Натрий в природе (2,6% в земной коре)

№11 Натрий

…

Нахождение в природе, получение:

В природе щелочные металлы в свободном виде не встречаются. Натрий входит в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NaCl, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.). Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках.

Натрий относится к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%.
Получают электролизом расплавленного хлорида натрия или гидроксида натрия. Применяется также и восстановление его оксидов, хлоридов, карбонатов алюминием, кремнием, кальцием, магнием при нагревании в вакууме.

Физические свойства:

Натрий – серебристо-белый металл, его плотность – 0,97 г/см3, очень мягкий, легко режется ножом. Между атомами металлическая связь. Для вещества с такой связью характерны металлический блеск, пластичность, мягкость, хорошая электрическая проводимость и теплопроводность.

Химические свойства:

Атом натрия при химическом взаимодействии легко отдает валентные электроны, переходя в положительно заряженный ион. На воздухе быстро окисляется, поэтому его хранят под слоем керосина.

При сгорании в избытке кислорода образует пероксид натрия, Na2O2
С водородом при нагревании образует гидрид Na + H2 = 2NaH Легко взаимодействует со многим неметаллами – галогенами, серой, фосфором и др.

Бурно реагирует с водой: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Важнейшие соединения:

Оксид натрия, Na2O (бесцветный), … …

Пероксид натрия, Na2O2 (желтый) кристаллическое вещество с ионной решеткой, взаимодействует с влажным углекислым газом воздуха, выделяя кислород: 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2

Гидроксид натрия, NaOH – кристаллическое белое вещество, сравнительно легкоплавкое, термически очень устойчиво. При нагревании испаряется без потери воды. Хорошо растворяется в воде, в спиртах.
Галогениды натрия, бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимы в воде, за исключением NaF. Для них характерны восстановительные свойства.
Сульфид натрия, – Na2S. Бесцветное кристаллическое вещество с ионной решеткой. Хорошо растворимо в воде, является сильным восстановителем.
Соли, все соли хорошо растворимы, являются сильными электролитами.
Гидрид натрия, NaH – бесцветное кристаллическое вещество с кристаллической решеткой типа NaCl, анионом является H -. Получают пропусканием водорода над расплавленными металлом. Подвергается термической диссоциации не плавясь, легко разлагаются водой:
2NaH = 2Na + H2
NaH + H2O = NaOH + H2

Применение:

Соединения натрия – важнейшие компоненты химических производств. Используются в мыловарении, производстве стекла, средств бытовой химии. Натрий важен для большинства форм жизни, включая человека. В живых организмах ионы натрия вместе с ионами калия выполняют функцию передатчиков нервного импульса. Также его ионы играют важную роль в поддержании водного режима организма.

Бондарева Мария Александровна
ХФ ТюмГУ, 561 группа.

Микроэлементы. Натрий

03.02.2017

Физиологическая роль микроэлемента. Натрий (Na) – это мягкий, белый металл, который легко окисляется на влажном воздухе, поэтому в природе находится только в связанном виде. Натрий составляет 2,63% общего количества элементов, входящих в состав доступной части земной коры.

Он широко распространен в биосфере Земли и встречается повсеместно: в почвообразующих горных породах, в поверхностных и грунтовых подземных водах. Особенно высокая концентрация натрия в морской воде.

Подавляющее большинство его химических соединений (хлориды, сульфаты) относятся к легкорастворимым, поэтому обладают высоким показателем доступности для всех растений.  

Натрий – элемент, который входит в группу условно необходимых для растений микроэлементов, его содержание в них составляет в среднем 0,02%. Натрий участвует в транспортировке полезных веществ через клеточные мембраны, являясь одним из компонентов т.н. натрий-калиевого насоса. Кроме того, он регулирует доставку углеводов в растениях.

Натрий способен активизировать некоторые ферменты, но механизм этого воздействия не изучен полностью. Отмечено, что при хорошей обеспеченности культур натрием повышается их зимостойкость. Недостаток элемента способствует ухудшению образования хлорофилла. Возможно также появление хлороза и некроза в листьях растений, замедление развития цветов.

 

По своим физиологическим и химическим свойствам натрий близок к калию, но если калий способен почти полностью заменить натрий, то сам он натрием не заменяется.

Анализ химического состава растений показал, что количество натрия в культурах приблизительно равно количеству калия, поэтому следует признать натрий таким же полноправным микроэлементом как калий, кальций, сера, фосфор, азот и магний. 

Содержание натрия в растениях. Различные виды культур по-разному реагируют на этот микроэлемент. Одни растения могут поглощать натрий в значительных количествах, другие практически не испытывают в нем потребности. Например, шпинат относят к натриефилам.

Он очень хорошо реагирует на присутствие натрия в почве. Благодаря этому элементу улучшается водно-солевой обмен в этой культуре. Хлорид натрия является компонентом клеточного сока растений, поэтому он поглощается растениями в больших количествах.

Замечено, что томаты  тоже хорошо реагируют на натрийсодержащие соединения, но все же их потребность в натрии несколько ниже. Растения, которые практически не нуждаются в этом микроэлементе, называются натриефобами. К ним относятся бобовые.

Интересно, что у этих культур строго ограничивается поступление содержащегося в корнях натрия в надземную часть растений. 

Количество натрия в растениях находится в пределах 0,001 –  4% (от сухой массы).

Среди полевых культур, содержащих наибольшее количество этого микроэлемента, можно выделить все виды свеклы (сахарную, кормовую и столовую), кормовую морковь, турнепс, люцерну, капусту и цикорий.

С урожаем кормовой свеклы из грунта выносится натрия до 300 кг/га. Для сахарной этот показатель несколько меньше – до 170 кг/га. 

Содержание натрия в почвах. Важным фактором, влияющим на плодородие почв, является их химический состав. Валовое содержание натрия в почвах составляет 1,3%. Основные его запасы представлены различными силикатными труднорастворимыми минералами, – он сосредоточен преимущественно в кристаллических решетках первичных минералов (разновидности натрийсодержащих полевых шпатов, слюды и др.

