Nātriju tīrā veidā 1807. gadā ieguva Hamfrijs Deivijs, angļu ķīmiķis, kurš neilgi pirms tam atklāja nātriju. Deivijs veica viena no nātrija savienojuma - hidroksīda - elektrolīzes procesu, kuru kausējot ieguva nātriju. Cilvēce nātrija savienojumus izmanto jau kopš seniem laikiem, dabiskas izcelsmes soda tika izmantota jau Senajā Ēģiptē (kalorizators). Nosauca elementu nātrijs (nātrijs) , dažreiz šis vārds ir atrodams arī tagad. Parastais nosaukums ir nātrijs (no latīņu valodas nātrijs- soda) ierosināja zviedrs Jenss Berzēliuss.
Nātrijs ir ķīmisko elementu periodiskās tabulas trešā perioda III I grupas elements D.I. Mendeļejeva atomu skaits ir 11 un atomu masa ir 22,99. Pieņemtais apzīmējums ir Na(no latīņu valodas nātrijs).
Atrodoties dabā
Nātrija savienojumi ir atrodami zemes garozā un jūras ūdenī kā piemaisījums, kas radiācijas ietekmē mēdz iekrāsot akmeņsāli zilā krāsā.
Nātrijs ir mīksts, kaļams sārmu metāls, kas ir sudrabaini baltā krāsā un spīdīgs, ja to sagriež svaigā veidā (ir pilnīgi iespējams griezt nātriju ar nazi). Piespiežot, tas pārvēršas caurspīdīgā sarkanā vielā, normālā temperatūrā tas kristalizējas. Mijiedarbojoties ar gaisu, tas ātri oksidējas, tāpēc nātrijs jāuzglabā zem petrolejas slāņa.
Ikdienas nātrija nepieciešamība
Nātrijs ir svarīgs cilvēka organismam mikroelements, dienas nepieciešamība pieaugušajiem ir 550 mg, bērniem un pusaudžiem - 500-1300 mg. Grūtniecības laikā nātrija norma dienā ir 500 mg, un dažos gadījumos (pārmērīga svīšana, dehidratācija, diurētisko līdzekļu lietošana) jāpalielina.
Nātrijs ir atrodams gandrīz visās jūras veltēs (vēžos, krabjos, astoņkājos, kalmāros, mīdijās, jūraszālēs), zivīs (anšovos, sardīnēs, butes, salakas u.c.), vistu olās, graudaugos (griķi, rīsi, grūbas, auzu pārslas, prosa). ), pākšaugi (zirņi, pupas), dārzeņi (tomāti, selerijas, burkāni, kāposti, bietes), piena produkti un gaļas blakusprodukti.
Nātrija labvēlīgās īpašības un tā ietekme uz ķermeni
Nātrija labvēlīgās īpašības ķermenim ir:
- Ūdens-sāls metabolisma normalizēšana;
- Siekalu un aizkuņģa dziedzera enzīmu aktivizēšana;
- Līdzdalība kuņģa sulas ražošanā;
- Normāla skābju-bāzes līdzsvara uzturēšana;
- Nervu un muskuļu sistēmas funkciju ģenerēšana;
- Vazodilatatora iedarbība;
- Asins osmotiskās koncentrācijas uzturēšana.
Nātrija sagremojamība
Nātrijs ir atrodams gandrīz visos pārtikas produktos, lai gan organisms lielāko daļu tā (apmēram 80%) saņem no. Uzsūkšanās galvenokārt notiek kuņģī un tievajās zarnās. uzlabo nātrija uzsūkšanos, tomēr pārmērīgi sāļa pārtika un olbaltumvielām bagāta pārtika traucē normālu uzsūkšanos.
Mijiedarbība ar citiem
Nātrija metālu izmanto ķīmiskajā un metalurģiskajā rūpniecībā, kur tas darbojas kā spēcīgs reducētājs. Nātrija hlorīdu (galda sāli) lieto visi mūsu planētas iedzīvotāji bez izņēmuma, tas ir slavenākais aromatizētājs un vecākais konservants.
Nātrija deficīta pazīmes
Nātrija deficīts parasti rodas pārmērīgas svīšanas dēļ – karstā klimatā vai fizisko aktivitāšu laikā. Nātrija trūkumu organismā raksturo atmiņas traucējumi un apetītes zudums, reibonis, nogurums, dehidratācija, muskuļu vājums un dažreiz krampji, izsitumi uz ādas, vēdera krampji, slikta dūša un vemšana.
Pārmērīga nātrija pazīmes
Pārmērīgs nātrija daudzums organismā liek sevi manīt ar pastāvīgām slāpēm, pietūkumu un alerģiskām reakcijām.
Patiesa, empīriska vai bruto formula: Na
Molekulmasa: 22,99
Nātrijs- pirmās grupas elements (saskaņā ar veco klasifikāciju - pirmās grupas galvenā apakšgrupa), D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas trešais periods ar atomskaitli 11. Apzīmē ar simbolu Na (lat. Nātrijs). Vienkāršā viela nātrijs (CAS numurs: 7440-23-5) ir mīksts sārmu metāls sudrabaini baltā krāsā.
Vārda vēsture un izcelsme
Nātrijs (pareizāk sakot, tā savienojumi) ir zināms un izmantots kopš seniem laikiem. Bībelē, pravieša Jeremijas grāmatā, ir minēts sengrieķu vārds. νίτρον — Septuagintā, un vārds ir lat. nitroet - Vulgātā (Jer. 2:22) kā vielas nosaukums tas ir sava veida soda vai potašs, kas, sajaukts ar eļļu, kalpoja kā mazgāšanas līdzeklis. Tanakhā vārds sengrieķu valodā. νίτρον atbilst senajai ebreju valodai. ברית — “ziepes” un cita ebreju valoda. נתר - "sārms (ziepju šķidrums)." Soda (nātrons), kas dabiski atrodama sodas ezeru ūdeņos Ēģiptē. Senie ēģiptieši izmantoja dabisko sodu balzamēšanai, audekla balināšanai, ēdiena gatavošanai, kā arī krāsu un glazūru izgatavošanai. Plīnijs Vecākais raksta, ka Nīlas deltā soda (tā saturēja pietiekamu daudzumu piemaisījumu) tika izolēta no upes ūdens. Tas tika pārdots lielos gabaliņos, kas krāsoti pelēkā vai pat melnā krāsā ogļu piejaukuma dēļ.
Nosaukums “nātrijs” cēlies no latīņu vārda nātrijs (sal. sengrieķu νίτρον), kas aizgūts no vidusēģiptiešu valodas (nṯr), kur tas cita starpā nozīmēja: “soda”, “kaustiskā soda”.
Saīsinājumu “Na” un vārdu nātrijs vispirms izmantoja akadēmiķis, Zviedrijas Ārstu biedrības dibinātājs Jöns Jakob Berzelius (1779-1848), lai apzīmētu dabiskos minerālus, tostarp soda. Iepriekš (un arī joprojām angļu, franču un vairākās citās valodās) elements tika saukts par nātriju (latīņu nātrijs) - šis nosaukums nātrijs, iespējams, atgriežas arābu valodā suda, kas nozīmē "galvassāpes", jo tika izmantota soda. tolaik kā zāles pret galvassāpēm.
Nātriju pirmo reizi ieguva angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs, kurš par to ziņoja 1807. gada 19. novembrī Beikera lekcijā (lekcijas manuskriptā Dāvijs norādīja, ka viņš atklāja kāliju 1807. gada 6. oktobrī, bet nātriju dažas dienas pēc kālija) , ar izkausēta nātrija hidroksīda elektrolīzi .
Atrodoties dabā
Nātrija Clarke zemes garozā ir 25 kg/t. Sastāvs jūras ūdenī savienojumu veidā ir 10,5 g/l. Nātrija metāls rodas kā piemaisījums, kas krāso akmeņsāli zilā krāsā. Sāls iegūst šo krāsu starojuma ietekmē.
Kvīts
Pirmā rūpnieciskā nātrija ražošanas metode bija nātrija karbonāta reducēšanas reakcija ar akmeņoglēm, karsējot ciešu šo vielu maisījumu dzelzs traukā līdz 1000 °C (Devila metode):
Na 2 CO 3 +2C → 2Na+3CO.
Ogļu vietā var izmantot kalcija karbīdu, alumīniju, silīciju, ferosilīciju un silīcijaalumīniju.
Līdz ar elektroenerģijas parādīšanos praktiskāka kļuva cita nātrija iegūšanas metode - izkausētas kaustiskās sodas vai nātrija hlorīda elektrolīze. Pašlaik elektrolīze ir galvenā nātrija iegūšanas metode.
Nātriju var iegūt arī ar cirkonija termisko metodi vai nātrija azīda termisko sadalīšanu.
Fizikālās īpašības
Nātrijs ir sudrabaini balts metāls, plānās kārtās ar purpursarkanu nokrāsu, plastmasas, pat mīksts (viegli griežams ar nazi), svaigs nātrija griezums ir spīdīgs. Nātrija elektriskā un siltumvadītspēja ir diezgan augsta, blīvums ir 0,96842 g/cm³ (pie 19,7 °C), kušanas temperatūra ir 97,86 °C un viršanas temperatūra ir 883,15 °C.
Zem spiediena tas kļūst caurspīdīgs un sarkans, piemēram, rubīns.
Istabas temperatūrā nātrijs veido kristālus kubiskajā sistēmā, telpas grupa I m3m, šūnu parametri a = 0,42820 nm, Z = 2.
–268 °C (5 K) temperatūrā nātrijs nonāk sešstūra fāzē, telpas grupa P 63/mmc, šūnu parametri a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, Z = 2.
Ķīmiskās īpašības
Sārmu metāls gaisā viegli oksidējas līdz nātrija oksīdam. Lai aizsargātu pret atmosfēras skābekli, nātrija metāls tiek uzglabāts zem petrolejas slāņa.
4Na+O2 → 2Na2O
Dedzinot gaisā vai skābeklī, veidojas nātrija peroksīds:
2Na+O2 → Na2O2
Turklāt ir nātrija ozonīds NaO 3.
