с чем взаимодействует натрий уравнения
Натрий
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 Н2. Реакция сопровождается резкими щелчками вследствие взрывов гремучего газа (Н2 + O2). Раствор окрашивается фенолфталеином в малиновый цвет (щелочная среда).
В ряду напряжений натрий стоит значительно левее водорода, из разбавленных кислот НС1 и H2SO4 вытесняет водород (за счет Н20 и Н ).
Получение натрия в промышленности:
(см. также ниже получение NaOH).
Натрий применяется для получения Na2O2, NaOH, NaH, а также в органическом синтезе. Расплавленный натрий служит теплоносителем в ядерных реакторах, а газообразный — используется как наполнитель желтосветных ламп наружного освещения.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: термическое разложение Na2O2 (см.), а также сплавление Na и NaOH, Na и Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2NaаO + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2NaаO (130-200 °C)
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 NaHCО3). 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[Al(OH)4] и Н2).
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).
Гидроксид натрия: способы получения и химические свойства
Гидроксид натрия (едкий натр) NaOH — белый, гигроскопичный, плавится и кипит без разложения. Хорошо растворяется в воде.
Относительная молекулярная масса Mr = 40; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,130; tпл = 321º C; tкип = 1390º C;
Способы получения
1. Гидроксид натрия получают электролизом раствора хлорида натрия :
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2 + Cl2
2. При взаимодействии натрия, оксида натрия, гидрида натрия и пероксида натрия с водой также образуется гидроксид натрия:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Na2O + H2O → 2NaOH
2NaH + 2H2O → 2NaOH + H2
3. Карбонат натрия при взаимодействии с гидроксидом кальция образует гидроксид натрия:
Качественная реакция
Химические свойства
1. Гидроксид натрия реагируют со всеми кислотами (и сильными, и слабыми, и растворимыми, и нерастворимыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов:
в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:
4. С кислыми солями гидроксид натрия также может взаимодействовать. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли:
5. Гидроксид натрия взаимодействует с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода).
При этом кремний окисляется до силиката и водорода:
Фтор окисляет щелочь. При этом выделяется молекулярный кислород:
Другие галогены, сера и фосфор — диспропорционируют в растворе гидроксида натрия:
Сера взаимодействует с гидроксидом натрия только при нагревании:
В растворе образуются комплексная соль и водород:
2NaOH + 2Al + 6Н2О = 2Na[Al(OH)4] + 3Н2
Хлорид меди (II) реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и осадка гидроксида меди (II):
2NaOH + CuCl2 = Cu(OH)2↓+ 2NaCl
NH4Cl + NaOH = NH3 + H2O + NaCl
8. Гидроксид натрия разлагается при нагревании до температуры 600°С:
2NaOH → Na2O + H2O
NaOH ↔ Na + + OH —
4NaOH → 4Na + O2 + 2H2O
Занимательная химия: Натрий
Na 11 Натрий 22,989758(6) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 |
В начало Химические свойства:
Все щелочные металлы являются сильными восстановителями.
1. Энергично взаимодействуют со многими неметаллами:
2Nа + Cl2 = 2NaCl (хлорид натрия) 2Na+ S = Na2S (сульфид натрия) 2Na + Н2 = 2NаН (гидрид натрия)
2. С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла.
3. При взаимодействии с кислородом натрий, в отличие от других щелочных металлов, образует пероксид натрия: 2Na+О2 = Nа2О2
Пероксид натрия — сильный окислитель, при соприкосновении с которым многие органические вещества воспламеняются.
4. Бурно взаимодействует с водой:
2Nа + 2Н2О = 2NаОН + Н2
КаОН — едкий натр (техническое название — каустическая сода).
Реально процесс образования гидроксида натрия при растворении натрия в воде протекает более сложно.
Гидроксид натрия в основном получают электролизом водного раствора хлорида натрия NaCl.
Едкий натр NаОН — твердые белые гигроскопические кристаллы, разъедающие кожу, ткани, бумагу и другие органические вещества. При растворении в воде выделяют большое количество тепла.
Гидроксид натрия поглощает углекислый газ на воздухе и превращается в карбонат натрия:
2NаОН + СO2 = Na2СО3 + Н2О
Поэтому гидроксид натрия необходимо хранить в хорошо закупоренной посуде.