). В обменном состоянии в почвенном растворе натрий входит в состав водорастворимых солей (карбонат натрия, гидрокарбонат натрия, сульфат натрия, хлорид натрия, нитрат натрия). Благодаря высокой растворимости и подвижности натрий легко выносится из почв при условии достаточной влажности. В случае засушливых климатических условий этот элемент накапливается в грунте, вызывая его засоление.

 

По количеству поглощенного натрия почвы подразделяют на несолонцеватые (не более 3 – 5% натрия), слабосолонцеватые (5 – 10%), солонцеватые (10 – 20%) и солонцы (более 20%).

Если количество натрия в обменном состоянии превышает 5 мг/100г, происходит сильное измельчение почвы, что приводит к разрушению ее структуры и находящихся в ней элементов.

Это приводит к тому, что питательные вещества легко вымываются (выветриваются) или не усваиваются растениями по причине токсичности натриевых солей. 

   
Методы регулирования засоления грунтов. Засоление почв связано с повышенным содержанием в них натрия. В зависимости от преобладающего количества натрийсодержащих солей различают сульфатное, хлоридное (наиболее вредное), содовое или смешанное засоление.

Любой из этих видов приводит к ухудшению водного баланса в растительных организмах и токсичному влиянию высоких концентраций солей, которые вызывают повреждение мембранных структур и изменение структуры хлоропластов.

Рекультивация большей части засоленных (солонцеватых) щелочных почв состоит в устранении избытка натрия. Чтобы улучшить их физико-химические и биологические свойства, применяют гипсование. Для нейтрализации кислотности используют молотые известняки, доломит, гашеную известь.

Гидросульфит натрия помогает повысить кислотность грунтов. 

Потребность культур в натрии и его взаимодействие с другими элементами. Существует распространенное мнение, что при удобрении почв нет необходимости добавлять натрий, поскольку он распространен в природе в изобилии.

Но некоторые культуры (свекла) хорошо воспринимают подкормку натрийсодержащими удобрениями. Недостаток его могут также испытывать растения, выращиваемые по гидропонной технологии на искусственных субстратах или горшочные культуры, выращиваемые в регионах с маломинерализованными водами.

В этих случаях единственный источник восполнения дефицита этого микроэлемента – натриевые удобрения. При этом следует учитывать некоторые особенности взаимодействия их компонентов. Так, содержание натрия в растениях значительно повышается при подкормке их азотными и отсутствии калийных удобрений.

Фосфор почти не оказывает влияния на количество натрия в культурах, но в комплексе с азотом способен повысить его, а в случае дефицита азота – снизить. Калийные удобрения могут привести к значительному снижению содержания натрия.

Для повышения содержания натрия в растениях рекомендуется вносить в почву натриевую селитру. Практикуется также подкормка культур низкопроцентными калийными солями.

Натрий

Тема: Натрий

План лекции:

1. Распространение натрия в природе.

2. Историческая справка.

3. Физические свойства натрия

4. 4.Химические свойства натрия

5. Получение натрия.

6. 6.Получение натрия.

Натрий (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева: атомный номер 11, атомная масса 22,9898; серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа 23Na.

Историческая справка. Природные соединения Натрия – поваренная соль NaCl, сода Na2CO3 – известны с глубокой древности. Название “Натрий”, происходящее от арабского натрун, греч. nitron, первоначально относилось к природной соде.

Уже в 18 веке химики знали много других соединений Натрия. Однако сам металл был получен лишь в 1807 году Г. Дэви электролизом едкого натра NaOH.

В Великобритании, США, Франции элемент называется Sodium (от испанского слова soda – сода), в Италии – sodio.

Распространение натрия в природе.

Натрий – типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и другие) 2,77, в основных (базальты и другие) 1,94, в ультраосновных (породы мантии) 0,57.

Благодаря изоморфизму Na+ и Ca2+, обусловленному близостью их ионных радиусов, в магматических породах образуются натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы).

В биосфере происходит резкая дифференциация Натрия: осадочные породы в среднем обеднены Натрием (в глинах и сланцах 0,66%), мало его в большинстве почв (среднее 0,63%). Общее число минералов Натрия 222.

Na слабо задерживается на континентах и приносится реками в моря и океаны, где его среднее содержание 1,035% (Na – главный металлический элемент морской воды).

При испарении в прибрежно-морских лагунах, а также в континентальных озерах степей и пустынь осаждаются соли Натрия, формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником Натрия и его соединений, – галит (каменная соль) NaCl, чилийская селитра NaNO3, тенардит Na2SO4, мирабилит Na2SO4·10H2O, трона NaH(CO3)2·2H2O. Na – важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% Na; в животных его больше, чем в растениях.

Физические свойства натрия

При обычной температуре Натрий кристаллизуется в кубической решетке, а = 4,28Å. Атомный радиус 1,86Å, ионный радиус Na+ 0,92Å.

Плотность 0,968 г/см3(19,7 °C), tпл 97,83 °C, tкип 882,9 °C; удельная теплоемкость (20 °C) 1,23·103дж/(кг·К) или 0,295 кал/(г·град); коэффициент теплопроводности 1,32·102 вт/(м·К) или 0,317 кал/(см·сек·град); температурный коэффициент линейного расширения (20 °C) 7,1·10-5; удельное электрическое сопротивление (0 °C) 4,3·10-8 ом·м (4,3·10-6 ом·см). Натрий парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +9,2·10-6; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).

Химические свойства натрия

Нормальный электродный потенциал Натрия -2,74 в; электродный потенциал в расплаве -2,4 в. Пары Натрия окрашивают пламя в характерный ярко-желтый цвет. Конфигурация внешних электронов атома 3s1; во всех известных соединениях Натрий одновалентен. Его химическая активность очень высока.