Nātrijs ļoti spēcīgi reaģē ar ūdeni, ūdenī ievietots nātrija gabals uzpeld, radītā siltuma ietekmē tas kūst, pārvēršoties baltā bumbiņā, kas ātri pārvietojas dažādos virzienos pa ūdens virsmu; reakcija notiek ar izdalīšanos ūdeņraža, kas var aizdegties. Reakcijas vienādojums:
2Na+2H2O → 2NaOH +H2
Tāpat kā visi sārmu metāli, nātrijs ir spēcīgs reducētājs un enerģiski reaģē ar daudziem nemetāliem (izņemot slāpekli, jodu, oglekli, cēlgāzes):
2Na+Cl 2 → 2NaCl
2Na+H2 → 2NaH
Nātrijs ir aktīvāks nekā litijs. Tas ārkārtīgi slikti reaģē ar slāpekli kvēlojošā izlāde, veidojot ļoti nestabilu vielu - nātrija nitrīdu (pretstatā viegli veidojas litija nitrīdam):
6Na+N 2 → 2Na3N
Tas mijiedarbojas ar atšķaidītiem metāliem kā parasts metāls:
2Na+2HCl → 2NaCl+H2
Ar koncentrētām oksidējošām skābēm izdalās reducēšanas produkti:
8Na+10HNO3 → 8NaNO3 +NH4NO3 +3H2O
Izšķīst šķidrā amonjakā, veidojot zilu šķīdumu:
Na+4NH3 → Na(NH3)4
Karsējot reaģē ar amonjaka gāzi:
2Na+2NH3 → 2NaNH2+H2
Ar dzīvsudrabu tas veido nātrija amalgamu, ko izmanto kā mīkstāku reducētāju tīra metāla vietā. Sakausējot ar kāliju, veidojas šķidrs sakausējums.
Alkilhalogenīdi ar lieko metālu var radīt nātrija organiskos savienojumus, ļoti reaģējošus savienojumus, kas parasti spontāni aizdegas gaisā un eksplodē kopā ar ūdeni. Ja trūkst metāla, notiek Wurtz reakcija.
Tas izšķīst kroņa ēteros organisko šķīdinātāju klātbūtnē, veidojot elektrodu vai sārmu (pēdējā nātrija oksidācijas pakāpe ir -1).
Pieteikums
Nātrija metālu plaši izmanto kā spēcīgu reducētāju preparatīvajā ķīmijā un rūpniecībā, tostarp metalurģijā. Izmanto organisko šķīdinātāju, piemēram, ētera, žāvēšanai. Nātriju izmanto ļoti energoietilpīgu nātrija sēra akumulatoru ražošanā. To izmanto arī kravas automašīnu dzinēju izplūdes vārstos kā šķidruma siltuma izlietni. Reizēm nātrija metālu izmanto kā materiālu elektriskajiem vadiem, kas paredzēti ļoti lielu strāvu pārvadīšanai.
Sakausējumā ar kāliju, kā arī ar rubīdiju un cēziju to izmanto kā ļoti efektīvu dzesēšanas šķidrumu. Jo īpaši sakausējumam, kas sastāv no nātrija 12%, kālija 47%, cēzija 41%, ir rekordzems kušanas punkts –78 °C, un tas tika ierosināts kā darba šķidrums jonu raķešu dzinējiem un dzesēšanas šķidrums atomelektrostacijām.
Šķidrais metāla dzesēšanas šķidrums ātro neitronu kodolreaktoros BN-600 un BN-800.
Nātriju izmanto arī augsta un zema spiediena gāzizlādes lampās (HPLD un LPLD). Ielu apgaismojumā ļoti plaši tiek izmantotas DNaT (Arc Sodium Tubular) tipa NLVD lampas. Tie izdala spilgti dzeltenu gaismu. HPS lampu kalpošanas laiks ir 12-24 tūkstoši stundu. Tāpēc HPS tipa gāzizlādes spuldzes ir neaizstājamas pilsētas, arhitektūras un rūpnieciskajā apgaismojumā. Ir arī lampas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) un DNaTBR (Arc Sodium Tubular bez dzīvsudraba).
Nātrija metāls tiek izmantots kvalitatīvajā analīzē. Nātrija un testējamās vielas sakausējumu neitralizē ar etanolu, pievieno dažus mililitrus destilēta ūdens un sadala 3 daļās, J. Lassaigne tests (1843) ir vērsts uz slāpekļa, sēra un halogēnu noteikšanu (Beilstein tests).
Nātrija hlorīds (galda sāls) ir vecākais izmantotais aromatizētājs un konservants.
Nātrija azīds (NaN 3) tiek izmantots kā nitrīdēšanas līdzeklis metalurģijā un svina azīda ražošanā.
Nātrija cianīdu (NaCN) izmanto hidrometalurģiskajā metodē zelta izskalošanai no akmeņiem, kā arī tērauda nitrokarburizācijā un galvanizēšanā (sudrabošana, zeltīšana).
Nātrija hlorātu (NaClO 3) izmanto, lai iznīcinātu nevēlamu veģetāciju uz dzelzceļa sliedēm.
Nātrija izotopi
Pašlaik (2012) ir zināmi 20 izotopi ar masas skaitu no 18 līdz 37 un 2 nātrija kodolizomēri. Vienīgais stabilais izotops ir 23Na. Lielākajai daļai izotopu pussabrukšanas periods ir mazāks par vienu minūti, tikai 2 radioaktīvajiem izotopiem - 22Na un 24Na - ir garāks. 22Na tiek pakļauts pozitronu sabrukšanai ar pussabrukšanas periodu 2,6027 gadi, un to izmanto kā pozitronu avotu un zinātniskos pētījumos. 24Na, kura β-sabrukšanas pusperiods ir 15 stundas, tiek izmantots medicīnā dažu leikēmijas formu diagnosticēšanai un ārstēšanai.
Bioloģiskā loma
Nātrijs ir visu dzīvo organismu sastāvdaļa. Augstākajos organismos nātrijs galvenokārt atrodams šūnu starpšūnu šķidrumā (apmēram 15 reizes vairāk nekā šūnas citoplazmā). Koncentrācijas starpība uztur šūnu membrānā iebūvēto nātrija-kālija sūkni, sūknējot nātrija jonus no citoplazmas starpšūnu šķidrumā.
Kopā ar kāliju nātrijs veic šādas funkcijas:
- Radīt apstākļus membrānas potenciāla rašanās un muskuļu kontrakciju rašanās.
- Asins osmotiskās koncentrācijas uzturēšana.
- Skābju-bāzes līdzsvara uzturēšana.
- Ūdens bilances normalizēšana.
- Membrānas transportēšanas nodrošināšana.
- Daudzu enzīmu aktivizēšana.
Nātrijs ir sastopams gandrīz visos produktos dažādos daudzumos, lai gan organisms lielāko daļu tā saņem no galda sāls, tostarp konservos, pusfabrikātos, mērcēs, desās u.c. Citi nātrija avoti ir mononātrija glutamāts, cepamā soda (nātrija bikarbonāts), nātrija nitrīts, nātrija saharināts un nātrija benzoāts. Uzsūkšanās galvenokārt notiek kuņģī un tievajās zarnās. D vitamīns uzlabo nātrija uzsūkšanos, bet pārmērīgi sāļa pārtika un pārtika, kas bagāta ar olbaltumvielām, traucē normālu uzsūkšanos. No pārtikas uzņemtā nātrija daudzums parāda nātrija saturu urīnā. Pārtikai, kas bagāta ar nātriju, raksturīga paātrināta izdalīšanās.
Nātrija deficīts nenotiek cilvēkam, kurš ēd sabalansētu uzturu, taču badošanās laikā var rasties dažas problēmas. Īslaicīgu deficītu var izraisīt diurētisko līdzekļu lietošana, caureja, pārmērīga svīšana vai pārmērīga ūdens uzņemšana.
Nātrija deficīta simptomi ir svara zudums, vemšana, gāzu veidošanās kuņģa-zarnu traktā un traucēta aminoskābju un monosaharīdu uzsūkšanās. Ilgstošs deficīts izraisa muskuļu krampjus un neiralģiju.
Pārāk daudz nātrija izraisa kāju un sejas pietūkumu, palielinātu kālija izdalīšanos ar urīnu un dažiem cilvēkiem paaugstinātu asinsspiedienu un šķidruma aizturi. Maksimālais sāls daudzums, ko var pārstrādāt nieres, ir aptuveni 20-30 grami; jebkurš lielāks daudzums ir dzīvībai bīstams.
Piesardzības pasākumi
Laboratorijās nelielus nātrija daudzumus (līdz aptuveni 1 kg) uzglabā slēgtās stikla burkās zem petrolejas slāņa, lai petroleja pārklātu visu metālu. Nātrija burka jāuzglabā metāla ugunsdrošā skapī (seifā). Nātriju ņem ar pinceti vai knaiblēm, griež ar skalpeli (nātrijs ir plastmasa un viegli sagriež ar nazi) uz sausas virsmas (nevis uz galda, bet stikla krūzē), nepieciešamais daudzums un atlikums tiek nekavējoties atgriezts burkā zem petrolejas slāņa, un sagriezto gabalu vai nu ievieto petroleju, vai nekavējoties liek reaģēt. Pirms sākat strādāt ar nātriju, jums ir jāiziet drošības apmācība; Personām, kuras pirmo reizi sāk strādāt ar nātriju, šis darbs jāveic darbinieku ar pieredzi šādā darbā uzraudzībā. Parasti laboratorijas apstākļos reakcijām izmanto nātrija daudzumu, kas nepārsniedz vairākus desmitus gramu. Demonstrācijas eksperimentiem, piemēram, skolas ķīmijas stundās, jums vajadzētu uzņemt ne vairāk kā vienu gramu nātrija. Pēc apstrādes ar metālisko nātriju visus traukus un nātrija atlikumus aplej ar neatšķaidītu spirtu un iegūto šķīdumu neitralizē ar vāju skābes šķīdumu. Īpaši jārūpējas par to, lai visi nātrija atliekas un atgriezumi pirms to izmešanas tiktu pilnībā neitralizēti, jo nātrijs atkritumos var izraisīt ugunsgrēku un kanalizācijas notekcaurulē var izraisīt caurules bojājumus. Visi darbi ar nātriju, kā arī ar sārmiem un sārmu metāliem kopumā jāveic, valkājot aizsargbrilles vai aizsargmasku. Nātriju nav ieteicams uzglabāt mājās vai veikt ar to kādus eksperimentus.
