Натрий (Na, Natrium)

Натрий (Na) – роль в организме, применение, суточная потребность, источники

Натрий (Natrium, Na) – химический элемент, выполняющий важную роль макроэлемента в организме человека, который участвует в создании условий и поддержания передачи нервных импульсов между клетками всех тканей. Особенно важен для умения мышечных тканей сокращаться.

Основными функциями натрия также являются – регулирование кислотно-щелочного баланса и поддержание нормального уровня водного баланса, обеспечение трaнcпорта между мембранами клеток и поддержка осмотической концентрации крови. Является активатором ряда ферментов (энзимов).

История – краткая справка

Свое название натрий получил от древнегреческого слова «νίτρον», которое в свою очередь произошло от среднеегипетского слова «nṯr», что в переводе означало – «сода» или «едкий натр».

• Соли натрия известны издавна. Так, в Священном Писании (Библия), в книге пророка Иеремии 2 главе 22 стихе под терминами «мыло» и «щелоку» на языке оригинале использовалось «νίτρον», что как мы уже знаем означает – «сода».
• Соду добывали и древние Египтяне из натронных озер (солено-щелочные озера), расположенных на территории современной Танзании. Они использовали данное вещество в качестве одного из средств бальзамирования, добавляли в пищу для улучшения вкуса или же применяли в искусстве – для отбеливания холстов и изготовления краски. Соду с примесями (углем и другими ископаемыми) также добывали в дельте реки Нил, прямо из ее вод.
• Na в качестве металла впервые открыл с помощью электролиза расплава гидроксида натрия английский химик Хемфри Дэви, который также чуть ранее открыл и другой химический элемент – калий (К). Данные сведения были оглашены из рукописей Дэви на Бейкеровской лекции 19.11.1807 г.

Название «natrium» и его сокращение «Na» предложил использовать основатель общества врачей в Швеции – академик Йенс Якобс Берцелиус (1779—1848) для обозначения природных ископаемых, в состав которых входила сода. Однако, в ряде других стран и языков (Великобритания, Франция и др.) используется другой термин – «sodium» (содий). Этот момент важен, т.к. некоторые фармацевтические компании как раз используют в названии своих препаратов не «natrium», а «sodium».

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — III период, III ряд, I группа, в новой версии таблицы – 1 группа, 3 период.

• Атомный номер – 11
• Атомная масса – 22,9898
• Электронная конфигурация – [Ne] 3s1
• Температура плавления (°С) – 97,81
• Температура кипения (°С) – 882,95
• CAS: 7440-23-5

Физико-химические свойства. Натрий представляет собой щелочный мягкий металл серебристо-белого цвета, иногда с фиолетовым оттенком, который легко можно отрезать ножом. На срезе получается серебристый блеск. Под воздействием высокого давления приобретает красный цвет. При контакте с кислородом достаточно быстро окисляется, превращаясь в оксид натрия (Na₂O).

При контакте с водой происходит бурная реакция с выделением водорода, который в свою очередь может легко воспламенится. Также взрывоопасен при контакте с алкилгалогенидами, с которыми может даже самовоспламенятся.

Хорошо растворяется в жидкообразном аммиаке, образовывая в конечном итоге раствор синего цвета.

Обладает высоким коэффициентом электропроводности и теплопроводности.

Несмотря на огромную долю среди других элементов Земной коры – 6 место, в свободном виде Na не найти. Чаще всего он встречается в составе каменной соли (NaCl), содалите, полевом шпате и многих других минералов.

В целом кларк натрия в земной коре составляет 25 кг/т. В морской воде в составе соединений Na составляет 10,5 г на 1 л.

Биологическая роль натрия в организме

Большая часть натрия находится в межклеточной жидкости, что связано с тем, что в мембране клетки интегрирован натрий-калиевый насос, выполняющий роль откачивания ионов Na из цитоплазмы клетки в межклеточную жидкость. Разница содержания натрия в клетке и за ее пределами составляет 15 раз!