При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуется оксид Na2O или пероксид Na2O2 – бесцветные кристаллические вещества. С водой Натрий образует гидрооксид NaOH и H2; реакция может сопровождаться взрывом.

Минеральные кислоты образуют с Натрием соответствующие растворимые в воде соли, однако по отношению к 98-100%-ной серной кислоте Натрий сравнительно инертен.

Реакция Натрия с водородом начинается при 200 °C и приводит к получению гидрида NaH – бесцветного гигроскопического кристаллического вещества.

С фтором и хлором Натрий взаимодействует непосредственно уже при обычной температуре, с бромом – только при нагревании; с иодом прямого взаимодействия не наблюдается.

С серой реагирует бурно, образуя сульфид натрия, взаимодействие паров Натрия с азотом в поле тихого электрического разряда приводит к образованию нитрида Na3N, а с углеродом при 800-900 °C – к получению карбида Na2C2.

Натрий растворяется в жидком аммиаке (34,6 г на 100 г NH3 при 0°C) с образованием аммиачных комплексов.

При пропускании газообразного аммиака через расплавленный Натрий при 300-350 °C образуется натрийамин NaNH2 – бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагаемое водой.

Известно большое число натрийорганических соединений, которые по химические свойствам весьма сходны с литийорганическими соединениями, но превосходят их по реакционной способности. Применяют натрийорганические соединения в органическом синтезе как алкилирующие агенты.

Натрий входит в состав многих практически важных сплавов. Сплавы Na – К, содержащие 40-90% K (по массе) при температуре около 25°C, – серебристо-белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью, воспламеняющиеся на воздухе.

Электропроводность и теплопроводность жидких сплавов Na – K ниже соответствующих величин для Na и K.

Амальгамы Натрия легко получаются при введении металлического Натрия в ртуть; при содержании свыше 2,5% Na (по массе) при обычной температуре являются уже твердыми веществами.

Получение натрия.

Основной промышленный метод получения Натрия – электролиз расплава поваренной соли NaCl, содержащей добавки KCl, NaF, CaCl2 и другие, которые снижают температуру плавления соли до 575-585 °C.

Электролиз чистого NaCl привел бы к большим потерям Натрия от испарения, так как температуры плавления NaCl (801 °C) и кипения Na (882,9 °C) очень близки. Электролиз проводят в электролизерах с диафрагмой, катоды изготовляют из железа или меди, аноды – из графита. Одновременно с Натрием получают хлор.

Старый способ получения Натрия – электролиз расплавленного едкого натра NaOH, который значительно дороже NaCl, однако электролитически разлагается при более низкой температуре (320-330 °C).

Применение натрия.

Натрий и его сплавы широко применяются как теплоносители для процессов, требующих равномерного обогрева в интервале 450-650 °C – в клапанах авиационных двигателей и особенно в ядерных энергетических установках.

В последнем случае жидкометаллическими теплоносителями служат сплавы Na – K (оба элемента имеют малые сечения поглощения тепловых нейтронов, для Na 0,49 барн), эти сплавы отличаются высокими температурами кипения и коэффициентами теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высоких температурах, развиваемых в энергетических ядерных реакторах. Соединение NaPb (10% Na по массе) применяется в производстве тетраэтилсвинца – наиболее эффективного антидетонатора. В сплаве на основе свинца (0,73% Ca, 0,58% Na и 0,04% Li), применяемом для изготовления осевых подшипников железнодорожных вагонов, Натрий является упрочняющей добавкой. В металлургии Натрий служит активным восстановителем при получении некоторых редких металлов (Ti, Zr, Та) методами металлотермии; в органических синтезе – в реакциях восстановления, конденсации, полимеризации и других.

Вследствие большой химической активности Натрия обращение с ним требует осторожности. Особенно опасно попадание на Натрий воды, которое может привести к пожару и взрыву. Глаза должны быть защищены очками, руки – толстыми резиновыми перчатками; соприкосновение Натрия с влажной кожей или одеждой может вызвать тяжелые ожоги.

натрий – это… Что такое натрий?

• НАТРИЙ — НАТРИЙ. Natrium, химич. элемент, симв. Na, серебристобелый, блестящий, при обыкновенной t° восковой плотности одноатомный металл, делающийся хрупким на холоду и при ярко краснокалильном жаре перегоняющийся; открыт Де.ви (1807) электролизом… …   Большая медицинская энциклопедия
• НАТРИЙ — (греч. nitron, лат. natrum). Металл белого цвета, составляющий часть поваренной соли, соды, селитры и др. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. НАТРИЙ белый блестящий мягкий металл, быстро окисляющийся в… …   Словарь иностранных слов русского языка
• Натрий-22 — Схема распада натрия 22 …   Википедия
• НАТРИЙ — (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; мягкий щелочной металл, tпл 97,86шC. Натрий и его сплавы с калием теплоносители в ядерных реакторах. Натрий компонент сплавов для… …   Современная энциклопедия
• НАТРИЙ — (символ Na), распространенный серебристо белый металлический элемент, один из ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ, впервые выделенный Хэмфри Дэви (1807). Он встречается в составе солей в морской воде и во многих минералах. Главным источником его является ХЛОРИД… …   Научно-технический энциклопедический словарь
• Натрий — (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; мягкий щелочной металл, tпл 97,86°C. Натрий и его сплавы с калием – теплоносители в ядерных реакторах. Натрий – компонент сплавов для… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь
• НАТРИЙ — (лат. Natrium) Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева, атомный номер 11, атомная масса 22,98977; относится к щелочным металлам. Название (от араб. натрун) первоначально относилось к природной соде. Серебристо белый… …   Большой Энциклопедический словарь
• Натрий —         Na (лат. Natrium, от араб. натрун, греч. nitron, первоначально природная сода * a. sodium, natrium; н. Natrium; ф. sodium; и. sodio), хим. элемент I группы периодич. системы Менделеева; ат.н. 11, ат. м. 22,98977; относится к щелочным… …   Геологическая энциклопедия
• Натрий — Na химический элемент I группы периодической системы, атомный номер 11, атомная масса 22,99; щелочной металл; благодаря высокой теплопроводности и сравнительно малому сечению захвата медленных нейтронов металлический натрий (иногда в сплаве с… …   Термины атомной энергетики
• НАТРИЙ — хим. элемент, символ Na (лат. Natrium), ат. н. 11, ат. м. 22,98; относится к щелочным металлам, серебристо белого цвета, плотность 968 кг/м3, t = 97,83°С, очень мягкий, обладает высокими тепло и электропроводностью. Н. легко взаимодействует со… …   Большая политехническая энциклопедия
• НАТРИЙ — НАТРИЙ, натрия, мн. нет, муж. (лат. natrium) (хим.). Мягкий и белый легкий щелочной металл. Поваренная соль представляет собой химическое соединение хлора с натрием. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 …   Толковый словарь Ушакова

