Характеристика натрия. Формула натрия
Натрий и его соединения знакомы людям еще с давних времен. Наверное, самым популярным и общеизвестным соединением является хлорид натрия, больше известный как поваренная соль. Поваренная соль является обязательным компонентом практически любого блюда. Согласно мнению ученых, люди начали употреблять в пищу поваренную соль несколько тысячелетий назад.
Еще одно популярное соединение - карбонат натрия. Карбонат натрия - это обычная сода, которая продается в любом магазине. Вещество также используется людьми с давних времен в качестве моющего средства. Таким образом, с натрием и его соединениями люди ежедневно сталкиваются на протяжении уже многих десятков и сотен лет. Натрий легко вступает в реакцию как с металлическими, так и с неметаллическими элементами, образуя сплавы и соединения, широко применяемые в промышленности. Давайте рассмотрим подробнее свойства и характеристики этого металла.
Характеристика натрия
Физические свойства
Натрий - мягкий пластичный металл, который очень легко можно разрезать ножом. Имеет серебристо-белый цвет, а также характерный металлический блеск. Металл хорошо проводит тепло и электрический ток. Атомы натрия связаны металлической связью.
Химические свойства
Атомы натрия при реакции с другими химическими элементами легко отдают валентные электроны. При этом атомы натрия переходят в ионы с положительным зарядом.
- Натрий очень быстро окисляется на открытом воздухе. Именно поэтому металл обычно хранят в керосине.
- При горении в кислороде образует соединение пироксид натрия (Na 2 O 2)
- При нагревании Натрий вступает в реакцию с водородом, образуя при этом гидрид (2NaH)
- Натрий достаточно легко вступает в реакцию с неметаллами, такими как сера, форфор и другими.
- Также натрий способен вступать в реакцию с металлами. При этом образуются различные сплавы, которые широко используются в производстве и промышленности.
- Натрий вступает в бурную реакцию с водой.
Нахождение натрия в природе
Натрий находится на седьмом месте в списке самых распространенных на Земле элементов. Также натрий является пятым по счету среди самых распространенных металлов. Среди металлов чаще натрия встречаются только алюминий, железо, кальций и магний.
Натрий не встречается в природе в чистом виде. Причина этому - высокая химическая активность натрия. Элемент встречается в природе в виде хлорида, карбоната, нитрата, сульфата и других солей.
Где же встречается натрий в природе?
Во-первых, достаточно большое содержание натрия зафиксировано в земной коре. Доля вещества составляет примерно 2,6%.
Во-вторых, натрий и его соединения в большом количестве встречаются в местах испарения древних морей.
Еще одним местом скопления натрия и его соединений являются океанические воды. Ученые подсчитали, что вся соль, которая есть в Мировом океане составляет объем около 19 миллионов кубических километров.
Также натрий в небольших количествах содержится в живых существах. При этом содержание натрия в животных несколько выше, чем в растениях. Ионы натрия в живых организмах выполняют важнейшую функцию: способствуют передаче нервных импульсов.
Применение натрия в промышленности
Натрий широко используется во многих отраслях промышленности: химической, металлургической, атомной, пищевой, легкой и других отраслях.
В химической промышленности натрий используется для производства различных моющих и чистящих средств, удобрений и антисептиков.
В металлургии натрий используется в процессе получения других веществ, таких как торий, уран, титан, цирконий и других соединений. Натрий в таких реакциях выступает в качестве восстановителя.
Также натрий широко используется в атомной энергетике. Натрий и его сплавы используют в качестве теплоносителя.
В легкой промышленности натрий широко используют для обработки кожи.
Натрий является важнейшим элементом пищевой промышленности. Хлорид натрия, больше известный как поваренная соль, является, пожалуй, самой распространенной пищевой добавкой, без которой не обходится приготовление любого блюда.
Самые важные функции натрия в организме
Наиболее важная жизнеобеспечивающая функция натрия в организме – это поддержание в норме осмотического давления. Речь идет о том, что для проникновения различных молекул сквозь клеточную мембрану необходимо регулировать давление в межклеточной жидкости и внутри самой клетки. Под действием этого давления молекулы питательных веществ проникают внутрь, а при смене давления продукты жизнедеятельности клетки выходят наружу. Регулируют колебания жидкостного давления ионы натрия. Из всего имеющегося в организме натрия около половины этого вещества содержится в межклеточной жидкости. Примерно 10% приходится на внутриклеточное содержимое, а остальное – включено в состав костной ткани и хрящевой.
Натрий способен не только регулировать движение воды в организме, но и удерживать ее для предотвращения обезвоживания клеток и тканей. Вот почему при избытке этого элемента появляется отечность. Натрий принимает участие в синтезе гормонов вазопрессина – увеличивающего объем жидкости в клетках и суживающего сосуды. А также натрийуретических пептидов – выводящих избыток жидкости из организма, расслабляя при этом сосудистые стенки. Синтез гормона адреналина тоже контролируется натрием.
