Είναι το νάτριο μέταλλο; Νάτριο στη φύση (2,6% στον φλοιό της Γης)
Αληθινός, εμπειρικός ή ακαθάριστος τύπος: Να
Μοριακό βάρος: 22,99
Νάτριο- ένα στοιχείο της πρώτης ομάδας (σύμφωνα με την παλιά ταξινόμηση - η κύρια υποομάδα της πρώτης ομάδας), η τρίτη περίοδος του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του D.I Mendeleev, με ατομικό αριθμό 11. Υποδηλώνεται με το σύμβολο Na (lat. Νάτριο). Η απλή ουσία νάτριο (αριθμός CAS: 7440-23-5) είναι ένα μαλακό αλκαλικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.
Ιστορία και προέλευση του ονόματος
Το νάτριο (ή μάλλον οι ενώσεις του) είναι γνωστό και χρησιμοποιείται από την αρχαιότητα. Στη Βίβλο, στο βιβλίο του προφήτη Ιερεμία, αναφέρεται η λέξη αρχαία ελληνικά. νίτρον - in the Septuagint, and the word is Lat. nitroet - στη Βουλγάτα (Ιερ. 2:22) ως όνομα ουσίας, είναι ένα είδος σόδας ή ποτάσας, που αναμεμειγμένο με λάδι χρησίμευε ως απορρυπαντικό. Στο Tanakh, η λέξη στα αρχαία ελληνικά. νίτρον αντιστοιχούν στα αρχαία εβραϊκά. ברית - «σαπούνι» και άλλα εβραϊκά. נתר - «αλυσίβα (σαπούνι υγρό).» Σόδα (natron), που βρίσκεται φυσικά στα νερά των λιμνών σόδας στην Αίγυπτο. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν τη φυσική σόδα για την ταρίχευση, τη λεύκανση του καμβά, το μαγείρεμα των τροφίμων και την κατασκευή χρωμάτων και γλασών. Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος γράφει ότι στο Δέλτα του Νείλου, η σόδα (περιείχε επαρκή αναλογία ακαθαρσιών) απομονώθηκε από το νερό του ποταμού. Κυκλοφόρησε με τη μορφή μεγάλων κομματιών, χρωματιστών γκρι ή και μαύρων λόγω της πρόσμιξης του άνθρακα.
Το όνομα «νάτριο» προέρχεται από τη λατινική λέξη natrium (πρβλ. αρχαία ελληνική νίτρον), η οποία δανείστηκε από τη μεσοαιγυπτιακή γλώσσα (nṯr), όπου σήμαινε μεταξύ άλλων: «σόδα», «καυστική σόδα».
Η συντομογραφία «Na» και η λέξη νάτριο χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τον ακαδημαϊκό, ιδρυτή της Σουηδικής Εταιρείας Ιατρών, Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) για να αναφερθούν σε φυσικά ορυκτά, στα οποία περιλαμβανόταν η σόδα. Προηγουμένως (και επίσης ακόμα στα αγγλικά, γαλλικά και πολλές άλλες γλώσσες), το στοιχείο ονομαζόταν νάτριο (λατινικό νάτριο) - αυτό το όνομα νάτριο, ίσως, πηγαίνει πίσω στην αραβική λέξη suda, που σημαίνει "πονοκέφαλος", δεδομένου ότι χρησιμοποιήθηκε σόδα εκείνη την εποχή ως φάρμακο για τον πονοκέφαλο.
Το νάτριο ελήφθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy, ο οποίος το ανέφερε στις 19 Νοεμβρίου 1807 στη διάλεξη του Baker (στο χειρόγραφο της διάλεξης, ο Davy ανέφερε ότι ανακάλυψε το κάλιο στις 6 Οκτωβρίου 1807 και το νάτριο λίγες μέρες μετά το κάλιο) , με ηλεκτρόλυση τετηγμένου υδροξειδίου του νατρίου .
Όντας στη φύση
Το Clarke νατρίου στον φλοιό της γης είναι 25 kg/t. Η περιεκτικότητα σε θαλασσινό νερό με τη μορφή ενώσεων είναι 10,5 g/l. Το μέταλλο νατρίου εμφανίζεται ως ακαθαρσίες που χρωματίζει το μπλε της αλατιού. Το αλάτι αποκτά αυτό το χρώμα υπό την επίδραση της ακτινοβολίας.
Παραλαβή
Η πρώτη βιομηχανική μέθοδος παραγωγής νατρίου ήταν η αντίδραση αναγωγής του ανθρακικού νατρίου με τον άνθρακα με θέρμανση ενός στενού μείγματος αυτών των ουσιών σε ένα σιδερένιο δοχείο στους 1000 °C (μέθοδος Deville):
Na 2 CO 3 +2C → 2Na+3CO.
Αντί για άνθρακα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν καρβίδιο ασβεστίου, αλουμίνιο, πυρίτιο, σιδηροπυρίτιο και πυριτιοαλουμίνιο.
Με την έλευση της ηλεκτρικής ενέργειας, μια άλλη μέθοδος παραγωγής νατρίου έγινε πιο πρακτική - η ηλεκτρόλυση λιωμένης καυστικής σόδας ή χλωριούχου νατρίου. Επί του παρόντος, η ηλεκτρόλυση είναι η κύρια μέθοδος για την παραγωγή νατρίου.
Το νάτριο μπορεί επίσης να ληφθεί με τη θερμική μέθοδο ζιρκονίου ή με θερμική αποσύνθεση αζιδίου του νατρίου.
Φυσικές ιδιότητες
Το νάτριο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο, σε λεπτές στρώσεις με μωβ απόχρωση, πλαστικό, ακόμη και μαλακό (κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι), μια φρέσκια κοπή νατρίου είναι γυαλιστερή. Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του νατρίου είναι αρκετά υψηλή, η πυκνότητα είναι 0,96842 g/cm³ (στους 19,7 °C), το σημείο τήξης είναι 97,86 °C και το σημείο βρασμού είναι 883,15 °C.
Υπό πίεση γίνεται διάφανο και κόκκινο, σαν ρουμπίνι.
Σε θερμοκρασία δωματίου, το νάτριο σχηματίζει κρυστάλλους στο κυβικό σύστημα, ομάδα χώρου I m3m, παράμετροι κυψέλης a = 0,42820 nm, Z = 2.
Σε θερμοκρασία −268 °C (5 K), το νάτριο εισέρχεται στην εξαγωνική φάση, ομάδα χώρου P 63/mmc, παράμετροι κυψέλης a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, Z = 2.
Χημικές ιδιότητες
Ένα αλκαλικό μέταλλο οξειδώνεται εύκολα σε οξείδιο του νατρίου στον αέρα. Για την προστασία από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, το μεταλλικό νάτριο αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης.
4Na+O 2 → 2Na 2 O
Όταν καίγεται στον αέρα ή το οξυγόνο, σχηματίζεται υπεροξείδιο του νατρίου:
2Na+O2 → Na2O2
Επιπλέον, υπάρχει οζονίδιο του νατρίου NaO 3.
Το νάτριο αντιδρά πολύ βίαια με το νερό, ένα κομμάτι νατρίου που βρίσκεται στο νερό, επιπλέει, λόγω της θερμότητας που δημιουργείται, λιώνει, μετατρέπεται σε μια λευκή μπάλα που κινείται γρήγορα σε διαφορετικές κατευθύνσεις στην επιφάνεια του νερού υδρογόνου, το οποίο μπορεί να αναφλεγεί. Εξίσωση αντίδρασης:
2Na+2H2O → 2NaOH +H2
Όπως όλα τα μέταλλα των αλκαλίων, το νάτριο είναι ένας ισχυρός αναγωγικός παράγοντας και αντιδρά έντονα με πολλά αμέταλλα (με εξαίρεση το άζωτο, το ιώδιο, τον άνθρακα, τα ευγενή αέρια):
2Na+Cl 2 → 2NaCl
2Na+H 2 → 2NaH
Το νάτριο είναι πιο ενεργό από το λίθιο. Αντιδρά εξαιρετικά άσχημα με το άζωτο σε μια εκκένωση λάμψης, σχηματίζοντας μια πολύ ασταθή ουσία - νιτρίδιο του νατρίου (σε αντίθεση με το νιτρίδιο του λιθίου που σχηματίζεται εύκολα):
6Na+N 2 → 2Na3N
Αλληλεπιδρά με αραιωμένα μέταλλα όπως το συνηθισμένο μέταλλο:
2Na+2HCl → 2NaCl+H 2
Με τα συμπυκνωμένα οξειδωτικά οξέα, απελευθερώνονται προϊόντα αναγωγής:
8Na+10HNO3 → 8NaNO 3 +NH 4 NO 3 +3H 2 O
Διαλύεται σε υγρή αμμωνία, σχηματίζοντας ένα μπλε διάλυμα:
Na+4NH3 → Na(NH 3) 4
Αντιδρά με αέριο αμμωνία όταν θερμαίνεται:
2Na+2NH3 → 2NaNH2 +H2
Με τον υδράργυρο σχηματίζει αμάλγαμα νατρίου, το οποίο χρησιμοποιείται ως μαλακότερος αναγωγικός παράγοντας αντί για καθαρό μέταλλο. Όταν συντήκεται με κάλιο, παράγει ένα υγρό κράμα.
Τα αλκυλαλογονίδια με περίσσεια μετάλλου μπορούν να παράγουν οργανονάτριες ενώσεις, εξαιρετικά δραστικές ενώσεις που συνήθως αναφλέγονται αυθόρμητα στον αέρα και εκρήγνυνται με νερό. Όταν υπάρχει έλλειψη μετάλλου, εμφανίζεται η αντίδραση Wurtz.
Διαλύεται σε αιθέρες κορώνας παρουσία οργανικών διαλυτών, δίνοντας ένα ηλεκτρίδιο ή αλκαλίδιο (στο τελευταίο, το νάτριο έχει μια ασυνήθιστη κατάσταση οξείδωσης -1).
Εφαρμογή
Το μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται ευρέως ως ισχυρός αναγωγικός παράγοντας στην παρασκευαστική χημεία και τη βιομηχανία, συμπεριλαμβανομένης της μεταλλουργίας. Χρησιμοποιείται για την ξήρανση οργανικών διαλυτών όπως ο αιθέρας. Το νάτριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μπαταριών νατρίου-θείου υψηλής έντασης ενέργειας. Χρησιμοποιείται επίσης σε βαλβίδες εξαγωγής κινητήρων φορτηγών ως ψύκτρα υγρού. Περιστασιακά, το μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται ως υλικό για ηλεκτρικά καλώδια που προορίζονται να μεταφέρουν πολύ υψηλά ρεύματα.
Σε κράμα με κάλιο, καθώς και με ρουβίδιο και καίσιο, χρησιμοποιείται ως ψυκτικό υγρό υψηλής απόδοσης. Συγκεκριμένα, το κράμα σύνθεσης νάτριο 12%, κάλιο 47%, καίσιο 41% έχει ιστορικό χαμηλό σημείο τήξης −78 °C και προτάθηκε ως ρευστό λειτουργίας για κινητήρες πυραύλων ιόντων και ψυκτικό για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Υγρό ψυκτικό μέταλλο σε ταχείς πυρηνικούς αντιδραστήρες νετρονίων BN-600 και BN-800.
