Το νάτριο οξειδώνεται από το οξυγόνο. Χαρακτηριστικά του νατρίου. Φόρμουλα νατρίου. Χρήση αυτού του μετάλλου και ορισμένων από τις ενώσεις του

Το νάτριο (λατινικά Natrium, συμβολίζεται Na) είναι ένα στοιχείο με ατομικό αριθμό 11 και ατομικό βάρος 22,98977. Είναι στοιχείο της κύριας υποομάδας της πρώτης ομάδας, της τρίτης περιόδου του περιοδικού συστήματος χημικών στοιχείων του Ντμίτρι Ιβάνοβιτς Μεντελέεφ. Η απλή ουσία νάτριο είναι ένα μαλακό, εύτηκτο (τήγμα 97,86 °C), όλκιμο, ελαφρύ (πυκνότητα 0,968 g/cm3), αλκαλιμέταλλο ασημί-λευκού χρώματος.

Το φυσικό νάτριο αποτελείται από ένα μόνο ισότοπο με μαζικό αριθμό 23. Σήμερα είναι γνωστά συνολικά 15 ισότοπα και 2 πυρηνικά ισομερή. Τα περισσότερα τεχνητά παραγόμενα ραδιενεργά ισότοπα έχουν χρόνο ημιζωής μικρότερο από ένα λεπτό. Μόνο δύο ισότοπα έχουν σχετικά μεγάλο χρόνο ημιζωής: 22Na που εκπέμπει ποζιτρόνια, με χρόνο ημιζωής 2,6 χρόνια, που χρησιμοποιείται ως πηγή ποζιτρονίων και στην επιστημονική έρευνα, και 24 Na, με χρόνο ημιζωής 15 ωρών, χρησιμοποιείται στην ιατρική για τη διάγνωση και τη θεραπεία ορισμένων μορφών λευχαιμίας.

Το νάτριο με τη μορφή διαφόρων ενώσεων είναι γνωστό από την αρχαιότητα. Το χλωριούχο νάτριο (NaCl) ή το επιτραπέζιο αλάτι είναι μια από τις πιο σημαντικές ζωτικές ενώσεις, πιστεύεται ότι έγινε γνωστό στον άνθρωπο στη νεολιθική εποχή, δηλαδή, αποδεικνύεται ότι η ανθρωπότητα καταναλώνει χλωριούχο νάτριο για περισσότερα από έξι χιλιάδες χρόνια. ! Στην Παλαιά Διαθήκη αναφέρεται μια ουσία που ονομάζεται "neter", χρησιμοποιήθηκε ως απορρυπαντικό. Πιθανότατα πρόκειται για σόδα, ανθρακικό νάτριο, που βρίσκεται στα νερά των αλυκών στην Αίγυπτο.

Τον 18ο αιώνα, οι χημικοί γνώριζαν ήδη μεγάλο αριθμό ενώσεων νατρίου αυτού του μετάλλου που χρησιμοποιούνταν ευρέως στην ιατρική και την κλωστοϋφαντουργία (για τη βαφή υφασμάτων και τη βυρσοδεψία δέρματος). Ωστόσο, το μεταλλικό νάτριο ελήφθη μόνο το 1807 από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy.

Οι πιο σημαντικοί τομείς εφαρμογής του νατρίου είναι η πυρηνική ενέργεια, η μεταλλουργία και η βιομηχανία οργανικής σύνθεσης. Στην πυρηνική ενέργεια, το νάτριο και το κράμα του με κάλιο χρησιμοποιούνται ως υγρά ψυκτικά μετάλλων. Στη μεταλλουργία, η μέθοδος μετάλλου νατρίου παράγει έναν αριθμό από πυρίμαχα μέταλλαΜε την αναγωγή του ΚΟΗ με νάτριο, απελευθερώνεται κάλιο. Επιπλέον, το νάτριο χρησιμοποιείται ως πρόσθετο που ενισχύει τα κράματα μολύβδου. Στη βιομηχανία οργανικής σύνθεσης, το νάτριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή πολλών ουσιών. Το νάτριο δρα ως καταλύτης στην παραγωγή ορισμένων οργανικών πολυμερών. Οι πιο σημαντικές ενώσεις νατρίου είναι το οξείδιο του νατρίου Na2O, το υπεροξείδιο του νατρίου Na2O2 και το υδροξείδιο του νατρίου NaOH. Το υπεροξείδιο του νατρίου χρησιμοποιείται για τη λεύκανση υφασμάτων και για την αναγέννηση του αέρα σε απομονωμένους χώρους. Το υδροξείδιο του νατρίου είναι ένα από τα σημαντικότερα προϊόντα της βασικής χημικής βιομηχανίας. Καταναλώνεται σε κολοσσιαίες ποσότητες για τον καθαρισμό των προϊόντων πετρελαίου. Επιπλέον, το υδροξείδιο του νατρίου χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία σαπουνιού, χαρτιού, κλωστοϋφαντουργίας και σε άλλες βιομηχανίες, καθώς και στην παραγωγή τεχνητών ινών.

Το νάτριο είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία που εμπλέκονται στον μεταβολισμό των μετάλλων των ζώων και των ανθρώπων. Στο ανθρώπινο σώμα, το νάτριο έχει τη μορφή διαλυτά άλατα(χλωριούχο, φωσφορικό, διττανθρακικό) βρίσκεται κυρίως σε εξωκυτταρικά υγρά - πλάσμα αίματος, λέμφος, πεπτικούς χυμούς. Η οσμωτική πίεση του πλάσματος του αίματος διατηρείται στο απαιτούμενο επίπεδο, κυρίως λόγω του χλωριούχου νατρίου.

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 περίσσεια νατρίου προκαλεί πρήξιμο των ποδιών και του προσώπου, καθώς και αυξημένη απέκκριση καλίου στα ούρα.

Βιολογικές ιδιότητες

Το νάτριο ανήκει στην ομάδα των μακροστοιχείων που μαζί με τα μικροστοιχεία παίζουν σημαντικό ρόλο στον μεταβολισμό των μετάλλων των ζώων και των ανθρώπων. Τα μακροστοιχεία περιέχονται στο σώμα σε σημαντικές ποσότητες, κατά μέσο όρο από 0,1 έως 0,9% του σωματικού βάρους. Η περιεκτικότητα σε νάτριο στο σώμα ενός ενήλικα είναι 55-60 g ανά 70 kg βάρους. Το στοιχείο νούμερο έντεκα βρίσκεται κυρίως στα εξωκυτταρικά υγρά: στο αίμα - 160-240 mg, στο πλάσμα - 300-350 mg, στα ερυθροκύτταρα - 50-130 mg. Οστόπεριέχει έως και 180 mg νατρίου, το σμάλτο των δοντιών είναι πολύ πιο πλούσιο σε αυτό το μακροστοιχείο - 250 mg. Συμπυκνώνει έως και 250 mg στους πνεύμονες και 185 mg νατρίου στην καρδιά. Ο μυϊκός ιστός περιέχει περίπου 75 mg νατρίου.

Η κύρια λειτουργία του νατρίου στο σώμα των ανθρώπων, των ζώων, ακόμη και των φυτών είναι να διατηρεί την ισορροπία νερού-αλατιού στα κύτταρα, να ρυθμίζει την οσμωτική πίεση και την ισορροπία οξέος-βάσης. Για το λόγο αυτό, η περιεκτικότητα σε νάτριο στα φυτικά κύτταρα είναι αρκετά υψηλή (περίπου 0,01% κατά υγρό βάρος, το νάτριο δημιουργεί υψηλή οσμωτική πίεση στον κυτταρικό χυμό και έτσι συμβάλλει στην εξαγωγή νερού από το έδαφος). Στο σώμα του ανθρώπου και των ζώων, το νάτριο είναι υπεύθυνο για την ομαλοποίηση της νευρομυϊκής δραστηριότητας (συμμετέχει στη φυσιολογική αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων) και διατηρεί τα απαραίτητα μέταλλα στο αίμα σε διαλυμένη κατάσταση. Γενικά, ο ρόλος του νατρίου στη ρύθμιση του μεταβολισμού είναι πολύ ευρύτερος, γιατί αυτό το στοιχείο είναι απαραίτητο για τη φυσιολογική ανάπτυξη και κατάσταση του οργανισμού. Το νάτριο παίζει το ρόλο του «ταχυμεταφορέα», μεταφέροντας διάφορες ουσίες σε κάθε κύτταρο, όπως το σάκχαρο του αίματος. Αποτρέπει την εμφάνιση θερμικών ή ηλίαση, έχει επίσης έντονο αγγειοδιασταλτικό αποτέλεσμα.