Еще одна важная функция натрия – он принимает участие в формировании канальцев в клеточных мембранах, сквозь которые внутрь клетки поступают необходимые ей вещества. Он же отвечает за проникновение глюкозы в клетки, чтобы снабжать их энергией. От него зависит тонус сосудистых стенок и возбудимость нервно-мышечных волокон.
Без натрия нарушится выработка в желудке соляной кислоты, а значит – все процессы пищеварения. Этот элемент активизирует выработку пищеварительных ферментов, многих энзимов – особых белков, которые отвечают за важные химические реакции в организме (например, выработку ферментов поджелудочной железы, жирных кислот в печени). Щелочной характер натрия важен для поддержания рН-баланса в организме. Натрий – важнейший элемент для бесперебойной работы почек по выполнению их выводящей функции.
Полезные и приятные свойства натрия
С уровнем содержания натрия в организме напрямую связаны заболевания, развивающиеся из-за колебаний артериального давления. Поскольку этот элемент отвечает за спазмы и расслабление сосудов, то его недостаток может вызвать гипотонию, а избыток – провоцирует артериальную гипертензию. Следствием дисбаланса натрия в организме может стать стенокардия, нарушение работы почек, сбой в обмене веществ, проблемы с пищеварением. Избыток натрия может активизировать склеивание эритроцитов крови, повышая склонность к образованию тромбов. Продолжительный избыток натрия в крови значительно повышает риск неврозов, остеопороза, мочекаменной болезни и сахарного диабета.
Польза натрия для организма напрямую связана с его свойствами и выполняемыми функциями:
- предотвращает мышечные спазмы;
- регулирует работу сосудов;
- не допускает перегревания организма за счет стимуляции повышенного потоотделения;
- помогает связывать и выводить углекислый газ из тканей;
- отвечает за переваривание пищи за счет активизации ферментов и участия в выработке желудочного сока;
- влияет на передачу нервных импульсов и функционирование мозга;
- помогает сохранить в растворимом виде в крови кальций .
Хлорид натрия нашел широкое применение как антибактериальное средство. Его включают в состав зубных паст и ополаскивателей для полости рта. Лаурилсульфат и лауретсульфат натрия – важные компоненты шампуней, гелей для душа и других гигиенических средств, которые обладают как поверхностно-активными свойствами, так и антимикробным действием. В состав мыла обычно включаются соединения солей натрия и жирных кислот – стеариновой, лауриновой и пальмитиновой.
Говоря о пользе натрия, нельзя не вспомнить о его участии в поддержании молодости кожи за счет сохранения ее увлажненности. Натриевая соль гиалуроновой кислоты – один из наиболее популярных компонентов увлажняющей и антивозрастной косметики. Ее молекулы имеют маленький размер и способны проникать в дерму, не только увлажняя кожу за счет притягивания молекул воды, но и за счет стимулирования ферментов, отвечающих за выработку собственной гиалуроновой кислоты. Аскорбил фосфат натрия – вещество, обладающее свойствами антиоксиданта, способное стимулировать ферменты, отвечающие за синтез белков (например, коллагена) и препятствующие выработке меланина (а значит – появлению гиперпигментации).
«Вкусно» и «невредно»: правильный баланс натрия из продуктов
Наш организм не вырабатывает натрий самостоятельно. Все количество этого элемента, без которого невозможна жизнь, поступает извне с продуктами питания. Натрий настолько широко распространен в природе, что при регулярном сбалансированном питании его вполне достаточно для работы всех органов и систем.
Самый простой способ снабдить свой организм натрием – съесть чайную ложку соли или выпить минеральной воды с хлоридом натрия (к примеру, «Боржоми» - уровень натрия указывается на этикетке). Но традиционно мы получаем натрий из твердой пищи – хлеба, сыра, соленой рыбы, мясных продуктов, соленых овощей и квашеных
Чемпионами по содержанию натрия считаются обитатели океанских и морских вод – мидии, креветки, лобстеры, крабы, морские раки. Много натрия в морской капусте и в соевом соусе.
Примерный уровень содержания натрия в распространенных продуктах питания (мг на 100 г)
| Мясные и молочные продукты | Рыба, морепродукты | Овощи | Фрукты | ||||
| Молоко коровье | 120 | Раки морские | 380 | Капуста квашеная | 800 | Бананы | 54 |
| Телятина | 100 | Мидии | 290 | Фасоль стручковая | 400 | Черная смородина | 34 |
| Свинина | 80 | Камбала | 200 | Свекла | 260 | Абрикосы | 31 |
| Курятина | 80 | Креветки | 150 | Цикорий | 160 | Яблоки | 27 |
| Говядина | 78 | Сардины | 140 | Шпинат | 85 | Сливы | 19 |
| Творог | 30 | Кальмары | 110 | Картофель | 30 | Апельсины | 14 |
| Соленая сельдь | 4800 | Кукурузные хлопья | 660 |
| Колбаса копченая | 2180 | Ржаной хлеб | 620 |
| Колбаса п/к | 1630 | Майонез «Провансаль» | 510 |
| Оливки маринованные | 1145 | Тунец в масле | 502 |
| Колбаса вареная | 1050 | Томаты консервированные | 480 |
| Сыр твердый | 998 | Тушенка говяжья | 440 |
| Свиные сардельки | 962 | Батон хлеба | 435 |
| Шпроты в масле | 629 | Горошек консервированный | 360 |
Совет! В жаркую погоду при интенсивной потере натрия с потоотделением быстро восстановят его недостаток рыбные консервы – например, тунец, скумбрия в масле. Сбалансировать избыток натрия помогут кисломолочные продукты
Некоторые исследования показали, что в этнических группах с культурой ежедневного потребления молочных продуктов (не менее 600 г в день) существенно реже развивается артериальная гипертензия, связанная с избытком натрия в организме.