Το νάτριο χρησιμοποιείται επίσης σε λαμπτήρες εκκένωσης υψηλής και χαμηλής πίεσης (HPLD και LPLD). Οι λαμπτήρες NLVD του τύπου DNaT (Arc Sodium Tubular) χρησιμοποιούνται ευρέως στο φωτισμό των δρόμων. Εκπέμπουν ένα έντονο κίτρινο φως. Η διάρκεια ζωής των λαμπτήρων HPS είναι 12-24 χιλιάδες ώρες. Επομένως, οι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου τύπου HPS είναι απαραίτητοι για αστικό, αρχιτεκτονικό και βιομηχανικό φωτισμό. Υπάρχουν επίσης λαμπτήρες DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) και DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).
Το μεταλλικό νάτριο χρησιμοποιείται στην ποιοτική ανάλυση. Το κράμα του νατρίου και η υπό δοκιμή ουσία εξουδετερώνονται με αιθανόλη, προστίθενται μερικά χιλιοστόλιτρα απεσταγμένου νερού και χωρίζονται σε 3 μέρη.
Το χλωριούχο νάτριο (επιτραπέζιο αλάτι) είναι το παλαιότερο χρησιμοποιούμενο άρωμα και συντηρητικό.
Το αζίδιο του νατρίου (NaN 3) χρησιμοποιείται ως νιτρωτικός παράγοντας στη μεταλλουργία και στην παραγωγή αζιδίου μολύβδου.
Το κυανιούχο νάτριο (NaCN) χρησιμοποιείται στην υδρομεταλλουργική μέθοδο έκπλυσης χρυσού από πετρώματα, καθώς και στη νιτροανθρακοποίηση του χάλυβα και στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση (αργυροποίηση, επιχρύσωση).
Το χλωρικό νάτριο (NaClO 3) χρησιμοποιείται για την καταστροφή της ανεπιθύμητης βλάστησης στις σιδηροδρομικές γραμμές.
Ισότοπα νατρίου
Επί του παρόντος (2012) είναι γνωστά 20 ισότοπα με μαζικούς αριθμούς από 18 έως 37 και 2 πυρηνικά ισομερή νατρίου. Το μόνο σταθερό ισότοπο είναι το 23Na. Τα περισσότερα ισότοπα έχουν χρόνο ημιζωής μικρότερο από ένα λεπτό, μόνο 2 ραδιενεργά ισότοπα - 22Na και 24Na - έχουν μεγαλύτερο χρόνο ημιζωής. Το 22Na υφίσταται διάσπαση ποζιτρονίων με χρόνο ημιζωής 2.6027 χρόνια και χρησιμοποιείται ως πηγή ποζιτρονίων και στην επιστημονική έρευνα. Το 24Na, με χρόνο ημιζωής β− αποσύνθεσης 15 ώρες, χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη διάγνωση και τη θεραπεία ορισμένων μορφών λευχαιμίας.
Βιολογικός ρόλος
Το νάτριο είναι μέρος όλων των ζωντανών οργανισμών. Σε ανώτερους οργανισμούς, το νάτριο βρίσκεται κυρίως στο μεσοκυττάριο υγρό των κυττάρων (περίπου 15 φορές περισσότερο από ό,τι στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου). Η διαφορά συγκέντρωσης διατηρεί την αντλία νατρίου-καλίου ενσωματωμένη στην κυτταρική μεμβράνη, η οποία αντλεί ιόντα νατρίου από το κυτταρόπλασμα στο μεσοκυττάριο υγρό.
Μαζί με το κάλιο, το νάτριο εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
- Δημιουργία συνθηκών για την εμφάνιση μεμβρανικού δυναμικού και μυϊκών συσπάσεων.
- Διατήρηση της οσμωτικής συγκέντρωσης στο αίμα.
- Διατήρηση οξεοβασικής ισορροπίας.
- Ομαλοποίηση του ισοζυγίου νερού.
- Εξασφάλιση μεταφοράς μεμβράνης.
- Ενεργοποίηση πολλών ενζύμων.
Το νάτριο βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα προϊόντα σε ποικίλες ποσότητες, αν και το σώμα λαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του από το επιτραπέζιο αλάτι, συμπεριλαμβανομένων των κονσερβών, των ημικατεργασμένων προϊόντων, των σάλτσων, των λουκάνικων κ.λπ. Άλλες διατροφικές πηγές νατρίου περιλαμβάνουν γλουταμινικό νάτριο, μαγειρική σόδα (όξινο ανθρακικό νάτριο), νιτρώδες νάτριο, σακχαρινικό νάτριο και βενζοϊκό νάτριο. Η απορρόφηση γίνεται κυρίως στο στομάχι και το λεπτό έντερο. Η βιταμίνη D βελτιώνει την απορρόφηση νατρίου, αλλά τα υπερβολικά αλμυρά τρόφιμα και τα τρόφιμα πλούσια σε πρωτεΐνες παρεμβαίνουν στη φυσιολογική απορρόφηση. Η ποσότητα νατρίου που λαμβάνεται από τα τρόφιμα δείχνει την περιεκτικότητα σε νάτριο στα ούρα. Οι τροφές πλούσιες σε νάτριο χαρακτηρίζονται από επιταχυνόμενη απέκκριση.
Ανεπάρκεια νατρίου δεν εμφανίζεται σε ένα άτομο που ακολουθεί μια ισορροπημένη διατροφή, αλλά μπορεί να προκύψουν κάποια προβλήματα κατά τη διάρκεια της νηστείας. Προσωρινή ανεπάρκεια μπορεί να προκληθεί από τη χρήση διουρητικών, διάρροια, υπερβολική εφίδρωση ή υπερβολική πρόσληψη νερού.
Τα συμπτώματα της ανεπάρκειας νατρίου περιλαμβάνουν απώλεια βάρους, έμετο, σχηματισμό αερίων στο γαστρεντερικό σωλήνα και μειωμένη απορρόφηση αμινοξέων και μονοσακχαριτών. Η μακροχρόνια ανεπάρκεια προκαλεί μυϊκές κράμπες και νευραλγία.
Η υπερβολική ποσότητα νατρίου προκαλεί πρήξιμο στα πόδια και το πρόσωπο, αυξημένη απέκκριση καλίου στα ούρα και σε μερικούς ανθρώπους, υψηλή αρτηριακή πίεση και κατακράτηση υγρών. Η μέγιστη ποσότητα αλατιού που μπορεί να επεξεργαστεί τα νεφρά είναι περίπου 20-30 γραμμάρια, είναι απειλητική για τη ζωή.
Προληπτικά μέτρα
Στα εργαστήρια, μικρές ποσότητες νατρίου (έως 1 κιλό περίπου) αποθηκεύονται σε κλειστά γυάλινα βάζα κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης, έτσι ώστε η κηροζίνη να καλύπτει όλο το μέταλλο. Το βάζο με νάτριο πρέπει να φυλάσσεται σε μεταλλικό πυρίμαχο ντουλάπι (ασφαλές). Το νάτριο λαμβάνεται με τσιμπιδάκια ή λαβίδες, κόβεται με νυστέρι (το νάτριο είναι πλαστικό και κόβεται εύκολα με μαχαίρι) σε στεγνή επιφάνεια (όχι σε τραπέζι, αλλά σε γυάλινο φλιτζάνι), η απαιτούμενη ποσότητα και το υπόλοιπο αμέσως. επιστρέφεται στο βάζο κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης, και το κομμένο κομμάτι είτε τοποθετείται σε κηροζίνη, είτε τίθεται αμέσως σε αντίδραση. Πριν ξεκινήσετε να εργάζεστε με νάτριο, πρέπει να υποβληθείτε σε εκπαίδευση ασφάλειας. Τα άτομα που αρχίζουν να εργάζονται με νάτριο για πρώτη φορά πρέπει να εκτελούν αυτήν την εργασία υπό την επίβλεψη υπαλλήλων με εμπειρία σε τέτοιες εργασίες. Συνήθως, σε εργαστηριακές συνθήκες, για τις αντιδράσεις χρησιμοποιούνται ποσότητες νατρίου που δεν υπερβαίνουν τις αρκετές δεκάδες γραμμάρια. Για πειράματα επίδειξης, για παράδειγμα, στα μαθήματα χημείας του σχολείου, δεν πρέπει να λαμβάνετε περισσότερο από ένα γραμμάριο νατρίου. Μετά την εργασία με μεταλλικό νάτριο, όλα τα σκεύη και τα υπολείμματα νατρίου χύνονται με μη αραιωμένη αλκοόλη και το προκύπτον διάλυμα εξουδετερώνεται με διάλυμα ασθενούς οξέος. Ιδιαίτερη προσοχή θα πρέπει να ληφθεί για να διασφαλιστεί ότι όλα τα υπολείμματα νατρίου και τα εξαρτήματα έχουν εξουδετερωθεί πλήρως πριν από την απόρριψή τους, καθώς το νάτριο στα σκουπίδια μπορεί να προκαλέσει πυρκαγιά και σε μια αποχέτευση αποχέτευσης μπορεί να προκαλέσει βλάβη του σωλήνα. Όλες οι εργασίες με νάτριο, καθώς και με αλκάλια και μέταλλα αλκαλίων γενικά, πρέπει να γίνονται με γυαλιά ή προστατευτική μάσκα. Δεν συνιστάται η αποθήκευση νατρίου στο σπίτι ή η πραγματοποίηση πειραμάτων με αυτό.
Η ανάφλεξη και ακόμη και η έκρηξη μετάλλου νατρίου σε επαφή με νερό και πολλές οργανικές ενώσεις μπορεί να προκαλέσει σοβαρό τραυματισμό και εγκαύματα. Η προσπάθεια να σηκώσετε ένα κομμάτι μετάλλου νατρίου με τα γυμνά σας χέρια μπορεί να προκαλέσει ανάφλεξη (μερικές φορές εκρήξεις) λόγω της υγρασίας στο δέρμα, προκαλώντας σοβαρά εγκαύματα από νάτριο και επακόλουθα εγκαύματα. Η καύση του νατρίου δημιουργεί ένα αεροζόλ από οξείδιο του νατρίου, υπεροξείδιο και υδροξείδιο, το οποίο είναι διαβρωτικό. Ορισμένες αντιδράσεις του νατρίου συμβαίνουν πολύ βίαιες (για παράδειγμα, με θείο, βρώμιο).
Νάτριο(Νάτριο), Na, χημικό στοιχείο της ομάδας Ι του περιοδικού συστήματος του Mendeleev: ατομικός αριθμός 11, ατομική μάζα 22,9898; ένα ασημί-λευκό μαλακό μέταλλο που οξειδώνεται γρήγορα από την επιφάνεια στον αέρα. Το φυσικό στοιχείο αποτελείται από ένα σταθερό ισότοπο, το 23 Na.
Ιστορική αναφορά.Οι φυσικές ενώσεις του νατρίου - επιτραπέζιο αλάτι NaCl, σόδα Na 2 CO 3 - είναι γνωστές από την αρχαιότητα. Το όνομα «Νάτριο» προέρχεται από το αραβικό natrun, ελληνικό. νιτρόν, που αρχικά αναφέρεται σε φυσική σόδα. Ήδη τον 18ο αιώνα, οι χημικοί γνώριζαν πολλές άλλες ενώσεις νατρίου. Ωστόσο, το ίδιο το μέταλλο ελήφθη μόνο το 1807 από τον G. Davy με ηλεκτρόλυση καυστικής σόδας NaOH. Στο Ηνωμένο Βασίλειο, τις ΗΠΑ, τη Γαλλία, το στοιχείο ονομάζεται νάτριο (από την ισπανική λέξη soda - soda), στην Ιταλία - sodio.