Metāla nātrija aizdegšanās un pat sprādziens saskarē ar ūdeni un daudziem organiskiem savienojumiem var izraisīt nopietnus ievainojumus un apdegumus. Mēģinot pacelt nātrija metāla gabalu ar kailām rokām, tas var aizdegties (dažreiz eksplodēt) ādā esošā mitruma dēļ, izraisot smagus nātrija apdegumus un izraisot apdegumus. Dedzinot nātriju, veidojas nātrija oksīda, peroksīda un hidroksīda aerosols, kas ir kodīgs. Dažas nātrija reakcijas notiek ļoti spēcīgi (piemēram, ar sēru, bromu).
| Nātrijs | |
|---|---|
| Atomu skaits | 11 |
| Vienkāršas vielas izskats | sudrabbalts mīksts metāls |
| Atoma īpašības | |
| Atomu masa (molmasa) |
22.989768 a. e.m. (/mol) |
| Atomu rādiuss | 190 vakarā |
| Jonizācijas enerģija (pirmais elektrons) |
495,6 (5,14) kJ/mol (eV) |
| Elektroniskā konfigurācija | 3s 1 |
| Ķīmiskās īpašības | |
| Kovalentais rādiuss | 154 pēcpusdienā |
| Jonu rādiuss | 97 (+1e) pm |
| Elektronegativitāte (pēc Paulinga vārdiem) |
0,93 |
| Elektrodu potenciāls | -2,71 V |
| Oksidācijas stāvokļi | 1 |
| Vienkāršas vielas termodinamiskās īpašības | |
| Blīvums | 0,971 /cm³ |
| Molārā siltuma jauda | 28,23 J/(mol) |
| Siltumvadītspēja | 142,0 W/(·) |
| Kušanas temperatūra | 370,96 |
| Kušanas siltums | 2,64 kJ/mol |
| Vārīšanās temperatūra | 1156,1 |
| Iztvaikošanas siltums | 97,9 kJ/mol |
| Molārais tilpums | 23,7 cm³/mol |
| Vienkāršas vielas kristāla režģis | |
| Režģa struktūra | kubiskā ķermeņa centrā |
| Režģa parametri | 4,230 |
| c/a attiecība | — |
| Debye temperatūra | 150 K |
| Na | 11 |
| 22,98977 | |
| 3s 1 | |
| Nātrijs | |
Nātrijs —elements pirmās grupas galvenā apakšgrupa, D.I.Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas trešais periods, ar atomskaitli 11. Apzīmē ar simbolu Na (lat. Natrium). Vienkāršā viela nātrijs (CAS numurs: 7440-23-5) ir mīksts sārmu metāls ar sudrabaini baltu krāsu.
Ūdenī nātrijs uzvedas gandrīz tāpat kā litijs: reakcija notiek ar ātru ūdeņraža izdalīšanos, un šķīdumā veidojas nātrija hidroksīds.
Vārda vēsture un izcelsme
Nātrijs (pareizāk sakot, tā savienojumi) ir izmantots kopš seniem laikiem. Piemēram, soda (nātrons), kas dabiski atrodama sodas ezeru ūdeņos Ēģiptē. Senie ēģiptieši izmantoja dabisko sodu balzamēšanai, audekla balināšanai, ēdiena gatavošanai, kā arī krāsu un glazūru izgatavošanai. Plīnijs Vecākais raksta, ka Nīlas deltā soda (tā saturēja pietiekamu daudzumu piemaisījumu) tika izolēta no upes ūdens. Tas tika pārdots lielos gabaliņos, kas krāsoti pelēkā vai pat melnā krāsā ogļu piejaukuma dēļ.
Pirmo reizi nātriju ieguva angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs 1807. gadā ar cieta NaOH elektrolīzi.
Nosaukums "nātrijs" cēlies no arābu valodas natrun grieķu valodā - nitrons un sākotnēji tas attiecās uz dabisko soda. Pats elements iepriekš tika saukts par nātriju.
Kvīts
Pirmais veids, kā iegūt nātriju, bija reducēšanas reakcija nātrija karbonāts ogles, karsējot ciešu šo vielu maisījumu dzelzs traukā līdz 1000°C:
Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO
Tad parādījās cita nātrija iegūšanas metode - izkausēta nātrija hidroksīda vai nātrija hlorīda elektrolīze.
Fizikālās īpašības
Metāla nātrijs, kas glabājas petrolejā
Nātrija kvalitatīva noteikšana, izmantojot liesmu - “nātrija D līnijas” emisijas spektra spilgti dzeltena krāsa, dublets 588,9950 un 589,5924 nm.
Nātrijs ir sudrabaini balts metāls, plānās kārtās ar purpursarkanu nokrāsu, plastmasas, pat mīksts (viegli griežams ar nazi), svaigs nātrija griezums ir spīdīgs. Nātrija elektriskās un siltumvadītspējas vērtības ir diezgan augstas, blīvums ir 0,96842 g/cm³ (pie 19,7 ° C), kušanas temperatūra ir 97,86 ° C un viršanas temperatūra ir 883,15 ° C.
Ķīmiskās īpašības
Sārmu metāls, kas viegli oksidējas gaisā. Lai aizsargātu pret atmosfēras skābekli, metāliskais nātrijs tiek uzglabāts zem slāņa petroleja. Nātrijs ir mazāk aktīvs nekā litijs, tāpēc ar slāpeklis reaģē tikai sildot:
2Na + 3N2 = 2NaN3
Ja ir liels skābekļa pārpalikums, veidojas nātrija peroksīds
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Pieteikums
Nātrija metālu plaši izmanto preparatīvajā ķīmijā un rūpniecībā kā spēcīgu reducētāju, tostarp metalurģijā. Nātriju izmanto ļoti energoietilpīgu nātrija sēra akumulatoru ražošanā. To izmanto arī kravas automašīnu izplūdes vārstos kā siltuma izlietni. Reizēm nātrija metālu izmanto kā materiālu elektriskajiem vadiem, kas paredzēti ļoti lielu strāvu pārvadīšanai.
Sakausējumā ar kāliju, kā arī ar rubīdijs un cēzijs izmanto kā ļoti efektīvu dzesēšanas šķidrumu. Jo īpaši sakausējuma sastāvs ir nātrija 12%, kālijs 47 %, cēzijs 41% ir rekordzems kušanas punkts –78 °C, un tas ir ierosināts kā darba šķidrums jonu raķešu dzinējiem un dzesēšanas šķidrums atomelektrostacijām.
Nātriju izmanto arī augsta un zema spiediena gāzizlādes lampās (HPLD un LPLD). Ielu apgaismojumā ļoti plaši tiek izmantotas DNaT (Arc Sodium Tubular) tipa NLVD lampas. Tie izdala spilgti dzeltenu gaismu. HPS lampu kalpošanas laiks ir 12-24 tūkstoši stundu. Tāpēc HPS tipa gāzizlādes spuldzes ir neaizstājamas pilsētas, arhitektūras un rūpnieciskajā apgaismojumā. Ir arī lampas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) un DNaTBR (Arc Sodium Tubular bez dzīvsudraba).
Nātrija metālu izmanto organisko vielu kvalitatīvajā analīzē. Nātrija un testējamās vielas sakausējumu neitralizē etanols, pievieno dažus mililitrus destilēta ūdens un sadala 3 daļās, Dž.Lasēna tests (1843), kura mērķis ir noteikt slāpekli, sēru un halogēnus (Beilšteina tests)
— Nātrija hlorīds (galda sāls) ir vecākais izmantotais aromatizētājs un konservants.
— Nātrija azīdu (Na 3 N) izmanto kā nitridētāju metalurģijā un svina azīda ražošanā.
— Nātrija cianīdu (NaCN) izmanto hidrometalurģiskajā metodē zelta izskalošanai no akmeņiem, kā arī tērauda nitrokarburizācijā un galvanizēšanā (sudrabošana, zeltīšana).
— Nātrija hlorātu (NaClO 3) izmanto, lai iznīcinātu nevēlamu veģetāciju uz dzelzceļa sliedēm.
Bioloģiskā loma
Organismā nātrijs atrodas galvenokārt ārpus šūnām (apmēram 15 reizes vairāk nekā citoplazmā). Šo atšķirību uztur nātrija-kālija sūknis, kas izsūknē šūnā iesprostoto nātriju.
Kopā arkālijsnātrijs veic šādas funkcijas:
Radīt apstākļus membrānas potenciāla rašanās un muskuļu kontrakciju rašanās.
Asins osmotiskās koncentrācijas uzturēšana.
Skābju-bāzes līdzsvara uzturēšana.
Ūdens bilances normalizēšana.
Membrānas transportēšanas nodrošināšana.
Daudzu enzīmu aktivizēšana.
Nātrijs ir atrodams gandrīz visos pārtikas produktos, lai gan organisms lielāko daļu tā iegūst no galda sāls. Uzsūkšanās galvenokārt notiek kuņģī un tievajās zarnās. D vitamīns uzlabo nātrija uzsūkšanos, tomēr pārmērīgi sāļa pārtika un olbaltumvielām bagāta pārtika traucē normālu uzsūkšanos. No pārtikas uzņemtā nātrija daudzums parāda nātrija saturu urīnā. Pārtikai, kas bagāta ar nātriju, raksturīga paātrināta izdalīšanās.
Nātrija deficīts diētas ievērotājam sabalansētu pārtiku nenotiek cilvēkiem, tomēr dažas problēmas var rasties ar veģetāro diētu. Īslaicīgu deficītu var izraisīt diurētisko līdzekļu lietošana, caureja, pārmērīga svīšana vai pārmērīga ūdens uzņemšana. Nātrija deficīta simptomi ir svara zudums, vemšana, gāzu veidošanās kuņģa-zarnu traktā un traucēta uzsūkšanās. aminoskābes un monosaharīdi. Ilgstošs deficīts izraisa muskuļu krampjus un neiralģiju.
Nātrija pārpalikums izraisa kāju un sejas pietūkumu, kā arī pastiprinātu kālija izdalīšanos ar urīnu. Maksimālais sāls daudzums, ko var pārstrādāt nieres, ir aptuveni 20-30 grami; jebkurš lielāks daudzums ir dzīvībai bīstams.
Nātrija savienojumi
Nātrijs, nātrijs, nātrijs (11)
Nosaukums nātrijs - nātrijs, nātrijs cēlies no sena vārda, kas izplatīts Ēģiptē, starp senajiem grieķiem (vixpov) un romiešiem. Tas ir atrodams Plīnijā (Nitronā) un citos senajos autoros un atbilst ebreju neter. Senajā Ēģiptē natronu jeb nitronu parasti sauca par sārmu, ko ieguva ne tikai no dabīgiem sodas ezeriem, bet arī no augu pelniem. To izmantoja mazgāšanai, glazūru veidošanai un līķu mumificēšanai. Viduslaikos nosaukumu nitrons (nitrons, natrons, natarons), kā arī bors (baurach) attiecināja arī uz salpetru (Nitrum). Arābu alķīmiķi sauca par sārmu sārmu. Līdz ar šaujampulvera atklāšanu Eiropā salpetru (Sal Petrae) sāka strikti atšķirt no sārmiem, un 17. gs. jau ir nošķirti negaistošie jeb fiksētie sārmi un gaistošie sārmi (Alkali volatile). Tajā pašā laikā tika konstatēta atšķirība starp dārzeņu (Alkali fixum vegetabile - potašs) un minerālsārmu (Alkali fixum minerale - soda).