Натрий

ПодробностиКатегория: НПросмотров: 2632

НАТРИЙ, Na химический элемент I группы периодической системы, принадлежащий к подгруппе так называемых щелочных металлов. Атомный вес 22,997, атомный номер 11.

Физические свойства натрия – блестящий металл цвета серебра, быстро тускнеющий при соприкосновении с влажным воздухом. Пары натрия в тонком слое имеют пурпуровую окраску, приобретая в накаленном состоянии желтый цвет с синей флуоресценцией. Натрий весьма мягок, но при сильном охлаждении делается хрупким. Кристаллизуется в кубической системе.

Удельный вес D20 = 0,971; твердость по Мосу 0,4; коэффициент объемного расширения (в интервале 100—180°С) 0,000275. Натрий – хороший проводник тепла и электричества; его удельная электропроводность при 0°С равна 23,3·104 мо; удельная теплопроводность натрия в Cal на 1 см/сек составляет 0,317 при 21°С; температура плавления 97,5°С; температура кипения 877,5°С.

Теплоемкость натрия между 6°С и 20°С равна 0,297. Теплота плавления 28,1 cal/г; теплота образования ионов Na 57400 cal на эквивалент; удельная магнитная восприимчивость 13,6·10-6; нормальный потенциал натрия (согласно косвенным определениям) 2,71 V (отрицателен по отношению к водородному электроду).

Из измерений плотности пара натрия явствует, что молекулы его одноатомны.

Химические свойства. Na принадлежит к числу элементов с весьма высокой химической активностью. В своих соединениях он является одновалентным металлом.

Натрий энергично разлагает воду даже на холоде, с выделением водорода и образованием гидрата окиси – едкого натра NaOH; выделяющееся при этой реакции тепло плавит бегающий по поверхности воды натрий, причем водород иногда воспламеняется. Во влажном воздухе натрий окисляется, причем образуются NaOH и углекислая соль Na2CО3.

При горении натрия на воздухе или в кислороде образуется перекись Na2О2; действие аммиака при нагревании приводит к образованию амида натрия NH2Na; действие водорода в тех же условиях ведет к образованию гидрида NaH, с азотом металлический натрий не реагирует.

Натрий чрезвычайно энергично соединяется с хлором и фтором; реакция обычно протекает с появлением пламени, причем образуются соответствующие галоидные соли. Бром начинает действовать на натрий лишь при температуре выше 200°С; с йодом натрий может быть сплавлен, причем химическое взаимодействие не наступает.

Натрий легко соединяется с фосфором, мышьяком и сурьмой; реакции с серой и селеном, дающие соответственно сернистый натрий,Na2S и селенистый натрий,Na2Se, требуют предварительного легкого подогрева, после чего протекают со вспышкой.

Окиси, галоидные и сернистые соединения тяжелых металлов восстанавливаются натрием до металла, в большинстве случаев с выделением пламени. Реакция натрия с кремнекислотой, силикатами, стеклом и фарфором при повышенной температуре приводит к выделению свободного кремния.

С окисью углерода и с угольным ангидридом натрий взаимодействует при температуре красного каления с выделением угля и образованием углекислого натрия; при действии СО2 наряду с указанными продуктами получается также окись натрия, Na2О. В жидкой СО2 натрий быстро покрывается пленкой двууглекислой соли NaНCO3. Сероуглерод разлагается натрием уже на холоде.

Концентрированная серная кислота действует на натрий медленно; с разбавленными кислотами натрий реагирует весьма энергично, часто с появлением пламени. Натрий легко растворяется в низших спиртах с образованием алкоголятов. Характерна для натрия, как и для калия, способность растворяться в жидком аммиаке. Металлический натрий легко сплавляется с большинством металлов; при этом часто наблюдается значительное выделение тепла, например при сплавлении с ртутью или кадмием. Соли натрия окрашивают бесцветное пламя горелки в ярко желтый цвет (реакция весьма чувствительна). Спектр Na характеризуется яркой желтой линией (двойной), со средней длиной волны 589,3·10-6 мкм.

По распространенности в природе натрий занимает шестое место и встречается в весьма больших количествах в виде солей; хлористого натрия (в морской воде и в залежах каменной соли), его двойной соли с хлористым калием – сильвинита и десятиводного сернокислого натрия – мирабилита Na2SО4·10Н2О. Кроме того натрий встречается в виде борнокислых (Италия), углекислых, кремнекислых, фтористых (Гренландия) и других соединений. Произведенный Тамманом подсчет показывает, что соединения натрия в земной коре составляют 2,8%.

Получение. В свободном состоянии натрий впервые был получен Деви (1807 г.) электролизом твердого, слегка влажного едкого натра, причем катодом служила ртуть; натрий получался в виде амальгамы, из которой путем отгонки ртути он выделялся в чистом виде.

Гей-Люссак и Тенар, подробно изучавшие свойства металлического натрия, нашли, что при высокой температуре металлическое железо способно восстанавливать едкий натр. Позднее было установлено, что в качестве восстановителя с успехом м. б. применен уголь.