Κατανομή Νατρίου στη φύση.Το νάτριο είναι ένα τυπικό στοιχείο στο ανώτερο τμήμα του φλοιού της γης. Η μέση περιεκτικότητά του στη λιθόσφαιρα είναι 2,5% κατά μάζα, σε όξινα πυριγενή πετρώματα (γρανίτες και άλλα) 2,77, σε βασικά πετρώματα (βασάλτες και άλλα) 1,94, σε υπερβασικά πετρώματα (πετρώματα μανδύα) 0,57. Λόγω του ισομορφισμού των Na + και Ca 2+, λόγω της εγγύτητας των ιοντικών ακτίνων τους, σχηματίζονται άστριοι νατρίου-ασβεστίου (πλαγιοκλάσες) σε πυριγενή πετρώματα. Στη βιόσφαιρα υπάρχει έντονη διαφοροποίηση του νατρίου: τα ιζηματογενή πετρώματα είναι, κατά μέσο όρο, εξαντλημένα σε νάτριο (0,66% σε άργιλους και σχιστόλιθους υπάρχει λίγο στα περισσότερα εδάφη (μέσος όρος 0,63%). Ο συνολικός αριθμός ορυκτών νατρίου είναι 222. Το Na συγκρατείται ασθενώς στις ηπείρους και μεταφέρεται από τα ποτάμια στις θάλασσες και τους ωκεανούς, όπου η μέση περιεκτικότητά του είναι 1,035% (το Na είναι το κύριο μεταλλικό στοιχείο του θαλασσινού νερού). Κατά την εξάτμιση, άλατα νατρίου εναποτίθενται σε παράκτιες θαλάσσιες λιμνοθάλασσες, καθώς και σε ηπειρωτικές λίμνες στεπών και ερήμων, σχηματίζοντας στρώματα πετρωμάτων που φέρουν αλάτι. Τα κύρια ορυκτά που είναι η πηγή του νατρίου και των ενώσεων του είναι ο αλίτης (πετροκάλαμο) NaCl, το άλας της Χιλής NaNO 3, ο θεναρδίτης Na 2 SO 4, ο mirabilite Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O Το Na είναι ένα σημαντικό βιοστοιχείο που περιέχει κατά μέσο όρο 0,02% Na. Υπάρχει περισσότερο στα ζώα παρά στα φυτά.
Φυσικές ιδιότητες του νατρίου.Σε κανονική θερμοκρασία, το νάτριο κρυσταλλώνεται σε ένα κυβικό πλέγμα, a = 4,28 Å. Ατομική ακτίνα 1,86Å, ιοντική ακτίνα Na+ 0,92Å. Πυκνότητα 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), σημείο τήξεως 97,83 °C, σημείο βρασμού 882,9 °C; ειδική θερμοχωρητικότητα (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) ή 0,295 cal/(g deg); συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας 1,32·10 2 W/(m·K) ή 0,317 cal/(cm·sec·deg); συντελεστής θερμοκρασίας γραμμικής διαστολής (20 °C) 7,1·10 -5; ηλεκτρική ειδική αντίσταση (0 °C) 4,3·10 -8 ohm·m (4,3·10 -6 ohm·cm). Το νάτριο είναι παραμαγνητικό, ειδικής μαγνητικής επιδεκτικότητας +9,2·10 -6; πολύ πλαστικό και μαλακό (κόβεται εύκολα με μαχαίρι).
Χημικές ιδιότητες του νατρίου.Το κανονικό δυναμικό ηλεκτροδίου του νατρίου είναι -2,74 V. Δυναμικό ηλεκτροδίου στο τήγμα -2,4 V. Ο ατμός νατρίου χρωματίζει τη φλόγα με ένα χαρακτηριστικό έντονο κίτρινο χρώμα. Η διαμόρφωση των εξωτερικών ηλεκτρονίων του ατόμου είναι 3s 1. Σε όλες τις γνωστές ενώσεις, το νάτριο είναι μονοσθενές. Η χημική του δράση είναι πολύ υψηλή. Κατά την άμεση αλληλεπίδραση με το οξυγόνο, ανάλογα με τις συνθήκες, σχηματίζεται οξείδιο Na 2 O ή υπεροξείδιο Na 2 O 2 - άχρωμες κρυσταλλικές ουσίες. Με νερό, το νάτριο σχηματίζει υδροξείδιο NaOH και Η2. η αντίδραση μπορεί να συνοδεύεται από έκρηξη. Τα ορυκτά οξέα σχηματίζουν αντίστοιχα υδατοδιαλυτά άλατα με το νάτριο, ωστόσο, το νάτριο είναι σχετικά αδρανές σε σχέση με το θειικό οξύ 98-100%.
Η αντίδραση του νατρίου με το υδρογόνο ξεκινά στους 200 °C και οδηγεί στην παραγωγή υδριδίου NaH, μιας άχρωμης υγροσκοπικής κρυσταλλικής ουσίας. Το νάτριο αντιδρά απευθείας με το φθόριο και το χλώριο ακόμη και σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, με βρώμιο - μόνο όταν θερμαίνεται. δεν παρατηρείται άμεση αλληλεπίδραση με το ιώδιο. Αντιδρά βίαια με το θείο, σχηματίζοντας θειούχο νάτριο, η αλληλεπίδραση ατμού νατρίου με άζωτο στο πεδίο μιας αθόρυβης ηλεκτρικής εκκένωσης οδηγεί στο σχηματισμό νιτριδίου Na 3 N και με άνθρακα στους 800-900 ° C - στην παραγωγή Na. 2 C 2 καρβίδιο.
Το νάτριο διαλύεται σε υγρή αμμωνία (34,6 g ανά 100 g NH 3 στους 0°C) για να σχηματίσει σύμπλοκα αμμωνίας. Όταν η αέρια αμμωνία διέρχεται από τηγμένο νάτριο στους 300-350 °C, σχηματίζεται η αμίνη νατρίου NaNH 2 - μια άχρωμη κρυσταλλική ουσία που αποσυντίθεται εύκολα από το νερό. Είναι γνωστός ένας μεγάλος αριθμός οργανονατριακών ενώσεων, οι οποίες σε χημικές ιδιότητες μοιάζουν πολύ με τις ενώσεις οργανολιθίου, αλλά είναι ανώτερες από αυτές σε αντιδραστικότητα. Οι ενώσεις οργανονατρίου χρησιμοποιούνται στην οργανική σύνθεση ως αλκυλιωτικοί παράγοντες.
Το νάτριο είναι συστατικό πολλών πρακτικά σημαντικών κραμάτων. Τα κράματα Na - K, που περιέχουν 40-90% K (κατά βάρος) σε θερμοκρασία περίπου 25 ° C, είναι ασημόλευκα υγρά, που χαρακτηρίζονται από υψηλή χημική δραστηριότητα, εύφλεκτα στον αέρα. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα και η θερμική αγωγιμότητα των υγρών κραμάτων Na - K είναι χαμηλότερες από τις αντίστοιχες τιμές για Na και K. Τα αμαλγάματα νατρίου λαμβάνονται εύκολα με την εισαγωγή μεταλλικού νατρίου στον υδράργυρο. με περιεκτικότητα μεγαλύτερη από 2,5% Na (κατά βάρος) σε συνήθεις θερμοκρασίες είναι ήδη στερεές ουσίες.
Λήψη νατρίου.Η κύρια βιομηχανική μέθοδος για την παραγωγή νατρίου είναι η ηλεκτρόλυση τετηγμένου άλατος NaCl που περιέχει πρόσθετα KCl, NaF, CaCl 2 και άλλα, τα οποία μειώνουν το σημείο τήξης του άλατος στους 575-585 °C. Η ηλεκτρόλυση του καθαρού NaCl θα οδηγούσε σε μεγάλες απώλειες νατρίου από την εξάτμιση, καθώς τα σημεία τήξης του NaCl (801 °C) και τα σημεία βρασμού του NaCl (882,9 °C) είναι πολύ κοντά. Η ηλεκτρόλυση πραγματοποιείται σε ηλεκτρολυτικά στοιχεία με διάφραγμα, οι κάθοδοι είναι κατασκευασμένες από σίδηρο ή χαλκό και οι άνοδοι από γραφίτη. Το χλώριο παράγεται ταυτόχρονα με το νάτριο. Η παλιά μέθοδος λήψης Νατρίου είναι η ηλεκτρόλυση τετηγμένου υδροξειδίου του νατρίου NaOH, το οποίο είναι πολύ πιο ακριβό από το NaCl, αλλά διασπάται ηλεκτρολυτικά σε χαμηλότερη θερμοκρασία (320-330 °C).
Εφαρμογή Νατρίου.Το νάτριο και τα κράματά του χρησιμοποιούνται ευρέως ως ψυκτικά για διεργασίες που απαιτούν ομοιόμορφη θέρμανση στην περιοχή 450-650 °C - σε βαλβίδες κινητήρων αεροσκαφών και ιδιαίτερα σε πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής. Στην τελευταία περίπτωση, τα κράματα Na - K χρησιμεύουν ως υγρά ψυκτικά μετάλλων (και τα δύο στοιχεία έχουν μικρές διατομές θερμικής απορρόφησης νετρονίων, για αχυρώνα Na 0,49), αυτά τα κράματα χαρακτηρίζονται από υψηλά σημεία βρασμού και συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και δεν αλληλεπιδρούν με δομικά υλικά σε υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται σε ενεργειακούς πυρηνικούς αντιδραστήρες. Η ένωση NaPb (10% Na κατά βάρος) χρησιμοποιείται στην παραγωγή τετρααιθυλικού μολύβδου - του πιο αποτελεσματικού αντικρουστικού παράγοντα. Στο κράμα με βάση το μόλυβδο (0,73% Ca, 0,58% Na και 0,04% Li) που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ρουλεμάν αξόνων για σιδηροδρομικά αυτοκίνητα, το νάτριο είναι ένα ενισχυτικό πρόσθετο. Στη μεταλλουργία, το νάτριο χρησιμεύει ως ενεργός αναγωγικός παράγοντας στην παραγωγή ορισμένων σπάνιων μετάλλων (Ti, Zr, Ta) με μεταλλοθερμικές μεθόδους. στην οργανική σύνθεση - σε αντιδράσεις αναγωγής, συμπύκνωσης, πολυμερισμού και άλλα.
Λόγω της υψηλής χημικής δραστηριότητας του νατρίου, ο χειρισμός του απαιτεί προσοχή. Είναι ιδιαίτερα επικίνδυνο εάν το νερό έρθει σε επαφή με νάτριο, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά και έκρηξη. Τα μάτια πρέπει να προστατεύονται με γυαλιά, τα χέρια με χοντρά λαστιχένια γάντια. Η επαφή του νατρίου με βρεγμένο δέρμα ή ρούχα μπορεί να προκαλέσει σοβαρά εγκαύματα.