18. gadsimta beigās. Klaprots ieviesa nosaukumu Natron jeb soda, lai apzīmētu minerālu sārmu un augu izcelsmes sārmu Kali. Lavuazjē neiekļāva sārmus “Vienkāršo ķermeņu tabulā”, norādot, ka tās, iespējams, ir sarežģītas vielas, kas kādreiz bija. Kādu dienu tie tiks sadalīti. Patiešām, 1807. gadā Deivijs ar nedaudz samitrinātu cieto sārmu elektrolīzi ieguva brīvus metālus - kāliju un nātriju, nosaucot tos par kāliju un nātriju. Nākamajā gadā Gilberts, slaveno fizikas Annals izdevējs, ierosināja jaunos metālus saukt par kāliju un nātriju (Natronium); Bērzeliuss pēdējo nosaukumu saīsināja līdz “nātrijs” (nātrijs). 19. gadsimta sākumā. Krievijā nātriju sauca par nātriju (Dvigubsky, 182i; Solovjovs, 1824); Strahovs ierosināja nosaukumu velēna (1825). Par nātrija sāļiem sauca, piemēram, sodas sulfātu, sālsūdeni un vienlaikus arī etiķskābi (Dvigubsky, 1828). Hess, sekojot Berzēliusa piemēram, ieviesa nosaukumu nātrijs.
Nātrijs (latīņu Natrium, simbolizē Na) ir elements ar atomskaitli 11 un atommasu 22,98977. Tas ir pirmās grupas galvenās apakšgrupas elements, Dmitrija Ivanoviča Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas trešais periods. Vienkāršā viela nātrijs ir mīksts, kausējams (kušanas temperatūra 97,86 °C), elastīgs, viegls (blīvums 0,968 g/cm3), sudrabbalts sārmu metāls.
Dabīgais nātrijs sastāv tikai no viena izotopa, kura masas skaitlis ir 23. Pašlaik ir zināmi kopumā 15 izotopi un 2 kodolizomēri. Lielākajai daļai mākslīgi ražotu radioaktīvo izotopu pussabrukšanas periods ir mazāks par minūti. Tikai diviem izotopiem ir salīdzinoši ilgs pussabrukšanas periods: pozitronu izstarojošajam 22Na, kura pussabrukšanas periods ir 2,6 gadi, ko izmanto kā pozitronu avotu un zinātniskos pētījumos, un 24Na, kura pussabrukšanas periods ir 15 stundas. izmanto medicīnā dažu leikēmijas formu diagnosticēšanai un ārstēšanai.
Nātrijs dažādu savienojumu veidā ir zināms kopš seniem laikiem. Nātrija hlorīds (NaCl) jeb galda sāls ir viens no svarīgākajiem vitāli svarīgajiem savienojumiem, tiek uzskatīts, ka tas cilvēkiem kļuvis zināms jau neolītā, tas ir, izrādās, ka cilvēce nātrija hlorīdu lieto jau vairāk nekā sešus tūkstošus gadu. ! Vecajā Derībā ir pieminēta viela, ko sauc par “neter”, tā tika izmantota kā mazgāšanas līdzeklis. Visticamāk, tā ir soda, nātrija karbonāts, kas atrodams Ēģiptes sālsezeru ūdeņos.
18. gadsimtā ķīmiķi jau zināja lielu skaitu nātrija savienojumu, šī metāla sāļus plaši izmantoja medicīnā un tekstilrūpniecībā (audumu krāsošanai un ādas miecēšanai). Tomēr metālisko nātriju tikai 1807. gadā ieguva angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs.
Vissvarīgākās nātrija izmantošanas jomas ir kodolenerģija, metalurģija un organiskās sintēzes rūpniecība. Kodolenerģētikā nātriju un tā sakausējumu ar kāliju izmanto kā šķidru metālu dzesēšanas šķidrumu. Metalurģijā ar nātrija metāla metodi tiek iegūti vairāki ugunsizturīgi metāli, reducējot KOH ar nātriju, tiek izolēts kālijs. Turklāt nātriju izmanto kā piedevu, kas stiprina svina sakausējumus. Organiskās sintēzes rūpniecībā nātriju izmanto daudzu vielu ražošanā. Nātrijs darbojas kā katalizators dažu organisko polimēru ražošanā. Nozīmīgākie nātrija savienojumi ir nātrija oksīds Na2O, nātrija peroksīds Na2O2 un nātrija hidroksīds NaOH. Nātrija peroksīdu izmanto audumu balināšanai un gaisa reģenerācijai izolētās telpās. Nātrija hidroksīds ir viens no svarīgākajiem ķīmiskās rūpniecības pamatproduktiem. To patērē milzīgos daudzumos, lai attīrītu naftas produktus. Turklāt nātrija hidroksīdu plaši izmanto ziepju, papīra, tekstila un citās nozarēs, kā arī mākslīgās šķiedras ražošanā.
Nātrijs ir viens no svarīgākajiem elementiem, kas iesaistīti dzīvnieku un cilvēku minerālu metabolismā. Cilvēka organismā nātrijs šķīstošo sāļu veidā (hlorīds, fosfāts, bikarbonāts) atrodas galvenokārt ārpusšūnu šķidrumos – asins plazmā, limfā, gremošanas sulās. Asins plazmas osmotiskais spiediens tiek uzturēts vajadzīgajā līmenī, galvenokārt pateicoties nātrija hlorīdam.
Nātrija deficīta simptomi ir svara zudums, vemšana, gāzu veidošanās kuņģa-zarnu traktā un traucēta aminoskābju un monosaharīdu uzsūkšanās. Ilgstošs deficīts izraisa muskuļu krampjus un neiralģiju. Nātrija pārpalikums izraisa kāju un sejas pietūkumu, kā arī pastiprinātu kālija izdalīšanos ar urīnu.
Bioloģiskās īpašības
Nātrijs pieder pie makroelementu grupas, kas kopā ar mikroelementiem spēlē nozīmīgu lomu dzīvnieku un cilvēku minerālvielu vielmaiņā. Makroelementi organismā atrodas ievērojamā daudzumā, vidēji no 0,1 līdz 0,9% no ķermeņa svara. Nātrija saturs pieauguša cilvēka organismā ir 55-60 g uz 70 kg svara. Vienpadsmitais elements galvenokārt atrodams ārpusšūnu šķidrumos: asinīs - 160-240 mg, plazmā - 300-350 mg, eritrocītos - 50-130 mg. Kaulaudos ir līdz 180 mg nātrija, zobu emalja ir daudz bagātāka ar šo makroelementu – 250 mg. Koncentrējas līdz 250 mg plaušās un 185 mg nātrija sirdī. Muskuļu audi satur apmēram 75 mg nātrija.
Nātrija galvenā funkcija cilvēku, dzīvnieku un pat augu organismā ir uzturēt ūdens-sāļu līdzsvaru šūnās, regulēt osmotisko spiedienu un skābju-bāzes līdzsvaru. Šī iemesla dēļ nātrija saturs augu šūnās ir diezgan augsts (apmēram 0,01% no slapjās masas), nātrijs rada augstu osmotisko spiedienu šūnu sulā un tādējādi veicina ūdens ieguvi no augsnes. Cilvēka un dzīvnieku organismā nātrijs ir atbildīgs par neiromuskulārās aktivitātes normalizēšanu (piedalās normālā nervu impulsu vadīšanā) un saglabā būtiskās minerālvielas asinīs izšķīdinātā stāvoklī. Kopumā nātrija loma vielmaiņas regulēšanā ir daudz plašāka, jo šis elements ir nepieciešams normālai organisma augšanai un stāvoklim. Nātrijs spēlē “kurjera” lomu, piegādājot katrai šūnai dažādas vielas, piemēram, cukura līmeni asinīs. Tas novērš karstuma vai saules dūriena rašanos, kā arī tai ir izteikta vazodilatējoša iedarbība.
Nātrijs aktīvi mijiedarbojas ar citiem elementiem, tāpēc kopā ar hloru tie novērš šķidruma noplūdi no asinsvadiem blakus audos. Taču galvenais nātrija “partneris” ir kālijs, ar kuru sadarbībā viņi veic lielāko daļu no iepriekšminētajām funkcijām. Optimālā nātrija dienas deva bērniem ir no 600 līdz 1700 miligramiem, pieaugušajiem no 1200 līdz 2300 miligramiem. Galda sāls ekvivalentā (vispopulārākais un pieejamākais nātrija avots) tas atbilst 3-6 gramiem dienā (100 gramos galda sāls satur 40 gramus nātrija). Ikdienas nātrija nepieciešamība galvenokārt ir atkarīga no sāļu daudzuma, kas zaudēts sviedru ceļā, un tas var būt līdz 10 gramiem NaCl. Nātrijs ir atrodams gandrīz visos pārtikas produktos (ievērojamā daudzumā rupjmaizē, vistu olās, cietajā sierā, liellopu gaļā un pienā), bet lielāko daļu organisms saņem no galda sāls. Vienpadsmitā elementa uzsūkšanās notiek galvenokārt kuņģī un tievajās zarnās, D vitamīns veicina labāku nātrija uzsūkšanos. Tajā pašā laikā pārtikas produkti, kas bagāti ar olbaltumvielām un īpaši sāļi, var apgrūtināt uzsūkšanos. Nātrija jonu koncentrāciju organismā regulē galvenokārt virsnieru garozas hormons – aldosterons, nieres vai nu aiztur, vai izdala nātriju atkarībā no tā, vai cilvēks ļaunprātīgi izmanto vai nesaņem pietiekami daudz nātrija. Šī iemesla dēļ normālos ārējos apstākļos un pareizas nieru darbības apstākļos nevar rasties ne nātrija deficīts, ne pārmērīgs daudzums. Šī elementa deficīts var rasties, ievērojot vairākas veģetārās diētas. Turklāt cilvēki, kas strādā smagās fiziskās profesijās, un sportisti cieš no nātrija lielus zudumus sviedros. Nātrija deficīts ir iespējams arī dažādu saindēšanos, ko pavada spēcīga svīšana, vemšana un caureja. Taču šādu nelīdzsvarotību var viegli koriģēt ar minerālūdeni, ar kuru organisms saņem ne tikai nātriju, bet arī noteiktu daudzumu citu minerālsāļu (kālija, hlora un litija).