Το νάτριο αλληλεπιδρά ενεργά με άλλα στοιχεία, έτσι μαζί με το χλώριο εμποδίζουν τη διαρροή υγρού από τα αιμοφόρα αγγεία στους παρακείμενους ιστούς. Ωστόσο, ο κύριος «συνεργάτης» του νατρίου είναι το κάλιο, σε συνεργασία με το οποίο εκτελούν τις περισσότερες από τις παραπάνω λειτουργίες. Η βέλτιστη ημερήσια δόση νατρίου για παιδιά είναι από 600 έως 1.700 χιλιοστόγραμμα, για ενήλικες από 1.200 έως 2.300 χιλιοστόγραμμα. Ισοδύναμος επιτραπέζιο αλάτι(η πιο δημοφιλής και προσβάσιμη πηγή νατρίου) αυτό αντιστοιχεί σε 3-6 γραμμάρια την ημέρα (100 γραμμάρια επιτραπέζιου αλατιού περιέχουν 40 γραμμάρια νατρίου). Καθημερινή απαίτησηστο νάτριο εξαρτάται κυρίως από την ποσότητα των αλάτων που χάνονται μέσω του ιδρώτα και μπορεί να φτάσει έως και 10 γραμμάρια NaCl. Το νάτριο βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα τρόφιμα (σε σημαντικές ποσότητες στο ψωμί σίκαλης, τα αυγά κοτόπουλου, το σκληρό τυρί, το βοδινό κρέας και το γάλα), αλλά το σώμα λαμβάνει το μεγαλύτερο μέρος του από το επιτραπέζιο αλάτι. Η απορρόφηση του ενδέκατου στοιχείου συμβαίνει κυρίως στο στομάχι και το λεπτό έντερο, Η βιταμίνη D προάγει την καλύτερη απορρόφηση νατρίου. Ταυτόχρονα, τροφές πλούσιες σε πρωτεΐνες και ιδιαίτερα αλμυρές μπορεί να οδηγήσουν σε δυσκολία στην απορρόφηση. Η συγκέντρωση των ιόντων νατρίου στο σώμα ρυθμίζεται κυρίως από την ορμόνη του φλοιού των επινεφριδίων - αλδοστερόνη, τα νεφρά είτε κατακρατούν είτε απελευθερώνουν νάτριο, ανάλογα με το αν ένα άτομο κάνει κατάχρηση ή δεν λαμβάνει αρκετό νάτριο. Για το λόγο αυτό, υπό φυσιολογικές εξωτερικές συνθήκες και σωστή νεφρική λειτουργία, δεν μπορεί να εμφανιστεί ούτε ανεπάρκεια νατρίου ούτε περίσσεια. Μια ανεπάρκεια αυτού του στοιχείου μπορεί να εμφανιστεί με μια σειρά χορτοφαγικών διατροφών. Επιπλέον, άτομα που ασκούν βαριά σωματικά επαγγέλματα και αθλητές υφίστανται μεγάλες απώλειες νατρίου μέσω του ιδρώτα. Ανεπάρκεια νατρίου είναι επίσης δυνατή με διάφορες δηλητηριάσεις, που συνοδεύονται από άφθονη εφίδρωση, έμετο και διάρροια. Ωστόσο, μια τέτοια ανισορροπία μπορεί εύκολα να διορθωθεί με μεταλλικό νερό, με το οποίο το σώμα λαμβάνει όχι μόνο νάτριο, αλλά και μια ορισμένη ποσότητα άλλων μεταλλικών αλάτων (κάλιο, χλώριο και λίθιο).

Με την έλλειψη νατρίου (υπονατριαιμία), εμφανίζονται συμπτώματα όπως απώλεια όρεξης, μειωμένη αίσθηση της γεύσης, κράμπες στο στομάχι, ναυτία, έμετος, σχηματισμός αερίων και, ως αποτέλεσμα όλων αυτών, σοβαρή απώλεια βάρους. Η μακροχρόνια ανεπάρκεια προκαλεί μυϊκές κράμπες και νευραλγία: ο ασθενής μπορεί να παρουσιάσει δυσκολία στην ισορροπία κατά το περπάτημα, ζάλη και κόπωση και μπορεί να εμφανιστεί κατάσταση σοκ. Τα συμπτώματα της ανεπάρκειας νατρίου περιλαμβάνουν επίσης προβλήματα μνήμης, ξαφνικές αλλαγές διάθεσης και κατάθλιψη.

Η περίσσεια νατρίου προκαλεί κατακράτηση νερού στο σώμα, η οποία οδηγεί σε αύξηση της πυκνότητας του αίματος, ως εκ τούτου αύξηση της αρτηριακής πίεσης (υπέρταση), οίδημα και αγγειακή νόσο. Επιπλέον, η περίσσεια νατρίου οδηγεί σε 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!

Ένας μεγάλος αριθμός παρασκευασμάτων νατρίου χρησιμοποιείται στην ιατρική, τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι θειικό νάτριο, χλωριούχο (για απώλεια αίματος, απώλεια υγρών, έμετο). θειοθειικό Na2S2O3∙5H2O (αντιφλεγμονώδης και αντιτοξικός παράγοντας). βορικό Na2B4O7∙10H2O (αντισηπτικό); διττανθρακικό NaHC03 (ως αποχρεμπτικό, καθώς και για πλύσιμο και ξέπλυμα για ρινίτιδα, λαρυγγίτιδα).

Το επιτραπέζιο αλάτι, ένα αναντικατάστατο και πολύτιμο καρύκευμα φαγητού, ήταν γνωστό στην αρχαιότητα. Στις μέρες μας, 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, τις πιο απαραίτητες για τη χημική βιομηχανία. Υπήρχαν όμως στιγμές που το αλάτι ήταν ίσο σε τιμή με το χρυσό. Για παράδειγμα, στην αρχαία Ρώμη, οι λεγεωνάριοι πληρώνονταν συχνά όχι σε χρήματα, αλλά σε αλάτι, εξ ου και η λέξη στρατιώτης. Αλάτι παραδόθηκε στη Ρωσία του Κιέβου από την περιοχή των Καρπαθίων, καθώς και από αλμυρές λίμνες και εκβολές ποταμών της Μαύρης και της Αζοφικής θάλασσας. Η εξαγωγή και η παράδοσή του ήταν τόσο δαπανηρή που σε τελετουργικές γιορτές το σέρβιραν μόνο στα τραπέζια των ευγενών καλεσμένων, ενώ άλλοι έφευγαν «σουλώντας». Ακόμη και μετά την προσάρτηση του βασιλείου του Αστραχάν με τις αλμυρές λίμνες της περιοχής της Κασπίας στη Ρωσία, η τιμή του αλατιού δεν μειώθηκε, γεγονός που προκάλεσε δυσαρέσκεια στα φτωχότερα στρώματα του πληθυσμού, η οποία εξελίχθηκε σε μια εξέγερση γνωστή ως Salt Riot (1648). Ο Πέτρος Α' το 1711 εισήγαγε το μονοπώλιο στο εμπόριο αλατιού, ως στρατηγικής σημασίας πρώτη ύλη, το αποκλειστικό δικαίωμα εμπορίας αλατιού για το κράτος διήρκεσε μέχρι το 1862. Η αρχαία παράδοση του καλωσορίσματος των καλεσμένων με «ψωμί και αλάτι» έχει διατηρηθεί ακόμα, που σήμαινε να μοιράζεσαι το πιο πολύτιμο πράγμα στο σπίτι.

Όλοι γνωρίζουν καλά την έκφραση: «Για να γνωρίσεις ένα άτομο, πρέπει να φας ένα κιλό αλάτι μαζί του», αλλά λίγοι άνθρωποι έχουν σκεφτεί το νόημα αυτής της φράσης. Υπολογίζεται ότι ένα άτομο καταναλώνει έως και 8 κιλά χλωριούχου νατρίου ετησίως. Αποδεικνύεται ότι η φράση συνεπάγεται μόνο ένα χρόνο - τελικά, ένα κιλό αλάτι (16 κιλά) μπορεί να καταναλωθεί από δύο άτομα κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.

Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του νατρίου είναι τρεις φορές χαμηλότερη από την ηλεκτρική αγωγιμότητα του χαλκού. Ωστόσο, το νάτριο είναι εννέα φορές ελαφρύτερο, οπότε αποδεικνύεται ότι τα καλώδια νατρίου, αν υπήρχαν, θα κόστιζε λιγότερο από τα χάλκινα σύρματα. Είναι αλήθεια ότι υπάρχουν ζυγοί από χάλυβα γεμάτες νάτριο που έχουν σχεδιαστεί για υψηλά ρεύματα.

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 km2 μπορεί να φτάσει στη Σελήνη 47 φορές! Το αλάτι που εξάγεται από τα θαλάσσια νερά θα μπορούσε να καλύψει ολόκληρη την ξηρά του πλανήτη με ένα στρώμα 130 m! 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.

Όταν το υπεροξείδιο του νατρίου αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα, εμφανίζεται μια διαδικασία που είναι αντίθετη από την αναπνοή:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, δεσμεύεται το διοξείδιο του άνθρακα και απελευθερώνεται οξυγόνο. Αυτή η αντίδραση βρήκε εφαρμογή σε υποβρύχια για αναγέννηση αέρα.

Ένα ενδιαφέρον γεγονός διαπιστώθηκε από Καναδούς επιστήμονες. Ανακάλυψαν ότι σε άτομα που είναι εύθυμα και ευερέθιστα, το νάτριο αποβάλλεται γρήγορα από το σώμα. Οι ήρεμοι και φιλικοί άνθρωποι, καθώς και όσοι βιώνουν θετικά συναισθήματα, όπως οι εραστές, απορροφούν καλά αυτή την ουσία.

Με τη βοήθεια νατρίου, ένας τεχνητός κομήτης δημιουργήθηκε σε απόσταση 113 χιλιομέτρων από τη Γη στις 3 Ιανουαρίου 1959, ρίχνοντας ατμό νατρίου στο διάστημα από ένα σοβιετικό διαστημόπλοιο που πετούσε προς τη Σελήνη. Η φωτεινή λάμψη του κομήτη νατρίου κατέστησε δυνατή την αποσαφήνιση της τροχιάς του πρώτου αεροσκάφους που πέρασε κατά μήκος της διαδρομής Γη-Σελήνη.

Πηγές που περιέχουν μεγάλες ποσότητες νατρίου είναι: επεξεργασμένο θαλασσινό αλάτι, ποιοτικές σάλτσες σόγιας, διάφορες άλμη, ξινολάχανο, ζωμοί κρέατος. Το ενδέκατο στοιχείο υπάρχει σε μικρές ποσότητες στα φύκια, τα στρείδια, τα καβούρια, τα φρέσκα καρότα και τα παντζάρια, το κιχώριο, το σέλινο και την πικραλίδα.

Ιστορία

Οι φυσικές ενώσεις νατρίου - επιτραπέζιο αλάτι NaCl και σόδα Na2CO3 - είναι γνωστές στον άνθρωπο από την αρχαιότητα. Οι αρχαίοι Αιγύπτιοι χρησιμοποιούσαν τη φυσική σόδα, που εξήχθη από τα νερά των λιμνών σόδας, για ταρίχευση, λεύκανση καμβά, μαγείρεμα φαγητού και παρασκευή χρωμάτων και γλασών. Οι Αιγύπτιοι ονόμασαν αυτή την ένωση neter, ωστόσο, αυτός ο όρος δεν ισχύει μόνο για τη φυσική σόδα, αλλά και για τα αλκάλια γενικά, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που λαμβάνονται από τέφρα φυτών. Μεταγενέστερες ελληνικές (Αριστοτέλης, Διοσκουρίδης) και ρωμαϊκές (Πλούταρχος) πηγές αναφέρουν επίσης αυτή την ουσία, αλλά ήδη με την ονομασία «νιτρόν». Ο αρχαίος Ρωμαίος ιστορικός Πλίνιος ο Πρεσβύτερος έγραψε ότι στο Δέλτα του Νείλου, η σόδα (το αποκαλεί «νίτρο») απομονώθηκε από το νερό του ποταμού και πωλούνταν με τη μορφή μεγάλων τεμαχίων. Έχοντας μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών, κυρίως άνθρακα, τέτοια σόδα είχε ένα γκρι και μερικές φορές ακόμη και μαύρο χρώμα. Ο όρος «νάτρον» εμφανίζεται στην αραβική μεσαιωνική λογοτεχνία, από την οποία σταδιακά χρησιμοποιήθηκε τον 17ο-18ο αιώνα. σχηματίζεται ο όρος «natra», δηλαδή η βάση από την οποία μπορεί να ληφθεί το επιτραπέζιο αλάτι. Από το "natra" προέρχεται το σύγχρονο όνομα του στοιχείου.