Νάτριο στο σώμα.Το νάτριο είναι ένα από τα κύρια στοιχεία που εμπλέκονται στον μεταβολισμό των μετάλλων των ζώων και των ανθρώπων. Περιέχεται κυρίως σε εξωκυτταρικά υγρά (περίπου 10 mmol/kg στα ανθρώπινα ερυθροκύτταρα, 143 mmol/kg στον ορό αίματος). Συμμετέχει στη διατήρηση της οσμωτικής πίεσης και της οξεοβασικής ισορροπίας, στη αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων. Η ημερήσια ανάγκη ενός ατόμου για χλωριούχο νάτριο κυμαίνεται από 2 έως 10 g και εξαρτάται από την ποσότητα αυτού του αλατιού που χάνεται μέσω του ιδρώτα. Η συγκέντρωση των ιόντων νατρίου στον οργανισμό ρυθμίζεται κυρίως από την ορμόνη του φλοιού των επινεφριδίων - αλδοστερόνη. Η περιεκτικότητα σε νάτριο στους φυτικούς ιστούς είναι σχετικά υψηλή (περίπου 0,01% κατά υγρό βάρος). Στα αλόφυτα (είδη που αναπτύσσονται σε πολύ αλατούχα εδάφη), το νάτριο δημιουργεί υψηλή οσμωτική πίεση στον κυτταρικό χυμό και έτσι προάγει την εξαγωγή νερού από το έδαφος.
Στην ιατρική, τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα σκευάσματα νατρίου είναι θειικό νάτριο, χλωριούχο NaCl (για απώλεια αίματος, απώλεια υγρών, έμετο κ.λπ.), βορικό Na 2 B 4 O 7 10H 2 O (ως αντισηπτικό), διττανθρακικό NaHCO 3 (όπως αποχρεμπτικό, καθώς και για πλύσιμο και ξέβγαλμα για ρινίτιδα, λαρυγγίτιδα και άλλα), θειοθειικό Na 2 S 2 O 3 5H 2 O (αντιφλεγμονώδες, απευαισθητοποιητικό και αντιτοξικό μέσο) και Na 3 C 6 H 5 O 7 5½H 2 O κιτρικό (φάρμακο από την ομάδα των αντιπηκτικών).
Τα τεχνητά ληφθέντα ραδιενεργά ισότοπα 22 Na (χρόνος ημιζωής T ½ = 2,64 g) και 24 Na (T ½ = 15 ώρες) χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της ταχύτητας της ροής του αίματος σε ορισμένα μέρη του κυκλοφορικού συστήματος σε καρδιαγγειακές και πνευμονικές ασθένειες, που εξαλείφουν την ενδαρτηρίτιδα και άλλοι . Ραδιενεργά διαλύματα αλάτων νατρίου (για παράδειγμα, 24 NaCl) χρησιμοποιούνται επίσης για τον προσδιορισμό της αγγειακής διαπερατότητας, τη μελέτη της συνολικής περιεκτικότητας σε ανταλλάξιμο νάτριο στο σώμα, τον μεταβολισμό νερού-άλατος, την απορρόφηση από τα έντερα, τις διεργασίες της νευρικής δραστηριότητας και σε κάποια άλλα πειραματικά σπουδές.
Το περιεχόμενο του άρθρου
ΝΑΤΡΙΟ– (Νάτριο) Το Na, χημικό στοιχείο της ομάδας 1 (Ia) του Περιοδικού Πίνακα, ανήκει στα αλκαλικά στοιχεία. Ατομικός αριθμός 11, σχετική ατομική μάζα 22,98977. Στη φύση υπάρχει ένα σταθερό ισότοπο 23 Na. Έξι ραδιενεργά ισότοπα αυτού του στοιχείου είναι γνωστά, δύο από τα οποία ενδιαφέρουν την επιστήμη και την ιατρική. Το νάτριο-22, με χρόνο ημιζωής 2,58 χρόνια, χρησιμοποιείται ως πηγή ποζιτρονίων. Το νάτριο-24 (ο χρόνος ημιζωής του είναι περίπου 15 ώρες) χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη διάγνωση και τη θεραπεία ορισμένων μορφών λευχαιμίας.
Κατάσταση οξείδωσης +1.
Οι ενώσεις νατρίου είναι γνωστές από την αρχαιότητα. Το χλωριούχο νάτριο είναι απαραίτητο συστατικό της ανθρώπινης τροφής. Πιστεύεται ότι οι άνθρωποι άρχισαν να το χρησιμοποιούν στη Νεολιθική, δηλ. περίπου πριν από 5-7 χιλιάδες χρόνια.
Η Παλαιά Διαθήκη αναφέρει μια ουσία που ονομάζεται «neter». Αυτή η ουσία χρησιμοποιήθηκε ως απορρυπαντικό. Πιθανότατα, το neter είναι η σόδα, ένα ανθρακικό νάτριο που σχηματίστηκε στις αλμυρές αιγυπτιακές λίμνες με ασβεστολιθικές ακτές. Οι Έλληνες συγγραφείς Αριστοτέλης και Διοσκουρίδης έγραψαν αργότερα για την ίδια ουσία, αλλά με την ονομασία «νιτρόν», και ο αρχαίος Ρωμαίος ιστορικός Πλίνιος ο Πρεσβύτερος, αναφέροντας την ίδια ουσία, την ονόμασε «νίτρο».
Τον 18ο αιώνα Οι χημικοί γνώριζαν ήδη πολλές διαφορετικές ενώσεις νατρίου. Τα άλατα νατρίου χρησιμοποιήθηκαν ευρέως στην ιατρική, στη βυρσοδεψία δέρματος και στη βαφή υφασμάτων.
Το μεταλλικό νάτριο ελήφθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο χημικό και φυσικό Humphry Davy με ηλεκτρόλυση τετηγμένου υδροξειδίου του νατρίου (χρησιμοποιώντας μια βολταϊκή στήλη 250 ζευγών πλακών χαλκού και ψευδαργύρου). Το όνομα «νάτριο» που επέλεξε ο Davy για αυτό το στοιχείο αντανακλά την προέλευσή του από τη σόδα Na 2 CO 3 . Τα λατινικά και ρωσικά ονόματα του στοιχείου προέρχονται από το αραβικό «natrun» (φυσική σόδα).
Κατανομή νατρίου στη φύση και βιομηχανική εξόρυξή του.
Το νάτριο είναι το έβδομο πιο άφθονο στοιχείο και το πέμπτο σε αφθονία μέταλλο (μετά το αλουμίνιο, τον σίδηρο, το ασβέστιο και το μαγνήσιο). Η περιεκτικότητά του στον φλοιό της γης είναι 2,27%. Το μεγαλύτερο μέρος του νατρίου βρίσκεται σε διάφορα αργιλοπυριτικά άλατα.
Τεράστια κοιτάσματα αλάτων νατρίου σε σχετικά καθαρή μορφή υπάρχουν σε όλες τις ηπείρους. Είναι το αποτέλεσμα της εξάτμισης των αρχαίων θαλασσών. Αυτή η διαδικασία είναι ακόμη σε εξέλιξη στη Σολτ Λέικ (Γιούτα), στη Νεκρά Θάλασσα και σε άλλα μέρη. Το νάτριο βρίσκεται με τη μορφή χλωριούχου NaCl (αλίτης, ορυκτό άλας), καθώς και ανθρακικό Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O (trona), νιτρικό NaNO 3 (αλατούρα), θειικό Na 2 SO 4 10H 2 O (mirabilite ), τετραβορικό Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O (βόρακας) και Na 2 B 4 O 7 4H 2 O (κερνίτης) και άλλα άλατα.
Υπάρχουν ανεξάντλητα αποθέματα χλωριούχου νατρίου σε φυσικές άλμης και ωκεάνια νερά (περίπου 30 kg m–3). Υπολογίζεται ότι το ορυκτό αλάτι σε ποσότητα ισοδύναμη με την περιεκτικότητα σε χλωριούχο νάτριο στον Παγκόσμιο Ωκεανό θα καταλάμβανε όγκο 19 εκατομμυρίων κυβικών μέτρων. km (50% περισσότερο από τον συνολικό όγκο της βορειοαμερικανικής ηπείρου πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας). Ένα πρίσμα αυτού του όγκου με εμβαδόν βάσης 1 τετρ. χλμ μπορεί να φτάσει στη Σελήνη 47 φορές.
Τώρα η συνολική παραγωγή χλωριούχου νατρίου από το θαλασσινό νερό έχει φτάσει τους 6-7 εκατομμύρια τόνους ετησίως, που είναι περίπου το ένα τρίτο της συνολικής παγκόσμιας παραγωγής.
Η ζωντανή ύλη περιέχει κατά μέσο όρο 0,02% νάτριο. Υπάρχει περισσότερο στα ζώα παρά στα φυτά.
Χαρακτηριστικά απλής ουσίας και βιομηχανική παραγωγή μετάλλου νατρίου.
Το νάτριο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο, σε λεπτές στρώσεις με μωβ απόχρωση, πλαστικό, ακόμη και μαλακό (κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι), μια φρέσκια κοπή νατρίου είναι γυαλιστερή. Οι τιμές της ηλεκτρικής αγωγιμότητας και της θερμικής αγωγιμότητας του νατρίου είναι αρκετά υψηλές, η πυκνότητα είναι 0,96842 g/cm 3 (στους 19,7 ° C), το σημείο τήξης είναι 97,86 ° C, το σημείο βρασμού είναι 883,15 ° C.
Το τριμερές κράμα, που περιέχει 12% νάτριο, 47% κάλιο και 41% καίσιο, έχει το χαμηλότερο σημείο τήξης για μεταλλικά συστήματα, ίσο με –78 °C.
Το νάτριο και οι ενώσεις του χρωματίζουν τη φλόγα λαμπερό κίτρινο. Η διπλή γραμμή στο φάσμα του νατρίου αντιστοιχεί στη μετάβαση 3 μικρό 1–3Π 1 στα άτομα του στοιχείου.
Η χημική δραστηριότητα του νατρίου είναι υψηλή. Στον αέρα, καλύπτεται γρήγορα με μια μεμβράνη μείγματος υπεροξειδίου, υδροξειδίου και ανθρακικού. Το νάτριο καίει σε οξυγόνο, φθόριο και χλώριο. Όταν ένα μέταλλο καίγεται στον αέρα, σχηματίζεται υπεροξείδιο Na 2 O 2 (με ένα μείγμα οξειδίου Na 2 O).
Το νάτριο αντιδρά με το θείο όταν αλέθεται σε γουδί και μειώνει το θειικό οξύ σε θείο ή ακόμα και σε σουλφίδιο. Το στερεό διοξείδιο του άνθρακα ("ξηρός πάγος") εκρήγνυται όταν έρθει σε επαφή με νάτριο (οι πυροσβεστήρες διοξειδίου του άνθρακα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατάσβεση πυρκαγιάς νατρίου!). Με το άζωτο, η αντίδραση συμβαίνει μόνο σε ηλεκτρική εκκένωση. Το νάτριο δεν αλληλεπιδρά μόνο με αδρανή αέρια.