Натрий можно получить из любых продуктов и напитков с пищевыми добавками – глутаматом натрия, нитритом натрия, бензоатом натрия и т.п. В любых консервах содержатся и поваренная соль и пищевые добавки с натрием.
Попадая с продуктами в организм, натрий начинает частично всасываться уже в желудке, но основная его часть усваивается в тонком кишечнике. Избыток элемента выводится в основном с мочой (95% натрия экскретируется почками) и калом, хотя при обильном потоотделении выведение через кожу может стать значимым фактором потери натрия.
Усвоение натрия может ухудшиться при рационе, состоящем преимущественно из белковой пищи или из соленых блюд. Улучшают усвоение элемента витамин К и витамин Д. Сохранить баланс калия и натрия в крови поможет достаточное количество в меню животных продуктов. Чем больше продуктов с натрием, тем быстрее выводится из организма магний и кальций.
Хорошая сочетаемость натрия с другими питательными веществами основывается на щелочной природе этого элемента. По мнению диетологов, продукты с высоким содержанием натрия (например, овощи, фрукты) желательно сочетать в рационе с продуктами, создающими кислую среду – с высоким содержанием фосфора, хлора, серы (к примеру, рыба, яйца).
Для того чтобы сохранить натрий в продуктах, не следует их замачивать или долго размораживать перед приготовлением, поскольку натрий легко вступает в реакции с водой и теряется. Лучше всего натрий сохраняется при непродолжительном запекании или тушении, поскольку не реагирует на высокие температуры, а при варке продуктов переходит в бульон. При хранении на свету в открытом состоянии продукты утрачивают натрий, который окисляется на воздухе.
Лучше много или мало – определение нормы натрия
Учитывая легкость получения натрия из продуктов и возможность коррекции его содержания в организме при помощи изменений в диете, существуют разные трактовки ежесуточной нормы потребления элемента. Так, к примеру, Американская ассоциация сердечных заболеваний считает минимально необходимой дозой для взрослых 500 мг/день, а максимальной – 1500 мг. Российское исследование, посвященное профилактике артериальной гипертензии, однозначно показало, что гарантией от развития этого заболевания является ежедневное потребление натрия не более 52 ммоль/сут (около 2,5 г). Потребление свыше 100-120 ммоль/сут (примерно 5,5 г) значительно повышает риск эссенциальной артериальной гипертензии (средний уровень потребления натрия, например, у москвичей составляет 161 ммоль/сут).
По нормам всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), для снижения риска инсультов и предупреждения заболеваний сердца, связанных с повышенным артериальным давлением, рекомендуется употреблять с пищей не больше 2 г натрия в день (5 г соли).
Ориентировочные нормы потребления натрия (мг/сут)
Нормы употребления натрия повышаются для людей, выполняющих тяжелую физическую работу, для спортсменов во время тренировок, для тех, кто сильно потеет из-за жаркой погоды или принимает мочегонные средства. Дополнительный натрий нужен при пищевых отравлениях, сопровождающихся сильной рвотой и поносом.
Есть и неофициальные расчеты – на 1 л выпитой в сутки воды можно съесть 1 г соли (половина чайной ложки). При этом нужно помнить о содержании натрия в продуктах питания, о добавлении соли в супы и другие готовые блюда, и учитывать это количество.
Сложность такого учета и становится причиной того, что переизбыток натрия у современных людей встречается значительно чаще, чем дефицит.
Избыток натрия в организме развивается, чаще всего, из-за злоупотребления солью в рационе, а также может быть вызван:
- нарушением питьевого режима (когда человек много двигается и работает, но мало пьет воды);
- неумеренным потреблением соленых продуктов;
- частым употреблением чипсов, сухариков и орешков: прочих снэков, в которых много соли;
- сильной рвотой и поносом без компенсации потерянной жидкости;
- длительным приемом Кортизона и других гормональных препаратов для лечения коры надпочечников;
- хроническими болезнями почек, когда нарушено функционирование почечных фильтров и натрий задерживается в организме.
Причиной передозировки натрия бывает сахарный диабет и избыточная выработка надпочечниковых гормонов (синдром Кушинга), нарушение водно-солевого обмена.
Опасность передозировки натрия в том, что он ускоряет выведение калия из организма, а калий отвечает за снабжение мозга кислородом, за нормализацию ритма сердца и выделительные функции почек. Гипернатриемия проявляется судорогами, повышенной возбудимостью, сильным сердцебиением, повышенной температурой тела, сильными отеками, поскольку почки не справляются с выведением избытка натрия. Резко увеличивается масса тела, повышается артериальное давление, значительно возрастает риск развития инсульта.