Η σύγχρονη συντομογραφία «Na» και η λατινική λέξη «natrium» χρησιμοποιήθηκαν για πρώτη φορά το 1811 από τον ακαδημαϊκό και ιδρυτή της Σουηδικής Εταιρείας Ιατρών Jens Jakob Berzelius για να χαρακτηρίσουν φυσικά ορυκτά άλατα, τα οποία περιελάμβαναν σόδα. Αυτός ο νέος όρος αντικατέστησε την αρχική ονομασία «νάτριο», που δόθηκε στο μέταλλο από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy, τον πρώτο που απέκτησε μεταλλικό νάτριο. Πιστεύεται ότι ο Davy καθοδηγήθηκε από το λατινικό όνομα για τη σόδα - "σόδα", αν και υπάρχει μια άλλη υπόθεση: στα αραβικά υπάρχει η λέξη "suda", που σημαίνει πονοκέφαλος στην αρχαιότητα αυτή η ασθένεια αντιμετωπίστηκε με σόδα. Αξίζει να σημειωθεί ότι σε μια σειρά από χώρες της Δυτικής Ευρώπης (Μεγάλη Βρετανία, Γαλλία, Ιταλία), καθώς και στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, το νάτριο ονομάζεται νάτριο.

Παρά το γεγονός ότι οι ενώσεις νατρίου ήταν γνωστές εδώ και πολύ καιρό, ήταν δυνατό να ληφθεί το μέταλλο στην καθαρή του μορφή μόνο το 1807, από τον Άγγλο χημικό Humphry Davy με ηλεκτρόλυση ελαφρώς υγρασμένου στερεού υδροξειδίου του νατρίου NaOH. Το γεγονός είναι ότι το νάτριο δεν μπορούσε να ληφθεί χρησιμοποιώντας παραδοσιακές χημικές μεθόδους - λόγω της υψηλής δραστηριότητας του μετάλλου, αλλά η μέθοδος του Davy ήταν μπροστά από την επιστημονική σκέψη και τις τεχνικές εξελίξεις εκείνης της εποχής. Στις αρχές του 19ου αιώνα, η μόνη πραγματικά εφαρμόσιμη και κατάλληλη πηγή ρεύματος ήταν μια βολταϊκή στήλη. Αυτό που χρησιμοποίησε ο Davy είχε 250 ζεύγη πλάκες χαλκού και ψευδαργύρου. Η διαδικασία που περιγράφεται από τον D.I. Ο Mendeleev σε ένα από τα έργα του, ήταν εξαιρετικά περίπλοκος και ενεργοβόρος: «Συνδέοντας ένα κομμάτι υγρής (από χαλκό ή άνθρακα) καυστική σόδα στον θετικό (από χαλκό ή άνθρακα) πόλο και ανοίγοντας μια εσοχή σε αυτόν, μέσα στην οποία χύθηκε υδράργυρος, συνδέθηκε με τον αρνητικό πόλο (κάθοδος) μιας ισχυρής βολταϊκής στήλης, ο Ντέιβι παρατήρησε ότι στον υδράργυρο, όταν περνάει ένα ρεύμα, διαλύεται ένα ειδικό μέταλλο, λιγότερο πτητικό από τον υδράργυρο και ικανό να αποσυνθέτει το νερό, σχηματίζοντας πάλι καυστικό σόδα. Λόγω της υψηλής ενεργειακής της έντασης, η αλκαλική μέθοδος βιομηχανοποιήθηκε μόλις στα τέλη του 19ου αιώνα - με την εμφάνιση πιο προηγμένων πηγών ενέργειας και το 1924, ο Αμερικανός μηχανικός G. Downs άλλαξε θεμελιωδώς τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής παραγωγής νατρίου. αντικατάσταση των αλκαλίων με πολύ φθηνότερο επιτραπέζιο αλάτι.

Ένα χρόνο μετά την ανακάλυψη του Davy, ο Joseph Gay-Lussac και ο Louis Thénard έλαβαν νάτριο όχι με ηλεκτρόλυση, αλλά αντιδρώντας καυστική σόδα με σίδηρο που είχε θερμανθεί σε κόκκινη θερμότητα. Ακόμα αργότερα, ο Sainte-Clair Deville ανέπτυξε μια μέθοδο με την οποία το νάτριο λαμβανόταν με αναγωγή της σόδας με άνθρακα παρουσία ασβεστόλιθου.

Όντας στη φύση

Το νάτριο είναι ένα από τα πιο κοινά στοιχεία - το έκτο σε ποσοτική περιεκτικότητα στη φύση (από τα μη μέταλλα, μόνο το οξυγόνο είναι πιο κοινό - 49,5% και το πυρίτιο - 25,3%) και το τέταρτο μεταξύ των μετάλλων (μόνο ο σίδηρος είναι πιο κοινός - 5,08%, αλουμίνιο - 7 ,5% και ασβέστιο - 3,39%). Το clarke του (μέση περιεκτικότητα στον φλοιό της γης), σύμφωνα με διάφορες εκτιμήσεις, κυμαίνεται από 2,27% κατά μάζα έως 2,64%. Το μεγαλύτερο μέρος αυτού του στοιχείου βρίσκεται σε διάφορα αργιλοπυριτικά. Το νάτριο είναι ένα τυπικό στοιχείο του ανώτερου μέρους του φλοιού της γης, αυτό μπορεί εύκολα να φανεί από το βαθμό περιεκτικότητας σε μέταλλα σε διάφορα πετρώματα. Έτσι, η υψηλότερη συγκέντρωση νατρίου - 2,77% κατά βάρος - βρίσκεται σε όξινα πυριγενή πετρώματα (γρανίτες και πολλά άλλα σε βασικά πετρώματα (βασάλτες και παρόμοια), η μέση περιεκτικότητα του ενδέκατου στοιχείου είναι ήδη 1,94% κατά βάρος). . Τα υπερμαφικά πετρώματα του μανδύα έχουν τη χαμηλότερη περιεκτικότητα σε νάτριο, μόνο 0,57%. Τα ιζηματογενή πετρώματα (άργιλοι και σχιστόλιθοι) είναι επίσης φτωχά στο ενδέκατο στοιχείο - 0,66% κατά βάρος τα περισσότερα εδάφη δεν είναι πλούσια σε νάτριο - η μέση περιεκτικότητα είναι περίπου 0,63%.

Λόγω της υψηλής χημικής του δράσης, το νάτριο εμφανίζεται στη φύση αποκλειστικά με τη μορφή αλάτων. Ο συνολικός αριθμός των γνωστών ορυκτών νατρίου είναι περισσότερα από διακόσια. Ωστόσο, δεν θεωρούνται όλες οι πιο σημαντικές, οι οποίες είναι οι κύριες πηγές για την παραγωγή αυτού του αλκαλιμετάλλου και των ενώσεων του. Αξίζει να αναφέρουμε αλογονίτη (πετρώδες αλάτι) NaCl, μιραμπιλίτη (άλας του Γλαούμπερ) Na2SO4 10H2O, άλας Χιλής NaNO3, κρυόλιθος Na3, tincal (βόρακας) Na2B4O7∙10H2O, trona NaHCO3∈∙Na2CO3 καθώς και φυσικός, στη συνέχεια,Na2CO3 όπως Na albite, Na νεφελίνη, που περιέχει άλλα στοιχεία εκτός από νάτριο. Ως αποτέλεσμα του ισομορφισμού των Na+ και Ca2+, που οφείλεται στην εγγύτητα των ιοντικών ακτίνων τους, σχηματίζονται άστριοι νατρίου-ασβεστίου (πλαγιοκλάσες) σε πυριγενή πετρώματα.

Το νάτριο είναι το κύριο μεταλλικό στοιχείο στο θαλασσινό νερό, υπολογίζεται ότι τα νερά του Παγκόσμιου Ωκεανού περιέχουν 1,5 1016 τόνους αλάτων νατρίου (η μέση συγκέντρωση διαλυτών αλάτων στα νερά του Παγκόσμιου Ωκεανού είναι περίπου 35 ppm, δηλαδή 3,5%. κατά βάρος, το μερίδιο του νατρίου από αυτά αντιστοιχεί στο 1,07%). Μια τέτοια υψηλή συγκέντρωση οφείλεται στον λεγόμενο κύκλο νατρίου στη φύση. Το γεγονός είναι ότι αυτό το αλκαλικό μέταλλο συγκρατείται μάλλον ασθενώς στις ηπείρους και μεταφέρεται ενεργά από τα νερά των ποταμών στις θάλασσες και τους ωκεανούς. Κατά την εξάτμιση, άλατα νατρίου εναποτίθενται σε παράκτιες θαλάσσιες λιμνοθάλασσες, καθώς και σε ηπειρωτικές λίμνες στεπών και ερήμων, σχηματίζοντας στρώματα πετρωμάτων που φέρουν αλάτι. Παρόμοια κοιτάσματα αλάτων νατρίου υπάρχουν σε σχετικά καθαρή μορφή σε όλες τις ηπείρους, ως αποτέλεσμα της εξάτμισης των αρχαίων θαλασσών. Αυτές οι διεργασίες συνεχίζουν να συμβαίνουν στην εποχή μας, μεταξύ άλλων, η Salt Lake, που βρίσκεται στη Γιούτα (ΗΠΑ), η Baskunchak (Ρωσία, η περιοχή Akhtubinsky), οι αλμυρές λίμνες της Επικράτειας Altai (Ρωσία), καθώς και η Νεκρά Θάλασσα και άλλα παρόμοια μέρη.