Το νάτριο αντιδρά ενεργά με το νερό:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την αντίδραση είναι αρκετή για να λιώσει το μέταλλο. Επομένως, εάν ένα μικρό κομμάτι νατρίου πεταχτεί στο νερό, λιώνει λόγω της θερμικής επίδρασης της αντίδρασης και μια σταγόνα μετάλλου, που είναι ελαφρύτερο από το νερό, «τρέχει» κατά μήκος της επιφάνειας του νερού, οδηγούμενη από την αντιδραστική δύναμη του απελευθερωμένου υδρογόνου. Το νάτριο αντιδρά πολύ πιο ήρεμα με αλκοόλες παρά με νερό:
2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2
Το νάτριο διαλύεται εύκολα σε υγρή αμμωνία για να σχηματίσει φωτεινά μπλε μετασταθερά διαλύματα με ασυνήθιστες ιδιότητες. Στους –33,8° C, έως και 246 g μετάλλου νατρίου διαλύονται σε 1000 g αμμωνίας. Τα αραιά διαλύματα είναι μπλε, τα συμπυκνωμένα διαλύματα είναι χάλκινα. Μπορούν να αποθηκευτούν για περίπου μία εβδομάδα. Έχει διαπιστωθεί ότι στην υγρή αμμωνία, το νάτριο ιονίζει:
Na Na + + e –
Η σταθερά ισορροπίας αυτής της αντίδρασης είναι 9,9·10 –3. Το ηλεκτρόνιο που αποχωρεί διαλύεται από μόρια αμμωνίας και σχηματίζει ένα σύμπλοκο –. Τα διαλύματα που προκύπτουν έχουν μεταλλική ηλεκτρική αγωγιμότητα. Όταν η αμμωνία εξατμίζεται, το αρχικό μέταλλο παραμένει. Όταν το διάλυμα αποθηκεύεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, σταδιακά αποχρωματίζεται λόγω της αντίδρασης του μετάλλου με την αμμωνία για να σχηματιστεί το αμίδιο NaNH 2 ή το ιμίδιο Na 2 NH και η απελευθέρωση υδρογόνου.
Το νάτριο αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα αφυδατωμένου υγρού (κηροζίνη, ορυκτέλαιο) και μεταφέρεται μόνο σε σφραγισμένα μεταλλικά δοχεία.
Η ηλεκτρολυτική μέθοδος για τη βιομηχανική παραγωγή νατρίου αναπτύχθηκε το 1890. Η ηλεκτρόλυση πραγματοποιήθηκε σε τετηγμένο υδροξείδιο του νατρίου, όπως στα πειράματα του Davy, αλλά χρησιμοποιώντας πιο προηγμένες πηγές ενέργειας από τη βολταϊκή στήλη. Σε αυτή τη διαδικασία, μαζί με το νάτριο, απελευθερώνεται οξυγόνο:
άνοδος (νικέλιο): 4OH – – 4e – = O 2 + 2H 2 O.
Κατά την ηλεκτρόλυση του καθαρού χλωριούχου νατρίου, προκύπτουν σοβαρά προβλήματα, που σχετίζονται, πρώτον, με το κοντινό σημείο τήξης του χλωριούχου νατρίου και το σημείο βρασμού του νατρίου και, δεύτερον, με την υψηλή διαλυτότητα του νατρίου σε υγρό χλωριούχο νάτριο. Η προσθήκη χλωριούχου καλίου, φθοριούχου νατρίου, χλωριούχου ασβεστίου στο χλωριούχο νάτριο σάς επιτρέπει να μειώσετε τη θερμοκρασία τήγματος στους 600° C. Παραγωγή νατρίου με ηλεκτρόλυση τετηγμένου ευτηκτικού μίγματος (κράμα δύο ουσιών με το χαμηλότερο σημείο τήξης) 40% NaCl και 60% CaCl 2 στους ~580° C σε ένα στοιχείο που αναπτύχθηκε από τον Αμερικανό μηχανικό G. Downs, ξεκίνησε το 1921 από την DuPont κοντά στο εργοστάσιο παραγωγής ενέργειας στους καταρράκτες του Νιαγάρα.
Στα ηλεκτρόδια συμβαίνουν οι ακόλουθες διεργασίες:
κάθοδος (σίδηρος): Na + + e – = Na
Ca 2+ + 2e – = Ca
άνοδος (γραφίτης): 2Cl – – 2e – = Cl 2.
Τα μέταλλα νατρίου και ασβεστίου σχηματίζονται σε μια κυλινδρική κάθοδο χάλυβα και ανυψώνονται από έναν ψυχρό σωλήνα στον οποίο το ασβέστιο στερεοποιείται και πέφτει ξανά στο τήγμα. Το χλώριο που παράγεται στην κεντρική άνοδο γραφίτη συλλέγεται κάτω από την οροφή από νικέλιο και στη συνέχεια καθαρίζεται.
Επί του παρόντος, ο όγκος παραγωγής μετάλλου νατρίου είναι αρκετές χιλιάδες τόνοι ετησίως.
Η βιομηχανική χρήση του μετάλλου νατρίου οφείλεται στις ισχυρές αναγωγικές του ιδιότητες. Για μεγάλο χρονικό διάστημα, το μεγαλύτερο μέρος του παραγόμενου μετάλλου χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή τετρααιθυλικού μολύβδου PbEt 4 και τετραμεθυλικού μολύβδου PbMe 4 (αντικρουστικοί παράγοντες για τη βενζίνη) με αντίδραση αλκυλοχλωριδίων με ένα κράμα νατρίου και μολύβδου σε υψηλή πίεση. Τώρα αυτή η παραγωγή μειώνεται ραγδαία λόγω της περιβαλλοντικής ρύπανσης.
Ένας άλλος τομέας εφαρμογής είναι η παραγωγή τιτανίου, ζιρκονίου και άλλων μετάλλων με τη μείωση των χλωριδίων τους. Μικρότερες ποσότητες νατρίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενώσεων όπως υδρίδιο, υπεροξείδιο και αλκοολικές ενώσεις.
Το διεσπαρμένο νάτριο είναι ένας πολύτιμος καταλύτης για την παραγωγή καουτσούκ και ελαστομερών.
Υπάρχει αυξανόμενη χρήση τετηγμένου νατρίου ως υγρού ανταλλαγής θερμότητας σε ταχείς πυρηνικούς αντιδραστήρες νετρονίων. Το χαμηλό σημείο τήξης του νατρίου, το χαμηλό ιξώδες, η μικρή διατομή απορρόφησης νετρονίων, σε συνδυασμό με την εξαιρετικά υψηλή θερμική ικανότητα και τη θερμική αγωγιμότητα, το καθιστούν (και τα κράματά του με κάλιο) απαραίτητο υλικό για αυτούς τους σκοπούς.
Το νάτριο καθαρίζει αξιόπιστα τα λάδια μετασχηματιστών, τους αιθέρες και άλλες οργανικές ουσίες από ίχνη νερού και με τη βοήθεια του αμαλγάματος νατρίου μπορείτε να προσδιορίσετε γρήγορα την περιεκτικότητα σε υγρασία σε πολλές ενώσεις.
Ενώσεις νατρίου.
Το νάτριο σχηματίζει ένα πλήρες σύνολο ενώσεων με όλα τα συνηθισμένα ανιόντα. Πιστεύεται ότι σε τέτοιες ενώσεις υπάρχει σχεδόν πλήρης διαχωρισμός του φορτίου μεταξύ των κατιονικών και ανιονικών μερών του κρυσταλλικού πλέγματος.
Οξείδιο του νατρίουΤο Na 2 O συντίθεται με την αντίδραση Na 2 O 2, NaOH, και κατά μεγαλύτερη προτίμηση NaNO 2, με μέταλλο νάτριο:
Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O
2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2
2NaNO 2 + 6Na = 4Na 2 O + N 2
Στην τελευταία αντίδραση, το νάτριο μπορεί να αντικατασταθεί με αζίδιο του νατρίου NaN 3:
5NaN3 + NaNO2 = 3Na2O + 8N2
Είναι καλύτερο να αποθηκεύετε οξείδιο του νατρίου σε άνυδρη βενζίνη. Χρησιμεύει ως αντιδραστήριο για διάφορες συνθέσεις.
Υπεροξείδιο του νατρίουΤο Na 2 O 2 σε μορφή ωχροκίτρινης σκόνης σχηματίζεται από την οξείδωση του νατρίου. Σε αυτή την περίπτωση, υπό συνθήκες περιορισμένης παροχής ξηρού οξυγόνου (αέρας), σχηματίζεται αρχικά οξείδιο Na 2 O, το οποίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε υπεροξείδιο Na 2 O 2. Απουσία οξυγόνου, το υπεροξείδιο του νατρίου είναι θερμικά σταθερό μέχρι τους ~675°C.
Το υπεροξείδιο του νατρίου χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία ως λευκαντικό για ίνες, χαρτοπολτό, μαλλί κ.λπ. Είναι ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας: εκρήγνυται όταν αναμειγνύεται με σκόνη αλουμινίου ή κάρβουνο, αντιδρά με θείο (και γίνεται ζεστό) και αναφλέγει πολλά οργανικά υγρά. Το υπεροξείδιο του νατρίου αντιδρά με το μονοξείδιο του άνθρακα σχηματίζοντας ανθρακικό. Η αντίδραση του υπεροξειδίου του νατρίου με το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνει οξυγόνο:
2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2
Αυτή η αντίδραση έχει σημαντικές πρακτικές εφαρμογές σε αναπνευστικές συσκευές για υποβρύχιους και πυροσβέστες.
Υπεροξείδιο του νατρίουΤο NaO 2 λαμβάνεται με αργή θέρμανση του υπεροξειδίου του νατρίου στους 200–450° C υπό πίεση οξυγόνου 10–15 MPa. Η απόδειξη του σχηματισμού NaO 2 ελήφθη αρχικά στην αντίδραση οξυγόνου με νάτριο διαλυμένο σε υγρή αμμωνία.
Η δράση του νερού στο υπεροξείδιο του νατρίου οδηγεί στην απελευθέρωση οξυγόνου ακόμη και στο κρύο:
2NaO 2 + H 2 O = NaOH + NaHO 2 + O 2
Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ποσότητα του οξυγόνου που απελευθερώνεται αυξάνεται καθώς το προκύπτον υδροϋπεροξείδιο του νατρίου αποσυντίθεται:
4NaO 2 + 2H 2 O = 4NaOH + 3O 2
Το υπεροξείδιο του νατρίου είναι συστατικό των συστημάτων για την αναγέννηση του αέρα σε περιορισμένους χώρους.
Οζονίδιο του νατρίουΤο NaO 3 σχηματίζεται από τη δράση του όζοντος σε άνυδρη σκόνη υδροξειδίου του νατρίου σε χαμηλή θερμοκρασία, ακολουθούμενη από εκχύλιση του κόκκινου NaO 3 με υγρή αμμωνία.
Υδροξείδιο του νατρίουΤο NaOH ονομάζεται συχνά καυστική σόδα ή καυστική σόδα. Αυτή είναι μια ισχυρή βάση και ταξινομείται ως τυπικό αλκάλιο. Έχουν ληφθεί πολυάριθμα ένυδρα NaOH από υδατικά διαλύματα υδροξειδίου του νατρίου n H 2 O, όπου n= 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 και 7.
