegyületeket, a természetes eredetű szódát már az ókori Egyiptomban használták (kalorizátor). Elnevezték az elemet nátrium (nátrium) , néha ez a név még most is megtalálható. A szokásos név nátrium (a latin nátrium- szóda) javasolta a svéd Jens Berzelius.

A nátrium a D.I. kémiai elemek periódusos rendszerének harmadik periódusának III. csoportjának egyik eleme. Mengyelejev rendszáma 11, atomtömege 22,99. Az elfogadott megnevezés az Na(latinból nátrium).

A természetben lenni

A nátriumvegyületek a földkéregben és a tengervízben találhatók szennyeződésként, amely a sugárzás hatására hajlamos a kősó kékre színezni.

A nátrium egy lágy, képlékeny alkálifém, amely ezüstfehér színű és frissen vágva fényes (a nátriumot késsel is le lehet vágni). Nyomás hatására átlátszó vörös anyaggá alakul, normál hőmérsékleten kristályosodik. Levegővel való kölcsönhatáskor gyorsan oxidálódik, ezért a nátriumot kerozinréteg alatt kell tárolni.

Napi nátriumszükséglet

A nátrium az emberi szervezet számára fontos mikroelem, a napi szükséglet felnőtteknél 550 mg, gyermekeknél és serdülőknél 500-1300 mg. Terhesség alatt a nátriumnorma naponta 500 mg, és bizonyos esetekben (túlzott izzadás, kiszáradás, diuretikumok szedése) növelni kell.

A nátrium szinte minden tenger gyümölcsében megtalálható (rák, rákok, polip, tintahal, kagyló, hínár), halban (szardella, szardínia, lepényhal, szag stb.), csirke tojásban, gabonafélékben (hajdina, rizs, árpa, zabpehely, köles) ), hüvelyesek (borsó, bab), zöldségek (paradicsom, zeller, sárgarépa, káposzta, cékla), tejtermékek és hús melléktermékek.

A nátrium jótékony tulajdonságai és hatása a szervezetre

A nátrium jótékony tulajdonságai a szervezet számára:

• A víz-só anyagcsere normalizálása;
• A nyál és a hasnyálmirigy enzimeinek aktiválása;
• Részvétel a gyomornedv előállításában;
• A normál sav-bázis egyensúly fenntartása;
• Az ideg- és izomrendszer funkcióinak generálása;
• értágító hatás;
• A vér ozmotikus koncentrációjának fenntartása.

A nátrium emészthetősége

A nátrium szinte minden élelmiszerben megtalálható, bár a szervezet a legtöbbet (kb. 80%-át) onnan kapja. A felszívódás főként a gyomorban és a vékonybélben történik. javítja a nátrium felszívódását, azonban a túlzottan sós ételek és a fehérjékben gazdag ételek zavarják a normál felszívódást.

Interakció másokkal

A fémnátriumot a vegyiparban és a kohászati ​​iparban használják, ahol erős redukálószerként működik. A nátrium-kloridot (étkezési sót) bolygónk minden lakója kivétel nélkül használja, ez a leghíresebb ízesítő és a legrégebbi tartósítószer.

A nátriumhiány jelei

A nátriumhiány általában a túlzott izzadás miatt jelentkezik – forró éghajlaton vagy fizikai aktivitás közben. A szervezet nátriumhiányát memóriazavar és étvágytalanság, szédülés, fáradtság, kiszáradás, izomgyengeség, néha görcsök, bőrkiütések, gyomorgörcsök, hányinger és hányás jellemzi.

A túlzott nátrium jelei

A túlzott mennyiségű nátrium a szervezetben állandó szomjúsággal, duzzanatokkal és allergiás reakciókkal érezteti magát.

A nátrium egy alkálifém. Kémiai aktivitása a legmagasabb az összes többi fém között a periódusos rendszerben. Ezért sok kémiai probléma ennek az elemnek a tulajdonságain, valamint a termelésén alapul.

Hogyan juthatunk nátriumhoz: képlet

Korábban a nátriumot nátrium-karbonát redukálásával nyerték. Ehhez a szenet és a nátrium-karbonátot szorosan vastartályba helyezték. Ezt követően a keveréket 1000 fokra melegítettük:

Na 2 CO 3 + 2C -> 2Na + 3 CO

Jelenleg az ipar egy másik módszert használ a fémnátrium előállítására. Ebből a célból a nátrium-klorid olvadék elektrolízisét végezzük.

2NaCl -> 2Na + Cl 2

Az olvadék előállításához a nátrium-klorid kristályokat 500-600 fokra kell melegíteni.

Sokan érdeklődnek a nátrium beszerzése iránt otthon. Amint látja, ez akkor lehetséges, ha eléri a konyhasó (nátrium-klorid) olvadáspontját. Ezután mártson két grafitelektródát az olvadékba, és csatlakoztassa őket egyenáramú áramforráshoz.

Hogyan készítsünk nátrium-hidroxidot

A nátrium nagyon hevesen reagál vízzel, nátrium-hidroxidot képezve, hidrogént szabadít fel és sok hőt termel. A nátrium még a levegőben lévő vízgőzzel is reakcióba lép, így a fémnátriumot folyékony paraffin vagy kerozinréteg alatt tárolják.

2Na + 2H 2O = 2NaOH + H2

A nátrium-hidroxidot széles körben használják az iparban és a mindennapi életben. Ennek a vegyületnek más nevei is vannak: nátronlúg, maró lúg, maró, műszaki vagy marónátron.

Hogyan készítsünk nátrium-oxidot

A nátriumot a légköri oxigén könnyen oxidálja (ezért a fémes nátrium kerozinréteg alatt tárolódik), így nátrium-oxid képződik:

4Na + O 2 = 2Na 2 O

Sok diák úgy véli, hogy a nátrium-oxidot a nátrium oxigénben való elégetésével lehet előállítani. De ez nem igaz. Az égés során a nátrium olyan aktívan reagál az oxigénnel, hogy oxid helyett nátrium-peroxid képződik:

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Hogyan készítsünk nátrium-acetátot

A nátrium-acetát a nátrium-hidrogén-karbonát ecetsavval történő semlegesítésével állítható elő:

CH 3 COOH + NaHCO 3 = CH 3 COONa + H 2 O + CO 2

Ezt a kémiai reakciót a háziasszonyok jól ismerik, különféle tésztatermékek sütésekor gyakran folyamodnak hozzá.

Ha a nátrium-acetátot kristályos formában kell előállítani, a reakció során kapott oldatot bepároljuk.

Így nagyon könnyen beszerezhető a nátrium-acetát otthon. De még egyszerűbb elmenni és megvenni egy vegyszereket árusító boltban, mert... Ez az anyag nagyon olcsó, és aligha érdemes azzal foglalkozni, hogy saját maga készítse el.

Nátrium-klorid: hogyan lehet hozzájutni

A nátrium-kloridot a sósav nátrium-karbonáttal történő semlegesítésével állíthatjuk elő. A reakció során nátrium-klorid vizes oldata képződik, és szén-dioxid szabadul fel. Ha kristályos nátrium-klorid előállítása szükséges, a reakció során kapott oldatot be kell párolni.

Na 2 CO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2

A nátrium-klorid név alatt a jól ismert konyhasó található.