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 έκταση 60 επί 24 km και έχει ένα στρώμα αλατιού πάχους περίπου 400 m Αυτό το κοίτασμα μόνο εκτιμάται ότι αξίζει περισσότερο από 1011 τόνους.

Επιπλέον, το νάτριο είναι ένα σημαντικό βιοστοιχείο, το οποίο βρίσκεται σε σχετικά μεγάλες ποσότητες σε ζωντανούς οργανισμούς (0,02% κατά μέσο όρο, κυρίως με τη μορφή NaCl), και υπάρχει περισσότερο στα ζώα παρά στα φυτά. Η παρουσία νατρίου έχει διαπιστωθεί στην ηλιακή ατμόσφαιρα και στον διαστρικό χώρο. Στα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας (σε υψόμετρο περίπου 80 χιλιομέτρων) ανακαλύφθηκε ένα στρώμα ατομικού νατρίου. Το γεγονός είναι ότι σε ένα τέτοιο ύψος δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου οξυγόνο, υδρατμοί και άλλες ουσίες με τις οποίες θα μπορούσε να αλληλεπιδράσει το νάτριο.

Εφαρμογή

Το μέταλλο νατρίου και οι ενώσεις του χρησιμοποιούνται ευρέως σε διάφορες βιομηχανίες. Χάρη στο υψηλό του αντιδραστικότηταΑυτό το αλκαλιμέταλλο χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία ως αναγωγικός παράγοντας για την παραγωγή μετάλλων όπως το νιόβιο, το τιτάνιο, το άφνιο και το ζιρκόνιο με μεταλλοθερμία. Πίσω στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα, το νάτριο χρησιμοποιήθηκε για την απομόνωση του αλουμινίου (από το χλωριούχο αλουμίνιο σήμερα, το ενδέκατο στοιχείο και τα άλατά του εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται ως τροποποιητές στην παραγωγή ορισμένων τύπων κραμάτων αλουμινίου). Το νάτριο χρησιμοποιείται επίσης σε ένα κράμα με βάση το μόλυβδο (0,58% Na), το οποίο χρησιμοποιείται στην κατασκευή ρουλεμάν αξόνων για σιδηροδρομικά βαγόνια το αλκαλικό μέταλλο σε αυτό το κράμα είναι ένα ενισχυτικό στοιχείο. Το νάτριο και τα κράματά του με κάλιο είναι υγρά ψυκτικά στους πυρηνικούς αντιδραστήρες - άλλωστε και τα δύο στοιχεία έχουν μικρές διατομές θερμικής απορρόφησης νετρονίων (για αχυρώνα Na 0,49). Επιπλέον, αυτά τα κράματα χαρακτηρίζονται από υψηλά σημεία βρασμού και συντελεστές μεταφοράς θερμότητας και δεν αλληλεπιδρούν με δομικά υλικά σε υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται σε αντιδραστήρες πυρηνικής ενέργειας, με αποτέλεσμα να μην επηρεάζεται η πορεία της αλυσιδωτής αντίδρασης.

Ωστόσο, δεν είναι μόνο η πυρηνική ενέργεια που χρησιμοποιεί το νάτριο ως παράγοντα μεταφοράς θερμότητας - το στοιχείο Νο. 11 χρησιμοποιείται ευρέως ως ψυκτικό για διαδικασίες που απαιτούν ομοιόμορφη θέρμανση στο εύρος θερμοκρασίας από 450 έως 650 ° C - σε βαλβίδες κινητήρα αεροσκαφών, σε φορτηγά βαλβίδες εξαγωγής, σε μηχανές χύτευσης με έγχυση. Το κράμα νατρίου, καλίου και καισίου (Na 12%, K 47%, Cs 41%) έχει χαμηλό σημείο τήξης ρεκόρ (μόνο 78 °C), για το λόγο αυτό προτάθηκε ως ρευστό εργασίας για κινητήρες πυραύλων ιόντων. Στη χημική βιομηχανία, το νάτριο χρησιμοποιείται στην παραγωγή αλάτων κυανίου, συνθετικών απορρυπαντικών (απορρυπαντικών) και φαρμακευτικών προϊόντων. Στην παραγωγή τεχνητού καουτσούκ, το νάτριο παίζει τον ρόλο του καταλύτη, συνδυάζοντας μόρια βουταδιενίου σε ένα προϊόν που δεν είναι κατώτερο σε ιδιότητες από τις καλύτερες ποικιλίες φυσικού καουτσούκ. Η ένωση NaPb (10% Na κατά βάρος) χρησιμοποιείται στην παραγωγή τετρααιθυλικού μολύβδου - του πιο αποτελεσματικού αντικρουστικού παράγοντα. Ο ατμός νατρίου χρησιμοποιείται για την πλήρωση λαμπτήρων εκκένωσης αερίου υψηλής και χαμηλής πίεσης (NLLD και NLND). Μια λάμπα νατρίου είναι γεμάτη με νέον και περιέχει μια μικρή ποσότητα μετάλλου νατρίου όταν μια τέτοια λάμπα είναι αναμμένη, η εκκένωση αρχίζει σε νέον. Η θερμότητα που απελευθερώνεται κατά την εκκένωση εξατμίζει το νάτριο και μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, η κόκκινη λάμψη του νέον αντικαθίσταται από την κίτρινη λάμψη του νατρίου. Οι λαμπτήρες νατρίου είναι ισχυρές πηγές φωτός με υψηλή απόδοση (σε εργαστηριακές συνθήκες έως και 70%). Η υψηλή απόδοση των λαμπτήρων νατρίου κατέστησε δυνατή τη χρήση τους για το φωτισμό αυτοκινητοδρόμων, σιδηροδρομικών σταθμών, μαρινών και άλλων αντικειμένων μεγάλης κλίμακας. Έτσι, οι λαμπτήρες NLVD τύπου DNaT (Arc Sodium Tubular), που παράγουν έντονο κίτρινο φως, χρησιμοποιούνται ευρέως στον φωτισμό του δρόμου, η διάρκεια ζωής τέτοιων λαμπτήρων είναι 12-24 χιλιάδες ώρες. Επιπλέον, υπάρχουν λαμπτήρες DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) και DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury). Το νάτριο χρησιμοποιείται για την παραγωγή μπαταριών νατρίου-θείου υψηλής έντασης ενέργειας. Στην οργανική σύνθεση, το νάτριο χρησιμοποιείται σε αναγωγή, συμπύκνωση, πολυμερισμό και άλλες αντιδράσεις. Περιστασιακά, το μέταλλο νατρίου χρησιμοποιείται ως υλικό για ηλεκτρικά καλώδια που προορίζονται να μεταφέρουν πολύ υψηλά ρεύματα.

Πολλές ενώσεις νατρίου χρησιμοποιούνται όχι λιγότερο ευρέως: το επιτραπέζιο αλάτι NaCl χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων. Το υδροξείδιο του νατρίου NaOH (καυστική σόδα) χρησιμοποιείται στη βιομηχανία σαπουνιού, στην παραγωγή χρωμάτων, στις βιομηχανίες χαρτοπολτού και χαρτιού και πετρελαίου, στην παραγωγή τεχνητών ινών, καθώς και ως ηλεκτρολύτης. Η σόδα - ανθρακικό νάτριο Na2CO3 χρησιμοποιείται σε βιομηχανίες γυαλιού, χαρτοπολτού και χαρτιού, τροφίμων, κλωστοϋφαντουργίας, λαδιού και άλλες βιομηχανίες. ΣΕ γεωργίαΤο άλας νατρίου του νιτρικού οξέος NaNO3, γνωστό ως νιτρικό της Χιλής, χρησιμοποιείται ευρέως ως λίπασμα. Το χλωρικό νάτριο NaClO3 χρησιμοποιείται για την καταστροφή της ανεπιθύμητης βλάστησης στις σιδηροδρομικές γραμμές. Το φωσφορικό νάτριο Na3PO4 είναι συστατικό απορρυπαντικών, που χρησιμοποιείται στην παραγωγή γυαλιού και χρωμάτων, στη βιομηχανία τροφίμων και στη φωτογραφία. Το αζίδιο του νατρίου NaN3 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). Τα πυριτικά mNa2O nSiO2 είναι συστατικά του φορτίου στην παραγωγή γυαλιού, για την παραγωγή αργιλοπυριτικών καταλυτών, ανθεκτικό στη θερμότητα, ανθεκτικό στα οξέα σκυρόδεμα.

Παραγωγή

Όπως είναι γνωστό, το μεταλλικό νάτριο ελήφθη για πρώτη φορά το 1807 από τον Άγγλο χημικό Davy με ηλεκτρόλυση του υδροξειδίου του νατρίου NaOH. Από επιστημονική άποψη, η απομόνωση αλκαλιμετάλλων είναι μια μεγάλη ανακάλυψη στον τομέα της χημείας. Ωστόσο, η βιομηχανία εκείνων των χρόνων δεν μπορούσε να εκτιμήσει τη σημασία αυτού του γεγονότος - πρώτον, οι απαραίτητες ικανότητες απλώς δεν υπήρχαν ακόμη για την παραγωγή νατρίου σε βιομηχανική κλίμακα στις αρχές του 19ου αιώνα και, δεύτερον, κανείς δεν ήξερε πού ένα μαλακό μέταλλο που φούντωσε όταν αλληλεπιδρά θα μπορούσε να είναι χρήσιμο με το νερό. Και αν η πρώτη δυσκολία λύθηκε το 1808 από τους Joseph Gay-Lussac και Louis Thénard, λαμβάνοντας νάτριο χωρίς να καταφύγουμε σε ενεργοβόρα ηλεκτρόλυση, χρησιμοποιώντας την αντίδραση καυστικής σόδας με σίδηρο που θερμαίνεται σε κόκκινη θερμότητα, τότε το δεύτερο πρόβλημα - η περιοχή ​Εφαρμογή - λύθηκε μόνο το 1824, τη χρονιά που το αλουμίνιο απομονώθηκε με τη βοήθεια νατρίου. Στο δεύτερο μισό του 19ου αιώνα, ο Sainte-Clair Deville ανέπτυξε μια νέα μέθοδο για τη λήψη μεταλλικού νατρίου - με μείωση της σόδας με άνθρακα παρουσία ασβεστόλιθου:

Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO

Αυτή η μέθοδος βελτιώθηκε το 1886. Ωστόσο, ήδη από το 1890, η ηλεκτρολυτική μέθοδος για την παραγωγή νατρίου εισήχθη στη βιομηχανία. Έτσι, η ιδέα του Humphry Davy υλοποιήθηκε σε βιομηχανική κλίμακα μόλις 80 χρόνια αργότερα! Όλες οι αναζητήσεις και οι έρευνες τελείωσαν με την επιστροφή στην αρχική μέθοδο. Το 1924, ο Αμερικανός μηχανικός Downs έκανε τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής παραγωγής νατρίου φθηνότερη αντικαθιστώντας το αλκάλιο με πολύ φθηνότερο επιτραπέζιο αλάτι. Αυτός ο εκσυγχρονισμός επηρέασε την παραγωγή μετάλλου νατρίου, η οποία αυξήθηκε από 6 χιλιάδες τόνους (1913) σε 180 χιλιάδες τόνους (1966). Η μέθοδος Downes αποτέλεσε τη βάση της σύγχρονης μεθόδου για τη λήψη μεταλλικού νατρίου.