Натрий выполняет множество важных и полезных функций, среди которых:

• Поддерживает кислотно-щелочной и водный баланс;
• Участвует в регулировании нервной системой всех органов и частей организма, что обусловлено свойством передачи нервных импульсов между клетками;
• Входя в состав крови, межклеточной и клеточной жидкости способствует нормальной работе сердечно-сосудистой системы – обладает сосудорасширяющим действием, регулирует объем циркулирующей в сосудах крови, поддерживает работу сердечной мышцы и нормализует осмотическое давление крови;
• Поддерживает работу мочевыделительной системы;
• Поддерживает нормальное пищеварение – активирует различные пищеварительные ферменты, играет важную роль в образовании желудочного сока;
• Способствует доставке глюкозы клеткам всех органов;
• Участвует в трaнcпорте углекислого газа;
• Поддерживает уровень кальция и других необходимых для организма минералов в крови, предотвращая их дефицит.

Применение натрия в других сферах человеческой жизни

• Самая популярная область применения – пища, т.к. именно научный термин «хлорид натрия» (NaCl) прячет за собой простую поваренную соль;
• Натрия глутамат (пищевая добавка Е621) также используется в пищевой промышленности в качестве усилителя вкусовых ощущений;
• Металлический натрий, азид натрия (NaN₃) и цианид натрия (NaCN) используется в металлургии, препаративной химии;
• Входит в состав натриево-серных аккумуляторных батарей;
• Применяется в качестве жидкого теплоотвода в мощных двигателях и ядерных реакторах;
• Входит в состав газоразрядных ламп высокого и низкого давления, которые широко используются в уличном освещении (НЛВД, НЛНД – ДнаТ, ДНаС, ДНаМТ, ДНаТБР и другие) ;
• Хлорат натрия (NaClO₃) используют для уничтожения растительности на железнодорожных путях.

Суточная потребность

Рекомендуемые суточные дозы натрия в зависимости от пола и возраста 1 :

Натрий (Na, Natrium)

История натрия

Натрий в чистом виде получил в 1807 году Хемфри Дэви – английский химик, который незадолго до натрия открыл калий. Дэви проводил процесс электролиза одного из соединений натрия – гидроксида, расплавив который и получил натрий. Соединениями натрия человечество пользовалось со времён глубокой древности, содой природного происхождения пользовались ещё в Древнем Египте (calorizator). Называли элемент содий (sodium), иногда именно это название можно встретить даже сейчас. Привычное название натрий (от латинского natrium – сода) было предложено шведом Йенсом Берцелиусом.

Общая хаpaктеристика натрия

Натрий является элементом I группы III третьего периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 11 и атомную массу 22,99. Принятое обозначение – Na (от латинского natrium).

Нахождение в природе

Соединения натрия содержатся в земной коре, морской воде, в виде примеси, имеющей свойство окрашивать каменную соль в синий цвет из-за действия радиации.

Физические и химические свойства

Натрий является мягким пластичным щелочным металлом, имеет серебристо-белый цвет и блеск на свежем срезе (натрий вполне возможно разрезать ножом). При применении давления превращается в прозрачное вещество красного цвета, при обычной температуре кристаллизуется. При взаимодействии с воздухом быстро окисляется, поэтому хранить натрий необходимо под слоем керосина.

Суточная потребность в натрии

Натрий – важный для организма человека микроэлемент, суточная потребность в нём для взрослых составляет 550 мг, для детей и подростков – 500-1300 мг. В период беременности норма натрия в сутки составляет 500 мг, а в некоторых случаях (обильное потоотделение, обезвоживание, приём мочегонных препаратов) должна быть увеличена.

Продукты питания богатые натрием

Натрий содержится пpaктически во всех морепродуктах (paках, кpaбах, осьминогах, кальмарах, мидиях, морской капусте), рыбе (анчоусах, сардинах, камбале, корюшке и т.д.), куриных яйцах, крупах (гречневой, рисе, перловой, овсяной, пшённой), бобовых (горохе, фасоли), овощах (томатах, сельдерее, моркови, капусте, свёкле), молочных продуктах и мясных субпродуктах.

Полезные свойства натрия и его влияние на организм

Полезными для организма свойствами натрия являются:

• Нормализация водно-солевого обмена;
• Активизация ферментов слюнной и поджелудочной желез;
• Участие в выработке желудочного сока;
• Поддержание нормального кислотно-щелочного баланса;
• Генерирование функций нервной и мышечной системы;
• Сосудорасширяющее действие;
• Поддержание осмотической концентрации крови.

