Natrium wordt geoxideerd door zuurstof. Natrium in de natuur (2,6% in de aardkorst)

Lezingsplan:

1. Distributie van natrium in de natuur.

2. Historische referentie.

3. Fysische eigenschappen van natrium

4. 4. Chemische eigenschappen van natrium

5. Natrium verkrijgen.

6. 6. Natrium verkrijgen.

Natrium(Natrium), Na, een chemisch element van groep I van het periodiek systeem van Mendelejev: atoomnummer 11, atoommassa 22.9898; een zilverwit zacht metaal dat snel oxideert vanaf het oppervlak in lucht. Het natuurlijke element bestaat uit één stabiele isotoop 23 Na.

Historische referentie. Natuurlijke natriumverbindingen - keukenzout NaCl, soda Na 2 CO 3 - zijn al sinds de oudheid bekend. De naam "Sodium", afgeleid van het Arabische natrun, Grieks. nitron, oorspronkelijk natuurlijke soda genoemd. Al in de 18e eeuw kenden scheikundigen vele andere natriumverbindingen. Het metaal zelf werd echter pas in 1807 verkregen door G. Davy door elektrolyse van natronloog NaOH. In het VK, de VS en Frankrijk wordt het element natrium genoemd (van het Spaanse woord soda - soda), in Italië - natrium.

VerspreidingNatria in de natuur.

Natrium is een typisch element in het bovenste deel van de aardkorst. Het gemiddelde gehalte in de lithosfeer is 2,5 gewichtsprocent, in zure stollingsgesteenten (graniet en andere) 2,77, in basische (basalt en andere) 1,94, in ultrabasische (mantelgesteenten) 0,57. Vanwege het isomorfisme van Na + en Ca 2+ , vanwege de nabijheid van hun ionische stralen, worden natrium-calcium veldspaat (plagioklaasen) gevormd in stollingsgesteenten. In de biosfeer is er een scherpe differentiatie van natrium: sedimentair gesteente is gemiddeld verarmd aan natrium (in klei en schalie 0,66%), er is er weinig van in de meeste bodems (gemiddeld 0,63%). Het totale aantal natriummineralen is 222. Na wordt enigszins vastgehouden op de continenten en wordt door rivieren naar de zeeën en oceanen gebracht, waar het gemiddelde gehalte 1,035% is (Na is het belangrijkste metallische element van zeewater). Verdamping in lagunes aan de kust en in zee, evenals in continentale meren van steppen en woestijnen, precipiteert natriumzouten, die lagen van zouthoudende rotsen vormen. De belangrijkste mineralen die de bron zijn van natrium en zijn verbindingen zijn haliet (steenzout) NaCl, Chileense salpeter NaNO 3, thenardiet Na 2 SO 4, mirabiliet Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH (CO 3) 2 2H 2 O Na is een belangrijk bio-element, levende materie bevat gemiddeld 0,02% Na; er zit meer van in dieren dan in planten.

Fysieke eigenschappenNboezems

Bij normale temperatuur kristalliseert natrium in een kubisch rooster, a = 4,28 Å. Atomaire straal 1,86Å, ionische straal Na + 0,92Å. Dichtheid 0,968 g / cm3 (19,7 ° C), t pl 97,83 ° C, t bp 882,9 ° C; specifieke warmtecapaciteit (20 °C) 1,23 10 3 j/(kg K) of 0,295 cal/(g deg); warmtegeleidingscoëfficiënt 1,32 10 2 W/(m·K) of 0,317 cal/(cm sec deg); temperatuur lineaire uitzettingscoëfficiënt (20 °C) 7,1 10 -5 ; elektrische weerstand (0 °C) 4,3 10 -8 ohm m (4,3 10 -6 ohm cm). Natrium is paramagnetisch, specifieke magnetische gevoeligheid +9.2·10 -6 ; zeer plastic en zacht (gemakkelijk te snijden met een mes).

Chemische eigenschappenNboezems

Het normale elektrodepotentiaal van natrium is -2,74 V; elektrodepotentiaal in de smelt -2,4 V. Natriumdamp geeft de vlam een ​​karakteristieke felgele kleur. De configuratie van de buitenste elektronen van het atoom is 3s 1 ; in alle bekende verbindingen is natrium eenwaardig. De chemische activiteit is zeer hoog. Bij directe interactie met zuurstof wordt, afhankelijk van de omstandigheden, Na 2 O-oxide of Na 2 O 2-peroxide gevormd - kleurloze kristallijne stoffen. Natrium vormt met water hydroxide NaOH en H 2 ; de reactie kan gepaard gaan met een explosie. Minerale zuren vormen de overeenkomstige in water oplosbare zouten met natrium, maar met betrekking tot 98-100% zwavelzuur is natrium relatief inert.

De reactie van natrium met waterstof begint bij 200 °C en leidt tot de vorming van NaH-hydride, een kleurloze hygroscopische kristallijne stof. Natrium interageert direct met fluor en chloor al bij normale temperaturen, met broom - alleen bij verhitting; er is geen directe interactie met jodium. Het reageert heftig met zwavel en vormt natriumsulfide, de interactie van natriumdamp met stikstof in het veld van een stille elektrische ontlading leidt tot de vorming van Na 3 N nitride en met koolstof bij 800-900 ° C tot de vorming van Na 2 C 2 carbide.

Natrium lost op in vloeibare ammoniak (34,6 g per 100 g NH 3 bij 0°C) om ammoniakcomplexen te vormen. Wanneer gasvormige ammoniak door gesmolten natrium wordt geleid bij 300-350 °C, wordt natriumamine NaNH 2 gevormd - een kleurloze kristallijne stof die gemakkelijk door water wordt afgebroken. Er is een groot aantal organonatriumverbindingen bekend, die qua chemische eigenschappen sterk lijken op organolithiumverbindingen, maar deze overtreffen in reactiviteit. Organonatriumverbindingen worden gebruikt in organische synthese als alkyleringsmiddelen.

Natrium is een bestanddeel van veel praktisch belangrijke legeringen. Legeringen van Na - K, die 40-90% K (in massa) bevatten bij een temperatuur van ongeveer 25 ° C, zijn zilverwitte vloeistoffen, gekenmerkt door een hoge chemische activiteit, ontvlambaar in lucht. De elektrische en thermische geleidbaarheid van vloeibare Na-K-legeringen is lager dan de overeenkomstige waarden voor Na en K. Natriumamalgamen worden gemakkelijk verkregen door metallisch natrium in kwik te brengen; boven 2,5% Na (massa) bij normale temperatuur zijn al vaste stoffen.

OntvangstNboezems.

De belangrijkste industriële methode voor het verkrijgen van natrium is de elektrolyse van natriumchloridesmelt NaCl met additieven KCl, NaF, CaCl 2 en andere, die het smeltpunt van het zout verlagen tot 575-585 °C. De elektrolyse van zuiver NaCl zou leiden tot grote verliezen aan natrium door verdamping, aangezien de smeltpunten van NaCl (801 °C) en de kookpunten van Na (882,9 °C) zeer dicht bij elkaar liggen. Elektrolyse wordt uitgevoerd in elektrolyzers met een diafragma, kathoden zijn gemaakt van ijzer of koper, anodes zijn gemaakt van grafiet. Gelijktijdig met natrium wordt chloor verkregen. De oude methode om natrium te verkrijgen is de elektrolyse van gesmolten natriumhydroxide NaOH, dat veel duurder is dan NaCl, maar elektrolytisch ontleedt bij een lagere temperatuur (320-330 °C).

SollicitatieNboezems.

Natrium en zijn legeringen worden veel gebruikt als koelmiddelen voor processen die een uniforme verwarming in het bereik van 450-650 °C vereisen - in kleppen van vliegtuigmotoren en vooral in kerncentrales. In het laatste geval dienen Na-K-legeringen als koelmiddelen voor vloeibaar metaal (beide elementen hebben een lage thermische, voor Na 0,49 barn), deze legeringen onderscheiden zich door hoge kookpunten en warmteoverdrachtscoëfficiënten en hebben geen interactie met structurele materialen bij hoge temperaturen ontwikkeld in energiecentrales kernreactoren. De NaPb-verbinding (10 massaprocent Na) wordt gebruikt bij de productie van tetraethyllood, het meest effectieve antiklopmiddel. In een op lood gebaseerde legering (0,73% Ca, 0,58% Na en 0,04% Li) die wordt gebruikt om aslagers van treinwagons te maken, is natrium een ​​verhardend additief. In de metallurgie dient natrium als een actief reductiemiddel bij de productie van bepaalde zeldzame metalen (Ti, Zr, Ta) door metallothermische methoden; in organische synthese - in de reacties van reductie, condensatie, polymerisatie en andere.