Τώρα η κύρια βιομηχανική μέθοδος για την παραγωγή μετάλλου νατρίου είναι η ηλεκτρόλυση τετηγμένου χλωριούχου νατρίου (υποπροϊόν της διαδικασίας είναι το χλώριο) με την προσθήκη KCl, NaF ή CaCl2, που μειώνουν το σημείο τήξης του άλατος στους 575-585 ° ΝΤΟ. Διαφορετικά, η ηλεκτρόλυση του καθαρού χλωριούχου νατρίου θα οδηγούσε σε μεγάλες απώλειες μετάλλου από την εξάτμιση, καθώς τα σημεία τήξης του NaCl (801 °C) και τα σημεία βρασμού του μετάλλου νατρίου (882,9 °C) είναι πολύ κοντά. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε ηλεκτρόλυση χάλυβα με διάφραγμα. Ένας σύγχρονος ηλεκτρολύτης για την παραγωγή νατρίου είναι μια εντυπωσιακή δομή, που θυμίζει φούρνο. Η μονάδα είναι κατασκευασμένη από πυρίμαχο τούβλο, το οποίο εξωτερικά περιβάλλεται από χαλύβδινο περίβλημα. Μια άνοδος γραφίτη εισάγεται μέσω του πυθμένα του ηλεκτρολύτη, που περιβάλλεται από ένα πλέγμα σε σχήμα δακτυλίου - ένα διάφραγμα, το οποίο εμποδίζει το νάτριο να διεισδύσει στον χώρο της ανόδου, όπου εναποτίθεται χλώριο. Διαφορετικά, το νάτριο απλά θα καεί στο χλώριο.

Η κάθοδος σε σχήμα δακτυλίου είναι κατασκευασμένη από σίδηρο ή χαλκό. Τα καπάκια τοποθετούνται πάνω από την κάθοδο και την άνοδο για την αφαίρεση του νατρίου και του χλωρίου. Ένα μείγμα από καλά αποξηραμένο χλωριούχο νάτριο και χλωριούχο ασβέστιο φορτώνεται στον ηλεκτρολύτη, γνωρίζουμε ήδη ότι ένα τέτοιο μείγμα τήκεται σε χαμηλότερη θερμοκρασία από το καθαρό χλωριούχο νάτριο. Τυπικά η διαδικασία λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασία περίπου 600 °C. Ένα συνεχές ρεύμα περίπου 6 V παρέχεται στα ηλεκτρόδια, ενώ ιόντα Na+ εκκενώνονται στην κάθοδο και απελευθερώνεται μεταλλικό νάτριο, το οποίο επιπλέει και μεταφέρεται σε ειδική συλλογή. Φυσικά, η διαδικασία λαμβάνει χώρα χωρίς πρόσβαση αέρα. Στην άνοδο, αποβάλλονται ιόντα χλωρίου Сl– και απελευθερώνεται αέριο χλώριο - ένα πολύτιμο υποπροϊόν της παραγωγής νατρίου. Κατά τη διάρκεια της ημέρας λειτουργίας του ηλεκτρολύτη παράγονται 400-500 kg νατρίου και 600-700 kg χλωρίου. Το μέταλλο που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο καθαρίζεται από ακαθαρσίες (χλωρίδια, οξείδια και άλλα) με την προσθήκη μίγματος NaOH + Na2CO3 + NaCl ή Na2O2 σε τηγμένο νάτριο. επεξεργασία του τήγματος με μεταλλικό λίθιο, τιτάνιο ή κράμα τιτανίου-ζιρκόνιου, κατώτερα χλωρίδια TiCl3, TiCl2. απόσταξη υπό κενό.

Φυσικές ιδιότητες

Ο Humphry Davy δεν ήταν μόνο ο πρώτος που απέκτησε μεταλλικό νάτριο, αλλά και ο πρώτος που μελέτησε τις ιδιότητές του. Κάνοντας αναφορά στο Λονδίνο για την ανακάλυψη νέων στοιχείων (κάλιο και νάτριο), ο χημικός έδειξε δείγματα νέων μετάλλων σε επιστημονικό κοινό για πρώτη φορά. Ο Άγγλος χημικός αποθήκευσε ένα κομμάτι μεταλλικού νατρίου κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης, με το οποίο το νάτριο δεν αλληλεπιδρούσε και δεν οξειδώθηκε στο περιβάλλον του, διατηρώντας το λαμπρό ασημί του χρώμα. Επιπλέον, το νάτριο (η πυκνότητα στους 20 °C είναι 0,968 g/cm3) είναι βαρύτερο από την κηροζίνη (η πυκνότητα στους 20 °C με ποικίλους βαθμούς καθαρισμού είναι 0,78-0,85 g/cm3) και δεν επιπλέει στην επιφάνειά του, επομένως, δεν υφίσταται οξείδωση με οξυγόνο και διοξείδιο του άνθρακα. Ο Ντέιβι δεν περιορίστηκε στη συνήθη επίδειξη ενός δοχείου με ένα δείγμα νέου μετάλλου, πήρε το νάτριο από την κηροζίνη και πέταξε το δείγμα σε έναν κουβά με νερό. Προς έκπληξη όλων, το μέταλλο δεν βυθίστηκε, αλλά άρχισε να κινείται ενεργά κατά μήκος της επιφάνειας του νερού, λιώνοντας σε μικρές γυαλιστερές σταγόνες, μερικές από τις οποίες αναφλέγονταν. Το γεγονός είναι ότι η πυκνότητα του νερού (στους 20 °C είναι 0,998 g/cm3) είναι μεγαλύτερη από την πυκνότητα αυτού του αλκαλιμετάλλου, για το λόγο αυτό το νάτριο δεν βυθίζεται στο νερό, αλλά επιπλέει σε αυτό, αλληλεπιδρώντας ενεργά με αυτό. Το κοινό έμεινε έκπληκτο από μια τέτοια «παρουσίαση» ενός νέου στοιχείου.

Τι μπορούμε να πούμε τώρα για τις φυσικές ιδιότητες του νατρίου; Το ενδέκατο στοιχείο του περιοδικού πίνακα είναι ένα μαλακό (κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι, επιδέχεται πίεση και κύλιση), ελαφρύ, γυαλιστερό ασημί-λευκό μέταλλο που αμαυρώνει γρήγορα στον αέρα. Τα λεπτά στρώματα νατρίου έχουν μια βιολετί απόχρωση και υπό πίεση το μέταλλο γίνεται διαφανές και κόκκινο, σαν ρουμπίνι. Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, το νάτριο κρυσταλλώνεται σε ένα κυβικό πλέγμα με τις ακόλουθες παραμέτρους: a = 4,28 A, ατομική ακτίνα 1,86 A, ιοντική ακτίνα Na+ 0,92 A. Δυναμικό ιοντισμού του ατόμου νατρίου (eV) 5,138. 47,20; 71,8; Η ηλεκτραρνητικότητα του μετάλλου είναι 0,9. Συνάρτηση εργασίας ηλεκτρονίων 2,35 eV. Αυτή η τροποποίηση είναι σταθερή σε θερμοκρασίες άνω των -222 °C. Κάτω από αυτή τη θερμοκρασία, η εξαγωνική τροποποίηση είναι σταθερή με τις ακόλουθες παραμέτρους: a = 0,3767 nm, c = 0,6154 nm, z = 2.

Το νάτριο είναι μέταλλο χαμηλής τήξης, το σημείο τήξεώς του είναι μόνο 97,86 °C. Αποδεικνύεται ότι αυτό το μέταλλο θα μπορούσε να λιώσει σε βραστό νερό εάν δεν αλληλεπιδρούσε ενεργά μαζί του. Επιπλέον, κατά την τήξη, η πυκνότητα του νατρίου μειώνεται κατά 2,5%, αλλά ο όγκος αυξάνεται κατά ΔV = 27,82∙10-6 m3/kg. Καθώς η πίεση αυξάνεται, το σημείο τήξης του μετάλλου αυξάνεται, φτάνοντας τους 242 ° C στα 3 GPa και τους 335 ° C στα 8 GPa. Το σημείο βρασμού του τηγμένου νατρίου είναι 883,15° C. Η θερμότητα της εξάτμισης του νατρίου σε κανονική πίεση= 3869 kJ/kg. Η ειδική θερμοχωρητικότητα του ενδέκατου στοιχείου (σε θερμοκρασία δωματίου) είναι 1,23 103 J/(kg K) ή 0,295 cal/(g deg). ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας του νατρίου είναι 1,32 102 W/(m K) ή 0,317 cal/(cm sec deg). Ο θερμικός συντελεστής γραμμικής διαστολής για αυτό το αλκαλικό μέταλλο (σε θερμοκρασία 20 °C) είναι 7,1 10-5. Η ηλεκτρική ειδική αντίσταση του νατρίου (στους 0 °C) είναι 4,3 10-8 ohm m (4,3 10-6 ohm cm). Κατά την τήξη, η ηλεκτρική ειδική αντίσταση του νατρίου αυξάνεται 1.451 φορές. Το νάτριο είναι παραμαγνητικό, η ειδική μαγνητική του επιδεκτικότητα είναι +9,2 10-6. Σκληρότητα Brinell του νατρίου HB = 0,7 MPa. Κανονικός συντελεστής εφελκυσμού σε θερμοκρασία δωματίου E = 5,3 GPa. Συμπιεστότητα νατρίου x = 15,99∙10-11 Pa-1. Το νάτριο είναι ένα πολύ όλκιμο μέταλλο και παραμορφώνεται εύκολα στο κρύο. Η πίεση εκροής νατρίου, σύμφωνα με τους N. S. Kurnakov και S. F. Zhemchuzhny, κυμαίνεται από 2,74-3,72 MPa, ανάλογα με τη διάμετρο της εξόδου.