Усвояемость натрия

Натрий содержится пpaктически во всех продуктах, хотя большую его часть (около 80%) организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонком кишечнике. Витамин D улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию.

Взаимодействие с другими

Повышенное потрeбление натрия вызывает накопление жидкости в организме, отеки, повышает кровяное давление. Большой прием натрия (соли) приведет к истощению запасов калия, кальция и магния.

Применение натрия в жизни

Применение металлического натрия – химическая и металлургическая промышленность, где он выступает в роли сильнейшего восстановителя. Хлоридом натрия (поваренной солью) пользуются все без исключения жители нашей планеты, это самое известное вкусовое средство и древнейший консервант.

Признаки нехватки натрия

Нехватка натрия обычно случается при чрезмерном потоотделении – в жарком климате или при физических нагрузках. Недостаток натрия в организме хаpaктеризуется ухудшением памяти и потерей аппетита, головокружением, быстрой утомляемостью, обезвоживанием, мышечной слабостью, а иногда – судорогами, кожными высыпаниями, желудочными спазмами, тошнотой, рвотой.

Читать еще:  Норма калорий в день для женщины

Признаки избытка натрия

Излишнее количество натрия в организме даёт о себе знать постоянной жаждой, отёками и аллергическими реакциями.

Натрий — элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

В воде натрий ведет себя почти так же, как литий: реакция идёт с бурным выделением водорода, в растворе образуется гидроксид натрия.

История и происхождение названия

Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречающаяся в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.

Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.

Название «натрий» (natrium) происходит от арабского натрун по-гречески — nitron и первоначально оно относилось к природной соде. Сам элемент ранее именовался содием Sodium.

Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C:

Затем появился другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.

Физические свойства

Натрий — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.

Химические свойства

Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина. Натрий менее активный чем литий, поэтому с азотом реагирует только при нагревании:

При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия

Применение

Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах грузовиков как теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.

В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных paкетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.

Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12-24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).

Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна)

— Хлорид натрия (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.
— Азид натрия (Na₃N) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.
— Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).
— Хлорат натрия (NaClO₃) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Биологическая роль

В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.

Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного трaнcпорта.
Активация многих энзимов.

Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1200 до 2300 миллиграмм. В виде поваренной соли это составляет от 3 до 6 грамм в день.

Натрий содержится пpaктически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи хаpaктерна ускоренная экскреция.

Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употрeблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тpaкте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.

Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.

Соединения натрия

Натрий, Natrium, Na (11)
Название натрий — sodium, natrium происходит от древнего слова, распространенного в Египте, у древних греков (vixpov) и римлян. Оно встречается у Плиния (Nitron), у других древних авторов и соответствует древнееврейскому нетер (neter). В древнем Египте натроном, или нитроном, называли вообще щелочь, получаемую не только из природных содовых озер, но и из золы растений. Ее употрeбляли для мытья, изготовления глазурей, при мумификации трупов. В средние века название нитрон (nitron, natron, nataron), а также борах (baurach), относилось и к селитре (Nitrum). Арабские алхимики называли щелочи alkali. С открытием пороха в Европе селитру (Sal Petrae) стали строго отличать от щелочей, и в XVII в. уже различали нелетучие, или фиксированные щелочи, и летучую щелочь (Alkali volatile). Вместе с тем было установлено различие между растительной (Alkali fixum vegetabile — поташ) и минеральной щелочью (Alkali fixum minerale — сода).

В конце XVIII в. Клапрот ввел для минеральной щелочи название натрон (Natron), или натр и для растительной — кали (Kali), Лавуазье не поместил щелочи в «Таблицу простых тел», указав в примечании к ней, что это, вероятно, сложные вещества, которые когда-нибудь будут разложены. Действительно, в 1807 г. Дэви путем электролиза слегка увлажненных твердых щелочей получил свободные металлы — калий и натрий, назвав их потассий (Potassium) и содий (Sodium). В следующем году Гильберт, издатель известных «Анналов физики», предложил именовать новые металлы калием и натронием (Natronium) ; Берцелиус сократил последнее название до «натрий» (Natrium). В начале XIX в. в России натрий называли содием (Двигубский, 182i; Соловьев, 1824) ; Страхов предлагал название содь (1825). Соли натрия назывались, например, сернокислая сода, гидрохлоровая сода и одновременно уксусный натр (Двигубский, 1828). Гесс, по примеру Берцелиуса, ввел название натрий.

