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).
Понадобятся натрий Na и калий K, дистиллированная вода, спиртовой раствор индикатора фенолфталеина, кристаллизаторы, пинцет или щипцы, скальпель или острый нож, фильтровальная бумага.
В кристаллизаторы наливают
воды и добавляют по несколько капель раствора
фенолфталеина. Отрезают скальпелем на листе
фильтровальной бумаги от кусков щелочных
металлов небольшие, величиной с горошину,
“дольки”. Кусочки натрия и калия обсушивают
фильтровальной бумагой и опускают в
кристаллизаторы. Прежде чем взять очередной
кусочек металла, тщательно протирают концы
пинцета фильтровальной бумагой, чтобы не занести
в бюксы воду. Наблюдают “бегающие” по
поверхности воды шарики расплавленного металла,
причем движение калиевого шарика более
стремительно, чем натриевого. Он вскоре
загорается фиолетовым пламенем. За каждым из
“бегающих” шариков остается малиновый “шлейф”
из-за того, что в результате реакций:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
образуется щелочной гидроксид (сильное
основание), который окрашивает индикатор
фенолфталеин в малиново-фиолетовый цвет.
Металлические изделия и предметы очищают от грязи, обезжиривают раствором соды, промывают в воде, на несколько секунд опускают в 50%-ный раствор азотной кислоты и повторно промывают дистиллированной водой. Подготовленное изделие выдерживают 30-50 минут в горячем растворе, содержащем на 1 л воды 280 г гептагидрата сульфата никеля и 100 мл концентрированной соляной кислоты. После получения никелевого покрытия (оно получается плотным и блестящим) изделие промывают водой и полируют суконкой.
Кристаллы меди
Все умеют выращивать кристаллы различных солей. А вот кристаллы меди не всякий сумеет вырастить. Для этого необычного опыта понадобиться: CuSO4, поваренная соль, кусок жести и стакан (можно обыкновенный). Из куска жести вырежте круг, чтобы он свободно входил в стакан. В стакан насыпте порошок сульфата меди(медного купороса) слоем в 5 мм и засыпте этот слой солью. ВНИМАНИЕ! Слои не перемешивать. Закройте слои кружком из фильтровальной бумаги и накройте кружком из жести. Встакан налейте раствор соли.
Через две недели вырастут довольно крупные кристаллы меди. Чтобы они хорошо сохранились поместите их в пробирку с раствором серной кислоты.
Горение металлов.
Горение металлов в кислороде, хлоре широко известно. Менее знакомо горение металлов в парах серы. В штатив укрепляют вертикально большую пробирку, наполненную на одну треть серой, и нагревают до кипения серы. Затем в пробирку опускают пучок тонкой медной проволоки (можно предварительно нагреть) и наблюдают бурную реакцию.
Горение натрия.
На асбестовую сетку кладут листок фильтровальной бумаги, обильно смоченный водой. Затем на бумагу кладут кусочек натрия. Натрий реагирует с водой, за счет выделившейся энергии плавится, самовоспламеняется и горит ярким желтым пламенем. В реакцию горения включаются и выделившийся водород и фильтровальная бумага.
Никелирование металлических предметов.
Металлические изделия и предметы очищают от грязи, обезжиривают раствором соды, промывают в воде, на несколько секунд опускают в 50%-ный раствор азотной кислоты и повторно промывают дистиллированной водой. Подготовленное изделие выдерживают 30-50 минут в горячем растворе, содержащем на 1 л воды 280 г гептагидрата сульфата никеля и 100 мл концентрированной соляной кислоты. После получения никелевого покрытия (оно получается плотным и блестящим) изделие промывают водой и полируют суконкой.)
Серебрение медных предметов.
Медные предметы и изделия тщательно очищают от грязи, промывают раствором соды и опускают на несколько дней в отработанный раствор фиксажа. После получения серебрянного покрытия изделие промывают водой и полируют суконной тряпочкой.
Натрий является очень активным металлом, который реагирует со многими веществами. Реакции с участием натрия могут протекать бурно со значительным выделением тепла. При этом часто происходит воспламенение, и даже взрыв. Для безопасной работы с натрием необходимо иметь четкое представление о его физических и химических свойствах.
Натрий легкий (плотность 0.97 г/см3), мягкий и легкоплавкий (Тпл 97,86° С) металл. По твердости он напоминает парафин или мыло. На воздухе натрий очень быстро окисляется, покрываясь серой пленкой, что состоит из перекиси Na2O2 и карбоната, поэтому натрий хранят в хорошо закрытых банках под слоем безводного керосина или масла.
Кусочек натрия нужного размера отрезают, не вынимая металл из керосина, с помощью ножа или скальпеля. Из банки натрий достают пинцетом. Все инструменты должны быть сухими! После этого натрий освобождают от остатков керосина с помощью фильтровальной бумажки. В некоторых случаях металл очищают скальпелем от слоя перекиси, поскольку контакт перекиси со свежей поверхностью натрия может привести к взрыву. Натрий нельзя брать руками. Обрезки натрия сплавляют при слабом нагревании под слоем керосина.
Посуду, в которой был натрий, ни в коем случае не допускается мыть водой - это может привести к взрыву с трагическими последствиями. Остатки натрия устраняют добавлением спирта, только после этого можно применять воду.
Работать с натрием необходимо в защитных очках. Никогда не забывайте, с чем вы имеете дело - взрыв может произойти в самый неожиданный и неподходящий момент, и к этому нужно быть готовым.
Реакция натрия с водой
В кристаллизатор налейте на 3/4 воду и добавьте в нее несколько капель фенолфталеина. Бросьте в кристаллизатор кусочек натрия размером с половину горошины. Натрий останется на поверхности, поскольку он легче воды. Кусочек начнет активно реагировать с водой с выделением водорода. От тепла реакции металл расплавится и превратится в серебристую капельку, которая будет активно бегать по поверхности воды. При этом слышится шипение. Иногда водород, который выделяется, загорается желтым пламенем. Такой цвет придают ему пары натрия. Если воспламенения не произошло, водород можно поджечь. Однако кусочки натрия размером меньше пшеничного зернышка гаснут.
В результате реакции образуется щелочь, которая действует на фенолфталеин, поэтому кусочек натрия оставляет за собой малиновый след. Под конец опыта практически вся вода в кристаллизаторе окрасится в малиновый цвет.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Стенки кристаллизатора должны быть свободны от жира и других загрязнений. В случае необходимости их промывают раствором щелочи, иначе натрий прилипает к стенкам, и кристаллизатор может треснуть.
Опыт следует проводить в защитной маске или защитных очках. Во время реакции держитесь на некотором расстоянии и ни в коем случае не наклоняйтесь над кристаллизатором. Попадание расплавленного натрия или брызг щелочи в глаза грозит практически гарантированной слепотой.
Источник www.chemistry-chemists.com