Nátrium —elem az első csoport fő alcsoportja, D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periodikus rendszerének harmadik periódusa, 11-es rendszámmal. Na (lat. Natrium) szimbólummal jelölve. A nátrium egyszerű anyag (CAS-szám: 7440-23-5) egy lágy alkálifém, ezüstös-fehér színű.

Vízben a nátrium csaknem ugyanúgy viselkedik, mint a lítium: a reakció a hidrogén gyors felszabadulásával megy végbe, és az oldatban nátrium-hidroxid képződik.

A név története és eredete

A nátriumot (vagy inkább vegyületeit) ősidők óta használják. Például a szóda (nátron), amely természetesen megtalálható az egyiptomi szódatavak vizében. Az ókori egyiptomiak a természetes szódát balzsamozásra, vászonfehérítésre, ételek főzésére, valamint festékek és mázak készítésére használták. Idősebb Plinius azt írja, hogy a Nílus-deltában a szódát (megfelelő arányban tartalmazott szennyeződéseket) izolálták a folyóvízből. Eladóvá vált nagy darabokban, a szénkeverék miatt szürkére vagy akár feketére színezve.

A nátriumot először Humphry Davy angol kémikus nyerte 1807-ben szilárd NaOH elektrolízisével.

A "nátrium" név az arabból származik natrun görögül - nitron és eredetileg a természetes szódára utalt. Magát az elemet korábban nátriumnak hívták.

Nyugta

A nátrium előállításának első módja a redukciós reakció volt nátrium-karbonát szén, ha ezen anyagok szoros keverékét vastartályban 1000°C-ra melegítjük:

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

Aztán megjelent egy másik nátrium-előállítási módszer - olvadt nátrium-hidroxid vagy nátrium-klorid elektrolízise.

Fizikai tulajdonságok

Kerozinban tárolt fémes nátrium

A nátrium minőségi meghatározása láng segítségével - a „nátrium D-vonal” emissziós spektrumának élénksárga színe, dublett 588,9950 és 589,5924 nm.

A nátrium ezüstös-fehér fém, vékony rétegben lila árnyalatú, műanyag, még puha (késsel könnyen vágható), a nátrium friss vágása fényes. A nátrium elektromos és hővezető képessége meglehetősen magas, sűrűsége 0,96842 g/cm³ (19,7 °C-on), olvadáspontja 97,86 °C, forráspontja 883,15 °C.

Kémiai tulajdonságok

Levegőn könnyen oxidálódó alkálifém. A légköri oxigénnel szembeni védelem érdekében a fémes nátriumot egy réteg alatt tárolják kerozin. A nátrium kevésbé aktív, mint lítium, ezért azzal nitrogén csak melegítéskor reagál:

2Na + 3N 2 = 2NaN3

Ha nagy oxigénfelesleg van, nátrium-peroxid képződik

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Alkalmazás

A fémnátriumot széles körben használják a preparatív kémiában és az iparban erős redukálószerként, beleértve a kohászatot is. A nátriumot nagy energiaigényű nátrium-kén akkumulátorok gyártásához használják. Teherautó kipufogószelepeiben hűtőbordaként is használják. Alkalmanként fémnátriumot használnak az elektromos vezetékek anyagaként, amelyek nagyon nagy áramot hordoznak.

Káliumot tartalmazó ötvözetben, valamint azzal rubídium és cézium rendkívül hatékony hűtőfolyadékként használják. Különösen az ötvözet összetétele nátrium 12%, kálium 47 %, cézium 41%-ának rekordalacsony olvadáspontja –78 °C, és ionrakéta hajtóművek munkaközegének és atomerőművek hűtőközegének javasolták.

A nátriumot nagy- és kisnyomású kisülőlámpákban (HPLD és LPLD) is használják. A DNaT (Arc Sodium Tubular) típusú NLVD lámpákat nagyon széles körben használják közvilágításban. Élénk sárga fényt bocsátanak ki. A HPS lámpák élettartama 12-24 ezer óra. Ezért a HPS típusú gázkisüléses lámpák nélkülözhetetlenek városi, építészeti és ipari világításhoz. Vannak még DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) és DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury) lámpák.

A fémnátriumot szerves anyagok minőségi elemzésére használják. A nátrium és a vizsgált anyag ötvözetét semlegesítjük etanol, adjunk hozzá néhány milliliter desztillált vizet, és osszuk 3 részre, J. Lassaigne teszt (1843), a nitrogén, kén és halogének meghatározására irányul (Beilstein teszt)

— A nátrium-klorid (étkezési só) a legrégebben használt ízesítő és tartósítószer.
— A nátrium-azidot (Na 3 N) nitridálószerként használják a kohászatban és az ólom-azid gyártásában.
— A nátrium-cianidot (NaCN) az arany kőzetekből történő kioldásának hidrometallurgiai módszerében, valamint acélok nitrokarburizálásában és galvanizálásában (ezüstözés, aranyozás) használják.
— A nátrium-klorátot (NaClO 3) a vasúti sínek nem kívánt növényzetének elpusztítására használják.

Biológiai szerep

A szervezetben a nátrium többnyire a sejteken kívül található (körülbelül 15-ször több, mint a citoplazmában). Ezt a különbséget a nátrium-kálium pumpa tartja fenn, amely kiszivattyúzza a sejtben rekedt nátriumot.

EgyüttkáliumA nátrium a következő funkciókat látja el:
Feltételek megteremtése a membránpotenciál és az izomösszehúzódások előfordulásához.
A vér ozmotikus koncentrációjának fenntartása.
A sav-bázis egyensúly fenntartása.
A vízháztartás normalizálása.
A membrántranszport biztosítása.
Számos enzim aktiválása.

A nátrium szinte minden élelmiszerben megtalálható, bár a szervezet a legtöbbet konyhasóból kapja. A felszívódás főként a gyomorban és a vékonybélben történik. A D-vitamin javítja a nátrium felszívódását, azonban a túlzottan sós ételek és a fehérjében gazdag ételek zavarják a normál felszívódást. Az élelmiszerből felvett nátrium mennyisége a vizelet nátriumtartalmát mutatja. A nátriumban gazdag ételeket a felgyorsult kiválasztódás jellemzi.

Nátriumhiány a diétázóban kiegyensúlyozott táplálék emberben nem fordul elő, azonban néhány probléma felmerülhet a vegetáriánus étrenddel. Az átmeneti hiányt diuretikumok használata, hasmenés, túlzott izzadás vagy túlzott vízfogyasztás okozhatja. A nátriumhiány tünetei közé tartozik a súlycsökkenés, hányás, gázképződés a gyomor-bél traktusban és a felszívódás csökkenése aminosavak és monoszacharidok. A hosszú távú hiány izomgörcsöket és neuralgiát okoz.

A túlzott nátrium a lábak és az arc duzzadását, valamint a vizelettel való fokozott kálium kiválasztását okozza. A vesék által feldolgozható só maximális mennyisége körülbelül 20-30 gramm, minden nagyobb mennyiség életveszélyes.