Опасности дисбаланса содержания натрия
Дисбаланс натрия может привести к довольно серьезным последствиям для здоровья – вызвать отклонения в работе нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушить пищеварение, стать причиной дисфункции почек, расстройства кровообращения, скопления жидкости в легких. Некоторые исследования показали, что повышенное содержание натрия в рационе ведет к риску развитию катаракты (в связи с повышением глазного давления), отказ от соли становится причиной снижения выработки инсулина и повышает синтез гормона ренина, влияющего на возникновение внезапных инсультов и инфарктов.
Проявления дисбаланса натрия в организме
|
Недостаток натрия |
Переизбыток натрия |
|
| Дыхательная система | Дефицит кислорода, проявляющийся синюшностью кожи | Тяжелая одышка, остановка дыхания |
| Органы пищеварения | Тошнота и рвота, кишечные колики, непрекращающееся слюноотделение | Сильная жажда, шершавый язык, сухость во рту |
| Сердце и сосуды | Снижение давления, тахикардия, склонность к сосудистому коллапсу | Высокое давление, отечность |
| Нервная система | Головные боли, головокружение, общая слабость, апатия, мышечные подергивания, иногда расстройства сознания | Повышенная возбудимость, гиперактивность, судороги в мышцах, беспокойство |
| Кожа | Холодная на ощупь, липкая, утратившая эластичность, высыпания на коже, выпадение волос | Покраснение кожи, клейкость слизистых оболочек |
Симптомы недостаточности натрия объясняются уменьшением его количества во внеклеточной жидкости. Главная опасность продолжительного дефицита натрия в том, что в организме начинают усиленно накапливаться соединения азота, что грозит серьезными последствиями вплоть до смертельного исхода.
Факторы, которые могут способствовать развитию дефицита натрия:
- диета с ограничением соли или отказом от нее;
- злоупотребление кофе (кофеин является слабым диуретиком);
- злоупотребление мочегонными средствами, клизмами (в том числе с водой);
- избыточное употребление воды (она способна сильно «разбавить» натрий);
- сильное потоотделение, в том числе при высокой температуре;
- сильная рвота и понос;
- заболевания печени (цирроз), надпочечников, нарушение синтеза антидиуретического гормона, эндокринные нарушения;
- травмы, ожоги и хирургические операции (натрий концентрируется в области поврежденных клеток).
Употребление продуктов с высоким содержанием калия тоже ускоряет выведение натрия, поэтому требует коррекции диеты.
Совет! В жаркую погоду при сильном потоотделении, особенно на пляже при горячем солнце, избежать дефицита натрия и предотвратить тепловой удар поможет 0,5 л слегка подсоленной воды (можно минеральной хлоридной без газа – например, «Миргородской)
Недостаток натрия может долго компенсироваться самим организмом за счет извлечения его из костной ткани. Однако часто повторяющиеся инфекционные заболевания, апатия и повышенная утомляемость, нарушение равновесия при передвижении, утрата аппетита и ощущения вкуса еды, необъяснимое снижение веса – все эти признаки могут свидетельствовать о развивающемся дефиците натрия. Если не принять меры, может начаться интенсивный распад белков, нарушение осмотического давления, повышение остаточного азота. В такой ситуации даже выпитая чистая вода в большом количестве может стать причиной смерти.
При резком снижении уровня натрия в организме могут развиться судороги, а избыток – спровоцировать потерю ориентации в пространстве.
Дисбаланс натрия корректируется изменением рациона и питьевого режима. Если недостаточность натрия невелика – надо пить меньше воды и пересмотреть рацион в пользу продуктов с высоким содержанием натрия (например, морепродуктов, морской капусты), чтобы восполнить дефицит элемента в организме. Если натрия многовато – нужно, прежде всего, ограничить соль в рационе. В более серьезных случаях врач может рекомендовать при дефиците натрия - лекарства, способствующие выделению жидкости или, наоборот, при избытке элемента - отменить препараты, удерживающие в крови натрий. В тяжелых случаях переизбытка натрия может понадобиться внутривенное введение бессолевого раствора, а затем – чтобы предотвратить риск гипонатриемии – раствора хлорида натрия.
Лекарственные препараты с содержанием натрия
Влияние натрия на множество процессов в организме обусловило широкий перечень препаратов, которые применяются при различных патологиях. Рассмотрим некоторые из них, особенно часто применяемые.
Хлорид натрия (хлористый натрий). Применяют при сильной рвоте, тяжелом поносе, обильном диурезе или повышенном потоотделении, при значительных ожогах. Выпускается в порошках, таблетках и ампулах, но чаще всего применяется для внутривенного введения.
Гидрокарбонат натрия (двууглекислый натрий). Применяют при интоксикациях организма, инфекционных заболеваниях, а также в качестве нейтрализатора кислоты (в том числе при повышенной кислотности желудка). При ацидозе или инфекциях назначается в таблетках, при интоксикации – внутривенно. При стоматитах или при попадании кислот на слизистые оболочки – в виде раствора для промываний.