Χημικές ιδιότητες

Σε χημικές ενώσεις, συμπεριλαμβανομένων των υδριδίων, το νάτριο εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης + 1. Το ενδέκατο στοιχείο είναι ένα από τα πιο δραστικά μέταλλα, επομένως δεν βρίσκεται στη φύση στην καθαρή του μορφή. Ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου, αντιδρά ενεργά με το ατμοσφαιρικό οξυγόνο, τους υδρατμούς και το διοξείδιο του άνθρακα, σχηματίζοντας μια χαλαρή κρούστα ενός μείγματος υπεροξειδίου, υδροξειδίου και ανθρακικού στην επιφάνεια. Για το λόγο αυτό, το μεταλλικό νάτριο αποθηκεύεται κάτω από ένα στρώμα αφυδατωμένου υγρού (κηροζίνη, ορυκτέλαιο). Τα ευγενή αέρια διαλύονται ελαφρώς σε στερεό και υγρό νάτριο στους 200 °C, το νάτριο αρχίζει να απορροφά υδρογόνο, σχηματίζοντας ένα πολύ υγροσκοπικό υδρίδιο NaH. Αυτό το αλκαλιμέταλλο αντιδρά εξαιρετικά ασθενώς με το άζωτο σε μια εκκένωση λάμψης, σχηματίζοντας μια πολύ ασταθή ουσία - νιτρίδιο του νατρίου:

6Na + N2 → 2Na3N

Το νιτρίδιο του νατρίου είναι σταθερό στον ξηρό αέρα, αλλά αποσυντίθεται αμέσως από νερό ή αλκοόλη για να σχηματίσει αμμωνία.

Όταν το νάτριο αλληλεπιδρά απευθείας με το οξυγόνο, ανάλογα με τις συνθήκες, σχηματίζεται οξείδιο Na2O (όταν το νάτριο καίγεται σε ανεπαρκή ποσότητα οξυγόνου) ή υπεροξείδιο Na2O2 (όταν το νάτριο καίγεται στον αέρα ή σε περίσσεια οξυγόνου). Το οξείδιο του νατρίου παρουσιάζει έντονες βασικές ιδιότητες και αντιδρά βίαια με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο NaOH, μια ισχυρή βάση:

Na2O + H2O → 2NaOH

Το υδροξείδιο του νατρίου είναι ένα εξαιρετικά διαλυτό αλκάλιο στο νερό (108 g NaOH διαλύονται σε 100 g νερού στους 20 °C) με τη μορφή στερεών λευκών υγροσκοπικών κρυστάλλων, διαβρώνει το δέρμα, τα υφάσματα, το χαρτί και άλλες οργανικές ουσίες. Όταν διαλυθεί στο νερό, απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Στον αέρα, το υδροξείδιο του νατρίου απορροφά ενεργά το διοξείδιο του άνθρακα και μετατρέπεται σε ανθρακικό νάτριο:

2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O

Για το λόγο αυτό, το υδροξείδιο του νατρίου πρέπει να αποθηκεύεται σε αεροστεγή δοχεία. Στη βιομηχανία, το NaOH λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση υδατικών διαλυμάτων NaCl ή Na2CO3 χρησιμοποιώντας μεμβράνες ανταλλαγής ιόντων και διαφράγματα:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2

Το υπεροξείδιο του νατρίου είναι μια ωχροκίτρινη σκόνη που λιώνει χωρίς αποσύνθεση, το Na2O2 είναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Οι περισσότερες οργανικές ουσίες αναφλέγονται κατά την επαφή με αυτό. Όταν το Na2O2 αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνεται οξυγόνο:

2Na2O2 + 2CO2 → 2Na2CO3 + O2

Το μεταλλικό νάτριο, όπως και τα οξείδια του, αλληλεπιδρά ενεργά με το νερό για να σχηματίσει υδροξείδιο NaOH και να απελευθερώσει υδρογόνο με μεγάλη επιφάνεια επαφής, η αντίδραση προχωρά εκρηκτικά. Το νάτριο αντιδρά με τις αλκοόλες πολύ πιο ήρεμα παρά με το νερό, με αποτέλεσμα το αλκοξείδιο του νατρίου. Έτσι, αντιδρώντας με αιθανόλη, το νάτριο δίνει αιθανολικό νάτριο C2H5ONa:

2Na + 2C2H5OH → 2C2H5ONa + H2

Το νάτριο διαλύεται σε όλα σχεδόν τα οξέα για να σχηματίσει μεγάλο αριθμό αλάτων:

2Nа + 2НCl → 2NаСl + Н2

2Na + 2H2SO4 → SO2 + Na2SO4 + 2H2O

Σε μια ατμόσφαιρα φθορίου και χλωρίου, το νάτριο αναφλέγεται αυθόρμητα, αντιδρά με βρώμιο όταν θερμαίνεται και δεν αλληλεπιδρά άμεσα με το ιώδιο. Αντιδρά βίαια με το θείο όταν αλέθεται σε γουδί, σχηματίζοντας σουλφίδια ποικίλης σύστασης. Το θειούχο νάτριο Na2S λαμβάνεται με αναγωγή του θειικού νατρίου με άνθρακα. Μια πολύ κοινή ένωση του νατρίου με θείο και οξυγόνο είναι το λεγόμενο άλας του Glauber Na2SO4∙10H2O. Εκτός από το θείο, αντιδρά ενεργά με το σελήνιο και το τελλούριο για να σχηματίσει χαλκογονίδια των συνθέσεων Na2X, NaX, NaX2, Na2X5.

Το νάτριο διαλύεται σε υγρή αμμωνία (34,6 g ανά 100 g NH3 στους 0 °C) για να σχηματίσει σύμπλοκα αμμωνίας (ένα μπλε διάλυμα με μεταλλική αγωγιμότητα). Όταν η αμμωνία εξατμίζεται, το αρχικό μέταλλο παραμένει κατά τη μακροχρόνια αποθήκευση του διαλύματος, αποχρωματίζεται σταδιακά λόγω της αντίδρασης του μετάλλου με την αμμωνία για να σχηματιστεί το αμίδιο NaNH2 ή το ιμίδιο Na2NH και η απελευθέρωση υδρογόνου. Όταν η αέρια αμμωνία διέρχεται από τηγμένο νάτριο στους 300-350 °C, σχηματίζεται νατριοαμίνη NaNH2 - μια άχρωμη κρυσταλλική ουσία που αποσυντίθεται εύκολα από το νερό.

Στους 800-900 °C, το αέριο νάτριο με άνθρακα σχηματίζει καρβίδιο (ακετυλενίδιο) Na2C2. Το νάτριο σχηματίζει ενώσεις εγκλεισμού με τον γραφίτη.

Το νάτριο σχηματίζει μια σειρά από διαμεταλλικές ενώσεις - με ασήμι, χρυσό, κασσίτερο, μόλυβδο, βισμούθιο, καίσιο, κάλιο και άλλα μέταλλα. Δεν σχηματίζει ενώσεις με βάριο, στρόντιο, μαγνήσιο, λίθιο, ψευδάργυρο και αλουμίνιο. Με τον υδράργυρο, το νάτριο σχηματίζει αμαλγάματα - διαμεταλλικές ενώσεις της σύνθεσης NaHg2, NaHg4, NaHg8, NaHg, Na3Hg2, Na5Hg2, Na3Hg. Σημαντικά είναι τα υγρά αμαλγάματα (που περιέχουν λιγότερο από 2,5% νάτριο κατά βάρος), που λαμβάνονται με τη σταδιακή εισαγωγή νατρίου στον υδράργυρο που βρίσκεται κάτω από ένα στρώμα κηροζίνης ή ορυκτελαίου.

Είναι γνωστός ένας τεράστιος αριθμός οργανονατριακών ενώσεων, παρόμοιες σε χημικές ιδιότητες με τις ενώσεις οργανολιθίου, αλλά ανώτερες από αυτές σε αντιδραστικότητα.

-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 ακόμα και μαύρου 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 νατρίου D», 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 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 μέταλλο νατρίου 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 στον 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 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 αρωματικό 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 υποβληθεί σε επεξεργασία από τα νεφρά είναι περίπου 20-30 γραμμάρια, είναι απειλητική για τη ζωή.

Το νάτριο είναι ένα από τα αλκαλικά μέταλλα. Ο πίνακας των χημικών στοιχείων το δείχνει ως άτομο που ανήκει στην τρίτη περίοδο και στην πρώτη ομάδα.

Φυσικές ιδιότητες

Αυτή η ενότητα θα εξετάσει τα χαρακτηριστικά του νατρίου από φυσική άποψη. Αρχικά, στην καθαρή του μορφή είναι ένα ασημί στερεό με μεταλλική λάμψη και χαμηλή σκληρότητα. Το νάτριο είναι τόσο μαλακό που κόβεται εύκολα με ένα μαχαίρι. Το σημείο τήξης αυτής της ουσίας είναι αρκετά χαμηλό και ανέρχεται σε εβδομήντα εννέα βαθμούς Κελσίου. Η ατομική μάζα του νατρίου είναι επίσης μικρή, θα μιλήσουμε για αυτό αργότερα. Η πυκνότητα αυτού του μετάλλου είναι 0,97 g/cm 3 .