Значительные усовершенствования в процессе химического получения металлического натрия были введены Сен-Клер-Девилем; в его способе реакционная смесь состояла из безводной соды, мела и угля; прибавка мела, не принимавшего участия в реакции, имела целью препятствовать сплавлению взятой смеси.

При накаливании означенной смеси получались окись углерода и пары натрия, конденсировавшиеся в особом приемнике. Реакция определяется уравнением:

Na2CО3 + 2С = 2Na + ЗСО.

По этому способу изготовляли в 1860—70 гг. во Франции на нескольких заводах металлический натрий, требовавшийся в то время для производства алюминия. С конца 80-х годов производство натрия приобрело значительный масштаб, в особенности в Англии, где работали по измененному Кастнером способу Девиля, добавляя к реакционной смеси углеродистое железо.

С 1890 года, после получения Кастнером привилегии на получение натрия посредством электролиза расплавленного безводного едкого натра, производство натрия химическим путем утратило свое значение, и заводы были перестроены на электролитический способ получения этого металла.

При электролизе безводного расплавленного NaOH имеют место следующие реакции:

I.             NaOH=Na+ОН;

II.            2ОН=Н2О+О;

III.          2Na+2Н2О=2NaOH+Н2;

IV.          2Н2+О2=2Н2О.

Согласно реакции (I) едкий натр, разлагаясь электрическим током, выделяет на катоде металлический натрий, а на аноде – ионы ОН; каждая пара ОН-ионов в момент выделения образует частицу воды и один атом кислорода (II). Т. о. электролиз NaOH в основном сводится к выделению натрия на катоде и воды с кислородом на аноде.

Образующаяся вода частично остается в электролите и, диффундируя к катоду, вступает в реакцию с натрием, причем образуется вновь NaOH (III).

Выделяющийся при этом водород, смешиваясь с анодным кислородом, образует гремучий газ, который служит причиной частых взрывов при электролизе; в результате получается вода (IV), частично поглощаемая электролитом.

Поэтому, как бы ни был хорошо обезвожен электролит, он всегда будет содержать некоторое количество воды, которая наряду с NaOH также будет подвергаться электролитическому разложению от действия тока. Влияние побочных реакций (III и IV), а также электролиза воды настолько велико, что выходы натрия по току на практике составляют в лучшем случае только 40%.

Применяемая ныне на очень многих заводах электролитическая ванна Кастнера схематически представлена на фиг. 1. Она состоит из железного котла А, суживающегося к низу и имеющего внизу железный тубус Е. Сквозь последний проходит железный стержень, служащий для подвода тока и укрепляемый в тубусе при помощи пробки и застывшего электролита.

На верхнем конце стержня укреплен железный цилиндрический катод С. Над катодом расположен железный цилиндр D, являющийся сборником для натрия. Цилиндр D имеет диаметр несколько больший, чем у катода; верхняя его часть делается сплошной и заканчивается на несколько см выше верхней плоскости катода; ниже этот цилиндр переходит в сетку, концентрически окружающую катод.

Анод В в виде цилиндрически изогнутого железного (лучше никелевого) листа окружает катод снаружи сетки. Последняя является как бы диафрагмой, препятствующей выделившемуся на катоде натрию проникнуть в анодное пространство. Скопляющийся в сборнике D металлический натрий вычерпывается по временам дырчатой железной ложкой.

Так как при электролизе часто происходят взрывы гремучего газа (согласно сказанному выше), то это обстоятельство заставляет придавать аппаратуре небольшие размеры. Нормальная натриевая ванна Кастнера вмещает около 150 кг NaOH; амперная нагрузка ее 1250 А и напряжение ~ 5 V. Расход электрической энергии на 1 кг натрия составляет 14,5 kWh.

Катодная плотность тока от 1,5 до 2,0 А/см2, анодная – несколько ниже. Температуру электролита поддерживают в пределах 310–320°С, т. е. не более чем на 20°С выше NaOH. При повышении температуры выходы натрия резко падают.

В практике было замечено, что поработавший в ванне электролит дает лучшие выходы натрия по току. Это обстоятельство было учтено Беккером, предложившим в качестве электролита применять смесь NaOH и соды. Систематическое изучение электролиза этой смеси было произведено Нейманом и Гиртсеном в измененной ванне типа Кастнера.

Эти изменения заключаются в следующем: 1) создание возможно низкой катодной плотности тока путем применения катода конической формы с звездообразным сечением; 2) возможность изменения анодной плотности тока путем большего или меньшего погружения анода в электролит с целью получения надлежащей анодной плотности тока и соответствующего перегрева в анодном пространстве для более быстрого удаления образующейся в процессе воды; 3) разделение катодного и анодного пространств колоколом, расположенным концентрически между анодом и катодом и не доходящим до уровня электролита на величину около 5 мм. Благодаря наличию такого приспособления вода, выделяющаяся на аноде, лишена возможности в значительных количествах поглощаться электролитом; кроме того при таком устройстве только незначительная часть поверхности электролита соприкасается с наружным воздухом, благодаря чему уменьшается поглощение им СО2, а следовательно и произвольное обогащение содой; далее, наличие узкой щели между анодным и катодным пространствами (вне электролита) мешает водороду смешиваться с выделяющимся на аноде кислородом, в результате чего уменьшается число взрывов гремучего газа и опасность от них. Авторы нашли, что оптимум содержания Na2CО3 в электролите составляет 8—17%; температура плавления электролита указанного состава равна 285—280°С. В этом случае процесс при температуре = 315—320°С без особых трудностей протекает вполне устойчиво, и выходы натрия по току достигают 65%. Полагая средний выход по току равным 55%, авторы исчисляют удельный расход энергии в 10,7 kWh на 1 кг натрия. Применяемый для электролиза NaOH должен содержать минимальные количества NaCl (десятые доли процента), быть свободным от солей железа, силикатов и быть вполне обезвоженным. Лучше всего применять NaOH, полученный по способу электролиза с ртутным катодом, или из аммиачной соды.