Nátriumvegyületek

Nátrium, Nátrium, Na (11)
A nátrium - nátrium, nátrium elnevezés egy ókori Egyiptomban, az ókori görögöknél (vixpov) és rómaiaknál elterjedt szóból származik. Pliniusnál (Nitron) és más ókori szerzőknél található, és a héber neternek felel meg. Az ókori Egyiptomban a nátront vagy nitront általában lúgnak nevezték, amelyet nemcsak természetes szódatavakból, hanem növényi hamuból is nyernek. Mosásra, mázkészítésre, holttestek mumifikálására használták. A középkorban a nitron (nitron, natron, nataron), valamint a bór (baurach) elnevezést a salétromra (Nitrum) is használták. Az arab alkimisták lúgnak nevezték. A puskapor európai felfedezésével a salétromot (Sal Petrae) kezdték szigorúan megkülönböztetni a lúgoktól, és a XVII. már megkülönböztették a nem illékony, vagy rögzített lúgokat és az illékony lúgokat (Alkali volatile). Ugyanakkor különbséget állapítottak meg a növényi (Alkali fixum vegetabile - hamuzsír) és az ásványi lúgok (Alkali fixum minerale - szóda) között.

A 18. század végén. Klaproth bevezette a Natron vagy szóda nevet az ásványi lúgról, a növényi lúgról pedig a Kalit. Lavoisier nem helyezett lúgokat az „Egyszerű testek táblázatába”, jelezve egy megjegyzésben, hogy ezek valószínűleg összetett anyagok, amelyek egykor Egyszer majd lebomlanak. Valójában 1807-ben Davy enyhén megnedvesített szilárd lúgok elektrolízisével szabad fémeket - káliumot és nátriumot - nyert, ezeket káliumnak és nátriumnak nevezte. A következő évben Gilbert, a híres Annals of Physics kiadója azt javasolta, hogy az új fémeket káliumnak és nátriumnak (Natronium) nevezzék el; Berzelius az utóbbi nevet „nátriumra” (Nátrium) rövidítette. század elején. Oroszországban a nátriumot nátriumnak nevezték (Dvigubsky, 182i; Szolovjov, 1824); Strakhov javasolta a sod nevet (1825). A nátriumsókat például szóda-szulfátnak, sósav-szódának és egyben ecetsavnak nevezték (Dvigubsky, 1828). Hess Berzelius mintájára bevezette a nátrium nevet.

A nátrium (latinul Natrium, szimbolizálva Na) egy 11-es rendszámú és 22,98977 atomtömegű elem. Ez egy eleme az első csoport fő alcsoportjának, Dmitrij Ivanovics Mengyelejev kémiai elemek periodikus rendszerének harmadik periódusának. A nátrium egyszerű anyag lágy, olvadó (olvadáspont 97,86 °C), képlékeny, könnyű (sűrűség 0,968 g/cm3), ezüstfehér színű alkálifém.

A természetes nátrium csak egy izotópból áll, tömegszáma 23. Jelenleg összesen 15 izotóp és 2 nukleáris izomer ismeretes. A legtöbb mesterségesen előállított radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb, mint egy perc. Csak két izotópnak van viszonylag hosszú felezési ideje: a pozitront kibocsátó 22Na, felezési ideje 2,6 év, amelyet pozitronforrásként és tudományos kutatásokban használnak, és a 24Na, amelynek felezési ideje 15 óra, a gyógyászatban a leukémia egyes formáinak diagnosztizálására és kezelésére használják.

A nátrium különféle vegyületek formájában már az ókorban ismert. A nátrium-klorid (NaCl) vagy a konyhasó az egyik legfontosabb létfontosságú vegyület, vélhetően már a neolitikumban ismertté vált az ember, vagyis kiderült, hogy az emberiség több mint hatezer éve fogyasztja a nátrium-kloridot. ! Az Ószövetség említést tesz egy „neter” nevű anyagról, amelyet mosószerként használták. Valószínűleg szóda, egy nátrium-karbonát, amelyet az egyiptomi sós tavak vizében találnak.

A 18. században a vegyészek már nagyszámú nátriumvegyületet ismertek, ennek a fémnek a sóit széles körben használták az orvostudományban és a textiliparban (szövetfestésre és bőrcserzésre). A fémes nátriumot azonban csak 1807-ben szerezte meg Humphry Davy angol kémikus.

A nátrium legfontosabb felhasználási területei az atomenergia, a kohászat és a szerves szintézis ipar. Az atomenergiában a nátriumot és káliumötvözetét folyékony fémhűtőként használják. A kohászatban számos tűzálló fémet nyernek nátrium-fém módszerrel, a KOH nátriummal történő redukálásával a kálium izolálódik. Ezenkívül a nátriumot adalékanyagként használják, amely erősíti az ólomötvözeteket. A szerves szintézis iparában a nátriumot számos anyag előállításához használják fel. A nátrium katalizátorként működik egyes szerves polimerek előállításában. A legfontosabb nátriumvegyületek a nátrium-oxid Na2O, a nátrium-peroxid Na2O2 és a nátrium-hidroxid a NaOH. A nátrium-peroxidot szövetek fehérítésére és izolált helyiségek levegő regenerálására használják. A nátrium-hidroxid az alapvető vegyipar egyik legfontosabb terméke. Kolosszális mennyiségben fogyasztják kőolajtermékek tisztítására. Ezenkívül a nátrium-hidroxidot széles körben használják a szappan-, papír-, textiliparban és más iparágakban, valamint a műszálak gyártásában.

A nátrium az állatok és az emberek ásványi anyagcseréjében részt vevő egyik legfontosabb elem. Az emberi szervezetben a nátrium oldható sók (klorid, foszfát, bikarbonát) formájában főleg az extracelluláris folyadékokban - vérplazmában, nyirokszövetben, emésztőnedvekben - található. A vérplazma ozmotikus nyomását a szükséges szinten tartják, elsősorban a nátrium-kloridnak köszönhetően.

A nátriumhiány tünetei közé tartozik a fogyás, hányás, gázképződés a gyomor-bél traktusban, valamint az aminosavak és monoszacharidok felszívódásának csökkenése. A hosszú távú hiány izomgörcsöket és neuralgiát okoz. A túlzott nátrium a lábak és az arc duzzadását, valamint a vizelettel való fokozott kálium kiválasztását okozza.

Biológiai tulajdonságok

A nátrium a makroelemek azon csoportjába tartozik, amelyek a mikroelemekkel együtt fontos szerepet töltenek be az állatok és az emberek ásványi anyagcseréjében. A makroelemek jelentős mennyiségben vannak jelen a szervezetben, átlagosan a testtömeg 0,1-0,9% -a. Egy felnőtt szervezet nátriumtartalma 55-60 g/70 kg. A tizenegy számú elem főként az extracelluláris folyadékokban található: a vérben - 160-240 mg, a plazmában - 300-350 mg, az eritrocitákban - 50-130 mg. A csontszövet legfeljebb 180 mg nátriumot tartalmaz, a fogzománc sokkal gazdagabb ebben a makroelemben - 250 mg. A tüdőben 250 mg-ig, a szívben pedig 185 mg nátriumig koncentrálódik. Az izomszövet körülbelül 75 mg nátriumot tartalmaz.

A nátrium fő funkciója az emberek, állatok, sőt növények szervezetében is, hogy fenntartsa a sejtek víz-só egyensúlyát, szabályozza az ozmotikus nyomást és a sav-bázis egyensúlyt. Emiatt a növényi sejtekben meglehetősen magas a nátriumtartalom (kb. 0,01% nedves tömegre vonatkoztatva), a nátrium nagy ozmotikus nyomást hoz létre a sejtnedvben, és ezáltal hozzájárul a víz talajból történő kivonásához. Az emberi és állati szervezetben a nátrium felelős a neuromuszkuláris aktivitás normalizálásáért (részt vesz az idegimpulzusok normál vezetésében), és oldott állapotban megtartja az alapvető ásványi anyagokat a vérben. Általánosságban elmondható, hogy a nátrium szerepe az anyagcsere szabályozásában sokkal szélesebb, mivel ez az elem szükséges a normál növekedéshez és a szervezet állapotához. A nátrium a „futár” szerepét tölti be, minden sejthez különféle anyagokat szállít, például vércukrot. Megakadályozza a hőség vagy napszúrás előfordulását, emellett kifejezett értágító hatása is van.