5. Натрий растворяется почти во всех кислотах с образованием большого количества солей:
2Nа + 2НСl = 2MаСl + Н2
2Nа + Н2SО4 = Na2SО4 + Н2
Натрий
(молярная масса)
(первый электрон)
Содержание
История и происхождение названия
Соединения натрия известны и использовались с давних времён. В древнегреческом переводе Библии — Септуагинте — упоминается слово νίτρον (в латинском переводе — Вульгате — ему соответствует слово nitroet ) как название вещества типа соды или поташа, которое в смеси с маслом служило моющим средством(Иер. 2:22). В Танахе слову νίτρον соответствуют др.-евр. ברית — «мыло» и נתר — «щёлок»(мыльная жидкость). Сода (натрон) встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.
Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον ), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр».
Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779—1848) для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода. Ранее (а также до сих пор в английском, французском и ряде других языков) элемент именовался содий (лат. sodium ) — это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли.
Металлический натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви электролизом расплава гидроксида натрия. Дэви сообщил об этом 19 ноября 1807 года в Бейкеровской лекции (в рукописи лекции Дэви указал, что он открыл калий 6 октября 1807 года, а натрий — через несколько дней после калия).
Нахождение в природе
Получение
Первым промышленным способом получения натрия была реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C (способ Девилля):
Na2CO3 + 2C → 1000oC 2Na + 3CO
Вместо угля могут быть использованы карбид кальция, алюминий, кремний, ферросилиций, силикоалюминий.
С появлением электроэнергетики более практичным стал другой способ получения натрия — электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия:
В настоящее время электролиз — основной способ получения натрия.
Натрий также можно получить цирконийтермическим методом или термическим разложением азида натрия.
Физические свойства
Под высоким давлением становится прозрачным и красным, как рубин.
Химические свойства
Щелочной металл на воздухе легко окисляется до оксида натрия. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина.
При горении на воздухе или в кислороде образуется пероксид натрия:
Кроме того, существует озонид натрия NaO3.
С водой натрий реагирует очень бурно, помещённый в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, превращаясь в белый шарик, который быстро движется в разных направлениях по поверхности воды, реакция идёт с выделением водорода, который может воспламениться. Уравнение реакции:
Как и все щелочные металлы, натрий является сильным восстановителем и энергично взаимодействуют со многими неметаллами (за исключением азота, йода, углерода, благородных газов):
2Na + Cl2 → 2NaCl 2Na + H2 → 250−400oC,p 2NaH
Натрий более активен, чем литий. С азотом реагирует крайне плохо в тлеющем разряде, образуя очень неустойчивое вещество — нитрид натрия (в противоположность легко образующемуся нитриду лития):
С разбавленными кислотами взаимодействует как обычный металл:
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2↑
С концентрированными окисляющими кислотами выделяются продукты восстановления:
Растворяется в жидком аммиаке, образуя синий раствор:
С газообразным аммиаком взаимодействует при нагревании:
С ртутью образует амальгаму натрия, которая используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла. При сплавлении с калием даёт жидкий сплав.
Алкилгалогениды с избытком металла могут давать натрийорганические соединения — высокоактивные соединения, которые обычно самовоспламеняются на воздухе и взрываются с водой. При недостатке металла происходит реакция Вюрца.
Реагирует со спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами с образованием солей.
Растворяется в краун-эфирах в присутствии органических растворителей, давая электрид или алкалид (в последнем у натрия необычная степень окисления −1).
Применение
Металлический натрий широко используется как сильный восстановитель в препаративной химии и промышленности, в том числе в металлургии. Используется для осушения органических растворителей, например, эфира. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах двигателей грузовиков как жидкий теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.
В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.
Жидкометаллический теплоноситель в ядерных реакторах на быстрых нейтронах БН-600 и БН-800.
Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12—24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).
Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна).
Хлорид натрия (NaCl) (поваренная соль) — древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.
Азид натрия (NaN3) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.
Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).
Хлорат натрия (NaClO3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.
Изотопы натрия
Биологическая роль
Натрий входит в состав всех живых организмов. В высших организмах натрий находится большей частью в межклеточной жидкости клеток (примерно в 15 раз больше, чем в цитоплазме клетки). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки натрий-калиевый насос, откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость.
Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграммов. Для взрослых по данным Американской Ассоциации сердечных заболеваний минимальная необходимая доза составляет меньше 500 миллиграммов, рекомендуемая до 1500 миллиграммов в день (за исключением некоторых болезней или профессий, при которых нужно повышенное количество натрия). В виде поваренной соли в 3/4 чайной ложки содержится 1725 миллиграммов натрия. По другим данным здоровым взрослым стоит ограничивать употребление натрия 2300 миллиграммами, а людям с повышенным давлением и рядом других заболеваний 1500 или меньшим количеством.
Натрий содержится практически во всех продуктах в разных количествах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли, в том числе в составе консервов, полуфабрикатов, соусов, колбасных изделий и т.п. В качестве источника натрия служат также такие пищевые добавки как глутамат натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия), нитрит натрия, сахаринат натрия и бензоат натрия. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако чрезмерно солёная пища и пища, богатая белками, препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированной пищей человека не встречается, однако некоторые проблемы могут возникнуть при голодании. Временный недостаток может быть вызван использованием мочегонных препаратов, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды.
Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный недостаток вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, повышенное выделение калия с мочой, у некоторых людей повышенное кровяное давление и скопление жидкости. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками, составляет примерно 20—30 граммов, большее количество уже опасно для жизни.
Меры предосторожности
Реакции, взаимодействие натрия. Уравнения реакции натрия с веществами
Реакции, взаимодействие натрия. Уравнения реакции натрия с веществами.
Натрий реагирует, взаимодействует с неметаллами, металлами, полуметаллами, оксидами, кислотами, гидроксидами, солями, органическими соединениями и пр. веществами.
Реакции, взаимодействие натрия с неметаллами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и кислорода:
Реакция взаимодействия натрия и кислорода происходит с образованием пероксида натрия. Реакция представляет собой сжигание натрия на воздухе. В ходе реакции также образуется примесь – оксид натрия Na2O.
2. Реакция взаимодействия натрия и селена:
2Na + Se → Na2Se (t > 130 °C).
Реакция взаимодействия натрия и селена происходит с образованием селенида натрия.
3. Реакция взаимодействия натрия и углерода:
Реакция взаимодействия натрия и углерода происходит с образованием ацетиленида натрия.
4. Реакция взаимодействия натрия и кремния:
5. Реакция взаимодействия натрия и красного фосфора:
3Na + P → Na3P (t = 200 °C).
Реакция взаимодействия натрия и красного фосфора происходит с образованием фосфида тринатрия. Реакция протекает в атмосфере аргона.
6. Реакция взаимодействия натрия и хлора:
Реакция взаимодействия натрия и хлора происходит с образованием хлорида натрия. Реакция протекает при комнатной температуре.
7. Реакция взаимодействия натрия и водорода:
2Na + H2 → 2NaH (t = 300 °C).
Реакция взаимодействия натрия и водорода происходит с образованием гидрида натрия.
8. Реакция взаимодействия натрия и брома:
2Na + Br2 → 2NaBr (t = 150-250 °C).
Реакция взаимодействия натрия и брома происходит с образованием бромида натрия.
9. Реакция взаимодействия натрия и йода:
I2 + 2Na → 2NaI (t = 100 °C).
Реакция взаимодействия йода и натрия происходит с образованием йодида натрия.
10. Реакция взаимодействия натрия и фтора:
Реакция взаимодействия фтора и натрия происходит с образованием фторида натрия. Реакция протекает при комнатной температуре.
11. Реакция взаимодействия натрия, кислорода и воды:
12. Реакция взаимодействия натрия, бора и водорода:
Аналогичным образом натрий вступает в реакции и с другими неметаллами: мышьяком, серой, азотом.
Реакции, взаимодействие натрия с металлами и полуметаллами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и свинца:
Реакция взаимодействия натрия и свинца происходит с образованием металлида натрия/свинца. Реакция протекает в жидком аммиаке.
2. Реакция взаимодействия натрия и сурьмы:
Реакция взаимодействия натрия и сурьмы происходит с образованием металлида натрия/сурьмы. Реакция протекает в жидком аммиаке.
3. Реакция взаимодействия натрия и висмута:
Реакция взаимодействия натрия и висмута происходит с образованием металлида натрия/висмута. Реакция протекает в жидком аммиаке.
4. Реакция взаимодействия натрия и теллура:
2Na + Te → Na2Te (t = 130°C).