Борат натрия (бура). Антисептик наружного применения, выпускается в виде мазей, растворов для полосканий.
Сульфат натрия (глауберова соль). Применяют как слабительное средство: 15 г для взрослого растворить в стакане воды, действовать начнет через 4 часа.
Тиосульфат натрия (серноватистокислый натрий). Используется как десенсибилизатор и противовоспалительное средство: при аллергиях, невралгиях, артрите - внутривенно, при чесотке – наружно в виде раствора для примочек.
Нитрит натрия (натрий азотистокислый). Применяют как сосудорасширяющее средство при стенокардии, спазмах мозговых сосудов. Выпускается в виде раствора, который можно использовать для инъекций или внутрь – 0,1 г 2-3 раза в день.
Метамизол натрия. Обладает обезболивающим действием, применяется при острых респираторных инфекциях и в качестве жаропонижающего средства. Выпускается в таблетках и ампулах.
Фторид натрия. Широко применяется в стоматологии, поскольку обладает способностью влиять на регенерацию тканей зубов и созревание зубной эмали, обладает противомикробным действием. Используется как в инъекционной, так и в топической форме – в растворах, ополаскивателях и даже в составе лечебной зубной пасты.
Оксибутират натрия. Обладает седативным и миорелаксантным действием, в большой дозе может вызвать состояние сна, активирует обменные процессы в тканях мозга и сердца. Выпускается в виде порошков.
Практически все препараты с содержанием натрия обладают разными побочными эффектами, поэтому их применение обязательно должно быть согласовано с врачом.
Сколько соли мы должны употреблять в день, чтобы не навредить здоровью? Как разобраться в том, где содержится соль в магазинных продуктах и как она скрыта в виде пищевых натриевых добавок? В чем скрытая угроза натрия для организма, поступающего в виде соли? Ответы на эти и другие вопрос смотрите в видео ниже.
Натрий - элемент 3-го периода и IA-группы Периодической системы, порядковый номер 11. Электронная формула атома 3s 1 , степени окисления +1 и 0. Имеет малую электроотрицательность (0,93), проявляет только металлические (основные) свойства. Образует (как катион) многочисленные соли и бинарные соединения. Почти все соли натрия хорошо растворимы в воде.
В природе — пятый
по химической распространенности элемент (второй среди
металлов), встречается только в виде соединений. Жизненно важный элемент для всех организмов.
Натрий, катион натрия и его соединения окрашивают пламя газовой горелки в ярко-желтый цвет (качественное обнаружение ).
Натрий Na. Серебристо-белый металл, легкий, мягкий (режется ножом), низкоплавкий. Хранят натрий в керосине. С ртутью образует жидкий сплав — амальгаму (до 0,2 % Na).
Весьма реакционноспособный, во влажном воздухе натрий медленно покрывается гидроксидной пленкой и теряет блеск (тускнеет):
Натрий химически активен, сильный восстановитель. Воспламеняется на воздухе при умеренном нагревании (>250 °С), реагирует с неметаллами:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Очень бурно и с большим экзо -эффектом натрий реагирует с водой:
2Na + 2H2O = 2NaOH + Н2^ + 368 кДж
От теплоты реакции кусочки натрия расплавляются в шарики, которые начинают беспорядочно двигаться из-за выделения Н 2 . Реакция сопровождается резкими щелчками вследствие взрывов гремучего газа (Н 2 + O 2). Раствор окрашивается фенолфталеином в малиновый цвет (щелочная среда).
В ряду напряжений натрий стоит значительно левее водорода, из разбавленных кислот НС1 и H 2 SO 4 вытесняет водород (за счет Н 2 0 и Н).
Получение натрия в промышленности:
(см. также ниже получение NaOH).
Натрий применяется для получения Na 2 O 2 , NaOH, NaH, а также в органическом синтезе. Расплавленный натрий служит теплоносителем в ядерных реакторах, а газообразный — используется как наполнитель желтосветных ламп наружного освещения.
Оксид натрия Na 2 O. Основный оксид. Белый, имеет ионное строение (Na +) 2 O 2- . Термически устойчивый, при прокаливании медленно разлагается, плавится под избыточным давлением пара Na. Чувствителен к влаге и углекислому газу в воздухе. Энергично реагирует с водой (образуется сильнощелочной раствор), кислотами, кислотными и амфотерными оксидами, кислородом (под давлением). Применяется для синтеза солей натрия. Не образуется при сжигании натрия на воздухе.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: термическое разложение Na 2 O 2 (см.), а также сплавление Na и NaOH, Na и Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na а O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na а O (130-200 °C)
Пероксид натрия Na 2 O 2 . Бинарное соединение. Белый, гигроскопичный. Имеет ионное строение (Na +) 2 O 2 2- . При нагревании разлагается, плавится под избыточным давлением О 2 . Поглощает углекислый газ из воздуха. Полностью разлагается водой, кислотами (выделение О 2 при кипячении — качественная реакция на пероксиды ). Сильный окислитель, слабый восстановитель. Применяется для регенерации кислорода в изолирующих дыхательных приборах (реакция с СО 2), как компонент отбеливателей ткани и бумаги. Уравнения важнейших реакций:
Получение : сжигание Na на воздухе.