Натрий (Natrium)

Рис. 140. Схема установки для получения металлического натрия из NaOH:1 — реакционный сосуд; 2 — катод; 3 — анод; 4 — железный цилиндр с сеткой и крышкой

Ат. вес 22,991. Как уже было указано, металлический натрий получается или электролизом расплавленного едкого натра, к которому прибавляют около 12% соды, или электролизом хлористого натрия.

Схема установки для получения натрия из едкого натра изображена на рис. 140. Железный сосуд 1, вмещающий до 200 кг NaOH и вмазанный в печь, обогревается снаружи раскаленными газами для поддержания едкого натра в расплавленном состоянии. Катодом служит толстый никелевый или медный стержень 2, проходящий сквозь дно сосуда, анодом — никелевый цилиндр 3. Катод окружен железной сеткой, переходящей вверху в железный цилиндр 4, закрытый крышкой. Назначение сетки — предотвратить проникновение выделяющегося натрия к аноду.

Читать еще:  Окрошка при сахарном диабете: можно кушать или нет

В процессе электролиза расплавленный натрий накапливается внутри железного цилиндра, откуда он периодически вычерпывается и отливается в формы.

У анода вследствие разряда гидроксильных ионов выделяется кислород:

Образующаяся вода почти целиком испаряется, но все же некоторая часть ее разлагается током, вследствие чего у катода одновременно с натрием выделяется и водород.

Большой интерес представляет получение натрия из расплав-ленного хлористого натрия, так как в этом случае дорогостоящий едкий натр заменяется значительно более дешевым продуктом — поваренной солью.

Ванна для электролиза NaCl (рис. 141) состоит из железного кожуха 1, обложенного изнутри огнеупopным кирпичом. Графитовый анод 2 окружен никелевым катодом 3, внешние стенки которого покрыты электроизоляционным материалом. Под колоколом 4 находится сетчатая перегородка 5, охватывающая катод. Металлический натрий собирается в кольцевом катодном прострaнcтве и по трубе 6 переходит в сборник 7. Хлористый натрий загружают через отверстие в крышке ванны.

Недостатком способа является необходимость проведения процесса при сравнительно высокой температуре (610—650°), что требует довольно сложной аппаратуры.

В свободном состоянии натрий представляет собой серебристо-белый металл уд. веса 0,97, плавящийся при 97,7°. Натрий настолько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окис-ляемости на воздухе натрий хранят обычно под слоем керосина.

Металлический натрий имеет довольно широкое применение.. Он служит в качестве исходного материала при производстве перекиси натрия и амида натрия, а также используется при многих синтезах органических соединений. В лабораториях натрием часто пользуются для удаления последних следов влаги из некоторых органических растворителей.

С ртутью натрий образует твердый сплав — амальгаму натрия, которая иногда используется как восстановитель вместо чистого металла.

С кислородом натрий образует два соединения: окись натрия Na₂O и перекись натрия Na₂О₂.

Окись натрия Na₂O может быть получена путем пропускания над натрием, нагретым не выше 180°, умеренного количества кислорода или нагреванием перекиси натрия с металлическим натрием:

Окись натрия бурно реагирует с водой с образованием гидроокиси натрия и выделением большого количества тепла:

Перекись натрия Na₂О₂ образуется при сжигании натрия на воздухе или в кислороде. В заводских условиях перекись натрия готовят путем нагревания металлического натрия в плоских алюминиевых чашках, помещенных в железную трубу, через которую пропускается ток воздуха, освобожденного от углекислого газа. Полученный продукт имеет вид желтоватого порошка и содержит около 93% Na₂О₂.

Рис. 141. Схема установки для получения металлического натрия из NaCl: 1 — железный кожух; 2 — анод; 3 — катод; 4 — колокол; 5 — сетчатая перегородка; 6— трубка; 7 — сборник

Перекись натрия обладает очень сильными окислительными свойствами. Многие органические вещества при соприкосновении с ней воспламеняются.