A nátrium aktívan kölcsönhatásba lép más elemekkel, így a klórral együtt megakadályozzák a folyadék szivárgását az erekből a szomszédos szövetekbe. A nátrium fő „partnere” azonban a kálium, amellyel együttműködve látják el a legtöbb fenti funkciót. A nátrium optimális napi adagja gyermekeknek 600-1700 milligramm, felnőtteknek 1200-2300 milligramm. A konyhasó egyenértékében (a legnépszerűbb és legelérhetőbb nátriumforrás) ez napi 3-6 grammnak felel meg (100 gramm konyhasó 40 gramm nátriumot tartalmaz). A napi nátriumszükséglet főként az izzadság által elvesztett sók mennyiségétől függ, és akár 10 gramm NaCl is lehet. A nátrium szinte minden élelmiszerben megtalálható (jelentős mennyiségben a rozskenyérben, csirke tojásban, kemény sajtban, marhahúsban és tejben), de a szervezet a legtöbbet konyhasóból kapja. A tizenegyedik elem felszívódása elsősorban a gyomorban és a vékonybélben történik, a D-vitamin elősegíti a nátrium jobb felszívódását. Ugyanakkor a fehérjében gazdag és különösen sós ételek felszívódási nehézségeket okozhatnak. A szervezetben a nátriumionok koncentrációját főként a mellékvesekéreg hormonja – az aldoszteron – szabályozza, a vesék vagy megtartják vagy felszabadítják a nátriumot, attól függően, hogy az illető visszaél-e, vagy nem kap elegendő nátriumot. Emiatt normál külső körülmények és megfelelő veseműködés mellett sem nátriumhiány, sem felesleg nem léphet fel. Ennek az elemnek a hiánya számos vegetáriánus étrend esetén előfordulhat. Ezenkívül a nehéz fizikai foglalkozásúak és a sportolók súlyos nátriumveszteséget szenvednek az izzadság miatt. Nátriumhiány különböző mérgezéseknél is lehetséges, erős izzadás, hányás és hasmenés kíséretében. Az ilyen egyensúlyhiány azonban könnyen korrigálható ásványvízzel, amellyel a szervezet nemcsak nátriumot, hanem bizonyos mennyiségű egyéb ásványi sót (kálium, klór és lítium) is kap.

Nátriumhiány (hiponatrémia) esetén olyan tünetek jelentkeznek, mint az étvágytalanság, az ízérzés csökkenése, gyomorgörcs, hányinger, hányás, gázképződés, és mindezek következtében súlyos fogyás. A tartós hiány izomgörcsöt és neuralgiát okoz: a beteg járás közben egyensúlyozási nehézségeket, szédülést, fáradtságot tapasztalhat, sokkos állapot léphet fel. A nátriumhiány tünetei közé tartoznak a memóriazavarok, a hirtelen hangulatváltozások és a depresszió is.

A túlzott nátrium vízvisszatartást okoz a szervezetben, ami a vérsűrűség növekedését, ezáltal a vérnyomás emelkedését (hipertónia), ödémát és érrendszeri betegségeket eredményez. Ezenkívül a túl sok nátrium a kálium vizelettel történő fokozott kiválasztásához vezet. A vesék által feldolgozható só maximális mennyisége körülbelül 20-30 gramm, minden nagyobb mennyiség életveszélyes!

A gyógyászatban nagyszámú nátriumkészítményt használnak, leggyakrabban a nátrium-szulfátot, kloridot (vérveszteség, folyadékvesztés, hányás ellen) alkalmazzák; tioszulfát Na2S2O3∙5H2O (gyulladásgátló és antitoxikus szer); borát Na2B4O7∙10H2O (fertőtlenítő); bikarbonát NaHCO3 (köptetőként, valamint nátha, gégegyulladás esetén mosásra, öblítésre).

Az asztali sót, a pótolhatatlan és értékes ételízesítőt az ókorban ismerték. Napjainkban a nátrium-klorid olcsó termék, a szénnel, mészkővel és kénnel együtt az úgynevezett „négy nagy” ásványi nyersanyag közé tartozik, a vegyipar számára a legszükségesebb. De voltak idők, amikor a só ára egyenlő volt az arannyal. Például az ókori Rómában a légiósokat gyakran nem pénzben, hanem sóval fizették, innen ered a katona szó. A sót a Kárpát-vidékről, valamint a Fekete- és Azovi-tenger sós tavaiból és torkolataiból szállították a Kijevi Ruszba. Kitermelése és kiszállítása olyan költséges volt, hogy az ünnepélyes lakomákon csak előkelő vendégek asztalára tálalták, míg mások „suhogva” mentek el. A só ára még azután sem csökkent a só ára, hogy az Asztrahán királyságot és a Kaszpi-tengeri sózó tavait Oroszországhoz csatolták, ami elégedetlenséget váltott ki a lakosság legszegényebb rétegeiben, amely felkeléssé nőtte ki magát. Salt Riot (1648). I. Péter 1711-ben monopóliumot vezetett be a só, mint stratégiailag fontos nyersanyag kereskedelmére, a só kereskedelmének kizárólagos joga az állam számára 1862-ig szólt. Máig megmaradt az ősi hagyomány, hogy a vendégeket „kenyérrel és sóval” köszöntjük, ami azt jelentette, hogy a legdrágábban osztozkodtunk a házban.

Mindenki jól ismeri a kifejezést: „Ahhoz, hogy megismerjünk egy embert, egy kiló sót kell megenni vele”, de kevesen gondoltak bele ennek a kifejezésnek a jelentésére. Becslések szerint egy ember évente legfeljebb 8 kilogramm nátrium-kloridot fogyaszt. Kiderült, hogy a jelmondat csak egy évet takar - elvégre egy font sót (16 kg) két ember megehet ebben az időszakban.

A nátrium elektromos vezetőképessége háromszor kisebb, mint a réz elektromos vezetőképessége. A nátrium azonban kilencszer könnyebb, így kiderült, hogy a nátriumhuzalok, ha léteznének, kevesebbe kerülnének, mint a rézhuzalok. Igaz, vannak nátriummal töltött acélsínek, amelyeket nagy áramerősségre terveztek.

Becslések szerint a Világóceán nátrium-klorid-tartalmának megfelelő mennyiségű kősó 19 millió köbméter térfogatot foglalna el. km (50%-kal több, mint az észak-amerikai kontinens tengerszint feletti teljes térfogata). Egy ekkora, 1 km2 alapterületű prizma 47-szer érheti el a Holdat! A tengervizekből kinyert só 130 méteres réteggel boríthatná be a földgömb teljes szárazföldjét! Mára a tengervízből előállított teljes nátrium-klorid-termelés elérte az évi 6-7 millió tonnát, ami a világ össztermelésének körülbelül egyharmada.