Vanwege de hoge chemische activiteit van natrium is voorzichtigheid geboden bij het hanteren ervan. Vooral gevaarlijk is contact met natriumwater, wat kan leiden tot brand en explosie. Ogen moeten worden beschermd door een veiligheidsbril, handen door dikke rubberen handschoenen; Contact van natrium met natte huid of kleding kan ernstige brandwonden veroorzaken.

Zuiver natrium werd in 1807 verkregen door Humphry Davy, een Engelse chemicus die kort voor natrium ontdekte. Davy voerde het proces van elektrolyse uit van een van de verbindingen van natriumhydroxide, waarbij het smelten natrium opleverde. Natriumverbindingen worden al sinds de oudheid door de mensheid gebruikt, soda van natuurlijke oorsprong werd gebruikt in het oude Egypte (calorizator). Genoemd element natrium (natrium) , soms is deze naam zelfs nu nog te vinden. De algemene naam natrium (van het Latijnse natrium- frisdrank) werd voorgesteld door de Zweed Jens Berzelius.

Natrium is een element van groep I van III van de derde periode van het periodiek systeem van chemische elementen van D.I. Mendeleev, heeft een atoomnummer van 11 en een atoommassa van 22,99. De geaccepteerde aanduiding is Na(uit het Latijn natrium).

In de natuur zijn

Natriumverbindingen worden aangetroffen in de aardkorst, het zeewater, als een onzuiverheid die door de werking van straling de neiging heeft om steenzout blauw te kleuren.

Natrium is een zacht, kneedbaar alkalimetaal dat zilverwit en glanzend is als het vers wordt gesneden (natrium kan gemakkelijk met een mes worden gesneden). Wanneer er druk op wordt uitgeoefend, verandert het in een transparante rode substantie, bij normale temperatuur kristalliseert het. Bij interactie met lucht oxideert het snel, dus het is noodzakelijk om natrium op te slaan onder een laag kerosine.

Dagelijkse behoefte aan natrium

Natrium is een belangrijk sporenelement voor het menselijk lichaam, de dagelijkse behoefte eraan voor volwassenen is 550 mg, voor kinderen en adolescenten - 500-1300 mg. Tijdens de zwangerschap is het natriumgehalte per dag 500 mg en in sommige gevallen (overmatig zweten, uitdroging, gebruik van diuretica) moet dit worden verhoogd.

Natrium komt voor in bijna alle zeevruchten (rivierkreeften, krabben, octopussen, inktvis, mosselen, zeekool), vis (ansjovis, sardines, bot, spiering, etc.), kippeneieren, ontbijtgranen (boekweit, rijst, parelgort, havermout, gierst), peulvruchten (erwten, bonen), groenten (tomaten, selderij, wortelen, kool, bieten), zuivelproducten en orgaanvlees.

Nuttige eigenschappen van natrium en het effect ervan op het lichaam

Gunstige eigenschappen van natrium voor het lichaam zijn:

• Normalisatie van het water-zoutmetabolisme;
• Activering van enzymen van het speeksel en de pancreas;
• Deelname aan de productie van maagsap;
• Behoud van een normaal zuur-base-evenwicht;
• Generatie van functies van het zenuwstelsel en het spierstelsel;
• Vaatverwijdende werking;
• Handhaving van de osmotische concentratie van het bloed.

Natriumabsorptie

Natrium komt in bijna alle voedingsmiddelen voor, hoewel het lichaam er het meeste (ongeveer 80%) van binnenkrijgt. Absorptie vindt voornamelijk plaats in de maag en dunne darm. verbetert de opname van natrium, maar te zoute voedingsmiddelen en voedingsmiddelen die rijk zijn aan eiwitten verstoren de normale opname.

Interactie met anderen

Het gebruik van metallisch natrium vindt plaats in de chemische en metallurgische industrie, waar het fungeert als het sterkste reductiemiddel. Natriumchloride (keukenzout) wordt zonder uitzondering door alle bewoners van onze planeet gebruikt, het is de bekendste smaakstof en het oudste conserveermiddel.

Tekenen van natriumtekort

Natriumtekort treedt meestal op bij overmatig zweten - in warme klimaten of tijdens lichamelijke inspanning. Gebrek aan natrium in het lichaam wordt gekenmerkt door geheugenstoornissen en verlies van eetlust, duizeligheid, vermoeidheid, uitdroging, spierzwakte en soms krampen, huiduitslag, maagkrampen, misselijkheid en braken.

Tekenen van overtollig natrium

Een overmatige hoeveelheid natrium in het lichaam wordt gevoeld door constante dorst, zwelling en allergische reacties.

Natrium is een alkalimetaal. De chemische activiteit is de hoogste van alle andere metalen van het periodiek systeem. Dat is de reden waarom veel chemische problemen zijn gebaseerd op de eigenschappen van dit element, evenals op de productie ervan.

Hoe natrium te krijgen: formule

Eerder werd natrium verkregen door reductie van natriumcarbonaat. Om dit te doen, werden steenkool en natriumcarbonaat stevig in een ijzeren container geplaatst. Daarna werd het mengsel verwarmd tot 1000 graden:

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

Momenteel gebruikt de industrie een andere methode om metallisch natrium te verkrijgen. Hiervoor wordt de elektrolyse van een smelt van natriumchloride uitgevoerd.

2NaCl -> 2Na + Cl2

Om een ​​smelt te verkrijgen, moeten natriumchloridekristallen worden verwarmd tot 500 - 600 graden.

Veel mensen zijn geïnteresseerd in hoe je thuis natrium kunt krijgen. Zoals je kunt zien is het mogelijk als je het smeltpunt van keukenzout (natriumchloride) kunt bereiken. Laat daarna twee grafietelektroden in de smelt zakken en verbind ze met een bron van gelijkstroom.

Hoe natriumhydroxide te krijgen

Natrium reageert zeer heftig met water om natriumhydroxide te vormen, waarbij waterstof vrijkomt en veel warmte vrijkomt. Natrium reageert zelfs met waterdamp in de lucht, dus metallisch natrium wordt opgeslagen onder een laag vloeibare paraffine of kerosine.

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

Natriumhydroxide wordt veel gebruikt in de industrie en het dagelijks leven. Deze verbinding heeft andere namen: bijtende soda, bijtende alkali, bijtende, technische of bijtende soda.

Hoe natriumoxide te krijgen

Natrium wordt gemakkelijk geoxideerd door zuurstof uit de lucht (daarom wordt metallisch natrium opgeslagen onder een laag kerosine) om natriumoxide te vormen:

4Na + O 2 \u003d 2Na 2 O

Veel studenten geloven dat natriumoxide kan worden verkregen door natrium in zuurstof te verbranden. Maar dit is niet waar. Tijdens de verbranding werkt natrium zo actief samen met zuurstof dat in plaats van oxide natriumperoxide wordt gevormd:

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Hoe natriumacetaat te krijgen

U kunt natriumacetaat verkrijgen door de neutralisatiereactie van natriumbicarbonaat met azijnzuur uit te voeren:

CH 3 COOH + NaHCO 3 \u003d CH 3 COONa + H 2 O + CO 2

Deze chemische reactie is goed bekend bij huisvrouwen, bij het bakken van verschillende deegproducten nemen ze er vaak hun toevlucht tot.

Als het nodig is om natriumacetaat in kristallijne vorm te verkrijgen, wordt de tijdens de reactie verkregen oplossing ingedampt.

Het is dus heel eenvoudig om natriumacetaat in huis te krijgen. Maar het is nog gemakkelijker om naar binnen te gaan en het bij een chemiewinkel te kopen, omdat deze stof is erg goedkoop en het is nauwelijks de moeite waard om met zijn onafhankelijke productie te knoeien.

Natriumchloride: hoe te krijgen

Natriumchloride kan worden verkregen door zoutzuur te neutraliseren met natriumcarbonaat. Tijdens de reactie wordt een oplossing van natriumchloride in water gevormd en komt kooldioxide vrij. Als het nodig is om kristallijn natriumchloride te verkrijgen, wordt de tijdens de reactie verkregen oplossing onderworpen aan verdamping.

Na 2 CO 3 + HCl \u003d NaCl + H 2 O + CO 2

Onder de naam natriumchloride is tafelzout bij ons allemaal bekend.

Natrium —element de hoofdsubgroep van de eerste groep, de derde periode van het periodiek systeem van chemische elementen van D. I. Mendeleev, met atoomnummer 11. Het wordt aangeduid met het symbool Na (lat. Natrium). De eenvoudige stof natrium (CAS-nummer: 7440-23-5) is een zacht, zilverwit alkalimetaal.