Το υδροξείδιο του νατρίου είναι πολύ επιθετικό. Καταστρέφει το γυαλί και την πορσελάνη λόγω της αλληλεπίδρασης με το διοξείδιο του πυριτίου που περιέχουν:
2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O
Το όνομα «καυστική σόδα» αντανακλά τη διαβρωτική επίδραση του υδροξειδίου του νατρίου στον ζωντανό ιστό. Η είσοδος αυτής της ουσίας στα μάτια είναι ιδιαίτερα επικίνδυνη.
Ο γιατρός του Δούκα της Ορλεάνης, Nicolas Leblanc (1742-1806), ανέπτυξε μια βολική διαδικασία για την παραγωγή υδροξειδίου του νατρίου από NaCl το 1787 (πατέντα 1791). Αυτή η πρώτη μεγάλης κλίμακας βιομηχανική χημική διεργασία ήταν ένα σημαντικό τεχνολογικό επίτευγμα στην Ευρώπη τον 19ο αιώνα. Η διαδικασία Leblanc αντικαταστάθηκε αργότερα από την ηλεκτρολυτική διαδικασία. Το 1874, η παγκόσμια παραγωγή υδροξειδίου του νατρίου ανήλθε σε 525 χιλιάδες τόνους, εκ των οποίων οι 495 χιλιάδες τόνοι ελήφθησαν με τη μέθοδο Leblanc. μέχρι το 1902, η παραγωγή υδροξειδίου του νατρίου έφτασε τους 1800 χιλιάδες τόνους, αλλά μόνο 150 χιλιάδες τόνοι αποκτήθηκαν με τη μέθοδο Leblanc.
Σήμερα, το υδροξείδιο του νατρίου είναι το πιο σημαντικό αλκάλιο στη βιομηχανία. Η ετήσια παραγωγή μόνο στις ΗΠΑ ξεπερνά τα 10 εκατομμύρια τόνους Λαμβάνεται σε τεράστιες ποσότητες με ηλεκτρόλυση άλμης. Όταν ένα διάλυμα χλωριούχου νατρίου ηλεκτρολύεται, σχηματίζεται υδροξείδιο του νατρίου και απελευθερώνεται χλώριο:
κάθοδος (σίδηρος) 2H 2 O + 2 μι– = H 2 + 2OH –
άνοδος (γραφίτης) 2Cl – – 2 μι– = Cl 2
Η ηλεκτρόλυση συνοδεύεται από τη συγκέντρωση αλκαλίων σε τεράστιους εξατμιστές. Το μεγαλύτερο στον κόσμο (στο εργοστάσιο PPG Inductries "Lake Charles) έχει ύψος 41 m και διάμετρο 12 m. Περίπου το ήμισυ του παραγόμενου υδροξειδίου του νατρίου χρησιμοποιείται απευθείας στη χημική βιομηχανία για την παραγωγή διαφόρων οργανικών και ανόργανων ουσιών: Φαινόλη, ρεζορκινόλη, β-ναφθόλη, άλατα νατρίου (υποχλωριώδες, φωσφορικά, σουλφίδια, αργιλικά άλατα Επιπλέον, το υδροξείδιο του νατρίου χρησιμοποιείται στην παραγωγή χαρτιού και πολτού, σαπουνιού και απορρυπαντικών, ελαίων, υφασμάτων). του υδροξειδίου του νατρίου είναι η εξουδετέρωση των οξέων.
Χλωριούχο νάτριοΤο NaCl είναι γνωστό ως επιτραπέζιο αλάτι και ορυκτό αλάτι. Σχηματίζει άχρωμους, ελαφρώς υγροσκοπικούς κυβικούς κρυστάλλους. Το χλωριούχο νάτριο τήκεται στους 801° C, βράζει στους 1413° C. Η διαλυτότητά του στο νερό εξαρτάται ελάχιστα από τη θερμοκρασία: 35,87 g NaCl διαλύονται σε 100 g νερού στους 20° C και 38,12 g στους 80° C.
Το χλωριούχο νάτριο είναι απαραίτητο και απαραίτητο καρύκευμα τροφίμων. Στο μακρινό παρελθόν, το αλάτι ήταν ίσο σε τιμή με το χρυσό. Στην αρχαία Ρώμη, οι λεγεωνάριοι πληρώνονταν συχνά όχι σε χρήματα, αλλά σε αλάτι, εξ ου και η λέξη στρατιώτης.
Στη Ρωσία του Κιέβου χρησιμοποιούσαν αλάτι από την περιοχή των Καρπαθίων, από αλμυρές λίμνες και εκβολές ποταμών στη Μαύρη και την Αζοφική Θάλασσα. Ήταν τόσο ακριβό που σε τελετουργικές γιορτές το σέρβιραν στα τραπέζια των ευγενών προσκεκλημένων, ενώ άλλοι έφευγαν «σουλώντας».
Μετά την προσάρτηση της περιοχής του Αστραχάν στο κράτος της Μόσχας, οι λίμνες της Κασπίας έγιναν σημαντικές πηγές αλατιού, και παρόλα αυτά δεν υπήρχε αρκετό από αυτό, ήταν ακριβό, έτσι υπήρχε δυσαρέσκεια μεταξύ των φτωχότερων τμημάτων του πληθυσμού, που μεγάλωσαν σε εξέγερση γνωστή ως Salt Riot (1648)
Το 1711 ο Πέτρος Α εξέδωσε διάταγμα για την καθιέρωση μονοπωλίου αλατιού. Το εμπόριο αλατιού έγινε αποκλειστικό δικαίωμα του κράτους. Το μονοπώλιο του αλατιού διήρκεσε για περισσότερα από εκατόν πενήντα χρόνια και καταργήθηκε το 1862.
Σήμερα το χλωριούχο νάτριο είναι ένα φθηνό προϊόν. Μαζί με τον άνθρακα, τον ασβεστόλιθο και το θείο, είναι μια από τις λεγόμενες «τέσσερις μεγάλες» ορυκτές πρώτες ύλες, οι πιο απαραίτητες για τη χημική βιομηχανία.
Το μεγαλύτερο μέρος του χλωριούχου νατρίου παράγεται στην Ευρώπη (39%), τη Βόρεια Αμερική (34%) και την Ασία (20%), ενώ η Νότια Αμερική και η Ωκεανία αντιπροσωπεύουν μόνο το 3% η καθεμία και η Αφρική 1%. Το ορυκτό αλάτι σχηματίζει τεράστιες υπόγειες αποθέσεις (συχνά πάχους εκατοντάδων μέτρων) που περιέχουν περισσότερο από 90% NaCl. Ένα τυπικό κοίτασμα αλατιού Cheshire (η κύρια πηγή χλωριούχου νατρίου στη Μεγάλη Βρετανία) καλύπτει μια περιοχή 60 × 24 km και έχει ένα στρώμα αλατιού πάχους περίπου 400 m Αυτό το κοίτασμα μόνο εκτιμάται ότι αξίζει περισσότερο από 10 11 τόνους .
Παγκόσμια παραγωγή αλατιού στις αρχές του 21ου αιώνα. έφτασε τα 200 εκατομμύρια τόνους, το 60% των οποίων καταναλώνεται από τη χημική βιομηχανία (για την παραγωγή χλωρίου και υδροξειδίου του νατρίου, καθώς και χαρτοπολτού, κλωστοϋφαντουργικών προϊόντων, μετάλλων, καουτσούκ και ελαίων), 30% από τη βιομηχανία τροφίμων, 10% από άλλους τομείς δραστηριότητας. Το χλωριούχο νάτριο χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, ως φθηνός παράγοντας αποπάγωσης.
Ανθρακικό νάτριοΤο Na 2 CO 3 ονομάζεται συχνά ανθρακικό νάτριο ή απλά σόδα. Βρίσκεται στη φύση με τη μορφή αλεσμένων άλμης, άλμης σε λίμνες και τα ορυκτά natron Na 2 CO 3 · 10H 2 O, θερμονατρικό Na 2 CO 3 · H 2 O, trona Na 2 CO 3 · NaHCO 3 · 2H 2 O Μορφές νατρίου και άλλα διάφορα ένυδρα ανθρακικά, διττανθρακικά, μικτά και διπλά ανθρακικά, για παράδειγμα Na 2 CO 3 7H 2 O, Na 2 CO 3 3NaHCO 3, aKCO 3. n H 2 O, K 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O.
Μεταξύ των αλάτων αλκαλικών στοιχείων που λαμβάνονται βιομηχανικά, το ανθρακικό νάτριο έχει τη μεγαλύτερη σημασία. Τις περισσότερες φορές, για την παραγωγή του χρησιμοποιείται η μέθοδος που ανέπτυξε ο Βέλγος χημικός-τεχνολόγος Ernst Solvay το 1863.
Ένα συμπυκνωμένο υδατικό διάλυμα χλωριούχου νατρίου και αμμωνίας είναι κορεσμένο με διοξείδιο του άνθρακα υπό ελαφρά πίεση. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζεται ένα ίζημα από σχετικά κακώς διαλυτό διττανθρακικό νάτριο (η διαλυτότητα του NaHC0 3 είναι 9,6 g ανά 100 g νερού στους 20 ° C):
NaCl + NH 3 + H 2 O + CO 2 = NaHCO 3 Ї + NH 4 Cl
Για να ληφθεί σόδα, το διττανθρακικό νάτριο πυρώνεται:
Το διοξείδιο του άνθρακα που απελευθερώνεται επιστρέφει στην πρώτη διαδικασία. Επιπρόσθετο διοξείδιο του άνθρακα λαμβάνεται με φρύξη ανθρακικού ασβεστίου (ασβεστόλιθος):
Το δεύτερο προϊόν αυτής της αντίδρασης, το οξείδιο του ασβεστίου (άσβεστος), χρησιμοποιείται για την αναγέννηση της αμμωνίας από το χλωριούχο αμμώνιο:
Έτσι, το μόνο υποπροϊόν της παραγωγής σόδας με τη μέθοδο Solvay είναι το χλωριούχο ασβέστιο.
Συνολική εξίσωση διαδικασίας:
2NaCl + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + CaCl 2
Προφανώς, υπό κανονικές συνθήκες σε ένα υδατικό διάλυμα λαμβάνει χώρα η αντίστροφη αντίδραση, αφού η ισορροπία σε αυτό το σύστημα μετατοπίζεται εντελώς από τα δεξιά προς τα αριστερά λόγω της αδιαλυτότητας του ανθρακικού ασβεστίου.
Το ανθρακικό νάτριο που λαμβάνεται από φυσικές πρώτες ύλες (φυσικό ανθρακικό νάτριο) είναι καλύτερης ποιότητας σε σύγκριση με το ανθρακικό νάτριο που παράγεται με τη μέθοδο της αμμωνίας (περιεκτικότητα σε χλωριούχα μικρότερη από 0,2%). Επιπλέον, οι συγκεκριμένες επενδύσεις κεφαλαίου και το κόστος της σόδας από φυσικές πρώτες ύλες είναι 40–45% χαμηλότερες από αυτές που λαμβάνονται συνθετικά. Περίπου το ένα τρίτο της παγκόσμιας παραγωγής σόδας προέρχεται τώρα από φυσικά κοιτάσματα.