Amikor a nátrium-peroxid reakcióba lép a szén-dioxiddal, a légzéssel ellentétes folyamat megy végbe:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

A reakció során szén-dioxid kötődik meg és oxigén szabadul fel. Ezt a reakciót tengeralattjárókon alkalmazták a levegő regenerálására.

Érdekes tényt állapítottak meg kanadai tudósok. Azt találták, hogy a gyors indulatú és ingerlékeny emberekben a nátrium gyorsan kiürül a szervezetből. A nyugodt és barátságos emberek, valamint azok, akik pozitív érzelmeket élnek át, például a szerelmesek, jól felszívják ezt az anyagot.

Nátrium segítségével a Földtől 113 ezer km távolságra mesterséges üstökös jött létre 1959. január 3-án úgy, hogy a Hold felé repülő szovjet űrrepülőgép nátriumgőzt dobott a világűrbe. A nátrium-üstökös fényes fénye lehetővé tette a Föld-Hold útvonalon elhaladó első repülőgép röppályájának tisztázását.

Nagy mennyiségű nátriumot tartalmazó források: finomított tengeri só, minőségi szójaszószok, különféle sóoldatok, savanyú káposzta, húslevesek. A tizenegyedik elem kis mennyiségben jelen van a hínárban, az osztrigában, a rákokban, a friss sárgarépában és a répában, a cikóriában, a zellerben és a pitypangban.

Sztori

A természetes nátriumvegyületeket - a NaCl konyhasót és a szóda Na2CO3-at - ősidők óta ismeri az ember. Az ókori egyiptomiak a szódatavak vizéből kivont természetes szódát balzsamozásra, vászonfehérítésre, ételek főzésére, valamint festékek és mázak készítésére használták. Az egyiptomiak ezt a vegyületet neternek nevezték, de ez a kifejezés nem csak a természetes szódára vonatkozott, hanem általában a lúgokra is, beleértve a növényi hamuból nyerteket is. A későbbi görög (Arisztotelész, Dioszkoridész) és római (Plutarkhosz) források is említik ezt az anyagot, de már „nitron” néven. Idősebb Plinius ókori római történész azt írta, hogy a Nílus-deltában a szódát (ő "nitrumnak" nevezi) elkülönítették a folyóvíztől, és nagy darabok formájában adták el. Mivel nagy mennyiségű szennyeződés, elsősorban szén, az ilyen szóda szürke és néha fekete színű volt. A „nátron” kifejezés az arab középkori irodalomban jelenik meg, ahonnan fokozatosan a 17-18. században használták. keletkezik a „natra” kifejezés, vagyis az a bázis, amelyből konyhasó nyerhető. A „natra” szóból ered az elem modern neve.

A modern „Na” rövidítést és a latin „natrium” szót először Jens Jakob Berzelius akadémikus és a Svéd Orvosok Társaságának alapítója használta 1811-ben a természetes ásványi sók, köztük a szóda megjelölésére. Ez az új kifejezés az eredeti „nátrium” nevet váltotta fel, amelyet Humphry Davy angol kémikus adott a fémnek, aki elsőként szerezte meg a fémes nátriumot. Úgy gondolják, hogy Davy-t a szóda latin neve - „szóda” vezérelte, bár van egy másik feltevés: az arabul van a „suda” szó, ami fejfájást jelent; az ókorban ezt a betegséget szódával kezelték. Érdemes megjegyezni, hogy számos nyugat-európai országban (Nagy-Britannia, Franciaország, Olaszország), valamint az Amerikai Egyesült Államokban a nátriumot nátriumnak nevezik.

Annak ellenére, hogy a nátriumvegyületek nagyon régóta ismertek, a fémet tiszta formában csak 1807-ben sikerült előállítani Humphry Davy angol kémikus által enyhén megnedvesített szilárd nátrium-hidroxid NaOH elektrolízisével. Az tény, hogy a nátriumot hagyományos kémiai módszerekkel nem lehetett előállítani - a fém nagy aktivitása miatt, de Davy módszere megelőzte az akkori tudományos gondolkodást és technikai fejlődést. A 19. század elején az egyetlen igazán alkalmazható és alkalmas áramforrás a feszültségoszlop volt. A Davy által használt 250 pár réz- és cinklemez volt. A folyamat, amelyet D.I. Mengyelejev egyik művében rendkívül összetett és energiaigényes volt: „Egy darab nedves (rézből vagy szénből származó) marószóda csatlakoztatásával a pozitív (rézből vagy szénből származó) pólushoz, és egy mélyedést vájtak ki benne, amelybe Higanyt öntöttek, és egy erős voltaoszlop negatív pólusához (katódjához) kötötték, Davy észrevette, hogy a higanyban, amikor áramot engednek, egy speciális fém oldódik, amely kevésbé illékony, mint a higany, és képes a vizet lebontani, és ismét maró anyagot képez. szóda. A lúgos módszer nagy energiaintenzitása miatt csak a 19. század végén - a fejlettebb energiaforrások megjelenésével - vált iparosodottá, majd 1924-ben G. Downs amerikai mérnök alapjaiban változtatta meg a nátrium elektrolitikus előállításának folyamatát. a lúgokat jóval olcsóbb konyhasóval helyettesíteni.

Egy évvel Davy felfedezése után Joseph Gay-Lussac és Louis Thénard nem elektrolízissel, hanem nátronlúg és vörös hőre hevített vas reakciójával nyert nátriumot. Még később Sainte-Clair Deville kifejlesztett egy módszert, amellyel a nátriumot úgy nyerték ki, hogy a szódát szénnel redukálták mészkő jelenlétében.

A természetben lenni

A nátrium az egyik leggyakoribb elem - mennyiségi tartalomban a hatodik a természetben (a nemfémek közül csak az oxigén gyakoribb - 49,5%, a szilícium - 25,3%) és a negyedik a fémek között (csak a vas gyakoribb - 5,08%, alumínium - 7,5% és kalcium - 3,39%. Klárkája (a földkéreg átlagos tartalma) különböző becslések szerint 2,27 tömeg% és 2,64% között mozog. Ennek az elemnek a nagy része különféle alumínium-szilikátokban található. A nátrium a földkéreg felső részének jellemző eleme, ez jól látható a különböző kőzetek fémtartalmának mértékéből. Így a legmagasabb nátriumkoncentráció - 2,77 tömeg% - a savas magmás kőzetekben (gránit és számos más), a bázikus kőzetekben (bazaltok és hasonlók) a tizenegyedik elem átlagos tartalma már 1,94 tömeg%. . Az ultramafikus köpenykőzetek nátriumtartalma a legalacsonyabb, mindössze 0,57%. Az üledékes kőzetek (agyagok és palák) szintén szegények a tizenegyedik elemben - 0,66 tömeg%, a legtöbb talaj nem gazdag nátriumban - az átlagos tartalom körülbelül 0,63%.

Magas kémiai aktivitása miatt a nátrium a természetben kizárólag sók formájában fordul elő. Az ismert nátrium-ásványok száma összesen több mint kétszáz. Mindazonáltal nem mindegyik tekinthető a legfontosabbnak, ezek az alkálifém és vegyületei előállításának fő forrásai. Említést érdemel a halit (kősó) NaCl, mirabilit (Glauber-só) Na2SO4 10H2O, chilei salétrom NaNO3, kriolit Na3, tincal (bórax) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3∙2, valamint természetes szilícium, NaH2O3∙2 mint például az albit Na , a nefelin Na, amelyek a nátriumon kívül más elemeket is tartalmaznak. A Na+ és a Ca2+ izomorfizmusa következtében, amely ionsugár közelségéből adódik, a magmás kőzetekben nátrium-kalciumos földpátok (plagioklászok) keletkeznek.