При осторожном растворении перекиси натрия в холодной воде получается раствор, содержащий едкий натр и перекись водорода. Напомним, что все перекиси рассматриваются в настоящее время как соли очень слабой кислоты — перекиси водорода. Поэтому взаимодействие перекиси натрия с водой по существу представляет собой гидролиз соли, образованной слабой кислотой и сильным основанием:

Если нагревать полученный раствор, то вследствие разложения перекиси водорода из него выделяется кислород.

При действии на перекись натрия разбавленных кислот также получается перекись водорода:

Ввиду образования перекиси водорода при растворении Na₂O₂ в воде или в разбавленных кислотах перекись натрия широко применяется для отбелки тканей, шерсти, шелка, соломы, перьев и т. п.

Важное значение имеет реакция взаимодействия перекиси на трия с углекислым газом:

O 2 ₂ — + 2e — = 2O —

На этой реакции основано применение перекиси натрия в изолирующих противогазах, а также в подводных лодках для поглощения выдыхаемого людьми углекислого газа и одновременного пополнения запаса кисло рода в воздухе.

Гидрат окиси натрия NaOH представляет собой твердое белое, очень гигроскопическое вещество, плавящееся при 328°. Ввиду сильного разъедающего действия на ткани, кожу, бумагу и другие органические вещества он называется также едким натром («натр» старое название окиси натрия).

В воде едкий натр растворяется с выделением большого количества тепла вследствие образования различных гидратов.

Едкий натр должен храниться в хорошо закупоренных сосудах, так как он легко поглощает из воздуха углекислый газ, постепенно превращаясь в карбонат натрия.

Основным способом получения едкого натра является электролиз водного раствора поваренной соли. При пропускании тока у катода разряжаются

ионы водорода и одновременно происходит накопление гидроксильных ионов, в результате чего получается едкий натр; у анода выделяется хлор. Очень важно, чтобы продукты электролиза не смогли смешиваться, так как в противном случае едкий натр будет взаимодействовать с хлором с образованием NaCl и NaClO:

2NaOH + Сl₂ = NaCl + NaClO + H₂O

Рис, 142. Схема электролитической* ванны с вертикальной диафрагмой; 1 — диафрагма; 2 — катод; 3 — анодное прострaнcтво; 4 — катодное прострaнcтво; 5- аноды

Существует несколько способов воспрепятствовать проникновению хлора в раствор едкого натра. Чаще других применяется диафрагменныйспособ, при котором анодное и катодное прострaнcтва отделены друг от друга перегородкой из асбеста. В электролитических ваннах, служащих для получения едкого натра по этому способу (рис. 142), вертикально установленная диафрагма 1, плотно прилегающая к железному дырчатому катоду 2, отделяет анодное прострaнcтво 3 от катодного 4. Анодами служат графитовые стержни 5. В процессе электролиза в анодное прострaнcтво непрерывно поступает раствор хлористого натрия, а из катодного вытекает раствор, содержащий смесь NaCl

и NaOH. При его выпаривании выкристаллизовывается хлористый натрий и остается почти чистый раствор щелочи. Последний сливают с NaCl и выпаривают до полного удаления всей воды. Полученную щелочь сплавляют и отливают в формы. Побочными продуктами при получении едкого натра являются хлор и водород.

Несколько иначе протекает электролиз раствора NaCl, если катодом служит металлическая ртуть. В этом случае у катода разряжаются не ионы водорода, а ионы натрия. Выделяющийся натрий растворяется в ртути, образуя жидкий сплав, так называемую амальгаму натрия. Горячая вода легко разлагает амальгаму, причем получается едкий натр, выделяется водород и освобождается ртуть. Таким образом, пользуясь в качестве катода ртутью, можно получать совершенно чистый едкий натр, не содержащий примеси неразложившегося хлористого натрия.

На рис. 143 показана схема установки для получения едкого натра по ртутному способу. Установка состоит из двух частей — электролизера 1, где происходит образование амальгамы натрия,

и разлагателя 2, в котором получается едкий натр и выделяется водород. На дно электролизера налит слой ртути. Насыщенный раствор хлористого натрия непрерывно поступает в электролизер с одной стороны, а обедненный раствор с меньшим содержанием NaCl выходит с другой стороны. Выделяющийся хлор отводится сверху, а амальгама натрия непрерывно перетекает в разлагатель 2, где разлагается поступающей в него горячей водой. Образующийся раствор щелочи вытекает через специальный отвод; водород удаляется через трубу вверху разлагателя. Регенерированная ртуть с помощью ртутного элеватора снова возвращается в электролизер 1.