Ar nātrija trūkumu (hiponatriēmiju) rodas tādi simptomi kā apetītes zudums, garšas sajūtas samazināšanās, vēdera krampji, slikta dūša, vemšana, gāzes veidošanās, kā arī smags svara zudums. Ilgstošs deficīts izraisa muskuļu krampjus un neiralģiju: pacientam var rasties grūtības līdzsvarot ejot, reibonis un nogurums, var rasties šoka stāvoklis. Nātrija deficīta simptomi ir arī atmiņas traucējumi, pēkšņas garastāvokļa izmaiņas un depresija.
Nātrija pārpalikums izraisa ūdens aizturi organismā, kā rezultātā palielinās asins blīvums, līdz ar to paaugstinās asinsspiediens (hipertensija), rodas tūska un asinsvadu slimības. Turklāt nātrija pārpalikums palielina kālija izdalīšanos ar urīnu. Maksimālais sāls daudzums, ko var pārstrādāt nieres, ir aptuveni 20-30 grami, jebkurš lielāks daudzums ir dzīvībai bīstams!
Medicīnā izmanto lielu skaitu nātrija preparātu, visbiežāk izmanto nātrija sulfātu, hlorīdu (pret asins zudumu, šķidruma zudumu, vemšanu); tiosulfāts Na2S2O3∙5H2O (pretiekaisuma un antitoksisks līdzeklis); borāts Na2B4O7∙10H2O (antiseptisks); bikarbonāts NaHCO3 (kā atkrēpošanas līdzeklis, kā arī mazgāšanai un skalošanai iesnu, laringītu gadījumā).
Galda sāls, neaizstājama un vērtīga pārtikas garšviela, bija pazīstama jau senos laikos. Mūsdienās nātrija hlorīds ir lēts produkts, kopā ar akmeņoglēm, kaļķakmeni un sēru tas ir viens no tā dēvētajiem “lielā četrinieka” minerālu izejvielām, ķīmiskajai rūpniecībai visbūtiskākajam. Bet bija laiki, kad sāls cena bija līdzvērtīga zeltam. Piemēram, senajā Romā leģionāriem nereti maksāja nevis naudā, bet sāli, no šejienes arī vārds karavīrs. Sāls uz Kijevas Krieviju tika piegādāta no Karpatu reģiona, kā arī no Melnās un Azovas jūras sālsezeriem un estuāriem. Tās ieguve un piegāde bija tik dārga, ka svinīgos dzīrēs tas tika pasniegts tikai uz dižciltīgu viesu galdiem, bet citi devās prom “šļurkstot”. Pat pēc Astrahaņas karalistes ar tās sāli nesošajiem Kaspijas reģiona ezeriem pievienošanas Krievijai sāls cena nekļuva zemāka, kas izraisīja nabadzīgāko iedzīvotāju slāņu neapmierinātību, kas pārauga sacelšanās ar nosaukumu Sāls dumpis (1648). Pēteris I 1711. gadā ieviesa sāls kā stratēģiski svarīgas izejvielas tirdzniecības monopolu, ekskluzīvas tiesības tirgot sāli valstij bija līdz 1862. gadam. Joprojām saglabājusies senā tradīcija sagaidīt viesus ar “maizi un sāli”, kas nozīmēja dalīties ar pašu dārgāko, kas ir mājā.
Ikviens labi zina izteicienu: “Lai iepazītu cilvēku, kopā ar viņu ir jāapēd mārciņa sāls”, taču tikai daži cilvēki ir domājuši par šīs frāzes nozīmi. Tiek lēsts, ka cilvēks patērē līdz 8 kilogramiem nātrija hlorīda gadā. Izrādās, ka frāze nozīmē tikai vienu gadu - galu galā mārciņu sāls (16 kg) šajā periodā var apēst divi cilvēki.
Nātrija elektrovadītspēja ir trīs reizes zemāka nekā vara elektrovadītspēja. Tomēr nātrijs ir deviņas reizes vieglāks, tāpēc izrādās, ka nātrija stieples, ja tādas būtu, maksātu lētāk nekā vara stieples. Tiesa, ir ar nātriju pildītas tērauda kopnes, kas paredzētas lielām strāvām.
Tiek lēsts, ka akmeņsāls tādā daudzumā, kas līdzvērtīgs nātrija hlorīda saturam Pasaules okeānā, aizņemtu 19 miljonus kubikmetru. km (par 50% vairāk nekā kopējais Ziemeļamerikas kontinenta apjoms virs jūras līmeņa). Šāda apjoma prizma ar bāzes laukumu 1 km2 var sasniegt Mēnesi 47 reizes! Sāls, kas iegūta no jūras ūdeņiem, varētu pārklāt visu zemeslodes sauszemes masu ar 130 m slāni! Tagad kopējā nātrija hlorīda produkcija no jūras ūdens ir sasniegusi 6-7 miljonus tonnu gadā, kas ir aptuveni trešā daļa no pasaules kopējās produkcijas.
Kad nātrija peroksīds reaģē ar oglekļa dioksīdu, notiek process, kas ir pretējs elpošanai:
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2
Reakcijas laikā tiek piesaistīts oglekļa dioksīds un izdalās skābeklis. Šī reakcija ir izmantota zemūdenēs gaisa atjaunošanai.
Interesantu faktu konstatēja Kanādas zinātnieki. Viņi atklāja, ka cilvēkiem, kuri ir ātri un uzbudināmi, nātrijs ātri tiek izvadīts no ķermeņa. Mierīgi un draudzīgi cilvēki, kā arī tie, kas piedzīvo pozitīvas emocijas, piemēram, mīļotāji, labi uzņem šo vielu.
Ar nātrija palīdzību 1959. gada 3. janvārī 113 tūkstošu km attālumā no Zemes tika izveidota mākslīga komēta, kosmosā izmetot nātrija tvaikus no padomju kosmosa kuģa, kas lidoja Mēness virzienā. Spilgtais nātrija komētas spīdums ļāva noskaidrot pirmā gaisa kuģa trajektoriju, kas šķērsoja Zemes-Mēness maršrutu.
Avoti, kas satur lielu daudzumu nātrija, ir: rafinēts jūras sāls, kvalitatīvas sojas mērces, dažādi sālījumi, skābēti kāposti, gaļas buljoni. Vienpadsmitais elements nelielos daudzumos ir jūraszālēs, austerēs, krabjos, svaigos burkānos un bietēs, cigoriņos, selerijās un pienenēs.
Stāsts
Dabīgie nātrija savienojumi – galda sāls NaCl un soda Na2CO3 – cilvēkam ir zināmi kopš seniem laikiem. Senie ēģiptieši izmantoja dabisko sodu, kas iegūta no sodas ezeru ūdeņiem, balzamēšanai, audekla balināšanai, ēdiena gatavošanai, kā arī krāsu un glazūru izgatavošanai. Ēģiptieši šo savienojumu sauca par neteru, tomēr šis termins attiecās ne tikai uz dabisko soda, bet arī uz sārmiem kopumā, ieskaitot tos, kas iegūti no augu pelniem. Vēlāk grieķu (Aristotelis, Dioskorids) un romiešu (Plutarhs) avotos šī viela minēta arī, taču jau ar nosaukumu “nitrons”. Senās Romas vēsturnieks Plīnijs Vecākais rakstīja, ka Nīlas deltā soda (viņš to sauc par "nitrum") tika izolēta no upes ūdens un tika pārdota lielu gabalu veidā. Tā kā šādai sodai bija liels daudzums piemaisījumu, galvenokārt ogļu, tai bija pelēka un dažreiz pat melna krāsa. Jēdziens “natrons” parādās arābu viduslaiku literatūrā, no kuras pakāpeniski 17.-18. gadsimtā to sāka lietot. veidojas termins “natra”, tas ir, bāze, no kuras var iegūt galda sāli. No “natra” nāk elementa mūsdienu nosaukums.
Mūsdienu saīsinājumu “Na” un latīņu vārdu “natrium” 1811. gadā pirmo reizi izmantoja akadēmiķis un Zviedrijas Ārstu biedrības dibinātājs Jenss Jākobs Berzēliuss, lai apzīmētu dabiskos minerālsāļus, tostarp soda. Šis jaunais termins aizstāja sākotnējo nosaukumu "nātrijs", ko metālam piešķīra angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs, pirmais, kurš ieguva metālisko nātriju. Tiek uzskatīts, ka Dāvijs vadījās pēc sodas latīņu nosaukuma - “soda”, lai gan ir vēl viens pieņēmums: arābu valodā ir vārds “suda”, kas nozīmē galvassāpes; senos laikos šo kaiti ārstēja ar soda. Ir vērts atzīmēt, ka vairākās Rietumeiropas valstīs (Lielbritānija, Francija, Itālija), kā arī Amerikas Savienotajās Valstīs nātriju sauc par nātriju.
Neskatoties uz to, ka nātrija savienojumi ir zināmi ļoti ilgu laiku, metālu tīrā veidā izdevās iegūt tikai 1807. gadā, angļu ķīmiķim Hamfrijam Deivijam ar nedaudz samitrināta cietā nātrija hidroksīda NaOH elektrolīzi. Fakts ir tāds, ka nātriju nevarēja iegūt, izmantojot tradicionālās ķīmiskās metodes - metāla augstās aktivitātes dēļ, bet Davy metode bija priekšā zinātniskajai domai un tā laika tehniskajiem sasniegumiem. 19. gadsimta sākumā vienīgais reāli izmantojamais un piemērotais strāvas avots bija volta kolonna. Tam, ko izmantoja Deivijs, bija 250 pāri vara un cinka plākšņu. Process, ko aprakstīja D.I. Mendeļejevs vienā no saviem darbiem bija ārkārtīgi sarežģīts un energoietilpīgs: “Pieslēdzot slapju (no vara vai ogļu) kaustiskās sodas gabalu pozitīvajam (no vara vai oglēm) stabam un izdobjot tajā padziļinājumu, kurā tika izliets dzīvsudrabs, savienots ar spēcīgas sprieguma kolonnas negatīvo polu (katodu), Deivijs pamanīja, ka dzīvsudrabā, pārejot strāvai, izšķīst īpašs metāls, kas ir mazāk gaistošs nekā dzīvsudrabs un spēj sadalīt ūdeni, atkal veidojot kodīgu. soda. Augstās enerģijas intensitātes dēļ sārmainā metode kļuva industrializēta tikai 19. gadsimta beigās - līdz ar progresīvāku enerģijas avotu parādīšanos, un 1924. gadā amerikāņu inženieris G. Downs fundamentāli mainīja nātrija elektrolītiskās iegūšanas procesu, t.sk. sārmu aizstāšana ar daudz lētāku galda sāli.