A nátrium a tengervíz fő fémeleme, becslések szerint a Világ-óceán vizei 1,5 1016 tonna nátriumsót tartalmaznak (az oldható sók átlagos koncentrációja a Világ-óceán vizében körülbelül 35 ppm, ami 3,5% tömeg szerint 1,07%-ot tesz ki belőlük a nátrium részaránya. Az ilyen magas koncentráció a természetben zajló úgynevezett nátriumciklusnak köszönhető. Az a tény, hogy ez az alkálifém meglehetősen gyengén megmarad a kontinenseken, és a folyóvizek aktívan szállítják a tengerekbe és óceánokba. A párolgás során nátriumsók rakódnak le a tengerparti tengeri lagúnákban, valamint a sztyeppék és sivatagok kontinentális tavaiban, sótartalmú kőzetrétegeket képezve. Hasonló nátriumsó-lerakódások viszonylag tiszta formában léteznek minden kontinensen, az ősi tengerek elpárolgása következtében. Ezek a folyamatok napjainkban is előfordulnak; példák közé tartozik a Utah-ban (USA) található Sóstó, Baskunchak (Oroszország, Akhtubinsky kerület), az Altáji Terület sós tavai (Oroszország), valamint a Holt-tenger és más hasonló helyek.

A kősó hatalmas (gyakran több száz méter vastag) földalatti lerakódásokat képez, amelyek több mint 90% NaCl-t tartalmaznak. Egy tipikus cheshire-i sólelőhely (a fő nátrium-klorid-forrás Nagy-Britanniában) 60 x 24 km-es területet foglal el, és körülbelül 400 m vastag sóágyat tartalmaz, amely önmagában a becslések szerint több mint 1011 tonnát ér.

Emellett a nátrium fontos bioelem, viszonylag nagy mennyiségben található meg az élő szervezetekben (átlagosan 0,02%, főleg NaCl formájában), és több van belőle az állatokban, mint a növényekben. A nátrium jelenlétét a szoláris légkörben és a csillagközi térben állapították meg. A légkör felső rétegeiben (körülbelül 80 kilométeres magasságban) atomos nátriumréteget fedeztek fel. A helyzet az, hogy ilyen magasságban szinte teljesen nincs oxigén, vízgőz és egyéb olyan anyagok, amelyekkel a nátrium kölcsönhatásba léphet.

Alkalmazás

A fémnátriumot és vegyületeit széles körben használják különféle iparágakban. Magas reakcióképessége miatt ezt az alkálifémet a kohászatban redukálószerként használják fémek, például nióbium, titán, hafnium és cirkónium metallotermia útján történő előállításához. A 19. század első felében nátriumot használtak az alumínium izolálására (alumínium-kloridból), ma is a tizenegyedik elemet és sóit használják módosító anyagként bizonyos típusú öntött alumíniumötvözetek gyártásánál. A nátriumot ólom alapú ötvözetben (0,58% Na) is használják, amelyet a vasúti kocsik tengelycsapágyainak gyártásához használnak; az ötvözetben lévő alkálifém erősítő elem. A nátrium és káliumötvözetei folyékony hűtőközegek az atomreaktorokban – elvégre mindkét elem termikus neutronelnyelési keresztmetszete kicsi (Na 0,49 barn esetén). Ezen túlmenően ezek az ötvözetek magas forrásponttal és hőátbocsátási tényezővel rendelkeznek, és nem lépnek kölcsönhatásba az atomerőműves reaktorokban kifejlesztett magas hőmérsékleten a szerkezeti anyagokkal, így nem befolyásolják a láncreakció lefolyását.

A nátriumot azonban nem csak az atomenergia használja hőátadó anyagként - a 11. számú elemet széles körben használják hűtőfolyadékként olyan folyamatokhoz, amelyek egyenletes melegítést igényelnek 450 és 650 °C közötti hőmérséklet-tartományban - repülőgép-hajtóművek szelepeiben, teherautókban kipufogószelepek, fröccsöntő gépekben nyomás. A nátrium, kálium és cézium ötvözete (Na 12%, K 47%, Cs 41%) rekordalacsony olvadásponttal rendelkezik (mindössze 78 °C), ezért javasolták ionrakéta hajtóművek munkaközegének. A vegyiparban a nátriumot cianidsók, szintetikus detergensek (detergenidek) és gyógyszerek előállítására használják. A műgumi gyártása során a nátrium katalizátor szerepet játszik, a butadién molekulákat olyan termékké egyesíti, amely tulajdonságaiban nem rosszabb, mint a természetes gumi legjobb fajtái. A NaPb vegyületet (10 tömeg% Na) a tetraetil-ólom előállításához használják – ez a leghatékonyabb kopogásgátló szer. A nátriumgőzt nagy- és kisnyomású gázkisüléses lámpák (NLLD és NLND) töltésére használják. A nátriumlámpa neonnal van megtöltve, és kis mennyiségű fémnátriumot tartalmaz; ha egy ilyen lámpát bekapcsolnak, a kisülés neonban kezdődik. A kisülés során felszabaduló hő elpárologtatja a nátriumot, majd egy idő után a neon vörös fényét a nátrium sárga izzása váltja fel. A nátriumlámpák nagy hatásfokú fényforrások (laboratóriumi körülmények között akár 70%). A nátriumlámpák nagy hatásfoka lehetővé tette autópályák, vasútállomások, kikötők és más nagyméretű objektumok megvilágítására való felhasználásukat. Így a DNaT típusú (Arc Sodium Tubular) NLVD lámpákat, amelyek élénk sárga fényt bocsátanak ki, nagyon széles körben használják az utcai világításban, az ilyen lámpák élettartama 12-24 ezer óra. Ezen kívül vannak még DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) és DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury) lámpák. A nátriumot nagy energiaigényű nátrium-kén akkumulátorok gyártásához használják. A szerves szintézisben a nátriumot redukciós, kondenzációs, polimerizációs és egyéb reakciókban használják. Alkalmanként fémnátriumot használnak az elektromos vezetékek anyagaként, amelyek nagyon nagy áramot hordoznak.

Számos nátriumvegyületet nem kevésbé széles körben alkalmaznak: a NaCl konyhasót az élelmiszeriparban használják; A nátrium-hidroxidot NaOH (marónátron) a szappaniparban, a festékgyártásban, a cellulóz- és papíriparban, valamint a kőolajiparban, műszálak gyártásában, valamint elektrolitként is használják. A szóda - nátrium-karbonát Na2CO3 az üveg-, cellulóz- és papír-, élelmiszer-, textil-, olaj- és más iparágakban használatos. A mezőgazdaságban a salétromsav NaNO3 nátriumsóját, amelyet chilei nitrátként ismernek, széles körben használják műtrágyaként. A nátrium-klorát NaClO3 a nem kívánt növényzet elpusztítására szolgál a vasúti síneken. A nátrium-foszfát Na3PO4 a mosószerek összetevője, üveg- és festékgyártásban, az élelmiszeriparban és a fotózásban használatos. A nátrium-azidot NaN3 nitridálószerként használják a kohászatban és az ólom-azid gyártásában. A nátrium-cianid NaCN-t az arany kőzetekből történő kilúgozásának hidrometallurgiai módszerében, valamint acélok nitrokarburizálásában és galvanizálásában (ezüstözés, aranyozás) használják. Az mNa2O nSiO2 szilikátok a töltet alkotóelemei az üveggyártásban, alumínium-szilikát katalizátorok, hőálló, saválló beton előállításához.