Рис. 143. Схема установки для получения едкого натра по ртутному способу

Кроме электролитического способа получения едкого натра,, иногда еще применяется более старый способ — кипячение раствора соды с гашеной известью:

По окончании реакции раствор сливают с осадка углекислого кальция и, выпарив воду, сплавляют полученный едкий натр.

Едкий натр является одним из важнейших продуктов основной химической промышленности. Ежегодная мировая (без СССР) выработка его превышает 6,5 млн. т. B продажу он поступает под названием каустической соды. Огромные количества едкого натра потрeбляет нефтяная промышленность, где NaOH применяется для очистки продуктов переработки нефти, мыловаренная промышленность, бумажная, текстильная, производство искусственного волокна и ряд других производств.

Производство едкого натра в СССР в 1955 г. составило 563,4 тыс. г, что более чем в 10 раз превышает выработку едкого натра в дореволюционной России. В 1959—1965 гг. производство едкого натра намечается увеличить в несколько раз по сравнению с 1955 г.

Соли натрия. Натрий образует соли со всеми известными кислотами. Так как важнейшие соли натрия и их применение были описаны при соответствующих кислотах, то здесь мы только напомним их.

NaCl — хлористый натрий, или поваренная соль . Na₂S — сульфид натрия, или сернистый натрий . Na₂SO₄• 10Н₂О — десятиводный сульфат натрия, или глауберова соль . NaNО₃ — нитрат натрия, или натриевая селитра . Na₂CO₃ • 10Н₂О — карбонат натрия, или сода . Na₂SiO₃— силикат натрия, или растворимое стекло. Na₂S₂O₃ • 5Н₂O — тиосульфат натрия.

Читать еще:  Как можно похудеть на 5 кг за месяц без вреда для здоровья

Очень многие соли натрия образуют кристаллогидраты с довольно большим содержанием кристаллизационной воды.

Все соли натрия окрашивают пламя газовой горелки в желтый цвет. Реакция эта позволяет обнаруживать присутствие самых ничтожных количеств натрия в исследуемом веществе.

Вы читаете, статья на тему Натрий (Natrium)

НАТРИЙ (от араб. натрун, греч. nitron — природная сода; лат. Natrium) Na, хим. элемент I гр. периодич. системы, ат. н. 11, ат.м. 22,98977; относится к щелочным металлам. В природе один стабильный изотоп 23 Na. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 4,90 . 10 -25 м 2 . Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s 1 ; степень окисления +1; энергии ионизации Na 0 Na + Na 2+ 5,13915 и 47,304 эВ; сродство к электрону 0,34 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; ат. радиус 0,192 нм, ионный радиус 0,116 нм (координац. число 6), 0,153 нм (12).

Содержание натрия в земной коре 2,64% по массе. В гидросфере натрий содержится в виде растворимых солей в кол-ве ок. 2,9% (при общей концентрации солей в морской воде 3,5-3,7%) ; содержание натрия в морской воде 1,5 . 10 16 т. Наличие натрия установлено в атмосфере Солнца и межзвездном прострaнcтве. В природе натрий находится только в виде солей. Важнейшие минералы-галит (каменная соль) NaCl, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄•10 Н₂О, тенардит Na,SO₄, чилийская селитра NaNO₃, криолит Na₃[AlF₆], трона NaHCO₃•Na₂CO₃•2Н₂О, бура (тинкал) Na₂B₄O₇•10Н₂О, а также прир. силикаты, напр. альбит Na[AlSi₃O₈], нефелин Na [AlSiO₄], содержащие помимо натрия и др. элементы. Соед. натрия входят в состав живых организмов, гл. обр. в виде NaCl.

Так, напр., в плазме крови человека содержание ионов натрия 0,32% по массе, в костях-0,6%, в мышечных тканях-0,6-1,5%. Для восполнения естеств. убыли натрия из организма человек ежедневно должен употрeбллять с пищей 4-5 г NaCl.