Гидроксид натрия NaOH. Основный гидроксид, щелочь, техническое название едкий натр. Белые кристаллы с ионным строением (Na +)(OH —). Расплывается на воздухе, поглощая влагу и углекислый газ (образуется NaHCО 3). Плавится и кипит без разложения. Вызывает тяжелые ожоги кожи и глаз.
Хорошо растворим в воде (с экзо -эффектом, +56 кДж). Реагирует с кислотными оксидами, нейтрализует кислоты, вызывает кислотную функцию у амфотерных оксидов и гидроксидов:
Раствор NaOH разъедает стекло (образуется NaSiО3), корродирует поверхность алюминия (образуются Na и Н 2).
Получение NaOH в промышленности:
а) электролиз раствора NaCl на инертном катоде
б) электролиз раствора NaCl на ртутном катоде (амальгамный способ):
(освобождающуюся ртуть возвращают в электролизер).
Едкий натр — важнейшее сырье химической промышленности. Используется для получения солей натрия, целлюлозы, мыла, красителей и искусственного волокна; как осушитель газов; реагент в извлечении из вторичного сырья и очистке олова и цинка; при переработке руд алюминия (бокситов).
Натрий принадлежит к разряду щелочных металлов. Элемент относится к третьему периоду и к первой группе периодической системы Менделеева.
Физические и химические свойства натрия
В чистом виде натрий - это вещество серого цвета с металлическим блеском и низкой твердостью. Металл настолько мягкий, что легко режется ножом. Температура плавления натрия - 79 °С. Плотность металла - 0,97 г/см³.
Свежесрезанный натрий
Натрий имеет высокую активность и способен бурно реагировать со многими другими веществами. Молярная масса металла - 23. Из-за высокой активности натрия и присущих ему характеристик оксид натрия способен формировать щелочь.
Натрий используют в химической отрасли: щелочной металл необходим для получения гидроксида натрия, фторида натрия, сульфатов и нитратов. Металл используется в качестве сильного восстановителя для выделения чистых металлов из их солей (для этого существует специальный технический натрий).
Натрий применяется в фармацевтической отрасли при получении бромида натрия - одного из основных компонентов многих антидепрессантов и седативных средств. Натрий также используется в изготовлении газоразрядных ламп. Натрия хлорат (NaClO₃) используются для удаления растений и сорняков с железной дороги. С помощью цианида натрия из горных пород получают драгоценный металл.
Взаимодействие с кислотами и солями
Натрий вступает в реакцию со всеми кислотами, образуя соль натрия и . При реакции щелочного металла с соляной кислотой образуется поваренная соль и водород. Уравнение реакции:
Na + HCl = NaCl + Н₂
Молекулярная структура хлорида натрия
Это химическое взаимодействие является реакцией замещения. Данная реакция помогает получить такие соли: нитрат, фосфат, сульфат, нитрит, карбонат натрия, сульфит. С можно провести множество интересных экспериментов, например, изучить цепочку превращений соединений меди: из синего сульфата меди получится зеленоватый -, затем бирюзовый (CuOH)₂CO₃, черный CuO и, наконец, сине-лиловый ²⁺, а последний вновь образует сульфат меди CuSO₄! Нажмите , чтобы узнать, как провести этот необычный опыт.
Натрий реагирует с солями всех металлов, кроме калия и кальция (они имеют бóльшую химическую активность). В результате взаимодействия натрия с солями металлов происходит реакция замещения. Атомы натрия становятся на место атомов химически менее активного металла. При смешивании 2 молей натрия и 1 моля нитрата магния образуется 2 моля нитрата натрия и 1 моль чистого магния. Уравнение реакции:
2Na + Mg(NO₃)₂ = 2NaNO₃ + Mg.
Взаимодействие с галогенами
Галогены - это простые вещества, относящиеся к седьмой группе периодической системы Менделеева: иод, фтор, бром, хлор. Натрий вступает в реакцию со всеми элементами, образуя иодистый, фтористый, бромистый и хлористый натрий. Для проведения реакции к 2 молям натрия добавляется 1 моль фтора. В результате образуется 2 моля фтористого натрия. Уравнение реакции:
Na + F₂ = 2NaF
Полученный фтористый натрий используется в производстве моющих средств и антикариесных зубных паст. Таким же методом при добавлении хлора получается хлористый натрий (кухонная соль), иодистый натрий, бромистый натрий.
Взаимодействие натрия с простыми веществами
Натрий вступает в реакцию с серой, углеродом, фосфором. Такие химические взаимодействия протекают при высокой температуре. Происходит реакция присоединения, с помощью которой образуются натрия сульфид, натрия фосфид, натрия карбид. Например, присоединение атомов натрия к атомам фосфора: если к 3 молям натрия добавить 1 моль фосфора, а затем нагреть их, образуется 1 моль фосфида натрия. Уравнение реакции:
3Na + Р = Na₃P
Натрий реагирует с азотом и водородом. В ходе реакции азота с натрием образуется нитрид натрия, при реакции водорода с натрием - гидрид натрия. Уравнения реакций:
6Na + N₂ = 2Na₃N
2Na + Н₂ = 2NaH
Для проведения первой реакции потребуется электрический разряд, для второй - высокая температура.