In water gedraagt ​​​​natrium zich bijna hetzelfde als lithium: de reactie verloopt met de snelle afgifte van waterstof, natriumhydroxide wordt in de oplossing gevormd.

Geschiedenis en oorsprong van de naam

Natrium (of beter gezegd, zijn verbindingen) wordt al sinds de oudheid gebruikt. Bijvoorbeeld soda (natron), dat van nature voorkomt in de wateren van sodameren in Egypte. De oude Egyptenaren gebruikten natuurlijke soda voor het balsemen, het bleken van canvas, het koken van voedsel, het maken van verf en glazuur. Plinius de Oudere schrijft dat in de Nijldelta soda (het bevatte voldoende onzuiverheden) werd geïsoleerd uit rivierwater. Het ging in de verkoop in de vorm van grote stukken, vanwege de bijmenging van steenkool, grijs of zelfs zwart geverfd.

Natrium werd voor het eerst verkregen door de Engelse chemicus Humphry Davy in 1807 door elektrolyse van vast NaOH.

De naam "natrium" (natrium) komt uit het Arabisch natrun in het Grieks - nitron en oorspronkelijk verwees het naar natuurlijke soda. Het element zelf heette vroeger Natrium.

Ontvangst

De eerste manier om natrium te verkrijgen was de reductiereactie natriumcarbonaat steenkool bij het verwarmen van een dicht mengsel van deze stoffen in een ijzeren container tot 1000 ° C:

Na 2 CO 3 + 2C \u003d 2Na + 3CO

Toen verscheen er een andere methode om natrium te verkrijgen - elektrolyse van een smelt van natronloog of natriumchloride.

Fysieke eigenschappen

Metallisch natrium geconserveerd in kerosine

Kwalitatieve bepaling van natrium met behulp van een vlam - felgele kleur van het emissiespectrum "D-lijnen van natrium", doublet 588,9950 en 589,5924 nm.

Natrium is een zilverwit metaal, in dunne lagen met een violette tint, plastic, zelfs zacht (gemakkelijk te snijden met een mes), een verse snee natrium glinstert. De waarden van elektrische geleidbaarheid en thermische geleidbaarheid van natrium zijn vrij hoog, de dichtheid is 0,96842 g / cm³ (bij 19,7 ° C), het smeltpunt is 97,86 ° C, het kookpunt is 883,15 ° C.

Chemische eigenschappen

Alkalimetaal, gemakkelijk geoxideerd in lucht. Ter bescherming tegen zuurstof uit de lucht wordt metallisch natrium opgeslagen onder een laagje kerosine. Natrium is minder actief dan lithium, dus met stikstof reageert alleen bij verhitting:

2Na + 3N2 = 2NaN3

Bij een grote overmaat aan zuurstof wordt natriumperoxide gevormd

2Na + O 2 \u003d Na 2 O 2

Sollicitatie

Metallisch natrium wordt veel gebruikt in de preparatieve chemie en de industrie als een sterk reductiemiddel, inclusief metallurgie. Natrium wordt gebruikt bij de productie van zeer energie-intensieve natrium-zwavelbatterijen. Het wordt ook gebruikt in uitlaatkleppen van vrachtwagens als koellichaam. Af en toe wordt metallisch natrium gebruikt als materiaal voor elektrische draden die zijn ontworpen voor zeer hoge stromen.

In een legering met kalium, maar ook met rubidium en cesium gebruikt als een zeer efficiënt warmteoverdrachtsmedium. In het bijzonder een legering met samenstelling natrium 12%, potassium 47 %, cesium 41% heeft een record laag smeltpunt van -78 ° C en is voorgesteld als werkvloeistof voor ionenraketmotoren en als koelmiddel voor kerncentrales.

Natrium wordt ook gebruikt in hogedruk- en lagedrukontladingslampen (HLD en HLD). Lampen NLVD type DNaT (Arc Sodium Tubular) worden zeer veel toegepast in straatverlichting. Ze geven een fel geel licht af. De levensduur van HPS-lampen is 12-24 duizend uur. Daarom zijn gasontladingslampen van het type DNaT onmisbaar voor stedelijke, architecturale en industriële verlichting. Er zijn ook lampen DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) en DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

Natriummetaal wordt gebruikt bij de kwalitatieve analyse van organisch materiaal. Een legering van natrium en de teststof wordt geneutraliseerd ethanol, voeg een paar milliliter gedestilleerd water toe en verdeel in 3 delen, J. Lassen's test (1843), gericht op het bepalen van stikstof, zwavel en halogenen (Beilstein-test)

Natriumchloride (keukenzout) is het oudste gebruikte smaak- en conserveringsmiddel.
- Natriumazide (Na 3 N) wordt gebruikt als nitreermiddel in de metallurgie en bij de productie van loodazide.
— Natriumcyanide (NaCN) wordt gebruikt bij de hydrometallurgische methode om goud uit rotsen te logen, evenals bij het nitrocarboneren van staal en bij galvaniseren (zilver, vergulden).
- Natriumchloraat (NaClO 3) wordt gebruikt om ongewenste begroeiing op het spoor te vernietigen.

Biologische rol

In het lichaam bevindt natrium zich meestal buiten de cellen (ongeveer 15 keer meer dan in het cytoplasma). Dit verschil wordt in stand gehouden door de natrium-kaliumpomp, die het natrium dat de cel is binnengekomen eruit pompt.

Samen metpotassiumnatrium vervult de volgende functies:
Het creëren van voorwaarden voor het optreden van membraanpotentiaal en spiercontracties.
Handhaving van de osmotische concentratie van het bloed.
Het zuur-base-evenwicht behouden.
Normalisatie van de waterhuishouding.
Zorgen voor membraantransport.
Activering van veel enzymen.

Natrium komt in bijna alle voedingsmiddelen voor, hoewel het lichaam het meeste uit keukenzout haalt. Absorptie vindt voornamelijk plaats in de maag en dunne darm. Vitamine D verbetert de opname van natrium, maar te zoute voedingsmiddelen en voedingsmiddelen die rijk zijn aan eiwitten verstoren de normale opname. De hoeveelheid natrium die met voedsel wordt ingenomen, geeft de hoeveelheid natrium in de urine aan. Natriumrijke voedingsmiddelen worden gekenmerkt door een versnelde uitscheiding.

Natriumtekort in de voeding uitgebalanceerd eten komt niet voor bij mensen, maar er kunnen zich problemen voordoen met vegetarische diëten. Een tijdelijk tekort kan worden veroorzaakt door gebruik van diuretica, diarree, overmatig zweten of overmatige inname van water. Symptomen van natriumtekort zijn gewichtsverlies, braken, gas in het maagdarmkanaal en malabsorptie. aminozuren en monosacchariden. Langdurig tekort veroorzaakt spierkrampen en neuralgie.

Een teveel aan natrium veroorzaakt zwelling van de benen en het gezicht, evenals een verhoogde uitscheiding van kalium in de urine. De maximale hoeveelheid zout die de nieren kunnen verwerken is ongeveer 20-30 gram, een grotere hoeveelheid is al levensbedreigend.

Natrium verbindingen

Natrium, Natrium, Na (11)
De naam natrium - natrium, natrium komt van een oud woord dat veel voorkomt in Egypte, bij de oude Grieken (vixpov) en Romeinen. Het wordt gevonden in Plinius (Nitron), in andere oude auteurs en komt overeen met het Hebreeuwse neter (neter). In het oude Egypte werd natron of nitron over het algemeen alkali genoemd, niet alleen verkregen uit natuurlijke sodameren, maar ook uit plantenas. Het werd gebruikt voor het wassen, het maken van glazuren en voor het mummificeren van lijken. In de middeleeuwen werd de naam nitron (nitron, natron, nataron), evenals borah (baurach), ook toegepast op salpeter (Nitrum). Arabische alchemisten noemden alkaliën alkali. Met de ontdekking van buskruit in Europa begon salpeter (Sal Petrae) strikt te worden onderscheiden van alkaliën, en in de 17e eeuw. al onderscheiden niet-vluchtig of gefixeerd alkali en vluchtig alkali (Alkali vluchtig). Tegelijkertijd werd een onderscheid gemaakt tussen plantaardig (Alkali fixum vegetabile - potas) en minerale alkali (Alkali fixum minerale - soda).

