Натрий и его соединения

Натрий как типичный элемент верхней части земной коры. Характеристика и сущность основных физических и химических свойств натрия. Взаимодействие натрия с простыми веществами, способы его получения. Участие натрия в минеральном обмене животных и человека.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

"Натрий и его соединения"

натрий химический минеральный

Содержание

Введение

Нахождение в природе натрия и его соединений

Физические и химические свойства

Получение и применение

Токсичность

Список литературы

Введение

Натрий - химический элемент главной подгруппы I группы периодической системы Менделеева. Его атомный номер 11, атомная масса 22,9898. Натрий - серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности, легко режется ножом. Срез у натрия сразу после разреза имеет яркий металлический блеск, но быстро тускнеет вследствие крайне быстрого окисления металла. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа Na.

Природные соединения натрия (поваренная соль NaCI, сода NaCO) известны с глубокой древности. Название «натрий», происходящее от арабского натрун, греческого 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.

Нахождение в природе натрия и его соединений

Натрий - типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и др.) 2,77%, в основных (базальты и др.) 1,94%, в ультраосновных (породы мантии) 0,57%. Благодаря изоморфизму Na и Ca, 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. Натрий 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 озёрах степей и пустынь осаждаются соли натрия, формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником натрия и его соединений, - галит (каменная соль) NaCI, чилийская селитра NaNO, тенардит NaSO, мирабилит или глауберова соль NaSO10HO, трона NaH(CO)2HO, бура NaBO10HO, сильвинит KCI NaCI. Мировая добыча натрия оценивается 110 тонн. Na - важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% натрия. В животных его больше, чем в растениях. Натрий - один из основных элементов, участвующих в минеральном обмене животных и человека. Содержится главным образом во внеклеточных жидкостях (в эритроцитах человека около 10 ммоль/кг, в сыворотке крови 143 ммоль/кг); содержание натрия в тканях растений около 0,01% на сырую массу.

Физические и химические свойства

При обычной температуре натрий кристаллизуется в кубической решётке, а=4,28. Атомный радиус 1,86, ионный радиус Na 0,92. Плотность 0,968 г/см (19,7С), t=97,83С, t=882,9С; удельная теплоёмкость (20С) 1,2310дж/(кгК) или 0,295 кал/(гград); коэффициент теплопроводности 1,3210 вт/(мК) или 0,317 кал/(смсекград); температурный коэффициент линейного расширения (20С) 7,110 удельное электрическое сопротивление (0С) 4,310омм (4,310 омсм). Натрий парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость +9,210; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).

Натрий относится к щелочным металлам, так как его оксид имеет сильноосновный характер, и образуемый им гидроксид является сильным электролитом - щелочью. Нормальный электродный потенциал натрия -2,714 В; электродный потенциал в расплаве - 2,4 В. Пары натрия окрашивают пламя в характерный ярко-жёлтый цвет (качественная реакция на катионы щелочных металлов). Электронная конфигурация атома натрия 1s2s2p3s. Натрий, как все щелочные металлы, имеет один s-электрон на внешнем электронном слое, который при химических реакциях легко теряет, проявляя степень окисления +1 (во всех известных соединениях натрий одновалентен). Поэтому Na является сильным восстановителем. В твёрдом состоянии хорошо проводит электрический ток. Так как натрий легкоплавок и быстро окисляется на воздухе, его хранят без доступа воздуха и влаги, чаще всего под керосином. Натрий образует соединения с преимущественно ионной связью, которые, как правило, растворимы в воде и легко диссоциируют на ионы. Для ионов щелочных металлов образование устойчивых комплексов нехарактерно. Химическая активность натрия очень высока. Ряд солей кристаллизуется из раствора в форме кристаллогидратов: NaSO10HO, NaCO10HO, NaBO 10HO, являющихся по своей структуре тектогидратами. Тектогидраты имеют строение льда, в полостях которого равномерно расположены противоположно заряженные ионы.

Химические свойства:

Взаимодействие с простыми веществами:

1) Реакция с галогенами: 2Na + CI= 2NaCI (хлорид натрия)

С фтором и хлором натрий взаимодействует непосредственно при обычной температуре (энергично сгорает в хлоре, что особенно хорошо наблюдать в хлоркальциевой трубке, в которой через расплавленный и сильно разогретый натрий пропускают ток хлора), с бромом - только при нагревании; с йодом прямого взаимодействия не наблюдается.

Хлорид натрия (поваренная соль) NaCI кристаллизуется в виде кубических кристаллов, не имеет запаха, обладает солёным вкусом, хорошо растворим в воде. С изменением температуры его растворимость почти не меняется. Это имеет определенное значение при выделении поваренной соли из растворов других солей методом перекристаллизации.

2) Реакция с кислородом: 4Na + O= 2NaO (оксид натрия)

2Na + O= NaO (пероксид натрия)

При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуются окись NaO (окисление в небольшом количестве кислорода при температуре около 180С) или перекись NaO - бесцветные кристаллические вещества. Оксид натрия - твёрдое гигроскопичное вещество, легко взаимодействующее с водой, имеет сильноосновный характер. При взаимодействии с водой образует щелочь (едкий натр):

NaO +HO = 2NaOH

Гидроксид натрия или едкий натр NaOH является очень важным соединением натрия. Его называют также каустической содой или просто каустиком. Для получения едкого натра используют поваренную соль - наиболее дешёвое природное соединение натрия. Эту соль подвергают электролизу, но в этом случае применяют не расплав, а раствор соли. Едкий натр - твёрдое кристаллическое вещество белого цвета, прекрасно растворимое в воде. При растворении едкого натра в воде выделяется большое количество тепла, и раствор сильно разогревается. Едкий натр необходимо хранить в хорошо закупоренных сосудах, чтобы предохранить его от проникновения водяных паров, под действием которых он может сильно увлажниться, а также оксида углерода (IV), под действием которого едкий натр может постепенно превратиться в карбонат натрия:

2NaOH + CO = NaCO +HO

Пероксид натрия (желтоватый порошок) является сильнейшим окислителем. При действии воды он образует щелочь и пероксид водорода (если процесс вести при нагревании, то вследствие разложения HO выделяется кислород):

NaO+2HO = HO + 2NaOH

При действии разбавленных кислот на пероксид натрия образуется пероксид водорода: NaO +HSO= NaSO+HO

С углекислым газом воздуха пероксид натрия реагирует по уравнению:

2NaO + 2CO= 2NaCO +O

Поэтому его используют в дыхательных аппаратах для регенерации воздуха - поглощения оксида углерода (IV) и выделения кислорода.

На воздухе натрий мгновенно окисляется. Поэтому его хранят под слоем органических растворителей (керосин или парафин, причем парафин предпочтительнее, так как в керосине всё же растворяется некоторое количество воздуха и окисление натрия, хотя и медленно, но происходит).

В реакциях с галогенами и кислородом натрий наиболее энергично проявляет восстановительные способности.

3) Реакция с серой: 2Na + S = NaS (сульфид натрия)

При растирании в ступке с серой натрий реагирует бурно, образуя натрия сульфид. Реакция сопровождается вспышками, поэтому ступку нужно держать подальше от глаз и обернуть руку полотенцем. Для реакции берут небольшие кусочки натрия.

4) Реакция с азотом: 6Na + N= 2NaN (нитрид натрия)

Взаимодействие паров натрия с азотом в поле тихого эл...