Η παγκόσμια παραγωγή Na 2 CO 3 το 1999 διανεμήθηκε ως εξής:
| Σύνολο | |
| Βόρειος Αμερική | |
| Ασία/Ωκεανία | |
| Ζαπ. Ευρώπη | |
| Ανατολή Ευρώπη | |
| Αφρική | |
| Lat. Αμερική |
Ο μεγαλύτερος παραγωγός φυσικής ανθρακικής σόδας στον κόσμο είναι οι ΗΠΑ, όπου συγκεντρώνονται τα μεγαλύτερα εξερευνημένα αποθέματα trona και άλμης λιμνών σόδας. Το κοίτασμα στο Wyoming σχηματίζει ένα στρώμα πάχους 3 m και έκταση 2300 km 2. Τα αποθέματά της ξεπερνούν τους 10 10 τόνους Στις ΗΠΑ, η βιομηχανία σόδας επικεντρώνεται στις φυσικές πρώτες ύλες. το τελευταίο εργοστάσιο σύνθεσης σόδας έκλεισε το 1985. Η παραγωγή ανθρακικού νατρίου στις Ηνωμένες Πολιτείες έχει σταθεροποιηθεί στους 10,3–10,7 εκατομμύρια τόνους τα τελευταία χρόνια.
Σε αντίθεση με τις Ηνωμένες Πολιτείες, οι περισσότερες χώρες στον κόσμο εξαρτώνται σχεδόν εξ ολοκλήρου από την παραγωγή συνθετικής ανθρακικής σόδας. Η Κίνα κατατάσσεται δεύτερη στον κόσμο στην παραγωγή ανθρακικού νατρίου μετά τις Ηνωμένες Πολιτείες. Η παραγωγή αυτής της χημικής ουσίας στην Κίνα το 1999 έφτασε τους 7,2 εκατομμύρια τόνους περίπου.
Σε πολλές περιπτώσεις, το ανθρακικό νάτριο είναι εναλλάξιμα με το υδροξείδιο του νατρίου (για παράδειγμα, στην παραγωγή χαρτοπολτού, σαπουνιού, προϊόντων καθαρισμού). Περίπου το ήμισυ του ανθρακικού νατρίου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία γυαλιού. Μια αυξανόμενη εφαρμογή είναι η απομάκρυνση των ρύπων θείου από τις εκπομπές αερίων από μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας και μεγάλους κλιβάνους. Στο καύσιμο προστίθεται σκόνη ανθρακικού νατρίου, το οποίο αντιδρά με το διοξείδιο του θείου για να σχηματίσει στερεά προϊόντα, ιδιαίτερα θειώδες νάτριο, τα οποία μπορούν να διηθηθούν ή να καταβυθιστούν.
Το ανθρακικό νάτριο χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν ευρέως ως «σόδα πλυσίματος», αλλά αυτή η εφαρμογή έχει πλέον εξαφανιστεί λόγω της χρήσης άλλων οικιακών απορρυπαντικών.
Το διττανθρακικό νάτριο NaHCO 3 (μαγειρική σόδα) χρησιμοποιείται κυρίως ως πηγή διοξειδίου του άνθρακα στο ψήσιμο του ψωμιού, στην παραγωγή ζαχαροπλαστικής, στην παραγωγή ανθρακούχων ποτών και τεχνητών μεταλλικών νερών, ως συστατικό πυροσβεστικών ενώσεων και ως φάρμακο. Αυτό οφείλεται στην ευκολία της αποσύνθεσής του στους 50–100°C.
Θειικό νάτριοΤο Na 2 SO 4 εμφανίζεται στη φύση σε άνυδρη μορφή (θεναρδίτης) και με τη μορφή δεκαένυδρου (mirabilite, άλας Glauber). Αποτελεί μέρος του αστραχονίτη Na 2 Mg(SO 4) 2 4H 2 O, του βανθοφίτη Na 2 Mg(SO 4) 2, του γλαυμπερίτη Na 2 Ca(SO 4) 2. Τα μεγαλύτερα αποθέματα θειικού νατρίου βρίσκονται στις χώρες της ΚΑΚ, καθώς και στις ΗΠΑ, τη Χιλή και την Ισπανία. Ο Mirabilite, που απομονώνεται από φυσικές αποθέσεις ή άλμη αλμυρών λιμνών, αφυδατώνεται στους 100 ° C. Το θειικό νάτριο είναι επίσης υποπροϊόν της παραγωγής υδροχλωρίου με χρήση θειικού οξέος, καθώς και το τελικό προϊόν εκατοντάδων βιομηχανικών διεργασιών που χρησιμοποιούν εξουδετέρωση του θειικού οξέος με υδροξείδιο του νατρίου.
Δεδομένα για την παραγωγή θειικού νατρίου δεν δημοσιεύονται, αλλά η παγκόσμια παραγωγή της φυσικής πρώτης ύλης εκτιμάται ότι είναι περίπου 4 εκατομμύρια τόνοι ετησίως. Η ανάκτηση του θειικού νατρίου ως υποπροϊόντος υπολογίζεται παγκοσμίως σε 1,5-2,0 εκατομμύρια τόνους.
Για μεγάλο χρονικό διάστημα, το θειικό νάτριο χρησιμοποιήθηκε ελάχιστα. Τώρα αυτή η ουσία είναι η βάση της βιομηχανίας χαρτιού, αφού το Na 2 SO 4 είναι το κύριο αντιδραστήριο στην πολτοποίηση κραφτ για την παρασκευή καφέ χαρτιού περιτυλίγματος και κυματοειδούς χαρτονιού. Τα ρινίσματα ξύλου ή το πριονίδι επεξεργάζονται σε ζεστό αλκαλικό διάλυμα θειικού νατρίου. Διαλύει τη λιγνίνη (το συστατικό του ξύλου που συγκρατεί τις ίνες μαζί) και απελευθερώνει τις ίνες κυτταρίνης, οι οποίες στη συνέχεια στέλνονται σε μηχανές παραγωγής χαρτιού. Το υπόλοιπο διάλυμα εξατμίζεται μέχρι να καεί, παρέχοντας ατμό για το φυτό και θερμότητα για εξάτμιση. Το λιωμένο θειικό νάτριο και το υδροξείδιο είναι ανθεκτικά στη φλόγα και μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν.
Μια μικρότερη ποσότητα θειικού νατρίου χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού και απορρυπαντικών. Η ένυδρη μορφή του Na 2 SO 4 · 10H 2 O (άλας Glauber) είναι καθαρτικό. Χρησιμοποιείται λιγότερο τώρα από πριν.
Νιτρικό νάτριοΤο NaNO 3 ονομάζεται νάτριο ή νιτρικό άλας της Χιλής. Τα μεγάλα κοιτάσματα νιτρικού νατρίου που βρέθηκαν στη Χιλή φαίνεται να έχουν σχηματιστεί από τη βιοχημική αποσύνθεση οργανικών υπολειμμάτων. Η αμμωνία που απελευθερώθηκε αρχικά πιθανώς οξειδώθηκε σε νιτρώδες και νιτρικό οξύ, τα οποία στη συνέχεια αντέδρασαν με διαλυμένο χλωριούχο νάτριο.
Το νιτρικό νάτριο λαμβάνεται με την απορρόφηση των αερίων του αζώτου (μίγμα οξειδίων του αζώτου) με διάλυμα ανθρακικού ή υδροξειδίου του νατρίου ή με την ανταλλαγή νιτρικού ασβεστίου με θειικό νάτριο.
Το νιτρικό νάτριο χρησιμοποιείται ως λίπασμα. Αποτελεί συστατικό υγρών ψυκτικών αλάτων, λουτρών σβέσης στη βιομηχανία μεταλλουργίας και συνθέσεων αποθήκευσης θερμότητας. Ένα τριμερές μείγμα 40% NaNO 2, 7% NaNO 3 και 53% KNO 3 μπορεί να χρησιμοποιηθεί από το σημείο τήξης (142° C) έως τους ~600° C. Το νιτρικό νάτριο χρησιμοποιείται ως οξειδωτικός παράγοντας σε εκρηκτικά, καύσιμα πυραύλων, και πυροτεχνικές συνθέσεις. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή γυαλιού και αλάτων νατρίου, συμπεριλαμβανομένων των νιτρώδους, που χρησιμεύει ως συντηρητικό τροφίμων.
Νιτρώδες νάτριοΤο NaNO 2 μπορεί να ληφθεί με θερμική αποσύνθεση νιτρικού νατρίου ή αναγωγή του:
NaNO 3 + Pb = NaNO 2 + PbO
Για τη βιομηχανική παραγωγή νιτρώδους νατρίου, τα οξείδια του αζώτου απορροφώνται από ένα υδατικό διάλυμα ανθρακικού νατρίου.
Το νιτρώδες νάτριο NaNO 2, εκτός από το ότι χρησιμοποιείται με νιτρικά ως θερμοαγώγιμα τήγματα, χρησιμοποιείται ευρέως στην παραγωγή αζωχρωστικών, για την αναστολή της διάβρωσης και τη συντήρηση του κρέατος.
Έλενα Σαβινκίνα
Το νάτριο είναι στοιχείο της κύριας υποομάδας της πρώτης ομάδας, της τρίτης περιόδου του περιοδικού πίνακα των χημικών στοιχείων, με ατομικό αριθμό 11. Συμβολίζεται με το σύμβολο Na (λατ. Natrium). Η απλή ουσία νάτριο (αριθμός CAS: 7440-23-5) είναι ένα μαλακό αλκαλικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.
Ιστορία και προέλευση του ονόματος
Το νάτριο (ή μάλλον οι ενώσεις του) χρησιμοποιούνταν από την αρχαιότητα. Για παράδειγμα, η σόδα (natron) βρίσκεται φυσικά στα νερά των λιμνών σόδας στην Αίγυπτο. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν τη φυσική σόδα για την ταρίχευση, τη λεύκανση του καμβά, το μαγείρεμα των τροφίμων και την κατασκευή χρωμάτων και γλασών. Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος γράφει ότι στο Δέλτα του Νείλου, η σόδα (περιείχε επαρκή αναλογία ακαθαρσιών) απομονώθηκε από το νερό του ποταμού. Κυκλοφόρησε με τη μορφή μεγάλων κομματιών, χρωματιστών γκρι ή και μαύρων λόγω της πρόσμιξης του άνθρακα.
Το όνομα «νάτριο» προέρχεται από τη λατινική λέξη natrium (πρβλ. αρχαία ελληνική νίτρον), η οποία δανείστηκε από τη μεσοαιγυπτιακή γλώσσα (nṯr), όπου σήμαινε μεταξύ άλλων: «σόδα», «καυστική σόδα».
Η συντομογραφία «Na» και η λέξη νάτριο χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά από τον ακαδημαϊκό, ιδρυτή της Σουηδικής Εταιρείας Ιατρών, Jöns Jakob Berzelius (1779-1848) για να αναφερθούν στα φυσικά ορυκτά άλατα, τα οποία περιελάμβαναν σόδα. Παλαιότερα, το στοιχείο ονομαζόταν σόδια (λατ. νάτριο). Το όνομα νάτριο μπορεί να προέρχεται από την αραβική λέξη suda, που σημαίνει «πονοκέφαλος», καθώς η σόδα χρησιμοποιήθηκε εκείνη την εποχή ως φάρμακο για τον πονοκέφαλο.
Το νάτριο ελήφθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy το 1807 με ηλεκτρόλυση στερεού NaOH.