Aan het einde van de achttiende eeuw. Klaproth introduceerde de naam natron (Natron) of natrium voor minerale alkali, en voor plantaardige alkali - kalium (Kali), plaatste Lavoisier geen alkaliën in de "Table of Simple Bodies", wat in een notitie aangeeft dat dit waarschijnlijk complexe stoffen waren die ooit waren, zullen op een dag verstrooid worden. Inderdaad, in 1807 verkreeg Davy, door elektrolyse van licht bevochtigde vaste basen, vrije metalen - kalium en natrium, die ze kalium (kalium) en natrium (natrium) noemden. Het volgende jaar stelde Hilbert, uitgever van de beroemde Annals of Physics, voor om de nieuwe metalen kalium en natrium (Natronium) te noemen; Berzelius verkortte de laatste naam tot "natrium" (Natrium). Aan het begin van de 19e eeuw. in Rusland werd natrium natrium genoemd (Dvigubsky, 182i; Solovyov, 1824); Strakhov stelde de naam zode voor (1825). Natriumzouten werden bijvoorbeeld natriumsulfaat, zoutzuur en tegelijkertijd azijnzuur genoemd (Dvigubsky, 1828). Hess introduceerde in navolging van Berzelius de naam natrium.

Natrium (Latijn Natrium, aangeduid met het symbool Na) is een element met atoomnummer 11 en atoomgewicht 22.98977. Het is een element van de hoofdsubgroep van de eerste groep, de derde periode van het periodiek systeem van chemische elementen van Dmitry Ivanovich Mendelejev. De eenvoudige stof natrium is zacht, smeltbaar (smeltpunt 97,86°C), ductiel, licht (dichtheid 0,968 g/cm3), zilverwit alkalimetaal.

Natuurlijk natrium bestaat uit slechts één isotoop met een massagetal van 23. In totaal zijn momenteel 15 isotopen en 2 nucleaire isomeren bekend. De meeste kunstmatig geproduceerde radioactieve isotopen hebben een halfwaardetijd van minder dan een minuut. Slechts twee isotopen hebben relatief lange halfwaardetijden: positron-emitterend 22Na met een halfwaardetijd van 2,6 jaar, dat wordt gebruikt als bron van positronen en in wetenschappelijk onderzoek, en 24Na met een halfwaardetijd van 15 uur, gebruikt in de geneeskunde om sommige vormen van leukemie te diagnosticeren en te behandelen.

Natrium in de vorm van verschillende verbindingen is al sinds de oudheid bekend. Natriumchloride (NaCl) of keukenzout is een van de belangrijkste vitale verbindingen, men gelooft dat het in het Neolithicum bij de mens bekend werd, dat wil zeggen, het blijkt dat de mensheid al meer dan zesduizend jaar natriumchloride gebruikt! In het Oude Testament is er sprake van een stof genaamd "neter", het werd gebruikt als wasmiddel. Hoogstwaarschijnlijk - dit is soda, natriumcarbonaat, dat wordt aangetroffen in de wateren van zoutmeren in Egypte.

In de 18e eeuw kenden scheikundigen al een groot aantal natriumverbindingen; zouten van dit metaal werden veel gebruikt in de geneeskunde en de textielindustrie (voor het verven van stoffen en het looien van leer). Metallisch natrium werd echter pas in 1807 verkregen door de Engelse chemicus Humphry Davy.

De belangrijkste toepassingsgebieden van natrium zijn kernenergietechniek, metallurgie en de organische synthese-industrie. In de kernenergietechniek worden natrium en zijn legering met kalium gebruikt als koelmiddelen voor vloeibaar metaal. In de metallurgie worden een aantal vuurvaste metalen verkregen volgens de natriummetaalmethode; door KOH te reduceren met natrium wordt kalium geïsoleerd. Daarnaast wordt natrium gebruikt als additief dat loodlegeringen versterkt. In de organische synthese-industrie wordt natrium gebruikt bij de productie van veel stoffen. Natrium werkt als katalysator bij de bereiding van sommige organische polymeren. De belangrijkste natriumverbindingen zijn natriumoxide Na2O, natriumperoxide Na2O2 en natriumhydroxide NaOH. Natriumperoxide wordt gebruikt voor het bleken van stoffen, voor luchtregeneratie in geïsoleerde kamers. Natriumhydroxide is een van de belangrijkste producten van de chemische basisindustrie. In enorme hoeveelheden wordt het geconsumeerd om olieraffinaderijproducten te zuiveren. Bovendien wordt natriumhydroxide veel gebruikt in zeep-, papier-, textiel- en andere industrieën, evenals bij de productie van kunstmatige vezels.

Natrium is een van de belangrijkste elementen die betrokken zijn bij het mineraalmetabolisme van dieren en mensen. In het menselijk lichaam wordt natrium in de vorm van oplosbare zouten (chloride, fosfaat, bicarbonaat) voornamelijk aangetroffen in extracellulaire vloeistoffen - bloedplasma, lymfe, spijsverteringssappen. De osmotische druk van bloedplasma wordt op het vereiste niveau gehouden, voornamelijk dankzij natriumchloride.

Symptomen van natriumtekort zijn gewichtsverlies, braken, gasvorming in het maagdarmkanaal en verminderde opname van aminozuren en monosacchariden. Langdurig tekort veroorzaakt spierkrampen en neuralgie. Een teveel aan natrium veroorzaakt zwelling van de benen en het gezicht, evenals een verhoogde uitscheiding van kalium in de urine.

Biologische eigenschappen

Natrium behoort tot de groep van macro-elementen, die samen met micro-elementen een belangrijke rol spelen in het mineraalmetabolisme van dier en mens. Macronutriënten worden in aanzienlijke hoeveelheden in het lichaam aangetroffen, gemiddeld 0,1 tot 0,9% van het lichaamsgewicht. Het natriumgehalte in het lichaam van een volwassene is 55-60 g per 70 kg lichaamsgewicht. Element nummer elf zit voornamelijk in extracellulaire vloeistoffen: in het bloed - 160-240 mg, in plasma - 300-350 mg, in erytrocyten - 50-130 mg. Botweefsel bevat tot 180 mg natrium, tandglazuur is veel rijker aan deze macronutriënt - 250 mg. In de longen concentreert het zich tot 250 mg, in het hart 185 mg natrium. Spierweefsel bevat ongeveer 75 mg natrium.

De belangrijkste functie van natrium in het lichaam van mensen, dieren en zelfs planten is het handhaven van de water-zoutbalans in cellen, het reguleren van de osmotische druk en het zuur-base-evenwicht. Om deze reden is het natriumgehalte in plantencellen vrij hoog (ongeveer 0,01% nat gewicht), natrium zorgt voor een hoge osmotische druk in het celsap en helpt zo om water uit de grond te halen. Bij mens en dier is natrium verantwoordelijk voor de normalisatie van de neuromusculaire activiteit (neemt deel aan de normale geleiding van zenuwimpulsen) en houdt het de noodzakelijke mineralen in het bloed in opgeloste toestand vast. Over het algemeen is de rol van natrium bij de regulering van het metabolisme veel breder, omdat dit element noodzakelijk is voor de normale groei en conditie van het lichaam. Natrium speelt de rol van een "koerier" en levert verschillende stoffen aan elke cel, bijvoorbeeld bloedsuiker. Het voorkomt het optreden van hitte of zonnesteek en heeft ook een uitgesproken vaatverwijdend effect.

Natrium werkt actief samen met andere elementen, dus samen met chloor voorkomen ze het lekken van vloeistof uit bloedvaten naar aangrenzende weefsels. De belangrijkste "partner" van natrium is echter kalium, in samenwerking waarmee ze de meeste van de bovengenoemde functies vervullen. De optimale dagelijkse dosis natrium voor kinderen is van 600 tot 1.700 milligram, voor volwassenen van 1.200 tot 2.300 milligram. In tafelzoutequivalent (de meest populaire en betaalbare natriumbron) komt dit overeen met 3-6 gram per dag (100 gram tafelzout bevat 40 gram natrium). De dagelijkse behoefte aan natrium hangt voornamelijk af van de hoeveelheid zouten die verloren gaan met zweten en kan oplopen tot 10 gram NaCl. Natrium wordt in bijna alle voedingsmiddelen aangetroffen (een aanzienlijke hoeveelheid in roggebrood, kippeneieren, harde kaas, rundvlees en melk), maar het lichaam haalt het meeste uit keukenzout. Assimilatie van het elfde element vindt voornamelijk plaats in de maag en dunne darm, vitamine D draagt ​​bij aan een betere opname van natrium. Tegelijkertijd kan voedsel dat rijk is aan eiwitten en vooral zout de opname bemoeilijken. De concentratie van natriumionen in het lichaam wordt voornamelijk gereguleerd door het hormoon van de bijnierschors - aldosteron, de nieren houden natrium vast of geven natrium af, afhankelijk van of een persoon natrium misbruikt of minder krijgt. Om deze reden kan onder normale externe omstandigheden en een goede werking van de nieren geen tekort of overschot aan natrium optreden. Het ontbreken van dit element kan optreden bij een aantal vegetarische diëten. Bovendien worden zware natriumverliezen met zweten ervaren door mensen met zware fysieke beroepen en atleten. Natriumtekort is ook mogelijk bij verschillende vergiftigingen, gepaard gaand met hevig zweten, braken en diarree. Deze onbalans kan echter gemakkelijk worden opgevuld met mineraalwater, waaruit het lichaam niet alleen natrium ontvangt, maar ook een bepaalde hoeveelheid andere minerale zouten (kalium, chloor en lithium).