Gadu pēc Dāvja atklājuma Džozefs Gejs-Lussaks un Luiss Tenards ieguva nātriju nevis elektrolīzes ceļā, bet gan, reaģējot kaustiskā soda ar līdz sarkanai karstumam uzkarsētu dzelzi. Vēl vēlāk Sainte-Clair Deville izstrādāja metodi, ar kuras palīdzību nātriju ieguva, reducējot sodu ar akmeņoglēm kaļķakmens klātbūtnē.
Atrodoties dabā
Nātrijs ir viens no visizplatītākajiem elementiem - sestais pēc kvantitatīvā satura dabā (no nemetāliem tikai skābeklis - 49,5% un silīcijs - 25,3%) un ceturtais starp metāliem (tikai dzelzs - 5,08%, alumīnijs - 7) ir. biežāk .5% un kalcija - 3,39%). Tā klarka (vidējais saturs zemes garozā) pēc dažādām aplēsēm svārstās no 2,27 masas% līdz 2,64%. Lielākā daļa šī elementa ir atrodami dažādos aluminosilikātos. Nātrijs ir tipisks zemes garozas augšējās daļas elements, to var viegli redzēt pēc metāla satura pakāpes dažādos iežos. Tādējādi visaugstākā nātrija koncentrācija - 2,77 svara% - ir skābajos magmatiskos iežos (granītos un virknē citu), bāziskos iežos (bazaltos un tamlīdzīgos) vienpadsmitā elementa vidējais saturs ir jau 1,94 svara%. . Ultramafiskajos mantijas iežiem ir viszemākais nātrija saturs, tikai 0,57%. Nogulumieži (māli un slānekļi) ir arī nabadzīgi ar vienpadsmito elementu - 0,66% no svara; lielākā daļa augšņu nav bagātas ar nātriju - vidējais saturs ir aptuveni 0,63%.
Pateicoties tā augstajai ķīmiskajai aktivitātei, nātrijs dabā sastopams tikai sāļu veidā. Kopējais zināmo nātrija minerālu skaits ir vairāk nekā divi simti. Tomēr ne visi tiek uzskatīti par vissvarīgākajiem, kas ir galvenie šī sārmu metāla un tā savienojumu ražošanas avoti. Jāpiemin halīts (akmens sāls) NaCl, mirabilīts (Glaubera sāls) Na2SO4 10H2O, Čīles salpetris NaNO3, kriolīts Na3, tinkāls (boraks) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∙Na2CO3, SO4, kā arī dabīgais silīts, kā arī NaH2O3∙2. piemēram, albīts Na , nefelīns Na, kas papildus nātrijam satur arī citus elementus. Na+ un Ca2+ izomorfisma rezultātā, kas radies to jonu rādiusu tuvuma dēļ, magmatiskajos iežos veidojas nātrija-kalcija laukšpati (plagioklāzes).
Nātrijs ir galvenais metāla elements jūras ūdenī, tiek lēsts, ka Pasaules okeāna ūdeņos ir 1,5 1016 tonnas nātrija sāļu (vidējā šķīstošo sāļu koncentrācija Pasaules okeāna ūdeņos ir aptuveni 35 ppm, kas ir 3,5%. pēc svara nātrija daļa no tiem veido 1,07%). Tik augsta koncentrācija ir saistīta ar tā saukto nātrija ciklu dabā. Fakts ir tāds, ka šis sārmu metāls ir diezgan vāji noturēts kontinentos un tiek aktīvi transportēts ar upju ūdeņiem uz jūrām un okeāniem. Iztvaikošanas laikā nātrija sāļi nogulsnējas piekrastes jūras lagūnās, kā arī stepju un tuksnešu kontinentālajos ezeros, veidojot sāli saturošu iežu slāņus. Līdzīgas nātrija sāļu nogulsnes salīdzinoši tīrā veidā pastāv visos kontinentos seno jūru iztvaikošanas rezultātā. Šie procesi turpinās arī mūsu laikos, piemēram, Sāls ezers, kas atrodas Jūtā (ASV), Baskunčaka (Krievija, Akhtubinskas rajons), Altaja apgabala sālsezeri (Krievija), kā arī Nāves jūra un citas līdzīgas vietas.
Akmens sāls veido milzīgas pazemes nogulsnes (bieži vien simtiem metru biezas), kas satur vairāk nekā 90% NaCl. Tipiskas Češīras sāls atradnes (galvenais nātrija hlorīda avots Lielbritānijā) aizņem 60 x 24 km platību, un tajā ir aptuveni 400 m bieza sāls gultne, kuras vērtība vien ir vairāk nekā 1011 tonnas.
Turklāt nātrijs ir nozīmīgs bioelements, salīdzinoši lielos daudzumos tas ir atrodams dzīvos organismos (vidēji 0,02%, galvenokārt NaCl veidā), turklāt dzīvniekos tā ir vairāk nekā augos. Nātrija klātbūtne ir konstatēta saules atmosfērā un starpzvaigžņu telpā. Atmosfēras augšējos slāņos (apmēram 80 kilometru augstumā) tika atklāts atomu nātrija slānis. Fakts ir tāds, ka šādā augstumā gandrīz pilnībā nav skābekļa, ūdens tvaiku un citu vielu, ar kurām nātrijs varētu mijiedarboties.
Pieteikums
Nātrija metāls un tā savienojumi tiek plaši izmantoti dažādās nozarēs. Pateicoties tā augstajai reaģētspējai, šo sārmu metālu izmanto metalurģijā kā reducētāju tādu metālu kā niobija, titāna, hafnija un cirkonija ražošanai ar metalotermiju. Vēl 19.gadsimta pirmajā pusē nātriju izmantoja alumīnija izolēšanai (no alumīnija hlorīda), šodien vienpadsmito elementu un tā sāļus joprojām izmanto kā modifikatoru noteikta veida alumīnija sakausējumu ražošanā. Nātriju izmanto arī sakausējumā uz svina bāzes (0,58% Na), ko izmanto dzelzceļa vagonu asu gultņu ražošanā; sārmu metāls šajā sakausējumā ir pastiprinošs elements. Nātrijs un tā sakausējumi ar kāliju ir šķidri dzesēšanas šķidrumi kodolreaktoros - galu galā abiem elementiem ir mazi termiskās neitronu absorbcijas šķērsgriezumi (Na 0,49 barnam). Turklāt šiem sakausējumiem ir raksturīgi augsti viršanas punkti un siltuma pārneses koeficienti, un tie nesadarbojas ar strukturālajiem materiāliem augstās temperatūrās, kas izstrādāti kodolenerģijas reaktoros, tādējādi neietekmējot ķēdes reakcijas gaitu.
Tomēr ne tikai kodolenerģija izmanto nātriju kā siltumnesēju - elements Nr.11 tiek plaši izmantots kā dzesēšanas šķidrums procesos, kuriem nepieciešama vienmērīga karsēšana temperatūras diapazonā no 450 līdz 650 ° C - lidmašīnu dzinēju vārstos, kravas automašīnās. izplūdes vārsti, iesmidzināšanas formēšanas mašīnās.spiediens. Nātrija, kālija un cēzija sakausējumam (Na 12%, K 47%, Cs 41%) ir rekordzema kušanas temperatūra (tikai 78 °C), šī iemesla dēļ tas tika piedāvāts kā darba šķidrums jonu raķešu dzinējiem. Ķīmiskajā rūpniecībā nātriju izmanto cianīda sāļu, sintētisko mazgāšanas līdzekļu (detergenīdu) un farmaceitisko līdzekļu ražošanā. Mākslīgā kaučuka ražošanā nātrijs spēlē katalizatora lomu, apvienojot butadiēna molekulas produktā, kas pēc īpašībām nav zemāks par labākajām dabiskā kaučuka šķirnēm. NaPb savienojumu (10% Na pēc svara) izmanto tetraetilsvina ražošanā – visefektīvākā pretdetonācijas līdzekļa. Nātrija tvaikus izmanto augsta un zema spiediena gāzizlādes spuldžu (NLLD un NLND) uzpildīšanai. Nātrija lampa ir piepildīta ar neonu un satur nelielu daudzumu nātrija metāla, ieslēdzot šādu lampu, izlāde sākas neonā. Izlādes laikā izdalītais siltums iztvaiko nātriju, un pēc kāda laika neona sarkano mirdzumu nomaina dzeltenais nātrija mirdzums. Nātrija lampas ir jaudīgi gaismas avoti ar augstu efektivitāti (laboratorijas apstākļos līdz 70%). Nātrija lampu augstā efektivitāte ir devusi iespēju tās izmantot, lai apgaismotu šosejas, dzelzceļa stacijas, jahtu ostas un citus liela mēroga objektus. Tādējādi ielu apgaismojumā ļoti plaši tiek izmantotas DNaT tipa (Arc Sodium Tubular) NLVD lampas, kas rada spilgti dzeltenu gaismu, kuru kalpošanas laiks ir 12-24 tūkstoši stundu. Turklāt ir lampas DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) un DNaTBR (Arc Sodium Tubular bez dzīvsudraba). Nātriju izmanto ļoti energoietilpīgu nātrija sēra akumulatoru ražošanā. Organiskajā sintēzē nātriju izmanto reducēšanas, kondensācijas, polimerizācijas un citās reakcijās. Reizēm nātrija metālu izmanto kā materiālu elektriskajiem vadiem, kas paredzēti ļoti lielu strāvu pārvadīšanai.
Ne mazāk plaši tiek izmantoti daudzi nātrija savienojumi: pārtikas rūpniecībā izmanto galda sāli NaCl; Nātrija hidroksīdu NaOH (kaustisko soda) izmanto ziepju rūpniecībā, krāsu ražošanā, celulozes un papīra un naftas rūpniecībā, mākslīgo šķiedru ražošanā, kā arī kā elektrolītu. Soda - nātrija karbonāts Na2CO3 tiek izmantots stikla, celulozes un papīra, pārtikas, tekstila, naftas un citās nozarēs. Lauksaimniecībā slāpekļskābes NaNO3 nātrija sāls, kas pazīstams kā Čīles nitrāts, tiek plaši izmantots kā mēslojums. Nātrija hlorātu NaClO3 izmanto, lai iznīcinātu nevēlamu veģetāciju uz dzelzceļa sliedēm. Nātrija fosfāts Na3PO4 ir mazgāšanas līdzekļu sastāvdaļa, ko izmanto stikla un krāsu ražošanā, pārtikas rūpniecībā un fotogrāfijā. Nātrija azīds NaN3 tiek izmantots kā nitrīdēšanas līdzeklis metalurģijā un svina azīda ražošanā. Nātrija cianīds NaCN tiek izmantots hidrometalurģiskajā metodē zelta izskalošanai no akmeņiem, kā arī tērauda nitrokarburizācijā un galvanizēšanā (sudrabošana, zeltīšana). Silikāti mNa2O nSiO2 ir lādiņa sastāvdaļas stikla ražošanā, alumīnija silikāta katalizatoru, karstumizturīga, skābju izturīga betona ražošanai.