Конкурирующим с описанным способом является электролиз расплавленного NaCl. Дешевизна электролита и возможность использования анодного продукта (хлора) говорят в пользу этого способа. Однако несмотря на весьма большое количество взятых патентов этот способ все еще не получил сколько-нибудь значительного практического применения.

Причиной является трудность конструирования аппаратуры, стойкой при высокихтемпературах по отношению к хлору и натрию. Кроме того весьма неблагоприятными факторами являются: близость температуры плавления NaCl (800°С) к температуре кипения натрия (877,5°С), малый удельный вес металла и его крайне легкая окисляемость.

Одно из наиболее удачных выполнений этого способа принадлежит Акционерному обществу Лонца в Базеле.

Ванна, предложенная этой фирмой, изображена схематически на фиг. 2; в плане она имеет вид прямоугольника; футеровка внутри ванны выполнена из огнеупорного кирпича; аноды D, состоящие из особого сорта угля, в виде пластин расположены горизонтально; катод представляет собою железную коробку В, закрытую сверху и снабженную боковой сливной трубой С.

Над анодами расположена шамотная крышка, погруженная своей закраиной в электролит; под крышкой собирается выделяющийся на аноде хлор, откуда по трубе Е он отводится в соответствующие приемники. Анодное и катодное пространства разделены друг от друга при помощи диафрагмы А – стенки, сделанной из изолирующего материала (циркон, корунд и т. п.

), которую прикладывают к обращенной в сторону анода стенке катода. Вследствие отклонений линий тока, в месте соприкосновения электролит охлаждается и застывает, связывая так. обр. стенку-диафрагму с катодом. Натрий выделяется на внутренних стенках катода и по мере повышения уровня под последним сливается через трубку С. Стенка А в случае необходимости легко м. б.

во время работы вынута и заменена новой.

В остальном устройство ванны отличается простотой, вследствие чего она может месяцами работать, не требуя ремонта.

С описанной ванной сходен электролизер Даннееля, в котором составленный из отдельных угольных пластин анод располагается вертикально. В аппаратах подобного устройства возможно работать с выходом по току до 75%.

Амперная нагрузка отдельной ванны достигает 4000 А, напряжение в среднем 18 V. Удельный расход энергии определяется в 27 kWh на 1 кг натрия.

Мировое производство натрия в 1929 г. составляло 25000 т при средней цене в Германии 2250 марок за т. 3аводы имеются в Германии, Франции, Швейцарии, Англии, Норвегии и США. Главнейшими применениями металлического натрия являются приготовление перекиси натрия и цианистых соединений.

Открытый урок на тему: “Натрий. Нахождение в природе. Свойства. Соединения натрия.”

Тема:

Натрий. Нахождение в природе. Свойства. Соединения натрия.

Цели урока: На основе химических знаний изучить нахождение натрия в природе и её свойства, вскрыть причинно следственные связи и строение свойства и свойства применение, установить связь науки с практикой, изучить влияние натрия и его соединений на окружающую его среду и организм человека.

Задачи урока:

Образовательная – охарактеризовать химический элемент – натрий, рассмотреть химические свойства натрия и его соединений.     

Развивающая – развивать логическое мышление, умение проводить исследование, расширять кругозор.

Воспитательная  – воспитывать способность к сотрудничеству, сотворчеству, навыков взаимоконтроля.

Девиз урока: «Жить – значит узнавать»  

                                                                  Д. И. Менделеев.

Методы обучения: словесный, наглядный практический (эксперимент)

Формы работы: фронтальная, индивидуальная.

Тип урока: 1456789– изучение нового материала

Планируемые результаты обучения-

Учащиеся должны знать:

Физические и химические свойства натрия, способы получения, область применения солей и их роль для живых организмов.

Ход урока:

1.       Орг. момент: 1) готовность класса

                          2) проверить посещаемость учащихся.

2.       Итак ,ребята сегодня мы должны повторить тему: щелочные металлы и затем изучить новую тему: натрий. Работаем по группам: 1,2 группа работают письменно; 3-устно

Для повторения, предлагаю решить небольшую письменную работу : на расстановку коэффициентов:

Li+O2=Li2O                                K+Cl2=K Cl         

Li +S=Li2S                                    K+S=K2S 

Li+N2=Li3N                                 K+N2=K3N   

Li+H2=LiH                                   K+H2=KH

Li+H2O=LiOH+H2                               K+H2O=KOH+H2

(на карточках) затем учащиеся обмениваются карточками и ставят друг другу оценки .Взаимопроверка.

На доске правильная расстановка коэффициентов.(Проверка).

4Li+O2=2Li2O                                     2K+Cl2=2KCl

2Li+S=Li2S                                          2K+S=K2S

 6Li+N2=2Li3N                                    6K+N2=2K3N

2Li+H2=2LiH                                       2K+H2=2KH

2Li+2H2O=2LiOH+H2                                      2K+2H2O=2KOH+H2

3 группа:Теперь переходим к устному опросу:

1)      Какие элементы составляют группу щелочных металлов?

2)      Почему эти металлы носят название щелочных?

3)      В  какой группе они находятся?

4)      Какую степень окисления они проявляют?

Мы продолжаем изучение отдельных элементов Периодической системы Д. И. Менделеева:

Урок посвящен одному из интересных элементов:

Первый слог – предлог известный

Слог второй трудней найти:

Часть его составляет цифра,

К ней добавьте букву й

Чтоб целое узнать,

Нужно вам металл назвать.

Тема урока: Натрий. Физические и химические свойства.

1)      Строение атома

+11Na 2) 8) 1)

+11 1S2­2S2 2Р6 3S1                 

2)      Нахождение в природе:

2,64% массы земной коры.

Натрий встречается в природе только в виде соединений.

В основном – соль NaCl2,8% воды океанов.