Bij een tekort aan natrium (hyponatriëmie) treden symptomen op zoals verlies van eetlust, verminderde smaaksensaties, maagkrampen, misselijkheid, braken, gasvorming, als gevolg van dit alles - ernstig gewichtsverlies. Langdurig tekort veroorzaakt spierkrampen en neuralgie: de patiënt kan moeite hebben met balanceren tijdens het lopen, duizeligheid en vermoeidheid, en shock kan optreden. Symptomen van natriumtekort omvatten ook geheugenproblemen, plotselinge stemmingswisselingen en depressie.

Een teveel aan natrium veroorzaakt waterretentie in het lichaam, met als resultaat een toename van de bloeddichtheid, dus een toename van de bloeddruk (hypertensie), oedeem en vaatziekten. Bovendien leidt een teveel aan natrium tot een verhoogde uitscheiding van kalium in de urine. De maximale hoeveelheid zout die de nieren kunnen verwerken is ongeveer 20-30 gram, een grotere hoeveelheid is al levensbedreigend!

In de geneeskunde wordt een groot aantal natriumpreparaten gebruikt, de meest gebruikte zijn natriumsulfaat, chloride (voor bloedverlies, vochtverlies, braken); thiosulfaat Na2S2O3∙5H2O (ontstekingsremmend en antitoxisch middel); boraat Na2B4O7∙10H2O (antiseptisch); bicarbonaat NaHCO3 (als slijmoplossend middel, maar ook voor wassen en spoelen met rhinitis, laryngitis).

Tafelzout - een onmisbare en waardevolle smaakmaker voor voedsel was in de oudheid bekend. Tegenwoordig is natriumchloride een goedkoop product, samen met steenkool, kalksteen en zwavel een van de zogenaamde "big four" mineralen, de belangrijkste voor de chemische industrie. Maar er waren tijden dat zout in prijs gelijk was aan goud. Zo kregen legionairs in het oude Rome bijvoorbeeld vaak salarissen niet met geld, maar met zout, vandaar het woord soldaat. Zout werd aan het Kievse Rijk geleverd vanuit de Karpaten, maar ook vanuit zoutmeren en estuaria van de Zwarte Zee en de Azovzee. De extractie en levering ervan was zo duur dat het op plechtige feesten werd geserveerd op de tafels van alleen nobele gasten, terwijl de rest "niet zout slurpend" verspreidde. Zelfs na de annexatie van het Astrakhan-koninkrijk met zijn zouthoudende meren van de Kaspische Zee aan Rus', daalde de zoutprijs niet, wat onvrede veroorzaakte onder de armste delen van de bevolking, die escaleerde tot een opstand die bekend staat als de Salt Oproer (1648). Peter I voerde in 1711 een monopolie in op de handel in zout als strategisch belangrijke grondstof, het alleenrecht op de handel in zout voor de staat duurde tot 1862. Tot nu toe is de oude traditie bewaard gebleven om gasten te ontvangen met "brood en zout", wat betekende dat ze het duurste in huis deelden.

Iedereen kent de uitdrukking: "Om iemand te leren kennen, moet je een pond zout met hem eten", maar weinig mensen dachten na over de betekenis van deze zin. Naar schatting verbruikt een persoon tot 8 kilogram natriumchloride per jaar. Het blijkt dat de populaire uitdrukking slechts één jaar impliceert - in deze periode kan immers een poedel zout (16 kg) samen worden gegeten.

De elektrische geleidbaarheid van natrium is drie keer lager dan die van koper. Natrium is echter negen keer lichter, dus natriumdraden, als ze zouden bestaan, zouden goedkoper zijn dan koperdraden. Toegegeven, er zijn met natrium gevulde stalen staven die zijn ontworpen voor hoge stromen.

Geschat wordt dat steenzout in een hoeveelheid gelijk aan het gehalte aan natriumchloride in de oceanen een volume van 19 miljoen kubieke meter zou innemen. km (50% meer dan het totale volume van het Noord-Amerikaanse continent boven zeeniveau). Een prisma van dit volume met een basisoppervlak van 1 km2 kan 47 keer de Maan bereiken! Zout gewonnen uit zeewater zou het hele land van de wereld kunnen bedekken met een laag van 130 m! Nu heeft de totale productie van natriumchloride uit zeewater 6-7 miljoen ton per jaar bereikt, wat ongeveer een derde is van de totale wereldproductie.

Wanneer natriumperoxide in wisselwerking staat met koolstofdioxide, vindt er een proces plaats dat omgekeerd is aan ademen:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Tijdens de reactie wordt koolstofdioxide gebonden en komt zuurstof vrij. Deze reactie heeft toepassing gevonden in onderzeeërs voor luchtregeneratie.

Een interessant feit werd vastgesteld door Canadese wetenschappers. Ze ontdekten dat bij opvliegende en prikkelbare mensen natrium snel uit het lichaam wordt uitgescheiden. Bij rustige en vriendelijke mensen, maar ook bij degenen die positieve emoties ervaren, bijvoorbeeld bij geliefden, wordt deze stof goed opgenomen.

Met behulp van natrium werd op 3 januari 1959 een kunstmatige komeet gecreëerd op een afstand van 113 duizend km van de aarde door natriumdamp in de wereldruimte te gooien vanuit een Sovjet-ruimtevaartuig dat naar de maan vloog. De heldere gloed van de natriumkomeet maakte het mogelijk om de baan te verfijnen van het eerste vliegtuig dat de route aarde-maan passeerde.

Bronnen met een hoog natriumgehalte zijn onder meer geraffineerd zeezout, hoogwaardige sojasauzen, verschillende augurken, zuurkool en vleesbouillon. In een kleine hoeveelheid is het elfde element aanwezig in zeewier, oesters, krabben, verse peen en bieten, witlof, selderij en paardenbloem.

Verhaal

Natuurlijke natriumverbindingen - tafelzout NaCl en soda Na2CO3 - zijn al sinds de oudheid bij de mens bekend. De oude Egyptenaren gebruikten natuurlijke soda, gewonnen uit het water van sodameren, voor het balsemen, bleken van canvas, het koken van voedsel, het maken van verf en glazuur. De Egyptenaren noemden deze verbinding neter, maar deze term verwees niet alleen naar natuurlijke soda, maar ook naar alkali in het algemeen, inclusief die verkregen uit plantenas. Latere Griekse (Aristoteles, Dioscorides) en Romeinse (Plutarchus) bronnen vermelden deze stof ook, maar al onder de naam "nitron". De oude Romeinse historicus Plinius de Oudere schreef dat in de Nijldelta soda (hij noemt het "nitrum") werd geïsoleerd uit rivierwater, in de vorm van grote stukken ging het in de verkoop. Met een grote hoeveelheid onzuiverheden, voornamelijk steenkool, had dergelijke frisdrank een grijze en soms zelfs zwarte kleur. In de middeleeuwse Arabische literatuur verschijnt de term "natron", waaruit geleidelijk in de XVII-XVIII eeuw. de term "natra" wordt gevormd, dat wil zeggen de basis waaruit keukenzout kan worden verkregen. Van "natra" kwam de moderne naam van het element.

De moderne afkorting "Na" en het Latijnse woord "natrium" werden voor het eerst gebruikt in 1811 door Jens Jakob Berzelius, een academicus en oprichter van de Swedish Society of Physicians, om natuurlijke minerale zouten aan te duiden, waaronder soda. Deze nieuwe term verving de oorspronkelijke naam "natrium", die aan het metaal werd gegeven door de Engelse chemicus Humphry Davy, die als eerste metallisch natrium verkreeg. Er wordt aangenomen dat Devi zich liet leiden door de Latijnse naam van frisdrank - "frisdrank", hoewel er een andere veronderstelling is: in het Arabisch is er het woord "suda", wat hoofdpijn betekent, in de oudheid werd deze aandoening behandeld met frisdrank. Opgemerkt moet worden dat natrium in een aantal West-Europese landen (Groot-Brittannië, Frankrijk, Italië), evenals in de Verenigde Staten van Amerika, natrium wordt genoemd.