Свойства. Натрий-серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком. Выше — 222 °С устойчива модификация с кубич. решеткой (а = 0,4291 нм, z = 2, прострaнcтв. группа ImЗт) ; при —222 °С она переходит в гексагoн. форму (а = 0,3767 нм, с = 0,6154 нм, z = 2, прострaнcтв. группа Р6₃/ттс). Т.пл. 97,86 °С, т. кип. 883,15 °С; плотн. 0,96842 г/см 3 (19,7°С), ур-ния температурной зависимости плотности: d = 0,9725 — 20,11•10 -4 t — 1,5 . 10 -7 t 2 г/см 3 (0-96,6°С), d= 0,9501 -2,2976 . 10 -4 t- 1,460 . 10 -8 t 2 + + 5,638 . 10 -12 t 3 г/см 3 (98 — 1370 °С) ; C 0 _p 28,23 Дж/(моль . К), для газа 20,79 ДжДмоль•К) ;DH 0 _пл 2,6 кДж/моль, DH 0 _кип88,99 кДж/моль, DH 0 _возг 107,5 кДж/моль (298,15 К) ; S 0 ₂₉₈ 51,30 Дж/(моль . К), для газа S 0 ₂₉₈ 153,61 Дж/(моль . К) ; t_крит 2733 К, p_крит40,8 МПа, u_крит 0,128 см 3 /моль; давление насыщ. пара (Па) 1,544 . 10 -5 (371,02 К), 1,852 . 10 -4 (400 К), 9,326 . 10 -2 (500 К), 5,673 (600 К), 103,9 (700 К). В газообразном состоянии натрий состоит из частиц Na и Na₂, содержание Na₂ (DH 0 _обр для газа 142,3 кДж/моль) увеличивается с ростом т-ры: 0,8% (600 К), 1,3% (650 К), 2,5% (750 К).

Ур-ния температурной зависимости: линейного расширения твердого натрия l = l(1 + 6,893•10 -5 t +0,63 . 10 -7 t 2 )м; объемного расширения жидкого натрия u = u(l +2,4183 х х 10 -4 t+ 7,385 . 10 -8 t 2 + 15,64 . 10 -12 t 3 ) м 3 ; теплопроводности твердого натрия К = 135,6 — 0,167t Вт/(м . К) (0 — 97 °С), жидкого К = 93,0- 5,81 . 10 -2 t Вт/(м . К) (98-1370°С) ; r = 4,290 + 1,993 . 10 -2 t + 9,848•10 -6 t 2 мкОм . см (0-97°С. твердый натрий), r = 7,756 + 2,054 . 10 -2 t + 3,481•10 -5 t 2 мкО . см (98-1100°С, жидкий натрий) ; h (Па . с) 6,80 . 10 -4 (100°С), 2,84 . 10 -4 (400°С), 1,49 . 10 -4 (883,15°С), lgh(Пa х х с) = -4,6814 — 0,4296 lg Т + 234,65T(98 — 500 °С) ; g (Н/м) 0,192 (97,86 °С), 0,161 (400 0 С), 0,113 (883,15 °С), для жидкого g = 0,202 -1 . 10 -4 t Н/м. Натрий парамагнитен, магн. восприимчивость + 0,70 . 10 -9 (293 К). Норм. электродный потенциал -2,714 В, в расплаве -2,4 В.

Хим. активность натрия весьма высока. На воздухе он активно окисляется с пов-сти, в жидком состоянии выше 200 0 С загорается. В зависимости от условий натрий может окисляться до натрия оксида Na₂O или пероксида Na,O₂. Энергично реагирует с водой с образованием натрия гидроксида NaOH и выделением Н₂, при большой пов-сти контакта р-ция идет со взрывом. Натрий воспламеняется в атмосфере F₂, в Сl₂ горит при обычной т-ре, с Вr₂ реагирует лишь при нагр., с I₂ в обычных условиях не реагирует. Энергично взаимод. с S, Se и Те, образуя халькогениды составов Na₂X, NaX, NaX₂, Na₂X₅. Благородные газы незначительно раств. в твердом и жидком натрии, при 200 °С натрий начинает поглощать Н₂, образуя весьма гигроскопичный гидрид NaH. С N₂ в электрич. разряде дает нитрид Na₃N или азид NaN₃, с разб. к-тами-соли. В жидком NH₃ натрий легко раств., образуя р-р синего цвета с металлич. проводимостью, содержащий катионы Na + и сольватированные электроны; р-римость натрия (г в 100 г NH₃): 34,6 (0°С), 31,9 (-50°С), 29,4 (-105°С). Взаимод. натрия с NH₃ при 300-400 °С или в присут. катализатора при охлаждении до — 30 °С получают амид NaNH₂.

