Химические свойства натрия: все, что нужно знать об этом металле

Натрий - один из наиболее распространенных химических элементов на Земле. Хотя в чистом виде этот металл встречается редко, его соединения играют важнейшую роль в природе и технологиях. Давайте разберемся, откуда берется натрий, какие у него удивительные свойства и зачем он нужен человеку.

Происхождение натрия

Натрий широко распространен в земной коре и морской воде. По распространенности среди элементов он занимает 6-е место. Содержание натрия в земной коре составляет примерно 25 г/т, а в морской воде - около 10,5 г/л.

В природе натрий встречается в виде соединений, главным образом в форме солей. Наиболее распространенные минералы натрия:

• Галит (хлорид натрия) - поваренная соль
• Натрон (карбонат натрия)
• Трона (карбонат гидроксинатрия)
• Криолит (фторид натрия и алюминия)

Крупнейшие месторождения солей натрия находятся в США, Канаде, Германии, России. Добывают натрий главным образом из соленых озер, а также из подземных залежей каменной соли.

Физические свойства натрия

В чистом виде натрий представляет собой мягкий серебристо-белый металл. При комнатной температуре он имеет структуру кубической сингонии. Плотность натрия составляет 0,97 г/см3, это меньше, чем у воды.

Температура плавления натрия сравнительно низкая - 97,8°С. Температура кипения - 883°С. Это объясняет высокую химическую активность натрия.

Натрий обладает высокой теплопроводностью и электропроводностью, уступая по этим свойствам только серебру и меди. Именно поэтому иногда натрий применяют в электрических проводах для передачи больших токов.

Химические свойства натрия

Как типичный щелочной металл, натрий проявляет высокую химическую активность. Он легко вступает в реакции с большинством неметаллов и сложных веществ.

Взаимодействие с кислородом и галогенами

На воздухе натрий быстро окисляется, покрываясь слоем оксида Na2O и пероксида Na2O2. При нагревании он активно горит в кислороде и на воздухе ярким пламенем.

С галогенами натрий образует соли - хлорид (NaCl), бромид (NaBr) и иодид (NaI) натрия:

2Na + Cl2 = 2NaCl

Реакции с серой, фосфором и азотом

При взаимодействии с серой и фосфором натрий дает сульфид и фосфид:

2Na + S = Na2S 
3Na+P = Na3P

С азотом взаимодействует при нагревании, образуя нитрид натрия:

6Na + N2 = 2Na3N

Восстановительные свойства

Как сильный восстановитель, натрий отдает свой единственный электрон и легко восстанавливает многие вещества. Например, при взаимодействии с оксидом меди(II) образуется металлическая медь:

2Na + CuO = Cu + Na2O

Реакция с водой и кислотами

Одно из ярких свойств натрия - бурное взаимодействие с водой. При контакте с водой натрий воспламеняется и движется по поверхности, выделяя водород:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

С кислотами натрий также реагирует очень активно, образуя соли, водород и тепло:

2Na + 2HCl = 2NaCl + H2

Таковы основные химические свойства одного из самых удивительных и полезных для человека металлов - натрия. В следующих частях статьи мы подробно рассмотрим, как получают натрий, где он применяется и как влияет на живые организмы.

Получение металлического натрия

В промышленности металлический натрий получают, как правило, электролизом расплавленных солей. Наиболее распространен способ электролиза расплава хлорида натрия при температуре около 600°C:

2NaCl = 2Na + Cl2 

При этом на катоде выделяется натрий, а на аноде - хлор.

Еще один распространенный способ получения натрия - электролиз расплава гидроксида натрия при температуре 250-300°C:

2NaOH = 2Na + H2O + O2

В прошлом натрий также получали восстановлением карбоната натрия углем при температуре около 1000°С. Этот процесс можно представить уравнением:

Na2CO3 + 2C = 2Na + 3CO

Применение металлического натрия

Благодаря высокой химической активности, металлический натрий нашел широкое применение в промышленности и науке:

1. В металлургии натрий используют для восстановления и рафинирования некоторых металлов из их оксидов. Например, для получения титана, циркония, тантала.
2. В химической промышленности натрий служит сильным восстановителем и компонентом для синтеза различных органических и неорганических веществ.

Соединения натрия и их применение

Химические свойства натрия во многом определяют свойства его соединений, которые также нашли широкое применение.

Гидроксид натрия (едкий натр) используется в производстве мыла, бумаги, искусственного волокна. Хлорид натрия (поваренная соль) - основная приправа пищи и консервант.

Натрий в живых организмах

Натрий играет важную роль в жизнедеятельности растений, животных и человека. Он поддерживает осмотическое давление, водно-солевой баланс, проводимость нервных импульсов.

Для взрослого человека суточная потребность в натрии составляет 1,5-2,4 г. Избыток или недостаток натрия нарушает обмен веществ и работу органов.

Техника безопасности при работе с натрием

Несмотря на широкое применение, металлический натрий требует осторожного обращения. Он легко воспламеняется на воздухе и при контакте с водой.

При работе в лаборатории натрий хранят в закрытых сосудах под слоем инертной жидкости. Все опыты проводят под вытяжкой и в защитных очках. Таковы основные аспекты, которые следует знать о химических свойствах и применении этого удивительного металла - натрия.

Биологическая роль натрия

Натрий играет важнейшую роль в жизнедеятельности живых организмов. У животных и человека он регулирует водно-солевой баланс, осмотическое давление крови и тканевых жидкостей.

В организме натрий находится главным образом во внеклеточной жидкости. Концентрация натрия внутри клеток значительно ниже. Этот градиент поддерживается специальным Na+/K+-насосом в клеточных мембранах.

Натрий обеспечивает проведение нервных импульсов и сокращение мышц. Он участвует в регуляции кислотно-щелочного равновесия организма.

Натрий в пище

Основным источником натрия в пище является поваренная соль (NaCl). Содержание натрия в соли составляет примерно 40%.

Много натрия содержится в консервированных продуктах, копченостях, колбасах, сырах, чипсах и других снековых изделиях.

Суточная потребность здорового взрослого человека в натрии составляет 1,2-1,5 г. Превышение этой нормы может привести к задержке жидкости и повышению артериального давления.

Применение соединений натрия

Соединения натрия используются во многих отраслях промышленности и в быту:

1. Хлорид натрия (поваренная соль) - основная приправа к пище, а также консервант и сырье для химической промышленности.
2. Гидроксид натрия (едкий натр) применяется в производстве мыла, бумаги, искусственного волокна. Карбонат натрия используется как стиральный порошок.

Меры безопасности при работе с натрием

Натрий - пожаро- и взрывоопасное вещество. При работе с ним необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:

• Хранить в герметичных сосудах под слоем инертной жидкости
• Избегать контакта с воздухом и влагой
• Работать в вытяжном шкафу в защитных очках
• Утилизировать остатки, нейтрализуя их раствором кислоты

Соблюдение правил безопасности позволит избежать вреда при работе с этим уникальным и полезным металлом.