Ondanks dat natriumverbindingen al heel lang bekend zijn, kon het metaal pas in 1807 in zuivere vorm worden verkregen door de Engelse chemicus Humphry Davy door elektrolyse van licht bevochtigd vast natriumhydroxide NaOH. Het feit is dat natrium niet kon worden verkregen met traditionele chemische methoden - vanwege de hoge activiteit van het metaal, terwijl Davy's methode vooruitliep op het wetenschappelijke denken en de technische ontwikkelingen van die tijd. Aan het begin van de 19e eeuw was de enige echt toepasbare en geschikte stroombron een voltaïsche kolom. Degene die Davy gebruikte had 250 paar koperen en zinken platen. Het proces beschreven door D.I. Mendeleev in een van zijn werken, was buitengewoon complex en energie-intensief: “Een stuk natte (om galvanische geleidbaarheid te bereiken) natronloog verbinden met de positieve (van koper of steenkool) pool en er een uitsparing in maken, waarin kwik was gegoten, verbonden met de negatieve pool ( kathode ) van een sterke voltaïsche kolom, merkte Davy op dat in kwik, wanneer een stroom wordt gepasseerd, een speciaal metaal wordt opgelost, minder vluchtig dan kwik, en in staat is om water te ontbinden en opnieuw bijtende soda te vormen. Vanwege de hoge energie-intensiteit kreeg de alkalische methode pas aan het einde van de 19e eeuw industriële distributie - met de komst van meer geavanceerde energiebronnen, en in 1924 veranderde de Amerikaanse ingenieur G. Downs het proces van elektrolytische natriumproductie fundamenteel, ter vervanging van alkali met veel goedkoper tafelzout.

Een jaar na de ontdekking van Davy verkregen Joseph Gay-Lussac en Louis Tenard natrium niet door elektrolyse, maar door bijtende soda te laten reageren met gloeiend ijzer. Nog later ontwikkelde St. Clair Deville een methode waarbij natrium werd verkregen door soda te reduceren met steenkool in aanwezigheid van kalksteen.

In de natuur zijn

Natrium is een van de meest voorkomende elementen - de zesde in termen van kwantitatief gehalte in de natuur (van niet-metalen komt alleen zuurstof vaker voor - 49,5% en silicium - 25,3%) en de vierde onder metalen (alleen ijzer komt vaker voor - 5,08%, aluminium - 7,5% en calcium - 3,39%). De clarke (gemiddeld gehalte in de aardkorst) varieert volgens verschillende schattingen van 2,27 gewichtsprocent tot 2,64 procent. Het grootste deel van dit element wordt aangetroffen in verschillende aluminosilicaten. Natrium is een typisch element in het bovenste deel van de aardkorst; dit kan gemakkelijk worden getraceerd door de mate van metaalgehalte in verschillende gesteenten. Dus de hoogste concentratie natrium - 2,77 massaprocent - in zure stollingsgesteenten (graniet en een aantal andere), in basisgesteenten (basalt en dergelijke), het gemiddelde gehalte van het elfde element is al 1,94 massaprocent. De ultramafische rotsen van de mantel hebben het laagste natriumgehalte - slechts 0,57%. Arm in het elfde element en sedimentair gesteente (klei en leisteen) - 0,66% per gewicht, niet rijk aan natrium en de meeste bodems - een gemiddeld gehalte van ongeveer 0,63%.

Vanwege zijn hoge reactiviteit komt natrium in de natuur alleen voor in de vorm van zouten. Het totale aantal bekende natriummineralen is meer dan tweehonderd. Ze worden echter lang niet allemaal als de belangrijkste beschouwd, wat de belangrijkste bronnen zijn voor het verkrijgen van dit alkalimetaal en zijn verbindingen. Het is vermeldenswaard haliet (steenzout) NaCl, mirabiliet (Glauber's zout) Na2SO4 · 10H2O, Chileense salpeter NaNO3, kryoliet Na3, tincal (borax) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3∙2H2O, thenardiet Na2SO4, evenals natuurlijke silicaten, zoals albiet Na, nepheline Na, dat naast natrium en andere elementen bevat. Als gevolg van de isomorfie van Na+ en Ca2+, die te wijten is aan de nabijheid van hun ionische stralen, worden natrium-calcium veldspaat (plagioklaasen) gevormd in stollingsgesteenten.

Natrium is het belangrijkste metaalelement in zeewater, naar schatting bevatten de wateren van de Wereldoceaan 1,5 1016 ton natriumzouten (de gemiddelde concentratie van oplosbare zouten in de wateren van de Wereldoceaan is ongeveer 35 ppm, dat is 3,5% in gewicht, voor het natriumaandeel zijn ze goed voor 1,07%. Zo'n hoge concentratie komt door de zogenaamde natriumcyclus in de natuur. Het feit is dat dit alkalimetaal vrij zwak wordt vastgehouden op de continenten en actief wordt getransporteerd door rivierwateren naar de zeeën en oceanen. Verdamping in lagunes aan de kust en in zee, evenals in continentale meren van steppen en woestijnen, precipiteert natriumzouten, die lagen van zouthoudende rotsen vormen. Soortgelijke afzettingen van natriumzouten in een relatief zuivere vorm komen op alle continenten voor als gevolg van de verdamping van oude zeeën. Deze processen vinden plaats in onze tijd, als voorbeeld zijn het Salt Lake-meer, gelegen in de staat Utah (VS), Baskunchak (Rusland, Akhtubinsky-district), zoutmeren van het Altai-territorium (Rusland), evenals de Dode Zee en andere soortgelijke plaatsen.

Steenzout vormt enorme ondergrondse afzettingen (vaak honderden meters dik) die meer dan 90% NaCl bevatten. De typische Cheshire-zoutafzetting (de belangrijkste bron van natriumchloride in het VK) beslaat een gebied van 60 bij 24 km en heeft een zoutbeddikte van ongeveer 400 m. Deze afzetting alleen al wordt geschat op meer dan 1011 ton.

Daarnaast is natrium een ​​belangrijk bio-element, het wordt in relatief grote hoeveelheden aangetroffen in levende organismen (gemiddeld 0,02%, voornamelijk in de vorm van NaCl), en in dieren meer dan in planten. De aanwezigheid van natrium is vastgesteld in de zonneatmosfeer en de interstellaire ruimte. In de bovenste lagen van de atmosfeer (op een hoogte van ongeveer 80 kilometer) werd een laag atomair natrium ontdekt. Feit is dat op zo'n hoogte zuurstof, waterdamp en andere stoffen waarmee natrium zou kunnen interageren bijna volledig afwezig zijn.

Sollicitatie

Natriummetaal en zijn verbindingen worden veel gebruikt in verschillende industrieën. Vanwege zijn hoge reactiviteit wordt dit alkalimetaal in de metallurgie gebruikt als reductiemiddel voor de productie van metalen zoals niobium, titanium, hafnium en zirkonium door metallothermie. In de eerste helft van de 19e eeuw werd natrium gebruikt om aluminium te isoleren (van aluminiumchloride), tegenwoordig worden het elfde element en zijn zouten nog steeds gebruikt als modificator bij de productie van sommige soorten gegoten aluminiumlegeringen. Ook wordt natrium gebruikt in een op lood gebaseerde legering (0,58% Na), die wordt gebruikt bij de vervaardiging van axiale lagers voor treinwagons, het alkalimetaal in deze legering is een versterkend element. Natrium en zijn legeringen met kalium zijn vloeibare koelmiddelen in kernreactoren, omdat beide elementen een kleine absorptiedwarsdoorsnede hebben voor thermische neutronen (0,49 bar voor Na). Bovendien hebben deze legeringen hoge kookpunten en warmteoverdrachtscoëfficiënten en hebben ze geen interactie met structurele materialen bij hoge temperaturen die zijn ontwikkeld in kernreactoren, waardoor ze het verloop van de kettingreactie niet beïnvloeden.