Реакция взаимодействия натрия и теллура происходит с образованием теллурида натрия.
5. Реакция взаимодействия натрия, алюминия и водорода:
Na + Al + 2H2 → Na[AlH4] (t = 140 °C, p = 350 атм.).
6. Взаимодействие натрия и ртути:
Натрий с ртутью образует амальгаму натрия.
7. Взаимодействие натрия и калия:
При сплавлении натрия и калия образуется жидкий натрий-калиевый сплав – NaK.
Реакции, взаимодействие натрия с оксидами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и оксида азота (IV):
Реакция взаимодействия оксида азота (IV) и натрия происходит с образованием оксида азота (II) и нитрата натрия. В ходе реакции используется жидкий оксид азота (IV).
2. Реакция взаимодействия натрия и оксида азота (V):
Реакция взаимодействия натрия и оксида азота (V) происходит с образованием нитрата натрия и оксида азота.
3. Реакция взаимодействия натрия и воды:
Реакция взаимодействия натрия и воды происходит с образованием гидроксида натрия и водорода. Реакция протекает бурно.
4. Реакция взаимодействия натрия и оксида фосфора (V):
Реакция взаимодействия оксида фосфора (V) и натрия происходит с образованием метафосфата натрия и фосфида натрия.
5. Реакция взаимодействия натрия, оксида бора и водорода:
Реакция взаимодействия натрия, оксида бора и водорода происходит с образованием тетрагидридобората (III) водорода и воды.
Реакции, взаимодействие натрия с гидроксидами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и гидроксида калия:
KOH + Na → NaOH + K (t = 380-450 °C).
Реакция взаимодействия гидроксида калия и натрия происходит с образованием гидроксида натрия и калия.
2. Реакция взаимодействия натрия и гидроксида натрия:
2Na + 2NaOH → 2Na2O + H2 (t = 600 °C).
Реакция взаимодействия натрия и гидроксида натрия происходит с образованием оксида натрия и водорода.
Реакции, взаимодействие натрия с солями. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и хлорида калия:
KCl + Na → K + NaCl (t = 760-890 °C).
Реакция взаимодействия хлорида калия и натрия происходит с образованием калия и хлорида натрия. В ходе реакции газообразным натрием воздействуют на расплав хлорида калия.
2. Реакция взаимодействия хлорида циркония (IV) и натрия:
ZrCl4 + 4Na → Zr + 4NaCl (t = 500 °C).
Реакция взаимодействия хлорида циркония (IV) и натрия происходит с образованием циркония и хлорида натрия. Реакция протекает в вакууме.
3. Реакция взаимодействия хлорида титана (IV) и натрия:
TiCl4 + 4Na → Ti + 4NaCl (t°).
Реакция взаимодействия хлорида титана (IV) и натрия происходит с образованием титана и хлорида натрия.
4. Реакция взаимодействия натрия и додекакарбонилтрижелеза:
Реакция взаимодействия додекакарбонилтрижелеза и натрия происходит с образованием тетракарбонилферрата натрия. Реакция протекает в жидком аммиаке.
5. Реакция взаимодействия натрия и фторида кремния (IV):
SiF4 + 4Na → Si + 4NaF (t = 500°C).
Реакция взаимодействия фторида кремния (IV) и натрия происходит с образованием кремния и фторида натрия.
Реакции, взаимодействие натрия с кислотами. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и ортофосфорной кислоты:
6Na + 2H₃PO₄ → 2Na₃PO₄ + 3H₂
2. Реакция взаимодействия натрия и азотной кислоты:
Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.
Реакции, взаимодействие натрия с водородосодержащими соединениями. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и сероводорода:
Реакция взаимодействия натрия и сероводорода происходит с образованием гидросульфида натрия и водорода. Реакция протекает в бензоле.
Аналогичные реакции протекают и с другими водородосодержащими соединениями: хлороводородом, селеноводородом.
Реакции, взаимодействие натрия с органическими соединениями. Уравнения реакции:
1. Реакция взаимодействия натрия и этанола:
Реакция взаимодействия натрия и этанола происходит с образованием этанолята натрия и водорода. Реакция протекает при комнатной температуре.
2. Реакция взаимодействия натрия с другими органическими соединениями:
Натрий реагирует также со спиртами, фенолами, карбоновыми кислотами с образованием солей.