3)      Физические свойства:

Натрий легок, пластичен, ножом вытягивается легче воды, р =0,97 г/см3, он легкоплавок t=97,7C0.

Все щелочные металлы хранят подслоем керосина, характерен металлический блеск.

4)      Химические свойства:

1)      2Na+O2=Na2O2

2)       2Na+Cl2=2NaCl

3)      2Na+S=Na2S                                       (видео)

4)      6Na+N2=2Na3N

5)      2Na+H2=2NaH

6)      2Na+2H2O=2NaOH+H2                     (видео)

5)      Ионы натрия окрашивают пламя в желтый цвет.

6)      Получение в промышленности:

1807г. английский ученый Г. Дэви получил металлический натрий

2NaCl=2Na+Cl2

Соединение натрия

NaOH- типичная щелочь.

1)      Na OH +H Cl=NaCl+H2O

2)      2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4

3)      2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

7)      Биологическая роль натрия. Натрий в организме человека 44% натрия  находится во внеклеточной жидкости, 9% внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани.

Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, участвует в обменных процессах и благодаря этому скелет является либо донором, либо акцептором ионов натрия, что способствует поддержанию постоянства концентрации , ионов натрия во внеклеточной жидкости.

Натрий – основной внеклеточный ион. В организме человека находится натрий в виде его растворимых солей. Главным образом: хлорид натрия- NaCl, фосфат натрия Na­­­­­3PO4. Гидрокарбонат натрия- NaHCO3.  Натрий  распределен по всему организму,  в сыворотке крови спинномозговой жидкости, пищеварительных соках, желчи, почки, коже, костной ткани, легких, мозге.

Ионы натрия играют важную роль:

-В обеспечении кислотно- основного равновесия организма

-В регулировании водного обмена

-В работе ферментов

-В передаче нервных импульсов

-В работе мышечных клеток.

В организм натрий поступает в виде поваренной соли NaCl. Хлорид натрия – основной источник соленой кислоты для желудочного сока.

Ежедневная потребность организма в натрии – 1 г.

Непрерывное избыточное потребление хлорида натрия способствует появлению гипертонии. Около 90% потребляемого натрия выводится с мочой, остальное с потом.

Работа по учебнику: составляют таблицу и записывают в тетради

              NaCl-

              поваренная соль.                                 

Добавляется в пищу. Она служит консервирующим средством.         

Применяется в химической промышленности, в качестве сырья                                                                         для получения  NaOH, NaHCO3.

Na2SO4

Сульфат натрия.                

Используется в производстве стекла, соды.

Na2SO410H2O

Глауберова соль.               

Применяется в медицине.

Na2CO3- карбонат натрия, кальцинированная сода.

Необходим в мыловарении, текстильной, кожевенной, фармацевтической промышленности, в производстве стекла, Al, лекарств. 

NaHCO3- гидрокарбонат натрия, пищевая, питьевая сода.

Применяется в медицине, и для выпечки теста

NaNO3- нитрат натрия, натриевая селитра.

Азотное, минеральное удобрение для питания растений.

8)      Закрепление:

1)      Напишите уравнения следующих превращений:

Na—NaOH—NaCl—NaNO3

2)      Дано:

M(NaOH) = 4г.

M(осадка )- Cu(OH)2

Решение:

2NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4

9)Домашнее задание:

Составить презентацию по применению солей натрия.§68,69. Упр. 3 стр. 180 – письменно.                

Применение натрия

Натрий — это химический элемент, относящийся к первой группе периодической системы элементов, созданной Д. И. Менделеевым.

Натрий имеет порядковый номер 11, его атомный вес составляет 22,99. Натрий настолько мягок, что режется ножом. Его плотность (при 20° С) составляет 0,968 г/см3. Имеет температуру плавления около 98° С; а температура кипения натрия составляет 883° С.

Натрий — реакционно-способный и очень активный элемент; при хранении на открытом воздухе он очень легко окисляется с образованием карбонат натрия и гидрата окиси натрия.

Натрий со многими металлами может образовывать сплавы, которые имеют важное техническое значение в науке и производстве. Натрий и его сплавы имеют широкое применение во многих отраслях промышленной сферы.

В химической промышленности натрий используется для получения перекиси натрия, тетраэтилсвинца (через сплав Na — Pb), цианистого натрия, гидрида натрия, моющих средств и др.

В металлургической промышленности натрий применяют в качестве восстановителя при получении тория, урана, титана, циркония и других металлов из их фтористых соединений или хлоридов. Натрий в жидком виде, а также его сплавы с калием используются в атомной энергетике в качестве теплоносителя.

Неудивительно, что натрий является одним из наиболее распространенных в природе химических элементов. По разным оценкам, в земной коре его содержание достигает 2,27%. Даже а в живых организмах он содержится в количестве до 0,02%.

Хоть натрий и относится к группе металлов, но в чистом виде он не встречается в природе из-за своей высокой химической активности.

Чаще всего он встречается в виде хлорида NaCl (каменная соль, галит), а также нитрата NaNO3 (селитра), карбоната Na2CO3•NaHCO3•2H2O (трона), сульфата Na2SO4•10H2O (мирабилит), Na2B4O7•4H2O (кернит), тетрабората Na2B4O7•10 H2O (бура) и других солей. Естественно, что океанические воды содержат огромные запасы хлорида натрия.

В пищевой отрасли это весьма необходимая для приготовления пищи поваренная соль, в химической отрасли он используется для производства минеральных удобрений и антисептиков, а в легкой промышленности натрий применяют для обработки кожи. Также он широко применяется в металлургическом производстве, при изготовлении газоразрядных светильников, а в виде сплава с калием его используют в качестве хладагента.

Без использования его соединений (формиат натрия и кремнефтористый натрий) невозможно на сегодняшний день развитие современной строительной индустрии; поскольку они являются одновременно противоморозным средством и прекрасным пластификатором при производстве высококачественного бетона и различных изделий из него, то работы в строительстве могут проводиться при очень низких температурах.