Παραλαβή
Η πρώτη μέθοδος παραγωγής νατρίου ήταν η αναγωγή του ανθρακικού νατρίου με άνθρακα με θέρμανση ενός στενού μείγματος αυτών των ουσιών σε ένα σιδερένιο δοχείο στους 1000 °C.
Στη συνέχεια εμφανίστηκε μια άλλη μέθοδος παραγωγής νατρίου - ηλεκτρόλυση λιωμένου υδροξειδίου του νατρίου ή χλωριούχου νατρίου.
Φυσικές ιδιότητες
Το νάτριο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο, σε λεπτές στρώσεις με μωβ απόχρωση, πλαστικό, ακόμη και μαλακό (κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι), μια φρέσκια κοπή νατρίου είναι γυαλιστερή. Η ηλεκτρική και θερμική αγωγιμότητα του νατρίου είναι αρκετά υψηλή, η πυκνότητα είναι 0,96842 g/cm³ (στους 19,7 °C), το σημείο τήξης είναι 97,86 °C και το σημείο βρασμού είναι 883,15 °C.
Υπό πίεση γίνεται διάφανο και κόκκινο, σαν ρουμπίνι.
-στοιχείοη κύρια υποομάδα της πρώτης ομάδας, η τρίτη περίοδος του περιοδικού συστήματος των χημικών στοιχείων του D.I Mendeleev, με ατομικό αριθμό 11. Συμβολίζεται με το σύμβολο Na (lat. Natrium). Η απλή ουσία νάτριο (αριθμός CAS: 7440-23-5) είναι ένα μαλακό αλκαλικό μέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.
Στο νερό, το νάτριο συμπεριφέρεται σχεδόν το ίδιο με το λίθιο: η αντίδραση προχωρά με την ταχεία απελευθέρωση υδρογόνου και στο διάλυμα σχηματίζεται υδροξείδιο του νατρίου.
Ιστορία και προέλευση του ονόματος
Διάγραμμα ατόμου νατρίου
Το νάτριο (ή μάλλον οι ενώσεις του) χρησιμοποιούνταν από την αρχαιότητα. Για παράδειγμα, σόδα (natron), που βρίσκεται φυσικά στα νερά των λιμνών σόδας στην Αίγυπτο. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν τη φυσική σόδα για την ταρίχευση, τη λεύκανση του καμβά, το μαγείρεμα των τροφίμων και την κατασκευή χρωμάτων και γλασών. Ο Πλίνιος ο Πρεσβύτερος γράφει ότι στο Δέλτα του Νείλου, η σόδα (περιείχε επαρκή αναλογία ακαθαρσιών) απομονώθηκε από το νερό του ποταμού. Κυκλοφόρησε με τη μορφή μεγάλων κομματιών, χρωματιστών γκρι ή και μαύρων λόγω της πρόσμιξης του άνθρακα.
Το νάτριο ελήφθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy το 1807 με ηλεκτρόλυση στερεού NaOH.
Το όνομα «νάτριο» προέρχεται από τα αραβικά natrunστα ελληνικά - nitron και αρχικά αναφερόταν στη φυσική σόδα. Το ίδιο το στοιχείο ονομαζόταν προηγουμένως νάτριο.
Παραλαβή
Ο πρώτος τρόπος παραγωγής νατρίου ήταν η αντίδραση αναγωγής ανθρακικό νάτριοάνθρακα κατά τη θέρμανση ενός στενού μείγματος αυτών των ουσιών σε σιδερένιο δοχείο στους 1000°C:
Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO
Στη συνέχεια εμφανίστηκε μια άλλη μέθοδος παραγωγής νατρίου - ηλεκτρόλυση λιωμένου υδροξειδίου του νατρίου ή χλωριούχου νατρίου.
Φυσικές ιδιότητες
Μεταλλικό νάτριο αποθηκευμένο σε κηροζίνη
Ποιοτικός προσδιορισμός νατρίου με χρήση φλόγας - φωτεινό κίτρινο χρώμα του φάσματος εκπομπής της «γραμμής D νατρίου», διπλό 588.9950 και 589.5924 nm.
Το νάτριο είναι ένα ασημί-λευκό μέταλλο, σε λεπτές στρώσεις με μωβ απόχρωση, πλαστικό, ακόμη και μαλακό (κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι), μια φρέσκια κοπή νατρίου είναι γυαλιστερή. Οι τιμές ηλεκτρικής και θερμικής αγωγιμότητας του νατρίου είναι αρκετά υψηλές, η πυκνότητα είναι 0,96842 g/cm³ (στους 19,7° C), το σημείο τήξης είναι 97,86° C και το σημείο βρασμού είναι 883,15° C.
Χημικές ιδιότητες
Ένα αλκαλικό μέταλλο που οξειδώνεται εύκολα στον αέρα. Για την προστασία από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, το μεταλλικό νάτριο αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα πετρέλαιο. Το νάτριο είναι λιγότερο ενεργό από λίθιο, επομένως με άζωτοαντιδρά μόνο όταν θερμαίνεται:
2Na + 3N 2 = 2NaN 3
Όταν υπάρχει μεγάλη περίσσεια οξυγόνου, σχηματίζεται υπεροξείδιο του νατρίου
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Εφαρμογή
Το μεταλλικό νάτριο χρησιμοποιείται ευρέως στην παρασκευαστική χημεία και τη βιομηχανία ως ισχυρός αναγωγικός παράγοντας, συμπεριλαμβανομένης της μεταλλουργίας. Το νάτριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μπαταριών νατρίου-θείου υψηλής έντασης ενέργειας. Χρησιμοποιείται επίσης σε βαλβίδες εξαγωγής φορτηγών ως ψύκτρα. Περιστασιακά, το μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται ως υλικό για ηλεκτρικά καλώδια που προορίζονται να μεταφέρουν πολύ υψηλά ρεύματα.
Σε κράμα με κάλιο, καθώς και με ρουβίδιο και καίσιοχρησιμοποιείται ως ψυκτικό υγρό υψηλής απόδοσης. Συγκεκριμένα, η σύνθεση του κράματος είναι νάτριο 12%, κάλιο 47 %, καίσιοΤο 41% έχει ιστορικό χαμηλό σημείο τήξης −78 °C και έχει προταθεί ως λειτουργικό ρευστό για κινητήρες πυραύλων ιόντων και ψυκτικό για πυρηνικούς σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής.
Το νάτριο χρησιμοποιείται επίσης σε λαμπτήρες εκκένωσης υψηλής και χαμηλής πίεσης (HPLD και LPLD). Οι λαμπτήρες NLVD του τύπου DNaT (Arc Sodium Tubular) χρησιμοποιούνται ευρέως στο φωτισμό των δρόμων. Εκπέμπουν ένα έντονο κίτρινο φως. Η διάρκεια ζωής των λαμπτήρων HPS είναι 12-24 χιλιάδες ώρες. Επομένως, οι λαμπτήρες εκκένωσης αερίου τύπου HPS είναι απαραίτητοι για αστικό, αρχιτεκτονικό και βιομηχανικό φωτισμό. Υπάρχουν επίσης λαμπτήρες DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) και DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).
Το μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται στην ποιοτική ανάλυση της οργανικής ύλης. Το κράμα του νατρίου και η υπό δοκιμή ουσία εξουδετερώνεται αιθανόλη,προσθέστε μερικά χιλιοστόλιτρα απεσταγμένου νερού και χωρίστε σε 3 μέρη, το τεστ J. Lassaigne (1843), με στόχο τον προσδιορισμό αζώτου, θείου και αλογόνων (δοκιμή Beilstein)
Το χλωριούχο νάτριο (επιτραπέζιο αλάτι) είναι το παλαιότερο χρησιμοποιούμενο άρωμα και συντηρητικό.
- Το αζίδιο του νατρίου (Na 3 N) χρησιμοποιείται ως νιτρωτικός παράγοντας στη μεταλλουργία και στην παραγωγή αζιδίου μολύβδου.
- Το κυανιούχο νάτριο (NaCN) χρησιμοποιείται στην υδρομεταλλουργική μέθοδο έκπλυσης χρυσού από πετρώματα, καθώς και στη νιτροανθρακοποίηση του χάλυβα και στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση (αργυροποίηση, επιχρύσωση).
- Το χλωρικό νάτριο (NaClO 3) χρησιμοποιείται για την καταστροφή της ανεπιθύμητης βλάστησης στις σιδηροδρομικές γραμμές.
Βιολογικός ρόλος
Στο σώμα, το νάτριο βρίσκεται κυρίως έξω από τα κύτταρα (περίπου 15 φορές περισσότερο από ό,τι στο κυτταρόπλασμα). Αυτή η διαφορά διατηρείται από την αντλία νατρίου-καλίου, η οποία αντλεί το νάτριο που έχει παγιδευτεί μέσα στο κύτταρο.
Μαζί μεκάλιοΤο νάτριο εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
Δημιουργία συνθηκών για την εμφάνιση μεμβρανικού δυναμικού και μυϊκών συσπάσεων.
Διατήρηση της οσμωτικής συγκέντρωσης στο αίμα.
Διατήρηση οξεοβασικής ισορροπίας.
Ομαλοποίηση του ισοζυγίου νερού.
Εξασφάλιση μεταφοράς μεμβράνης.
Ενεργοποίηση πολλών ενζύμων.
Το νάτριο βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα τρόφιμα, αν και το σώμα λαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του από το επιτραπέζιο αλάτι. Η απορρόφηση γίνεται κυρίως στο στομάχι και το λεπτό έντερο. Η βιταμίνη D βελτιώνει την απορρόφηση του νατρίου, ωστόσο, τα υπερβολικά αλμυρά τρόφιμα και τα τρόφιμα πλούσια σε πρωτεΐνες παρεμβαίνουν στη φυσιολογική απορρόφηση. Η ποσότητα νατρίου που λαμβάνεται από τα τρόφιμα δείχνει την περιεκτικότητα σε νάτριο στα ούρα. Οι τροφές πλούσιες σε νάτριο χαρακτηρίζονται από επιταχυνόμενη απέκκριση.
Ανεπάρκεια νατρίου σε άτομα που κάνουν δίαιτα ισορροπημένη τροφήδεν εμφανίζεται στον άνθρωπο, ωστόσο, μπορεί να προκύψουν κάποια προβλήματα με τη χορτοφαγική διατροφή. Προσωρινή ανεπάρκεια μπορεί να προκληθεί από χρήση διουρητικών, διάρροια, υπερβολική εφίδρωση ή υπερβολική πρόσληψη νερού. Τα συμπτώματα της ανεπάρκειας νατρίου περιλαμβάνουν απώλεια βάρους, έμετο, αέρια στο γαστρεντερικό σωλήνα και μειωμένη απορρόφηση αμινοξέα και μονοσακχαρίτες. Η μακροχρόνια ανεπάρκεια προκαλεί μυϊκές κράμπες και νευραλγία.
Η περίσσεια νατρίου προκαλεί πρήξιμο των ποδιών και του προσώπου, καθώς και αυξημένη απέκκριση καλίου στα ούρα. Η μέγιστη ποσότητα αλατιού που μπορεί να επεξεργαστεί τα νεφρά είναι περίπου 20-30 γραμμάρια, είναι απειλητική για τη ζωή.