Termelés

Mint ismeretes, a fémes nátriumot először 1807-ben Davy angol kémikus szerezte meg nátrium-hidroxid NaOH elektrolízisével. Tudományos szempontból az alkálifémek izolálása nagy felfedezés a kémia területén. Az akkori ipar azonban nem tudta felmérni ennek az eseménynek a jelentőségét - egyrészt a 19. század elején egyszerűen még nem léteztek a nátrium ipari méretekben történő előállításához szükséges kapacitások, másrészt senki sem tudta, hol egy puha fém, amely kölcsönhatás közben fellángol, hasznos lehet a vízzel. És ha az első nehézséget 1808-ban Joseph Gay-Lussac és Louis Thénard oldotta meg, nátriumot nyerve energiaigényes elektrolízis nélkül, a marónátron és a vörös hőre hevített vas reakciójával, akkor a második probléma - a alkalmazás - csak 1824-ben oldották meg, amikor az alumíniumot nátrium segítségével izolálták. A 19. század második felében Sainte-Clair Deville új módszert dolgozott ki a fémes nátrium előállítására - a szóda szénnel történő redukálásával mészkő jelenlétében:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

Ezt a módszert 1886-ban továbbfejlesztették. Azonban már 1890-ben bevezették az iparba a nátrium előállításának elektrolitikus módszerét. Így Humphry Davy ötlete csak 80 évvel később valósult meg ipari méretekben! Minden keresés és kutatás az eredeti módszerhez való visszatéréssel zárult. 1924-ben Downs amerikai mérnök olcsóbbá tette a nátrium elektrolitikus előállítását azáltal, hogy a lúgot sokkal olcsóbb konyhasóval cserélte le. Ez a modernizáció befolyásolta a fémnátrium termelését, amely 6 ezer tonnáról (1913) 180 ezer tonnára (1966) nőtt. Downes módszere képezte a fémes nátrium előállításának modern módszerének alapját.

Jelenleg a fémnátrium előállításának fő ipari módszere az olvadt nátrium-klorid elektrolízise (a folyamat mellékterméke a klór) KCl, NaF vagy CaCl2 hozzáadásával, amelyek a só olvadáspontját 575-585 °C-ra csökkentik. C. Ellenkező esetben a tiszta nátrium-klorid elektrolízise nagy fémveszteségekhez vezetne a párolgás következtében, mivel a NaCl olvadáspontja (801 °C) és a fémnátrium forráspontja (882,9 °C) nagyon közel van egymáshoz. A folyamat membrános acél elektrolizátorban történik. A nátrium előállítására szolgáló modern elektrolizátor lenyűgöző szerkezet, amely egy kemencére emlékeztet. Az egység tűzálló téglából készült, amelyet kívülről acél burkolat vesz körül. Az elektrolizátor alján egy grafit anódot helyeznek be, amelyet egy gyűrű alakú háló veszi körül - egy membrán, amely megakadályozza, hogy a nátrium behatoljon az anódtérbe, ahol a klór lerakódik. Ellenkező esetben a nátrium egyszerűen megégne a klórban.

A gyűrű alakú katód vasból vagy rézből készül. A katód és az anód fölé kupakokat helyeznek el a nátrium és a klór eltávolítására. Alaposan szárított nátrium-klorid és kalcium-klorid keverékét töltik az elektrolizátorba, már tudjuk, hogy az ilyen keverék alacsonyabb hőmérsékleten olvad, mint a tiszta nátrium-klorid. A folyamat jellemzően 600 °C körüli hőmérsékleten megy végbe. Az elektródákra kb. 6 V egyenáram kerül, míg a katódon Na+ ionok kisülnek és fémes nátrium szabadul fel, ami felúszik és egy speciális gyűjteménybe kerül. Természetesen a folyamat levegő hozzáférés nélkül megy végbe. Az anódnál a Сl– klórionok kiürülnek, és klórgáz szabadul fel – ez a nátriumtermelés értékes mellékterméke. Az elektrolizátor működési napja során 400-500 kg nátrium és 600-700 kg klór keletkezik. Az így kapott fémet NaOH + Na2CO3 + NaCl vagy Na2O2 keverékének hozzáadásával tisztítják a szennyeződésektől (kloridok, oxidok és mások); az olvadék feldolgozása fémes lítiummal, titánnal vagy titán-cirkónium ötvözet, rövid szénláncú TiCl3, TiCl2 kloridokkal; vákuumdesztilláció.

Fizikai tulajdonságok

Humphry Davy nemcsak az első, aki fémes nátriumot szerzett, hanem az első, aki tanulmányozta annak tulajdonságait. Londonban új elemek (kálium és nátrium) felfedezéséről számolt be, a vegyész először mutatott új fémmintákat a tudományos közönségnek. Az angol vegyész egy darab fémes nátriumot tárolt egy kerozinréteg alatt, amellyel a nátrium nem lépett kölcsönhatásba, és nem oxidálódott a környezetében, megőrizve ragyogó ezüst színét. Ráadásul a nátrium (sűrűsége 20 °C-on 0,968 g/cm3) nehezebb, mint a kerozin (sűrűsége 20 °C-on változó tisztítási fok mellett 0,78-0,85 g/cm3), és nem úszik le a felületén, ezért nem oxidálódik oxigén és szén-dioxid hatására. Davy nem korlátozta magát az edény szokásos bemutatására egy új fém mintájával, kivette a nátriumot a kerozinból, és a mintát egy vödör vízbe dobta. Mindenki meglepetésére a fém nem süllyedt el, hanem aktívan mozogni kezdett a víz felszínén, kis fényes cseppekké olvadva, amelyek egy része meggyulladt. A helyzet az, hogy a víz sűrűsége (20 °C-on 0,998 g/cm3) nagyobb, mint ennek az alkálifémnek a sűrűsége, ezért a nátrium nem süllyed el a vízben, hanem lebeg benne, aktív kölcsönhatásba lépve vele. A közvéleményt lenyűgözte egy új elem ilyen „bemutatása”.

Mit mondhatunk most a nátrium fizikai tulajdonságairól? A periódusos rendszer tizenegyedik eleme egy puha (késsel könnyen vágható, préselhető és hengerelhető), könnyű, fényes, ezüstös-fehér fém, amely gyorsan elhomályosodik a levegőben. A vékony nátriumrétegek lila árnyalatúak, nyomás hatására a fém átlátszóvá és vörössé válik, akár egy rubin. Normál hőmérsékleten a nátrium köbös rácsban kristályosodik ki a következő paraméterekkel: a = 4,28 A, atomsugár 1,86 A, ionsugár Na+ 0,92 A. A nátriumatom ionizációs potenciálja (eV) 5,138; 47,20; 71,8; a fém elektronegativitása 0,9. Elektron munkafüggvény 2,35 eV. Ez a módosítás -222 °C feletti hőmérsékleten stabil. Ezen hőmérséklet alatt a hatszögletű módosulás stabil a következő paraméterekkel: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.