Χημικά χαρακτηριστικά του νατρίου

Αυτό το στοιχείο έχει πολύ υψηλή δραστηριότητα - είναι σε θέση να αντιδρά γρήγορα και βίαια με πολλές άλλες ουσίες. Επίσης, ο πίνακας των χημικών στοιχείων σας επιτρέπει να προσδιορίσετε μια τέτοια τιμή όπως η μοριακή μάζα - για το νάτριο είναι είκοσι τρία. Ένα mole είναι η ποσότητα της ουσίας που περιέχει 6,02 x 10 έως την 23η δύναμη των ατόμων (μόρια, εάν η ουσία είναι σύνθετη). Γνωρίζοντας τη μοριακή μάζα ενός στοιχείου, μπορείτε να προσδιορίσετε πόσο θα ζυγίζει ένα συγκεκριμένο mole μιας δεδομένης ουσίας. Για παράδειγμα, δύο mole νατρίου ζυγίζουν σαράντα έξι γραμμάρια. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, αυτό το μέταλλο είναι ένα από τα πιο ενεργά χημικά, είναι αναλόγως, το οξείδιο του μπορεί να σχηματίσει αλκάλια (ισχυρές βάσεις).

Πώς σχηματίζονται τα οξείδια

Όλες οι ουσίες αυτής της ομάδας, συμπεριλαμβανομένης της περίπτωσης του νατρίου, μπορούν να ληφθούν με καύση του αρχικού υλικού. Έτσι, το μέταλλο αντιδρά με το οξυγόνο, το οποίο οδηγεί στο σχηματισμό ενός οξειδίου. Για παράδειγμα, αν κάψουμε τέσσερα mole νατρίου, θα ξοδέψουμε ένα mole οξυγόνου και θα πάρουμε δύο mole από το οξείδιο αυτού του μετάλλου. Ο τύπος του οξειδίου του νατρίου είναι Na 2 O. Η εξίσωση της αντίδρασης μοιάζει με αυτό: 4Na + O 2 = 2Na 2 O. Εάν προσθέσετε νερό στην ουσία που προκύπτει, σχηματίζεται ένα αλκάλιο - NaOH.

Λαμβάνοντας ένα mole οξειδίου και ένα mole νερού, παίρνουμε δύο mole βάσης. Εδώ είναι η εξίσωση αυτής της αντίδρασης: Na 2 O + H 2 O = 2NaOH. Η ουσία που προκύπτει ονομάζεται επίσης υδροξείδιο του νατρίου. Αυτό οφείλεται στις έντονες αλκαλικές του ιδιότητες και στην υψηλή χημική του δράση. Όπως τα ισχυρά οξέα, το καυστικό νάτριο αντιδρά ενεργά με άλατα μετάλλων χαμηλής δράσης, οργανικές ενώσεις κ.λπ. Κατά την αλληλεπίδραση με άλατα, εμφανίζεται μια αντίδραση ανταλλαγής - σχηματίζεται ένα νέο άλας και μια νέα βάση. Ένα διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου μπορεί εύκολα να καταστρέψει ύφασμα, χαρτί, δέρμα και νύχια, επομένως απαιτεί συμμόρφωση με τους κανόνες ασφαλείας κατά την εργασία με αυτό. Χρησιμοποιείται στη χημική βιομηχανία ως καταλύτης, αλλά και στην καθημερινή ζωή ως μέσο για την εξάλειψη του προβλήματος των βουλωμένων σωλήνων.

Αντιδράσεις με αλογόνα

Πρόκειται για απλές ουσίες που αποτελούνται από χημικά στοιχεία που ανήκουν στην έβδομη ομάδα του περιοδικού πίνακα. Ο κατάλογός τους περιλαμβάνει φθόριο, ιώδιο, χλώριο, βρώμιο. Το νάτριο είναι ικανό να αντιδράσει με όλα αυτά, σχηματίζοντας ενώσεις όπως χλωριούχο νάτριο/βρωμιούχο/ιωδίδιο/φθόριο. Για να πραγματοποιήσετε την αντίδραση, πρέπει να πάρετε δύο mole του εν λόγω μετάλλου και να προσθέσετε ένα mole φθορίου σε αυτό. Ως αποτέλεσμα, λαμβάνουμε φθοριούχο νάτριο σε ποσότητα δύο mol. Αυτή η διαδικασία μπορεί να γραφτεί ως εξίσωση: Na + F 2 = 2NaF. Το φθοριούχο νάτριο που αποκτήσαμε χρησιμοποιείται στην παραγωγή οδοντόκρεμων κατά της τερηδόνας, καθώς και απορρυπαντικών για διάφορες επιφάνειες. Ομοίως, με την προσθήκη χλωρίου, μπορείτε να πάρετε (αλάτι κουζίνας), ιωδιούχο νάτριο, το οποίο χρησιμοποιείται στην κατασκευή λαμπτήρων αλογονιδίου μετάλλου, βρωμιούχο νάτριο, που χρησιμοποιείται ως φάρμακο για νευρώσεις, αϋπνία, υστερία και άλλες διαταραχές του νευρικού συστήματος.

Με άλλες απλές ουσίες

Είναι επίσης πιθανές αντιδράσεις νατρίου με φώσφορο, θείο (θείο) και άνθρακα (άνθρακας). Αυτό το είδος χημικής αλληλεπίδρασης μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο εάν δημιουργηθούν ειδικές συνθήκες με τη μορφή υψηλής θερμοκρασίας. Έτσι, εμφανίζεται μια αντίδραση προσθήκης. Με τη βοήθειά του, μπορείτε να αποκτήσετε ουσίες όπως φωσφίδιο νατρίου, θειούχο νάτριο, καρβίδιο του νατρίου.

Ένα παράδειγμα είναι η προσθήκη ατόμων ενός δεδομένου μετάλλου σε άτομα φωσφόρου. Εάν πάρετε τρία mole από το εν λόγω μέταλλο και ένα mole από το δεύτερο συστατικό, στη συνέχεια τα θερμαίνετε, θα λάβετε ένα mole φωσφίδιο νατρίου. Αυτή η αντίδραση μπορεί να γραφτεί με τη μορφή της ακόλουθης εξίσωσης: 3Na + P = Na 3 P. Επιπλέον, το νάτριο μπορεί να αντιδράσει με άζωτο καθώς και με υδρογόνο. Στην πρώτη περίπτωση, σχηματίζεται ένα νιτρίδιο αυτού του μετάλλου, στη δεύτερη - ένα υδρίδιο. Τα παραδείγματα περιλαμβάνουν τις ακόλουθες εξισώσεις χημικών αντιδράσεων: 6Na + N2 = 2Na 3 N; 2Na + H2 = 2NaH. Η πρώτη αλληλεπίδραση απαιτεί ηλεκτρική εκκένωση, η δεύτερη απαιτεί υψηλή θερμοκρασία.

Αντιδράσεις με οξέα

Τα χαρακτηριστικά του νατρίου δεν τελειώνουν με απλά. Αυτό το μέταλλο επίσης αντιδρά με όλα τα οξέα. Ως αποτέλεσμα τέτοιων χημικών αλληλεπιδράσεων, σχηματίζεται επίσης υδρογόνο. Για παράδειγμα, όταν το εν λόγω μέταλλο αντιδρά με υδροχλωρικό οξύ, σχηματίζεται αλάτι κουζίνας και υδρογόνο, το οποίο εξατμίζεται. Αυτή η αντίδραση μπορεί να εκφραστεί χρησιμοποιώντας την εξίσωση αντίδρασης: Na + HCl = NaCl + H 2. Αυτό το είδος χημικής αλληλεπίδρασης ονομάζεται αντίδραση υποκατάστασης. Χρησιμοποιώντας το, μπορείτε επίσης να αποκτήσετε άλατα όπως φωσφορικά, νιτρικά, νιτρώδη, θειικά, θειώδη και ανθρακικό νάτριο.

Αλληλεπίδραση με άλατα

Το νάτριο αντιδρά με άλατα όλων των μετάλλων εκτός από το κάλιο και το ασβέστιο (είναι πιο χημικά ενεργά από το εν λόγω στοιχείο). Σε αυτή την περίπτωση, όπως και στην προηγούμενη, εμφανίζεται μια αντίδραση υποκατάστασης. Τα άτομα του εν λόγω μετάλλου αντικαθιστούν τα άτομα ενός χημικά ασθενέστερου μετάλλου. Έτσι, αναμειγνύοντας δύο mole νατρίου και ένα mole νιτρικού μαγνησίου, παίρνουμε δύο mole, καθώς και καθαρό μαγνήσιο - ένα mole. Η εξίσωση αυτής της αντίδρασης μπορεί να γραφτεί ως εξής: 2Na + Mg(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + Mg. Χρησιμοποιώντας την ίδια αρχή, μπορούν να ληφθούν πολλά άλλα άλατα νατρίου. Αυτή η μέθοδος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη μετάλλων από τα άλατά τους.

Τι θα συμβεί αν προσθέσετε νερό στο νάτριο;

Αυτή είναι ίσως μια από τις πιο κοινές ουσίες στον πλανήτη. Και το εν λόγω μέταλλο είναι επίσης ικανό να εισέλθει σε χημική αλληλεπίδραση με αυτό. Στην περίπτωση αυτή, σχηματίζεται καυστικό νάτριο ή υδροξείδιο του νατρίου, που ήδη συζητήθηκε παραπάνω.

Για να πραγματοποιήσετε μια τέτοια αντίδραση, θα χρειαστεί να πάρετε δύο γραμμομόρια νατρίου, να προσθέσετε νερό σε αυτό, επίσης σε ποσότητα δύο γραμμομορίων, και ως αποτέλεσμα παίρνουμε δύο γραμμομόρια υδροξειδίου και ένα γραμμομόριο υδρογόνου, το οποίο απελευθερώνεται σε τη μορφή αερίου με πικάντικη οσμή.

Το νάτριο και οι επιδράσεις του στους οργανισμούς

Έχοντας εξετάσει αυτό το μέταλλο από χημική άποψη, ας προχωρήσουμε στα βιολογικά χαρακτηριστικά του νατρίου. Είναι ένα από τα σημαντικά μικροστοιχεία. Πρώτα απ 'όλα, είναι ένα από τα συστατικά του ζωικού κυττάρου. Εδώ εκτελεί σημαντικές λειτουργίες: μαζί με το κάλιο, υποστηρίζει, συμμετέχει στο σχηματισμό και τη διάδοση των νευρικών ερεθισμάτων μεταξύ των κυττάρων και είναι απαραίτητο χημικό στοιχείο για ωσμωτικές διεργασίες (που είναι απαραίτητο, για παράδειγμα, για τη λειτουργία των νεφρικών κυττάρων). Επιπλέον, το νάτριο είναι υπεύθυνο για την ισορροπία νερού-αλατιού του κυττάρου. Επίσης, χωρίς αυτό το χημικό στοιχείο, η μεταφορά της γλυκόζης μέσω του αίματος, που είναι τόσο απαραίτητη για τη λειτουργία του εγκεφάλου, είναι αδύνατη. Αυτό το μέταλλο συμμετέχει επίσης στη διαδικασία της συστολής των μυών.