Ražošana
Kā zināms, metālisko nātriju pirmo reizi 1807. gadā ieguva angļu ķīmiķis Deivijs, elektrolīzes ceļā nātrija hidroksīdam NaOH. No zinātniskā viedokļa sārmu metālu izolācija ir grandiozs atklājums ķīmijas jomā. Taču to gadu rūpniecība nespēja novērtēt šī notikuma nozīmi - pirmkārt, nātrija ražošanai rūpnieciskā mērogā 19. gadsimta sākumā vienkārši vēl nebija nepieciešamās jaudas, otrkārt, neviens nezināja, kur mīksts metāls, kas uzliesmoja mijiedarbojoties, varētu būt noderīgs ar ūdeni. Un, ja pirmo grūtību 1808. gadā atrisināja Džozefs Gajs-Lussaks un Luiss Tenards, iegūstot nātriju, neizmantojot energoietilpīgu elektrolīzi, izmantojot kaustiskās sodas reakciju ar dzelzi, kas sakarsēta līdz sarkanai temperatūrai, tad otrā problēma - laukums pielietojums - tika atrisināts tikai 1824. gadā, kad alumīnijs tika izolēts ar nātrija palīdzību. 19. gadsimta otrajā pusē Sainte-Clair Deville izstrādāja jaunu metodi metāliskā nātrija iegūšanai - kaļķakmens klātbūtnē reducējot sodu ar akmeņoglēm:
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO
Šī metode tika uzlabota 1886. gadā. Taču jau 1890. gadā rūpniecībā tika ieviesta elektrolītiskā metode nātrija iegūšanai. Tādējādi Humphry Davy ideja tika realizēta rūpnieciskā mērogā tikai 80 gadus vēlāk! Visi meklējumi un pētījumi beidzās ar atgriešanos pie sākotnējās metodes. 1924. gadā amerikāņu inženieris Dauns padarīja nātrija elektrolītiskās ražošanas procesu lētāku, aizstājot sārmu ar daudz lētāku galda sāli. Šī modernizācija ietekmēja nātrija metāla ražošanu, kas pieauga no 6 tūkstošiem tonnu (1913) līdz 180 tūkstošiem tonnu (1966). Dauna metode veidoja pamatu mūsdienu metāliskā nātrija iegūšanas metodei.
Tagad galvenā rūpnieciskā metode nātrija metāla ražošanai ir izkausēta nātrija hlorīda elektrolīze (procesa blakusprodukts ir hlors), pievienojot KCl, NaF vai CaCl2, kas pazemina sāls kušanas temperatūru līdz 575-585 °. C. Pretējā gadījumā tīra nātrija hlorīda elektrolīze izraisītu lielus metāla zudumus iztvaikošanas rezultātā, jo NaCl kušanas temperatūra (801 °C) un nātrija metāla viršanas temperatūra (882,9 °C) ir ļoti tuva. Process notiek tērauda elektrolizatorā ar diafragmu. Mūsdienīgs elektrolizators nātrija ražošanai ir iespaidīga struktūra, kas atgādina krāsni. Iekārta ir izgatavota no ugunsizturīga ķieģeļa, ko no ārpuses ieskauj tērauda korpuss. Caur elektrolizatora apakšu tiek ievietots grafīta anods, ko ieskauj gredzenveida siets - diafragma, kas neļauj nātrijam iekļūt anoda telpā, kur nogulsnējas hlors. Pretējā gadījumā nātrijs vienkārši sadegtu hlorā.
Gredzenveida katods ir izgatavots no dzelzs vai vara. Virs katoda un anoda ir uzstādīti vāciņi, lai noņemtu nātriju un hloru. Elektrolizatorā tiek ievietots rūpīgi žāvēts nātrija hlorīda un kalcija hlorīda maisījums, mēs jau zinām, ka šāds maisījums kūst zemākā temperatūrā nekā tīrs nātrija hlorīds. Parasti process notiek aptuveni 600 °C temperatūrā. Uz elektrodiem tiek pievadīta aptuveni 6 V līdzstrāva, savukārt pie katoda tiek izvadīti Na+ joni un izdalās metāliskais nātrijs, kas uzpeld un tiek nogādāts speciālā savākšanā. Protams, process notiek bez gaisa piekļuves. Pie anoda tiek izvadīti hlora joni Сl– un izdalās hlora gāze - vērtīgs nātrija ražošanas blakusprodukts. Elektrolizatora darbības dienā tiek saražoti 400-500 kg nātrija un 600-700 kg hlora. Šādi iegūtais metāls tiek attīrīts no piemaisījumiem (hlorīdiem, oksīdiem un citiem), izkausētajam nātrijam pievienojot NaOH + Na2CO3 + NaCl vai Na2O2 maisījumu; apstrādājot kausējumu ar metālisku litiju, titānu vai titāna-cirkonija sakausējumu, zemākajiem hlorīdiem TiCl3, TiCl2; vakuumdestilācija.
Fizikālās īpašības
Hamfrijs Deivijs bija ne tikai pirmais, kurš ieguva metālisko nātriju, bet arī pirmais, kurš pētīja tā īpašības. Londonā ziņojot par jaunu elementu (kālija un nātrija) atklāšanu, ķīmiķis pirmo reizi zinātniskajai auditorijai parādīja jaunu metālu paraugus. Angļu ķīmiķis zem petrolejas slāņa glabāja metāliskā nātrija gabalu, ar kuru nātrijs nesadarbojās un savā vidē neoksidēja, saglabājot savu izcili sudraba krāsu. Turklāt nātrijs (blīvums pie 20 °C ir 0,968 g/cm3) ir smagāks par petroleju (blīvums 20 °C ar dažādu attīrīšanas pakāpi ir 0,78-0,85 g/cm3) un nepeld uz tā virsmas, tāpēc tas netiek oksidēts ar skābekli un oglekļa dioksīdu. Deivijs neaprobežojās tikai ar parasto trauka demonstrēšanu ar jauna metāla paraugu; viņš paņēma nātriju no petrolejas un iemeta paraugu ūdens spainī. Visiem par pārsteigumu metāls negrima, bet sāka aktīvi kustēties pa ūdens virsmu, kūstot mazos spīdīgos lāsiņos, no kuriem daži aizdegās. Fakts ir tāds, ka ūdens blīvums (pie 20 °C ir 0,998 g/cm3) ir lielāks par šī sārmu metāla blīvumu, tāpēc nātrijs ūdenī negrimst, bet gan peld tajā, aktīvi mijiedarbojoties ar to. Sabiedrība bija pārsteigta par šādu jauna elementa “prezentāciju”.
Ko mēs tagad varam teikt par nātrija fizikālajām īpašībām? Periodiskās tabulas vienpadsmitais elements ir mīksts (viegli sagriežams ar nazi, spiežams un velmējams), viegls, spīdīgs sudrabaini balts metāls, kas gaisā ātri notraipās. Plāniem nātrija slāņiem ir violeta nokrāsa, un zem spiediena metāls kļūst caurspīdīgs un sarkans, piemēram, rubīns. Parastā temperatūrā nātrijs kristalizējas kubiskā režģī ar šādiem parametriem: a = 4,28 A, atoma rādiuss 1,86 A, jonu rādiuss Na+ 0,92 A. Nātrija atoma jonizācijas potenciāli (eV) 5,138; 47,20; 71,8; metāla elektronegativitāte ir 0,9. Elektronu darba funkcija 2,35 eV. Šī modifikācija ir stabila temperatūrā virs -222 °C. Zem šīs temperatūras sešstūra modifikācija ir stabila ar šādiem parametriem: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.
Nātrijs ir kausējams metāls, tā kušanas temperatūra ir tikai 97,86 °C. Izrādās, ka šis metāls varētu izkausēt verdošā ūdenī, ja tas ar to aktīvi neiedarbotos. Turklāt kušanas laikā nātrija blīvums samazinās par 2,5%, bet tilpums palielinās par ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg. Palielinoties spiedienam, metāla kušanas temperatūra palielinās, sasniedzot 242 ° C pie 3 GPa un 335 ° C pie 8 GPa. Izkausēta nātrija viršanas temperatūra ir 883,15° C. Nātrija iztvaikošanas siltums normālā spiedienā = 3869 kJ/kg. Vienpadsmitā elementa īpatnējā siltumietilpība (istabas temperatūrā) ir 1,23 103 J/(kg K) vai 0,295 cal/(g deg); nātrija siltumvadītspējas koeficients ir 1,32 102 W/(m K) vai 0,317 cal/(cm sek deg). Šī sārmu metāla lineārās izplešanās termiskais koeficients (20 °C temperatūrā) ir 7,1 10-5. Nātrija elektriskā pretestība (pie 0 °C) ir 4,3 10-8 omi m (4,3 10-6 omi cm). Kūstot, nātrija elektriskā pretestība palielinās par 1,451 reizi. Nātrijs ir paramagnētisks, tā īpatnējā magnētiskā jutība ir +9,2 10-6. Nātrija HB Brinela cietība = 0,7 MPa. Normāls stiepes modulis istabas temperatūrā E = 5,3 GPa. Nātrija saspiežamība x = 15,99∙10-11 Pa-1. Nātrijs ir ļoti elastīgs metāls un aukstumā viegli deformējas. Nātrija izplūdes spiediens, pēc N. S. Kurnakova un S. F. Žemčužnija domām, ir robežās no 2,74 līdz 3,72 MPa atkarībā no izplūdes atveres diametra.
Ķīmiskās īpašības
Ķīmiskajos savienojumos, tostarp hidrīdos, nātrija oksidācijas pakāpe ir + 1. Vienpadsmitais elements ir viens no reaktīvākajiem metāliem, tāpēc dabā tīrā veidā tas nav sastopams. Pat istabas temperatūrā tas aktīvi reaģē ar atmosfēras skābekli, ūdens tvaiku un oglekļa dioksīdu, veidojot uz virsmas irdenu peroksīda, hidroksīda un karbonāta maisījuma garozu. Šī iemesla dēļ nātrija metāls tiek uzglabāts zem dehidrēta šķidruma (petrolejas, minerāleļļas) slāņa. Cēlgāzes nedaudz izšķīst cietā un šķidrā nātijā, 200 °C temperatūrā nātrijs sāk absorbēt ūdeņradi, veidojot ļoti higroskopisku NaH hidrīdu. Šis sārmu metāls ļoti vāji reaģē ar slāpekli kvēlojošā izlāde, veidojot ļoti nestabilu vielu - nātrija nitrīdu:
6Na + N2 → 2Na3N
Nātrija nitrīds ir stabils sausā gaisā, bet ūdens vai spirta ietekmē to uzreiz sadala, veidojot amonjaku.