Niet alleen kernenergie gebruikt echter natrium als warmtedrager - element nr. 11 wordt veel gebruikt als warmtedrager voor processen die een gelijkmatige verwarming vereisen in het temperatuurbereik van 450 tot 650 ° C - in kleppen van vliegtuigmotoren, in uitlaatkleppen van vrachtwagens, in spuitgietmachines voor druk. Een legering van natrium, kalium en cesium (Na 12%, K 47%, Cs 41%) heeft een record laag smeltpunt (slechts 78 ° C), daarom werd het voorgesteld als de werkvloeistof van ionenraketmotoren. In de chemische industrie wordt natrium gebruikt bij de productie van cyanidezouten, synthetische wasmiddelen (detergeniden) en farmaceutische preparaten. Bij de productie van kunstrubber speelt natrium de rol van katalysator die butadieenmoleculen combineert tot een product dat qua eigenschappen niet onderdoet voor de beste soorten natuurlijk rubber. De NaPb-verbinding (10 massaprocent Na) wordt gebruikt bij de productie van tetraethyllood, het meest effectieve antiklopmiddel. Natriumdamp wordt gebruikt om hoge- en lagedrukontladingslampen (NLVD en NLND) te vullen. Een natriumlamp is gevuld met neon en bevat een kleine hoeveelheid metallisch natrium; als zo'n lamp aangaat, begint de ontlading in neon. Door de warmte die vrijkomt bij het ontladen verdampt het natrium en na een tijdje wordt het rode neonlicht vervangen door de gele gloed van natrium. Natriumlampen zijn krachtige lichtbronnen met een hoog rendement (tot 70% in laboratoriumomstandigheden). Het hoge rendement van natriumlampen maakte het mogelijk om ze te gebruiken voor het verlichten van snelwegen, treinstations, jachthavens en andere grootschalige objecten. Dus NLVD-lampen van het DNaT-type (Arc Sodium Tubular), die felgeel licht geven, worden veel gebruikt in straatverlichting, de levensduur van dergelijke lampen is 12-24 duizend uur. Daarnaast zijn er lampen DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) en DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury). Natrium wordt gebruikt bij de productie van zeer energie-intensieve natrium-zwavelbatterijen. Bij organische synthese wordt natrium gebruikt bij reductie, condensatie, polymerisatie en andere reacties. Af en toe wordt metallisch natrium gebruikt als materiaal voor elektrische draden die zijn ontworpen voor zeer hoge stromen.

Talrijke natriumverbindingen worden niet minder veel gebruikt: tafelzout NaCl wordt gebruikt in de voedingsindustrie; natriumhydroxide NaOH (caustic soda) wordt gebruikt in de zeepindustrie, bij de productie van verf, in de pulp- en papier- en olie-industrie, bij de productie van kunstmatige vezels en ook als elektrolyt. Soda - natriumcarbonaat Na2CO3 wordt gebruikt in glas-, pulp- en papier-, voedsel-, textiel-, olie- en andere industrieën. In de landbouw wordt het natriumzout van salpeterzuur NaNO3, bekend als Chileens nitraat, veel gebruikt als meststof. Natriumchloraat NaClO3 wordt gebruikt om ongewenste begroeiing op het spoor te vernietigen. Natriumfosfaat Na3PO4 - een bestanddeel van wasmiddelen, gebruikt bij de productie van glazen en verf, in de voedingsindustrie, in de fotografie. Natriumazide NaN3 wordt gebruikt als nitreermiddel in de metallurgie en bij de productie van loodazide. Natriumcyanide NaCN wordt gebruikt bij de hydrometallurgische methode om goud uit rotsen te logen, evenals bij het nitrocarboneren van staal en bij galvaniseren (verzilveren, vergulden). Silicaten mNa2O nSiO2 - laadcomponenten bij de productie van glas, voor de productie van aluminosilicaatkatalysatoren, hittebestendig, zuurbestendig beton.

Productie

Zoals bekend werd metallisch natrium voor het eerst verkregen in 1807 door de Engelse chemicus Davy door elektrolyse van natriumhydroxide NaOH. Vanuit wetenschappelijk oogpunt is de isolatie van alkalimetalen een grandioze ontdekking op het gebied van de chemie. De industrie van die jaren kon de betekenis van deze gebeurtenis echter niet inschatten - ten eerste bestonden aan het begin van de 19e eeuw eenvoudigweg niet de nodige capaciteiten voor de productie van natrium op industriële schaal, en ten tweede wist niemand waar zacht metaal kan nuttig zijn, knipperend tijdens de interactie met water. En als de eerste moeilijkheid in 1808 werd opgelost door Joseph Gay-Lussac en Louis Tenard, nadat ze natrium hadden verkregen, zonder hun toevlucht te nemen tot energie-intensieve elektrolyse, door middel van de reactie van bijtende soda met tot roodgloeiend verhit ijzer, dan is het tweede probleem - de reikwijdte - werd pas in 1824 opgelost, toen aluminium werd geïsoleerd met behulp van natrium. In de tweede helft van de 19e eeuw ontwikkelde Saint-Clair Deville een nieuwe methode om metallisch natrium te verkrijgen - door soda te reduceren met steenkool in aanwezigheid van kalksteen:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

In 1886 werd deze methode verbeterd. Al in 1890 werd echter de elektrolytische methode voor de productie van natrium in de industrie geïntroduceerd. Zo werd het idee van Humphrey Davy op industriële schaal pas 80 jaar later gerealiseerd! Alle zoekopdrachten en onderzoeken eindigden met een terugkeer naar de oorspronkelijke methode. In 1924 maakte de Amerikaanse ingenieur Downes het proces van elektrolytische natriumproductie goedkoper door alkali te vervangen door veel goedkoper tafelzout. Deze modernisering beïnvloedde de productie van metallisch natrium, die toenam van 6.000 ton (1913) tot 180.000 ton (1966). De Downs-methode vormde de basis van de moderne methode om metallisch natrium te verkrijgen.

Nu is de belangrijkste industriële methode voor het verkrijgen van metallisch natrium de elektrolyse van natriumchloridesmelt (chloor is een bijproduct van het proces) met toevoeging van KCl, NaF of CaCl2, die het smeltpunt van zout verlagen tot 575-585 ° C . Anders zou de elektrolyse van zuiver natriumchloride leiden tot grote metaalverliezen door verdamping, aangezien de smeltpunten van NaCl (801 ° C) en de kookpunten van metallisch natrium (882,9 ° C) erg dicht bij elkaar liggen. Het proces vindt plaats in een stalen cel met een membraan. De moderne natriumelektrolyser is een imposante structuur die lijkt op een oven. De unit is gemaakt van vuurvaste stenen, die van buitenaf is omgeven door een stalen omkasting. Een grafietanode wordt door de bodem van de cel ingebracht, omgeven door een ringvormig gaas - een diafragma dat de penetratie van natrium in de anoderuimte, waar chloor wordt afgezet, voorkomt. Anders zou natrium gewoon opbranden in chloor.

De ringvormige kathode is gemaakt van ijzer of koper. Doppen zijn geïnstalleerd boven de kathode en anode om natrium en chloor te verwijderen. Een mengsel van zorgvuldig gedroogd natriumchloride en calciumchloride wordt in de elektrolyseur geladen, we weten al dat zo'n mengsel smelt bij een lagere temperatuur dan puur natriumchloride. Gewoonlijk vindt het proces plaats bij een temperatuur van ongeveer 600 °C. Op de elektroden wordt een gelijkstroom met een spanning van ongeveer 6 V aangelegd, terwijl de Na+-ionen aan de kathode worden ontladen en metallisch natrium vrijkomt, dat omhoog drijft en in een speciale collector wordt ontladen. Uiteraard gaat het proces zonder luchttoegang. Chloorionen Cl– worden afgevoerd naar de anode en er komt chloorgas vrij, een waardevol bijproduct van de natriumproductie. Tijdens de werkingsdag van de elektrolyseur wordt 400-500 kg natrium en 600-700 kg chloor geproduceerd. Het aldus verkregen metaal wordt gezuiverd van onzuiverheden (chloriden, oxiden, enz.) door toevoeging van een mengsel van NaOH + Na2CO3 + NaCl of Na2O2 aan gesmolten natrium; behandeling van de smelt met metaallithium, titanium of titanium-zirkoniumlegering, lagere chloriden TiCl3, TiCl2; vacuum destillatie.

Fysieke eigenschappen

Humphry Davy was niet alleen de eerste die metallisch natrium bemachtigde, maar ook de eerste die de eigenschappen ervan onderzocht. Terwijl hij in Londen rapporteerde over de ontdekking van nieuwe elementen (kalium en natrium), demonstreerde de chemicus voor het eerst monsters van nieuwe metalen aan het wetenschappelijke publiek. Een Engelse chemicus bewaarde een stuk metallisch natrium onder een laag kerosine, waarmee natrium geen interactie aanging en niet oxideerde in zijn omgeving, waardoor zijn briljante zilverachtige kleur behouden bleef. Bovendien is natrium (dichtheid bij 20 °C is 0,968 g/cm3) zwaarder dan kerosine (dichtheid bij 20 °C bij verschillende zuiveringsgraden is 0,78-0,85 g/cm3) en drijft het dus niet op het oppervlak. niet geoxideerd door zuurstof en kooldioxide. Davy beperkte zich niet tot de gebruikelijke demonstratie van een vat met een monster van een nieuw metaal, waarbij natrium uit kerosine werd gehaald, de chemicus gooide het monster in een bak met water. Tot ieders verbazing zonk het metaal niet, maar begon actief langs het wateroppervlak te bewegen en smolt tot kleine glimmende druppeltjes, waarvan sommige ontvlamden. Het feit is dat de dichtheid van water (bij 20 ° C is 0,998 g/cm3) groter is dan de dichtheid van dit alkalimetaal, daarom zinkt natrium niet in water, maar drijft het erin en gaat er actief mee in wisselwerking. Het publiek was verbaasd over deze "presentatie" van het nieuwe element.