Образование оксидов натрия
К формированию оксида приводит реакция металла с : на сжигание 4 молей натрия потратится 1 моль кислорода и образуется 2 моля оксида натрия. Формула натрия оксида - Na₂O. Уравнение реакции:
4Na + О₂ = 2Na₂O
При добавлении к оксиду натрия воды образуется щелочь - NaOH. Взяв 1 моль оксида и 1 моль воды, получим 2 моля основания. Уравнение реакции:
Na₂O + Н₂О = 2NaOH
Чешуйки едкого натра (NaOH)
Из-за ярко выраженных щелочных свойств и высокой химической активности это вещество называется .
Едкий натрий, как и все сильные кислоты, активно реагирует с органическими соединениями, солями малоактивных металлов и другими веществами. Во время взаимодействия едкого натрия с солями протекает реакция обмена - образуется новая соль и новое основание. Раствор едкого натрия способен разрушать бумагу, ткань, кожу, ногти, поэтому во время работы с веществом необходимо придерживаться правил техники безопасности.
Реакция натрия с водой
В лабораторных условиях проводится такой : из керосина пинцетом извлекается кусок натрия, кладется на сухую фильтровальную бумагу, лежащую на стекле или керамической плитке. Металл просушивается фильтровальной бумагой. Держа натрий пинцетом, с него срезают ножом верхний слой, обнажая его чистую поверхность с характерным металлическим блеском. Далее нужно отделить ножом кусочек металла (меньше горошины), а оставшийся металл поместить в сосуд с керосином. Перенести отрезанный кусок металла в воду и накрыть пробиркой с продырявленным дном. Поднести к отверстию зажженную лучинку. Внимание! Не пытайтесь повторить это в домашних условиях или самостоятельно! В ходе реакции происходит выделение газа - водорода. Кроме того, еще одним продуктом реакции является щелочь.
В начале 19-го века натрий звали содием. Такое имя элементу дал Гемфри Дэви, сумевший выделить металл из щелочи. Химик слегка увлажнил ее и подверг электролизу. Изменить название открытого Гемфри элемента предложил Вильгельм Гильберт.
Это автор знаменитых «Анналов физики». Ученый стал именовать содий натронием. Дело продолжил Йенс Берцелиус. Химик из Швеции ввел сокращение натрий. О свойствах и роли этого металла в жизни людей – наш следующий материал.
Химические и физические свойства натрия
Элемент входит в главную подгруппу 1-ой группы , занимая 11-ю позицию. В колонке все металлы щелочные, таков и натрий. Вода реагирует с ним. Образуется едкая щелочь. Еще одна общая особенность металлов группы – присутствие лишь 1-го электрона на внешней орбите атома.
Это делает натрий мощным восстановителем. Элемент легко отдает электрон внешнего уровня, повышая свою степень окисления. Атом приходит к завершенной оболочке предыдущего уровня.
Восстановительная активность – причина отсутствия чистого металла в природе. Найти можно лишь соединения. Так, натрия хлорид – это поваренная соль. Карбонат натрия – пищевая сода. Так что, металл не зря был изначально назван содием.
Можно было именовать и нетер. Именно под этим названием вещество фигурирует в Ветхом завете. Что же касается , ей люди начали пользоваться еще во времена Палеолита, то есть около 6 000 лет назад.
Энергичнее всего натрий взаимодействует не только с водой, но и всеми неметаллами. Чтобы из активного восстановителя получить деликатный, 11-ый элемент соединяют с . Образуется амальгама.
Если же, напротив, нужно усилить агрессию натрия, к нему приплюсовывают кислород. Итог – пероксид, мощный окислитель. В его атмосфере большинство веществ воспламеняются.
Непрост и «характер» гидроксида натрия . Его именуют едким. Соединение разъедает ткани, кожу, и прочую органику и материи, сделанные на ее основе. Правда, на воздухе гидроксид натрия захватывает углекислый газ и обезвреживается, превращаясь в карбонат.
Когда Гемфри Дэви удалось выделить чистый натрий , мир узнал, каков он внешне. Металл серебристо-белый. Тонкие срезы отливают фиолетовым. Формула натрия делает его мягким и податливым.
Режется обычным ножом и блестит на поверхности скольжения лезвия. У элемента невысокая температура плавления – 97 градусов. Закипает же натрий при 883-ех по шкале Цельсия.
Чистый металл хорошо проводит ток и тепло, не отличается высокой плотностью. Ее показатель у 11-го элемента меньше единицы. Это не умоляет весомости натрия в биологических процессах.
Металл есть и в растениях, и в животных тканях. Так, в организме человека раствор натрия – часть плазмы крови, пищеварительных и лимфы.