Kad nātrijs tieši mijiedarbojas ar skābekli, atkarībā no apstākļiem veidojas Na2O oksīds (kad nātrijs tiek sadedzināts nepietiekamā skābekļa daudzumā) vai Na2O2 peroksīds (kad nātriju sadedzina gaisā vai skābekļa pārpalikumā). Nātrija oksīdam ir izteiktas bāzes īpašības; tas spēcīgi reaģē ar ūdeni, veidojot NaOH hidroksīdu, spēcīgu bāzi:
Na2O + H2O → 2NaOH
Nātrija hidroksīds ir ūdenī labi šķīstošs sārms (108 g NaOH izšķīst 100 g ūdens 20 °C temperatūrā) cietu baltu higroskopisku kristālu veidā, korodē ādu, audumus, papīru un citas organiskas vielas. Izšķīdinot ūdenī, tas izdala lielu daudzumu siltuma. Gaisā nātrija hidroksīds aktīvi absorbē oglekļa dioksīdu un pārvēršas nātrija karbonātā:
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
Šī iemesla dēļ nātrija hidroksīds jāuzglabā hermētiski noslēgtos traukos. Rūpniecībā NaOH iegūst, elektrolīzi izmantojot NaCl vai Na2CO3 ūdens šķīdumus, izmantojot jonu apmaiņas membrānas un diafragmas:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
Nātrija peroksīds ir gaiši dzeltens pulveris, kas kūst nesadaloties, Na2O2 ir ļoti spēcīgs oksidētājs. Lielākā daļa organisko vielu aizdegas, saskaroties ar to. Kad Na2O2 reaģē ar oglekļa dioksīdu, izdalās skābeklis:
2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2
Metāliskais nātrijs, tāpat kā tā oksīdi, aktīvi mijiedarbojas ar ūdeni, veidojot hidroksīdu NaOH un atbrīvojot ūdeņradi; ar lielu saskares virsmu reakcija norit eksplozīvi. Nātrijs reaģē ar spirtiem daudz mierīgāk nekā ar ūdeni, kā rezultātā veidojas nātrija alkoksīds. Tādējādi, reaģējot ar etanolu, nātrijs iegūst nātrija etanolātu C2H5ONa:
2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2
Nātrijs izšķīst gandrīz visās skābēs, veidojot lielu skaitu sāļu:
2Nа + 2НCl → 2NAСl + Н2
2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O
Fluora un hlora atmosfērā nātrijs spontāni aizdegas, karsējot reaģē ar bromu un tieši nesadarbojas ar jodu. Sasmalcinot javā, tas spēcīgi reaģē ar sēru, veidojot mainīga sastāva sulfīdus. Nātrija sulfīdu Na2S iegūst, reducējot nātrija sulfātu ar oglekli. Ļoti izplatīts nātrija savienojums ar sēru un skābekli ir tā sauktais Glaubera sāls Na2SO4∙10H2O. Papildus sēram tas aktīvi reaģē ar selēnu un telūru, veidojot kompozīciju Na2X, NaX, NaX2, Na2X5 halkogenīdus.
Nātrijs izšķīst šķidrā amonjakā (34,6 g uz 100 g NH3 0 °C temperatūrā), veidojot amonjaka kompleksus (zils šķīdums ar metālisku vadītspēju). Kad amonjaks iztvaiko, oriģinālais metāls paliek, šķīduma ilgstošas uzglabāšanas laikā tas pakāpeniski maina krāsu, jo metāls reaģē ar amonjaku, veidojot amīdu NaNH2 vai imīdu Na2NH un izdaloties ūdeņradim. Gāzveida amonjaku izlaižot cauri izkausētam nātrijam 300-350 °C temperatūrā, veidojas nātrija amīns NaNH2 – bezkrāsaina kristāliska viela, ko ūdens viegli sadalās.
800-900 °C temperatūrā nātrija gāze ar oglekli veido karbīdu (acetilenīdu) Na2C2. Nātrijs veido ieslēguma savienojumus ar grafītu.
Nātrijs veido vairākus intermetāliskus savienojumus – ar sudrabu, zeltu, alvu, svinu, bismutu, cēziju, kāliju un citiem metāliem. Neveido savienojumus ar bāriju, stronciju, magniju, litiju, cinku un alumīniju. Ar dzīvsudrabu nātrijs veido amalgamas - intermetāliskus savienojumus ar sastāvu NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg. Nozīmīgas ir šķidrās amalgamas (satur mazāk par 2,5% nātrija), kas iegūtas, pakāpeniski ievadot nātriju dzīvsudrabā, kas atrodas zem petrolejas vai minerāleļļas slāņa.
Ir zināms milzīgs skaits nātrija organisko savienojumu, kas pēc ķīmiskajām īpašībām ir līdzīgi litija organiskajiem savienojumiem, bet ir pārāki par tiem reaktivitātes ziņā.
Nātrijs ir vienkārša viela, kas atrodas D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās tabulas trešā perioda pirmajā grupā. Tas ir ļoti mīksts, sudrabaini sārmu metāls, kam ir violeta nokrāsa, sadalot plānās kārtās. Nātrija kušanas temperatūra ir tieši zem tā, kas nepieciešama ūdens vārīšanai, un viršanas temperatūra ir 883 grādi pēc Celsija. Istabas temperatūrā tā blīvums ir 0,968 g/cm3. Tā zemā blīvuma dēļ nātriju vajadzības gadījumā var sagriezt ar parastu nazi.
Nātrijs uz mūsu planētas ir ļoti izplatīts: tā dažādie savienojumi šeit sastopami gan jūrā, gan zemes garozā, kur tas ir sastopams salīdzinoši lielos daudzumos, gan daudzos dzīvos organismos, bet tīrā veidā dzīvajā dabā nav sastopams. tās pārsteidzošās augstās aktivitātes dēļ. Nātrijs ir viens no būtiskākajiem cilvēka normālai dzīvei nepieciešamajiem mikroelementiem – tādēļ, lai papildinātu tā dabisko izvadīšanu no organisma, ir nepieciešams uzņemt aptuveni 4-5 gramus tā savienojuma ar hloru – t.i. parastā galda sāls.
Nātrijs vēsturē
Kopš senās Ēģiptes cilvēkiem ir zināmi dažādi nātrija savienojumi. Ēģiptieši bija pirmie, kas dažādām ikdienas vajadzībām aktīvi izmantoja nātriju saturošo sodu no sāļā Natrona ezera. Nātrija savienojumi pat bija minēti Bībelē kā mazgāšanas līdzekļa sastāvdaļa, bet nātriju tīrā veidā pirmo reizi ieguva angļu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs 1807. gadā, eksperimentējot ar tā atvasinājumiem.
Nātriju sākotnēji sauca par nātriju, kas cēlies no arābu vārda, kas nozīmē galvassāpes. Vārds "nātrijs" tika aizgūts no ēģiptiešu valodas, un to pirmo reizi mūsdienu vēsturē izmantoja Zviedrijas Ārstu biedrība kā sodas saturošu minerālsāļu apzīmējumu.
Nātrija ķīmiskās īpašības
Nātrijs ir aktīvs sārmu metāls – t.i. Saskaroties ar gaisu, tas ļoti ātri oksidējas un jāuzglabā petrolejā, savukārt nātrija blīvums ir ļoti zems un bieži uzpeld uz tā virsmas. Tā kā nātrijs ir ļoti spēcīgs reducētājs, tas reaģē ar lielāko daļu nemetālu, un, būdams aktīvs metāls, reakcijas ar tā lietošanu bieži notiek ļoti ātri un vardarbīgi. Piemēram, ja jūs ievietojat nātrija gabalu ūdenī, tas sāk aktīvi aizdegties, kas galu galā izraisa sprādzienu. Aizdegšanās un skābekļa izdalīšanās notiek, nātrijam un tā atvasinājumiem reaģējot ar daudzām citām vielām, bet ar atšķaidītām skābēm tas reaģē kā parasts metāls. Nātrijs nereaģē ar cēlgāzēm, jodu un oglekli, kā arī ļoti slikti reaģē ar slāpekli, veidojot diezgan nestabilu vielu tumši pelēku kristālu veidā - nātrija nitrīdu.
Nātrija pielietojumi
Nātriju galvenokārt izmanto ķīmiskajā rūpniecībā un metalurģijā, kur to ķīmisko īpašību dēļ visbiežāk izmanto kā reducētāju. To izmanto arī kā desikantu organiskiem šķīdinātājiem, piemēram, ēteri un tamlīdzīgiem līdzekļiem; tādu vadu ražošanai, kas spēj izturēt milzīgus spriegumus. Tajā pašā apgabalā nātriju izmanto kā galveno sastāvdaļu nātrija sēra akumulatoru ražošanā, kam ir augsta īpatnējā enerģija, t.i. mazāks degvielas patēriņš. Galvenais šāda veida akumulatoru trūkums ir augstā darba temperatūra un līdz ar to nātrija aizdegšanās un eksplozijas risks avārijas gadījumā.
Vēl viena nātrija pielietojuma joma ir farmakoloģija, kur daudzi nātrija atvasinājumi tiek izmantoti kā reaģenti, starpprodukti un palīgvielas dažādu kompleksu zāļu, kā arī antiseptiķu izveidē. Nātrija hlorīda šķīdums ir salīdzinoši līdzīgs cilvēka asins plazmai un ātri tiek izvadīts no organisma, tāpēc to lieto, ja nepieciešams uzturēt un normalizēt asinsspiedienu.
Mūsdienās daži nātrija savienojumi ir būtiska sastāvdaļa betona un citu būvmateriālu ražošanā. Pateicoties nātrija atvasinātu komponentu materiālu izmantošanai, tos var izmantot celtniecības darbos zemās temperatūrās.
Pateicoties tā pārpilnībai un rūpnieciskās ražošanas vienkāršībai, nātrija izmaksas ir diezgan zemas. Mūsdienās to ražo tāpat kā toreiz, kad to pirmo reizi ieguva – pakļaujot dažādus nātriju saturošus iežus spēcīgas elektriskās strāvas iedarbībai. Pateicoties tam, kā arī tā nepieciešamībai daudzos rūpniecības veidos, tā ražošanas apjomi tikai pieaug.