Αυτό το μικροστοιχείο χρειάζεται όχι μόνο από τα ζώα - το νάτριο στο σώμα των φυτών εκτελεί επίσης σημαντικές λειτουργίες: συμμετέχει στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, βοηθά στη μεταφορά υδατανθράκων και είναι επίσης απαραίτητο για τη διέλευση οργανικών και ανόργανων ουσιών μέσω των μεμβρανών.

Περίσσεια και ανεπάρκεια νατρίου

Η υπερβολική κατανάλωση αλατιού για μεγάλο χρονικό διάστημα μπορεί να οδηγήσει σε αυξημένα επίπεδα αυτού του χημικού στοιχείου στον οργανισμό. Τα συμπτώματα περίσσειας νατρίου μπορεί να περιλαμβάνουν αυξημένη θερμοκρασία σώματος, οίδημα, αυξημένη νευρική διεγερσιμότητα και μειωμένη νεφρική λειτουργία. Εάν εμφανιστούν τέτοια συμπτώματα, πρέπει να αφαιρέσετε το επιτραπέζιο αλάτι και τα τρόφιμα που περιέχουν πολύ αυτό το μέταλλο από τη διατροφή σας (η λίστα θα δοθεί παρακάτω) και στη συνέχεια να συμβουλευτείτε αμέσως έναν γιατρό. Η μειωμένη περιεκτικότητα σε νάτριο στο σώμα οδηγεί επίσης σε δυσάρεστα συμπτώματα και δυσλειτουργία οργάνων. Αυτό το χημικό στοιχείο μπορεί να ξεπλυθεί όταν παίρνετε διουρητικά για μεγάλο χρονικό διάστημα ή όταν πίνετε μόνο καθαρό (απεσταγμένο) νερό, με αυξημένη εφίδρωση και αφυδάτωση του σώματος. Τα συμπτώματα της ανεπάρκειας νατρίου είναι δίψα, ξηροδερμία και βλεννογόνοι, έμετος και ναυτία, κακή όρεξη, μειωμένη συνείδηση ​​και απάθεια, ταχυκαρδία και διακοπή της σωστής νεφρικής λειτουργίας.

Τρόφιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε νάτριο

Προκειμένου να αποφευχθεί πολύ υψηλή ή πολύ χαμηλή περιεκτικότηταστο σώμα του εν λόγω χημικού στοιχείου, πρέπει να γνωρίζετε ποια τροφή έχει περισσότερο από αυτό. Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι το αλάτι κουζίνας που αναφέρθηκε ήδη παραπάνω. Αποτελείται από σαράντα τοις εκατό νάτριο. Μπορεί να είναι και θαλασσινό αλάτι. Επιπλέον, αυτό το μέταλλο βρίσκεται στη σόγια και στη σάλτσα σόγιας. Ενας μεγάλος αριθμός απόνάτριο παρατηρείται στα θαλασσινά. Αυτά είναι φύκια, τα περισσότερα είδη ψαριών, γαρίδες, χταπόδι, κρέας καβουριών, χαβιάρι, καραβίδες κ.λπ. Η περιεκτικότητα σε νάτριο σε αυτά οφείλεται στο γεγονός ότι αυτοί οι οργανισμοί ζουν σε αλμυρό περιβάλλον με υψηλή συγκέντρωση αλάτων διαφόρων μετάλλων σημαντικό για τη φυσιολογική λειτουργία του οργανισμού.

Χρήση αυτού του μετάλλου και ορισμένων από τις ενώσεις του

Η χρήση του νατρίου στη βιομηχανία είναι πολύ ευέλικτη. Πρώτα απ 'όλα, αυτή η ουσία χρησιμοποιείται στη χημική βιομηχανία. Εδώ είναι απαραίτητο να ληφθούν ουσίες όπως το υδροξείδιο του εν λόγω μετάλλου, το φθόριο, τα θειικά και τα νιτρικά του. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ως ισχυρός αναγωγικός παράγοντας για την απομόνωση καθαρών μετάλλων από τα άλατά τους. Υπάρχει ένα ειδικό τεχνικό νάτριο που προορίζεται για χρήση για τέτοιους σκοπούς. Οι ιδιότητές του καταγράφονται στο GOST 3273-75. Λόγω των ισχυρών αναγωγικών ιδιοτήτων που αναφέρθηκαν παραπάνω, το νάτριο χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργία.

Αυτό το χημικό στοιχείο βρίσκει επίσης τη χρήση του στη φαρμακοβιομηχανία, όπου χρειάζεται συχνότερα για να ληφθεί το βρωμιούχο του, το οποίο είναι ένα από τα κύρια συστατικά πολλών ηρεμιστικών και αντικαταθλιπτικών. Επιπλέον, το νάτριο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή λαμπτήρων εκκένωσης αερίου - αυτές θα είναι πηγές λαμπερού κίτρινου φωτός. Μια χημική ένωση όπως το χλωρικό νάτριο (NaClO 3) καταστρέφει τα νεαρά φυτά, επομένως χρησιμοποιείται για την απομάκρυνσή τους από τις σιδηροδρομικές γραμμές για την πρόληψη της υπερανάπτυξης. Το κυανιούχο νάτριο χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία εξόρυξης χρυσού. Με τη βοήθειά του, αυτό το μέταλλο λαμβάνεται από βράχους.

Πώς παίρνετε νάτριο;

Η πιο συνηθισμένη μέθοδος είναι η αντίδραση του ανθρακικού άλατος του εν λόγω μετάλλου με άνθρακα. Για να γίνει αυτό, είναι απαραίτητο να θερμάνετε τις δύο καθορισμένες ουσίες σε θερμοκρασία περίπου χιλίων βαθμών Κελσίου. Ως αποτέλεσμα, σχηματίζονται δύο χημικές ενώσεις: νάτριο και αναθυμιάσεις. Όταν ένα mole ανθρακικού νατρίου αντιδρά με δύο mole άνθρακα, λαμβάνονται δύο mole από το επιθυμητό μέταλλο και τρία mole μονοξειδίου του άνθρακα. Η εξίσωση για την παραπάνω αντίδραση μπορεί να γραφτεί ως εξής: NaCO 3 + 2C = 2Na + 3CO. Με παρόμοιο τρόπο, αυτό το χημικό στοιχείο μπορεί να ληφθεί από τις άλλες ενώσεις του.

Ποιοτικές αντιδράσεις

Η παρουσία νατρίου+, όπως κάθε άλλο κατιόν ή ανιόν, μπορεί να προσδιοριστεί με ειδικούς χημικούς χειρισμούς. Μια ποιοτική αντίδραση στο ιόν νατρίου είναι η καύση - εάν υπάρχει, η φλόγα θα χρωματιστεί κίτρινο.

Πού μπορεί να βρεθεί το εν λόγω χημικό στοιχείο στη φύση;

Πρώτον, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι ένα από τα συστατικά τόσο των ζωικών όσο και των φυτικών κυττάρων. Επίσης, η υψηλή συγκέντρωσή του παρατηρείται στο θαλασσινό νερό. Επιπλέον, το νάτριο είναι μέρος ορισμένων μετάλλων. Αυτό, για παράδειγμα, είναι ο συλβινίτης, ο τύπος του είναι NaCl. KCl, καθώς και ο καρναλλίτης, ο τύπος του οποίου είναι KCl.MgCl 2 .6H 2 O. Το πρώτο από αυτά έχει μια ετερογενή δομή με εναλλασσόμενα πολύχρωμα μέρη το χρώμα του μπορεί να περιλαμβάνει πορτοκαλί, ροζ, μπλε και κόκκινο. Αυτό το ορυκτό είναι πλήρως διαλυτό στο νερό. Ο καρναλλίτης, ανάλογα με τον τόπο σχηματισμού και τις ακαθαρσίες, μπορεί να έχει και διαφορετικά χρώματα. Μπορεί να είναι κόκκινο, κίτρινο, λευκό, γαλάζιο και επίσης διαφανές. Έχει μια αμυδρή γυαλάδα και οι ακτίνες του φωτός διαθλώνται έντονα σε αυτό. Αυτά τα δύο ορυκτά χρησιμεύουν ως πρώτες ύλες για την παραγωγή μετάλλων που αποτελούν μέρος της σύνθεσής τους: νάτριο, κάλιο, μαγνήσιο.

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το μέταλλο που εξετάσαμε σε αυτό το άρθρο είναι ένα από τα πιο κοινά στη φύση, καθώς αποτελεί δυόμισι τοις εκατό στον φλοιό της γης.

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 ήταν γνωστές από την αρχαιότητα. Το χλωριούχο νάτριο είναι απαραίτητο συστατικό της ανθρώπινης τροφής. Πιστεύεται ότι οι άνθρωποι άρχισαν να το χρησιμοποιούν στη Νεολιθική, δηλ. πριν από περίπου 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 δράση 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 λιωμένο 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 από χάλυβα και ανυψώνονται από έναν ψυχρό σωλήνα στον οποίο το ασβέστιο στερεοποιείται και πέφτει πίσω 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 άλας. 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 διαδικασίαέγινε 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. Η ηλεκτρόλυση ενός διαλύματος χλωριούχου νατρίου παράγει υδροξείδιο του νατρίου και απελευθερώνει 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 για τα τρόφιμα. 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 υψηλότερη τιμή. 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.

Διττανθρακικό νάτριο NaHCO 3 ( μαγειρική σόδα), χρησιμοποιείται κυρίως ως πηγή διοξειδίου του άνθρακα στο ψήσιμο ψωμιού, στην παρασκευή ζαχαροπλαστικής, στην παραγωγή ανθρακούχων ποτών και τεχνητών μεταλλικών νερών, ως συστατικό πυροσβεστικών συνθέσεων 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