Осмотической давление, к примеру, поддерживается именно за счет 11-го элемента. Применение ему нашла не только природа, но и человек. Масса натрия идет, к примеру, на промышленные цели. Какие? Об этом расскажем в следующей главе.
Применение натрия
В природе элемент представлен лишь 1-им стабильным изотопом. Его массовое число 23. В искусственных условиях создано еще 15 изотопов. Они не стабильны, большинство разрушается за пару минут. Исключение: — 22-ой и 24-ый Na.
Период полураспада этих изотопов значителен. Первый сохраняется 2,5 года, активно излучает позитроны, чем и служит науке. Период полураспада второго – 15 часов. Достаточно, чтобы послужить медицине и помочь больным лейкемией.
В сфере ядерной энергетики натрий стал теплоносителем. Пригодился «разбег» между температурой плавления и кипения элемента. Интервал в 800 градусов Цельсия позволяет, к примеру, заполнять щелочным металлом контуры энергоносителей атомных подлодок. Натрий принимает тепло из реактора, не закипая при этом.
Держать температуру в разумных рамках удается за счет циркуляции жидкого металла между реактором и парогенератором. В последнем происходит охлаждение натрия , испаряется вода. Вот и получается вращать турбину энергией пара высокого давления.
Чистый элемент пригождается и в металлургии. Какую роль в ней выполняет натрий? Инструкция применения такова: металл упрочняет сплавы на основе свинца. В качестве достаточно около 1,5% 11-го элемента. Натрий добавляют и к сплавам других металлов. Добиваются уже не прочности, а тугоплавкости смесей.
Из изделий стоит упомянуть провода. Натрий купить для их изготовления выгоднее, чем привычную . Электричество 11-ый элемент проводит в 3 раза хуже. Зато, щелочной металл в 9 раз легче.
Этот аргумент заставил промышленников перейти именно на натриевые шины для больших токов. Тонкие же провода продолжили делать из привычных меди и .
Теперь, о роли соединений натрия . Пероксид не только воспламеняет вещества, но и способен отбелить ткани. Гидроксид 11-го металла нужен нефтяникам. Соединение очищает продукты переработки жидкого . Закупают гидроксид и для производства твердых сортов моющих средств. Без едкого вещества невозможно омылить в них жиры.
Параллельно, белый порошок без запаха участвует в изготовлении и текстиля. Здесь ставку делают на раствор натрия хлорида . Средство способно осветлять, как писчие листы, так и ткани. В народе реагент называют хлоркой.
Натрия тетраборат стал лекарством при кандидозе и прочих вагинальных инфекциях. Сульфацип натрия – препарат, помогающий при конъюнктивите и других воспалительных процесса в глаза. Противоядием при отравлениях солями и вообще интоксикации организма становится тиосульфат натрия .
Пищевая известна в народе, как средство от изжоги. Гидрокарбонат натрия – щелочь, нейтрализующая желудочную кислоту. Применяют 11-ый элемент и при запорах. Выручает сульфат натрия .
Кроме непосредственно медицинской сферы, элемент ценят и в косметологии. Натрий кислота – не что иное, как гиалуронка. Она поддерживает молодость кожи. Инъекции водятся, как правило в носогубные складки, морщины. Кислота заполняет их. В молодости гиалуронат вырабатывается организмом, но с возрастом процесс замедляется. Приходится вводить препарат из вне.
На фото продукты, содержащие натрий
Первыми человечество оценило соли натрия . Но, в 21-ом веке познали прелесть цианистой формы металла. Она помогает добывать . Драгоценность расплавляется в цианистом натрии. Правда, в жидкую форму переходят и еще некоторые составные руды.
Тем не менее, выделить золото из комплексного расплава уже проще, чем из твердых масс. На финальной стадии «подключают» и … драгоценный металл добыт.
Добыча натрия
Если нужен чистый элемент, его добывают из обычной поваренной соли. Ее отложения имеются на всех континентах. Если ресурсов не хватит, кладезю соли являются воды морей. Выделить из хлорида натрий удается путем его расплавления и последующего электролиза. Катоды берут железные, или медные. Аноды закупают из .
К соли примешивают фторид натрия и хлорид калия. Они снижают температуру размягчения сырья с 800-от до 500-от градусов Цельсия. Это сокращает потери натрия в виде испарений. Метод выгоден вдвойне, ведь одновременно с 11-ым элементом добывают и чистый хлор.
Цена натрия
Стоимость элемента зависит от того, приобретается раствор гидроксида натрия , чистый металл, его сульфат или другое соединение. Ценник зависит и от того, покупается оно, к примеру, в составе какого-то препарата, или отдельно. Сфер использования натрия масса, производителей сотни и тысячи.
У каждого свои запросы. Какие-то вещества добываются легко практически в готовом виде, та же соль. Она и стоит около 10-20 рублей за килограмм. Другие соединения натрия нужно синтезировать, что увеличивает их стоимость.
Так, или иначе, человечество готово платить за пользу, приносимую ему 11-ым элементом. Его добыча ведется активно и, судя по всему, не собирается затихать.