Натрий часто используется как теплоноситель, сплав натрия с калием находит применение в атомной энергетике для работы ядерных установок. Как восстановитель, он применяется для получения тугоплавких металлов (циркония, титана и др.), в качестве катализатора он используется при получении синтетического каучука и в органическом синтезе. Очень широко применяются и другие соединения натрия:

• • гидроксид натрия NаОН — это один из наиболее важных производственных компонентов химической промышленности, который используется при очистке продуктов переработки нефти, при производстве искусственного волокна, в бумажной, текстильной, мыловаренной и других отраслях промышленности;
  • пероксид натрия Na2O2 — применяется для отбеливания тканей, шелка, шерсти и др.

Со всеми кислотами Натрий образует соли, которые часто используются в жизни человека и практически во всех отраслях промышленности:

• • бромид натрия NаВг — в фотографии и в медицине;
  • фторид натрия NаF — для обработки древесины, в сельском хозяйстве, в производстве эмалей и др.;
  • сода кальцинированная (Nа2СО3 карбонат натрия) и питьевая (NаНСОз бикарбонат натрия) являются основными продуктами химической промышленности;
  • дихромат натрия Na2Cr2O7 — используется в качестве дубильного вещества и сильного окислителя (хромовая смесь — раствор концентрированной серной кислоты и дихромата натрия — используются для мытья лабораторной посуды);

• • хлорид натрия NаСl (соль поваренная) — в пищевой промышленности, в технике, медицине, для производства едкого натра, соды и др.;
  • нитрат натрия NaNO3 (селитра натриевая) — азотное удобрение;
  • сульфат натрия Na2SO4 — незаменим в кожевенной, мыловаренной, стекольной, целлюлозно-бумажной, текстильной промышленности;
  • сульфит натрия Na2SO4 с тиосульфатом натрия Na2SO3 — применяются в медицине и фотографии и т.д.
  • силикат натрия NaSiO3 — это растворимое стекло;

На мировом рынке цена на натрий не высока. Такая ситуация имеет место благодаря весьма широкому распространению в природе натрия и его соединений, а также сравнительно недорогим способам его промышленного производства.

Натрий в виде чистого металла промышленным способом получают из расплава гидроксида или хлорида натрия при пропускании через него большого электрического тока. На сегодня объемы мирового потребления натрия и его соединений составляют более 100 млн.

тонн, и спрос на него с каждым годом возрастает. Трудно назвать отрасль промышленности, где не применяется натрий.

Натрий (Щелочные металлы) – Химия

 элемент I группы третьего периода периодической системы элементов Д.И.Менделеева, щелочной металл. 
В соединениях проявляет степень окисления +1 (имеет на внешнем электронном уровне один свободный электрон). 
Натрий по своей распространенности в природе занимает 6 место среди элементов.

Присутствует в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве, содержание натрия в земной коре — 2.3%, в морской воде — 1.05%.
Натрий входит в состав человеческого организма, в крови содержится около 0.6% КаС1. Осмотическое давление крови поддерживается на необходимом уровне в основном за счет хлорида натрия.

 

В природе натрий встречается в виде минералов, основными из которых являются: 

— галит (каменная соль) NaCl 
— мирабилит (глауберова соль) Na2SО4 • 10Н2О,
— криолит Na3А1F6
— бура (тетраборат натрия) Na2В4О7 • 10Н2О
Электролизом расплава гидроксида или хлорида натрия, к которому добавляют хлорид кальция для снижения температуры плавления. 
Электролиз расплава протекает по следующей схеме: — расплав хлорида натрия: КаСl — Nа + Cl- Катод (восстановление): 
Анод (окисление): 
Nа+ + е- = Ка0 — выделение металлического натрия. Cl – е- = Cl°
Cl° + С1° =С12 — выделение газообразного хлора. 
— расплава гидроксида натрия: 
Катод (восстановление): Анод (окисление): 
Nа+ + е- = Na° — выделение металлического натрия. ОН- – е- = ОН0 4ОН0 – 2Н2О + О2 – образование воды и выделение газообразного кислорода. 

Натрий — мягкий серебристо-белый легкоплавкий металл (температура плавления 97.9°С), хорошо проводящий электричество. Натрий легче воды (плотность 0.968 г/см3). Ввиду высокой активности натрий (как и все щелочные металлы) следует держать в инертной атмосфере или под слоем минерального масла (керосина). 

Все щелочные металлы являются сильными восстановителями. 
1. Энергично взаимодействуют со многими неметаллами: 
2Nа + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия) 2Na+ S = Na2S (сульфид натрия) 2Na + Н2 = 2NаН (гидрид натрия) 
2.

С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. 
3.

При взаимодействии с кислородом натрий, в отличие от других щелочных металлов, образует пероксид натрия: 2Na+О2 = Nа2О2
Пероксид натрия — сильный окислитель, при соприкосновении с которым многие органические вещества воспламеняются. 
4. Бурно взаимодействует с водой: 
2Nа + 2Н2О = 2NаОН + Н2 

— едкий натр (техническое название — каустическая сода). 
Реально процесс образования гидроксида натрия при растворении натрия в воде протекает более сложно. 
Гидроксид натрия в основном получают электролизом водного раствора хлорида натрия NaCl.

Едкий натр NаОН — твердые белые гигроскопические кристаллы, разъедающие кожу, ткани, бумагу и другие органические вещества. При растворении в воде выделяют большое количество тепла. 

Гидроксид натрия поглощает углекислый газ на воздухе и превращается в карбонат натрия: 
2NаОН + СO2 = Na2СО3 + Н2О
Поэтому гидроксид натрия необходимо хранить в хорошо закупоренной посуде. 
5. Натрий растворяется почти во всех кислотах с образованием большого количества солей: 
2Nа + 2НСl = 2MаСl + Н2
2Nа + Н2SО4 = Na2SО4 + Н2