При 800-900 °С газообразный натрий с С образует карбид (ацетиленид) Na₂C₂. Р-цией натрия с ацетиленом при 98 o С получают NaC=CH и этилен, при более высоких т-рах-Na₂C₂. С графитом натрий образует соед. включения (см. Графита соединения). Об орг. соединениях натрия см. в ст. Натрийорганические соединения. Диспергированный натрий реагирует с большинством галогенидов, с органическими (типа СН₂Сl₂, СНСl₃)-со взрывом, с галогенидами металлов МНаl_n— восстанавливая катион М 2+ . Дает интерметал-лиды с Ag, Au, Cd, Ga, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, K, Cs; не образует соед. с Ва, Sr, Mg, Li, Zn, Al. Co ртутью натрий образует амальгамы — интерметаллиды состава NaHg₂, NaHg₄, NaHg₈, NaHg, Na₃Hg₂, Na₅Hg₂, Na₃Hg. Наиб. значение имеют жидкие амальгамы (содержат менее 2,5% по массе натрия), образующиеся при постепенном введении натрия в Hg, находящуюся под слоем керосина или минер. масла.

Получение. Натрий получают: электролизом расплава NaCl (одновременно производят Сl₂) с добавками КСl, NaF или СаСl₂ для снижения т-ры плавления электролита; электролизом расплава NaOH; небольшие кол-ва-разложением азида 2NaN₃2Na + 3N₂ и др. Электролиз NaCl проводят в электролизерах с диафрагмой; аноды изготовлены из графита, катоды-из Сu или Fe. Очищают натрий от примесей хлоридов, оксидов, Са, С добавлением в расплавленный натрий смеси NaOH -Na₂CO₃— NaCl или Na₂O₂, обработкой расплава металлич. Li, Ti или сплавом Ti-Zr, низшими хлоридами TiCl₃, TiCl₂, вакуумной дистилляцией.

Определение. Качественно натрий обнаруживают по хаpaктерной желтой окраске пламени его летучими соед. и по наиб. четко выраженным спектр. линиям 589,0 и 589,9 нм. Количественно натрий определяют пламенной фотометрией (вплоть до 0,0002 мг/л), спектр. или гравиметрич. методами. В последнем случае натрий отделяют от др. щелочных элементов в виде хлорида, сульфата или перхлората, чаще-в виде NaM(UO₂)₃ (СН₃СОО)₉ . 6Н₂O, где М — Mg, Zn, Mn, Ni, с послед. оксидиметрич. титрованием, а также используют люминесцентное, колориметрич., нефелометрич. (при малых содержаниях натрия) определения. Используют хроматографич., радиометрич. и спектрофотометрич. методы определения натрия.

Применение. Натрий и его сплавы с К-жидкие теплоносители, в частности в ядерных реакторах. Пары натрия используют для наполнения газоразрядных ламп; сплавы Pb-Na-в произ-ве Рb(С₂Н₅)₄, для изготовления подшипников. Натрий применяют как модификатор алюминиевых и др. сплавов, восстановитель в металлургии (в произ-ве Ti, Zr, Та), орг. синтезе (как сам натрий, так и его амальгама), для получения соед. Na, как катализатор в синтезе бутадиенового каучука. Амальгаму Na используют при получении NaOH высокой чистоты; изотоп 24 Na-для радиологич. лечения нек-рых форм лейкемии и в диагностич. целях. Изотоп 22 Na-позитронный источник.

Мировое произ-во (без социалистич. стран) превышает 300 тыс. т/год (1980).

Хранят натрий под слоем инертной обезвоженной жидкости (керосин, минер. масло и др.), перевозят только в запаянных металлич. сосудах.

Металлич. натрий получил впервые в 1807 Г. Дэви.