A nátrium olvadó fém, olvadáspontja mindössze 97,86 °C. Kiderült, hogy ez a fém forrásban lévő vízben megolvadhat, ha nem lép aktív kölcsönhatásba vele. Ráadásul az olvadás során a nátrium sűrűsége 2,5%-kal csökken, de a térfogat ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg-kal nő. A nyomás növekedésével a fém olvadáspontja növekszik, elérve a 242 °C-ot 3 GPa-nál és a 335 °C-ot 8 GPa-nál. Az olvadt nátrium forráspontja 883,15°C. A nátrium párolgáshője normál nyomáson = 3869 kJ/kg. A tizenegyedik elem fajlagos hőkapacitása (szobahőmérsékleten) 1,23 103 J/(kg K) vagy 0,295 cal/(g deg); a nátrium hővezetési együtthatója 1,32 102 W/(m K) vagy 0,317 cal/(cm s deg). Ennek az alkálifémnek a lineáris tágulási együtthatója (20 °C hőmérsékleten) 7,1 10-5. A nátrium elektromos ellenállása (0 °C-on) 4,3 10-8 ohm m (4,3 10-6 ohm cm). Olvadáskor a nátrium elektromos ellenállása 1,451-szeresére nő. A nátrium paramágneses, fajlagos mágneses szuszceptibilitása +9,2 10-6. A nátrium HB Brinell keménysége = 0,7 MPa. Normál szakító modulus szobahőmérsékleten E = 5,3 GPa. A nátrium összenyomhatósága x = 15,99∙10-11 Pa-1. A nátrium nagyon képlékeny fém, és hidegben könnyen deformálódik. A nátrium kiáramlási nyomása N. S. Kurnakov és S. F. Zhemchuzhny szerint 2,74-3,72 MPa tartományban van, a kimenet átmérőjétől függően.

Kémiai tulajdonságok

A kémiai vegyületekben, beleértve a hidrideket is, a nátrium oxidációs foka + 1. A tizenegyedik elem az egyik legreaktívabb fém, ezért tiszta formájában nem található meg a természetben. Még szobahőmérsékleten is aktívan reagál a légköri oxigénnel, vízgőzzel és szén-dioxiddal, és peroxid, hidroxid és karbonát keverékéből laza kérget képez a felületen. Emiatt a fémnátriumot dehidratált folyadék (kerozin, ásványolaj) réteg alatt tárolják. A nemesgázok enyhén oldódnak szilárd és folyékony nátriumban, 200 °C-on a nátrium elkezdi felvenni a hidrogént, és nagyon higroszkópos NaH-hidridet képez. Ez az alkálifém rendkívül gyengén reagál a nitrogénnel izzó kisülésben, és nagyon instabil anyagot képez - nátrium-nitridet:

6Na + N2 → 2Na3N

A nátrium-nitrid száraz levegőn stabil, de víz vagy alkohol hatására azonnal lebomlik, és ammóniává alakul.

Amikor a nátrium közvetlenül kölcsönhatásba lép az oxigénnel, a körülményektől függően Na2O-oxid (amikor a nátrium elégtelen oxigénben ég el) vagy Na2O2-peroxid (amikor a nátrium levegőben vagy oxigéntöbbletben ég el). A nátrium-oxid kifejezett bázikus tulajdonságokkal rendelkezik; hevesen reagál vízzel, és NaOH-hidroxidot képez, amely erős bázis:

Na2O + H2O → 2NaOH

A nátrium-hidroxid vízben jól oldódó lúg (108 g NaOH 100 g vízben 20 °C-on oldódik) szilárd, fehér, higroszkópos kristályok formájában, marja a bőrt, a szöveteket, a papírt és más szerves anyagokat. Vízben oldva nagy mennyiségű hőt bocsát ki. A levegőben a nátrium-hidroxid aktívan felszívja a szén-dioxidot és nátrium-karbonáttá alakul:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Emiatt a nátrium-hidroxidot légmentesen záródó tartályokban kell tárolni. Az iparban a NaOH-t NaCl vagy Na2CO3 vizes oldatának elektrolízisével állítják elő ioncserélő membránok és membránok segítségével:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

A nátrium-peroxid halványsárga por, amely bomlás nélkül olvad, a Na2O2 nagyon erős oxidálószer. A legtöbb szerves anyag meggyullad vele érintkezve. Amikor a Na2O2 szén-dioxiddal reagál, oxigén szabadul fel:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

A fémes nátrium oxidjaihoz hasonlóan aktívan kölcsönhatásba lép a vízzel, így NaOH hidroxidot képez és hidrogént szabadít fel; nagy érintkezési felülettel a reakció robbanásszerűen megy végbe. A nátrium sokkal nyugodtabban reagál az alkoholokkal, mint a vízzel, ami nátrium-alkoxidot eredményez. Így a nátrium etanollal reagálva C2H5ONa nátrium-etanolátot eredményez:

2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2

A nátrium szinte minden savban feloldódik, és nagyszámú sót képez:

2Nа + 2НCl → 2NAСl + Н2

2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O

A fluor és klór atmoszférájában a nátrium spontán meggyullad, hevítéskor reakcióba lép a brómmal, és nem lép kölcsönhatásba közvetlenül a jóddal. Habarcsban őrölve hevesen reagál a kénnel, változó összetételű szulfidokat képezve. A nátrium-szulfid Na2S-t nátrium-szulfát szénnel történő redukálásával nyerik. A nátrium kénnel és oxigénnel alkotott igen gyakori vegyülete az úgynevezett Glauber-só, Na2SO4∙10H2O. A kén mellett aktívan reagál a szelénnel és a tellúrral, és Na2X, NaX, NaX2, Na2X5 kalkogenideket képez.

A nátrium feloldódik folyékony ammóniában (34,6 g/100 g NH3 0 °C-on), és ammóniakomplexeket képez (kék oldat fémes vezetőképességgel). Amikor az ammónia elpárolog, az eredeti fém megmarad, az oldat hosszú távú tárolása során fokozatosan elszíneződik a fém ammóniával való reakciója következtében, így NaNH2 vagy Na2NH imid amid keletkezik, és hidrogén szabadul fel. Ha gáznemű ammóniát engedünk át 300-350 °C-on megolvadt nátriumon, nátrium-amin NaNH2 képződik - színtelen kristályos anyag, amelyet a víz könnyen lebont.

800-900 °C-on a nátriumgáz szénnel karbidot (acetilenid) Na2C2-t képez. A nátrium a grafittal zárványvegyületeket képez.

A nátrium számos intermetallikus vegyületet képez - ezüsttel, arannyal, ónnal, ólommal, bizmuttal, céziummal, káliummal és más fémekkel. Nem képez vegyületeket báriummal, stronciummal, magnéziummal, lítiummal, cinkkel és alumíniummal. A higannyal a nátrium amalgámokat képez - NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg összetételű intermetallikus vegyületek. Jelentősek a folyékony amalgámok (kevesebb mint 2,5 tömegszázalék nátriumot tartalmaznak), amelyeket úgy állítanak elő, hogy nátriumot fokozatosan vezetnek be a kerozin vagy ásványolaj réteg alatt elhelyezkedő higanyba.

Rengeteg szerves nátriumvegyület ismert, amelyek kémiai tulajdonságaikban hasonlóak a szerves lítiumvegyületekhez, de reakcióképességükben jobbak.