Wat kunnen we nu vertellen over de fysische eigenschappen van natrium? Het elfde element van het periodiek systeem is een zacht (gemakkelijk te snijden met een mes, geperst en gerold), licht, glanzend, zilverwit metaal dat snel dof wordt aan de lucht. Dunne laagjes natrium hebben een paarse tint, onder druk wordt het metaal transparant en rood, als een robijn. Bij normale temperatuur kristalliseert natrium in een kubisch rooster met de volgende parameters: a = 4,28 A, atomaire straal 1,86 A, Na+ ionische straal 0,92 A. Natriumatoomionisatiepotentialen (eV) 5,138; 47,20; 71,8; de elektronegativiteit van het metaal is 0,9. De werkfunctie van de elektronen is 2,35 eV. Deze modificatie is stabiel bij temperaturen boven -222 °C. Onder deze temperatuur is de hexagonale modificatie stabiel met de volgende parameters: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.

Natrium is een laagsmeltend metaal, het smeltpunt is slechts 97,86 °C. Het blijkt dat dit metaal in kokend water kan smelten als het er niet actief mee in wisselwerking staat. Bovendien neemt tijdens het smelten de dichtheid van natrium af met 2,5%, maar er is een toename in volume met AV = 27,82∙10-6 m3/kg. Naarmate de druk toeneemt, neemt het smeltpunt van het metaal toe en bereikt het 242°C bij 3 GPa en 335°C bij 8 GPa. Het kookpunt van gesmolten natrium is 883,15°C. De verdampingswarmte van natrium bij normale druk = 3869 kJ/kg. De soortelijke warmtecapaciteit van het elfde element (bij kamertemperatuur) is 1,23 103 J/(kg·K) of 0,295 cal/(g deg); de thermische geleidbaarheid van natrium is 1,32 102 W / (m K) of 0,317 cal / (cm sec deg). De temperatuurcoëfficiënt van lineaire uitzetting voor dit alkalimetaal (bij 20 °C) is 7,1 10-5. De elektrische soortelijke weerstand van natrium (bij 0 °C) is 4,3 10-8 ohm m (4,3 10-6 ohm cm). Tijdens het smelten neemt de elektrische weerstand van natrium toe met een factor 1,451. Natrium is paramagnetisch, de specifieke magnetische gevoeligheid is +9,2 10-6. Brinell-natriumhardheid HB = 0,7 MPa. Modulus van normale elasticiteit in trek bij kamertemperatuur E = 5,3 GPa. Samendrukbaarheid van natrium x = 15,99∙10-11 Pa-1. Natrium is een zeer kneedbaar metaal, gemakkelijk vervormd in de kou. De natriumuitstroomdruk ligt volgens N. S. Kurnakov en S. F. Zhemchuzhny in het bereik van 2,74-3,72 MPa, afhankelijk van de diameter van de uitlaat.

Chemische eigenschappen

In chemische verbindingen, waaronder hydriden, vertoont natrium een ​​oxidatietoestand van +1. Het elfde element is een van de meest reactieve metalen, daarom komt het in de natuur niet in zuivere vorm voor. Zelfs bij kamertemperatuur reageert het actief met zuurstof uit de lucht, waterdamp en koolstofdioxide en vormt het een losse korst op het oppervlak van een mengsel van peroxide, hydroxide en carbonaat. Om deze reden wordt metallisch natrium opgeslagen onder een laag gedehydrateerde vloeistof (kerosine, minerale olie). Edelgassen lossen enigszins op in vast en vloeibaar natrium, bij 200 ° C begint natrium waterstof te absorberen en vormt een zeer hygroscopisch NaH-hydride. Dit alkalimetaal reageert extreem zwak met stikstof in een glimontlading en vormt een zeer onstabiele substantie - natriumnitride:

6Na + N2 → 2Na3N

Natriumnitride is stabiel in droge lucht, maar ontleedt onmiddellijk met water of alcohol om ammoniak te vormen.

Bij directe interactie van natrium met zuurstof wordt, afhankelijk van de omstandigheden, oxide Na2O gevormd (wanneer natrium wordt verbrand in een onvoldoende hoeveelheid zuurstof) of peroxide Na2O2 (wanneer natrium wordt verbrand in lucht of in overtollige zuurstof). Natriumoxide vertoont uitgesproken basische eigenschappen, reageert heftig met water om NaOH-hydroxide te vormen, een sterke base:

Na2O + H2O → 2NaOH

Natriumhydroxide is een sterk oplosbare alkali in water (108 g NaOH lost op in 100 g water bij 20 ° C) in de vorm van vaste witte hygroscopische kristallen, tast huid, stoffen, papier en andere organische stoffen aan. Wanneer het wordt opgelost in water, komt er een grote hoeveelheid warmte vrij. In lucht absorbeert natriumhydroxide actief koolstofdioxide en verandert het in natriumcarbonaat:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Om deze reden moet natriumhydroxide in afgesloten containers worden bewaard. In de industrie wordt NaOH verkregen door elektrolyse van waterige oplossingen van NaCl of Na2CO3 met behulp van ionenuitwisselingsmembranen en diafragma's:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

Natriumperoxide is een lichtgeel poeder dat smelt zonder te ontleden, Na2O2 is een zeer sterk oxidatiemiddel. De meeste organische stoffen ontbranden wanneer ze ermee in contact komen. Wanneer Na2O2 reageert met koolstofdioxide, komt er zuurstof vrij:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Metallisch natrium werkt, net als zijn oxiden, actief samen met water om NaOH-hydroxide te vormen en waterstof vrij te maken, met een groot contactoppervlak verloopt de reactie met een explosie. Natrium reageert veel rustiger met alcoholen dan met water, waardoor natriumalcoholaat ontstaat. Dus, reagerend met ethanol, geeft natrium natriumethanolaat C2H5ONa:

2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2

Natrium lost op in bijna alle zuren met vorming van een groot aantal zouten:

2Nа + 2НCl → 2NаСl + Н2

2Na + 2Н2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O

In een atmosfeer van fluor en chloor ontbrandt natrium spontaan, reageert het met broom bij verhitting en is er geen directe interactie met jodium. Het reageert heftig met zwavel wanneer het in een vijzel wordt gemalen en vormt sulfiden met een variabele samenstelling. Natriumsulfide Na2S wordt verkregen door reductie van natriumsulfaat met koolstof. Een veel voorkomende verbinding van natrium met zwavel en zuurstof is het zogenaamde Glauberzout Na2SO4∙10H2O. Naast zwavel reageert het actief met selenium en tellurium om chalcogeniden te vormen van de samenstellingen Na2X, NaX, NaX2, Na2X5.

Natrium lost op in vloeibare ammoniak (34,6 g per 100 g NH3 bij 0°C) om ammoniakcomplexen te vormen (een blauwe kleuroplossing met metallisch geleidingsvermogen). Wanneer ammoniak verdampt, blijft het oorspronkelijke metaal achter; tijdens langdurige opslag van de oplossing verkleurt het geleidelijk door de reactie van het metaal met ammoniak om NaNH2-amide of Na2NH-imide te vormen en waterstof vrij te maken. Wanneer gasvormige ammoniak door gesmolten natrium wordt geleid bij 300-350 °C, wordt natriumamine NaNH2 gevormd - een kleurloze kristallijne substantie die gemakkelijk door water wordt afgebroken.

Bij 800-900 °C vormt gasvormig natrium met koolstof carbide (acetylenide) Na2C2. Natrium vormt insluitverbindingen met grafiet.

Natrium vormt een aantal intermetallische verbindingen - met zilver, goud, tin, lood, bismut, cesium, kalium en andere metalen. Vormt geen verbindingen met barium, strontium, magnesium, lithium, zink en aluminium. Met kwik vormt natrium amalgamen - intermetallische verbindingen van de samenstelling NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg. Aanzienlijke vloeibare amalgamen (die minder dan 2,5 gewichtsprocent natrium bevatten), verkregen door de geleidelijke introductie van natrium in kwik, dat zich onder een laag kerosine of minerale olie bevindt.

Er is een groot aantal organonatriumverbindingen bekend, vergelijkbaar in chemische eigenschappen met organolithiumverbindingen, maar superieur aan hen in reactiviteit.