Nátrium

Nátrium
←  Neon | Magnézium  →
tizenegy Li ↑ Na ↓ K 11 Na
Egy egyszerű anyag megjelenése
Frissen vágott nátrium
Az atom tulajdonságai
Név, szimbólum, szám	Nátrium/nátrium (Na), 11
Csoport , időszak , blokk	1 (elavult 1), 3, s-elem
Atomtömeg ( moláris tömeg )	22,98976928 ± 2,0E-8 amu [1] [2]  a. e.m.  ( g / mol )
Elektronikus konfiguráció	[Ne] 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Atom sugara	190 óra
Kémiai tulajdonságok
kovalens sugár	154  óra
Ion sugara	97 (+1e)  pm
Elektronegativitás	0,93 (Pauling skála)
Elektróda potenciál	-2,71V
Oxidációs állapotok	−1 [3] , 0, +1
Ionizációs energia (első elektron)	495,6 (5,14)  kJ / mol  ( eV )
Egy egyszerű anyag termodinamikai tulajdonságai
Sűrűség ( n.a. )	0,971 g/cm³
Olvadási hőmérséklet	370,96 K; 97,81 °C
Forráshőmérséklet	1156,1 K; 882,95 °C
Oud. fúzió hője	2,64 kJ/mol
Oud. párolgási hő	97,9 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	28,23 [4]  J/(K mol)
Moláris térfogat	23,7  cm³ / mol
Egy egyszerű anyag kristályrácsa
Rácsszerkezet	Kockatest középen
Rács paraméterei	4,2820  Å
Debye hőmérséklet	150 ezer  _
Egyéb jellemzők
Hővezető	(300 K) 142,0 W/(m K)
CAS szám	7440-23-5
Emissziós spektrum

Nátrium ( vegyjele  - Na , lat.  Na trium ) - az 1. csoport kémiai eleme (az elavult besorolás szerint  - az első csoport fő alcsoportja, az IA), a kémiai elemek periodikus rendszerének harmadik periódusa . D. I. Mengyelejev . Az atomszám  11.

Egyszerű anyag formájában a nátrium nagyon könnyű (0,971 g/cm 3 ), lágy, reakcióképes [5] ezüstfehér alkálifém . Külső energiaszinten a nátriumnak egy elektronja van, amelyet könnyen átad, pozitív töltésű Na + kationná alakulva .

A nátrium egyetlen stabil természetes izotópja a 23 Na.

A természetben szabad formában nem fordul elő, hanem különféle vegyületekből nyerhető. A nátrium a hatodik legnagyobb mennyiségben előforduló elem a földkéregben : számos ásványban megtalálható , köztük a földpátban , a szodalitban és a „kősóban” ( halit , nátrium-klorid ).

A név története és eredete

A nátriumvegyületeket ősidők óta ismerték és használták. A Biblia ógörög fordításában  - a Septuagintában  - a νίτρον [6] szó (a latin fordításban - a Vulgata - a nitroet  szónak felel meg ) olyan anyag neveként szerepel, mint a szóda vagy a hamuzsír , amely olajjal keverve, mosószerként szolgált [7] ( Jer.  2:22 ). A Tanakhban a νίτρον szó a héb . ברית ‏‎ - "szappan" és נתר  - "lúg" (szappanfolyadék) [8] . A szóda (nátron) a természetben az egyiptomi szódatavak vizében fordul elő . Az ókori egyiptomiak a természetes szódát balzsamozásra, vászonfehérítésre, ételek főzésére, festékek és mázak készítésére használták . Idősebb Plinius azt írja, hogy a Nílus-deltában a szódát (megfelelő arányban tartalmazott szennyeződéseket) izolálták a folyóvízből. Nagy darabok formájában került forgalomba, a szénkeverék miatt színezett szürke vagy akár fekete [9] .

A "nátrium" elnevezés a latin nátrium szóból származik (vö. másik görög νίτρον ), amelyet a közép-egyiptomi nyelvből ( nṯr ) vettek át, ahol többek között azt jelentette: "szóda", "nátronlúg" [10] .

A "Na" rövidítést és a nátrium szót először Jöns Jakob Berzelius akadémikus, a Svéd Orvosok Társaságának alapítója használta a természetes ásványi sók, köztük a szóda jelölésére [11] . Korábban (és még ma is angolul, franciául és számos más nyelven) az elemet nátriumnak ( lat.  sodium ) hívták - ez a nátrium név talán az arab sudame szóra nyúlik vissza, ami "fejfájást" jelent, mivel akkoriban a szódát használták. fejfájás elleni gyógyszerként [12] .

A fémet először Humphry Davy angol kémikus szerezte meg nátrium-hidroxid olvadék elektrolízisével . Davy erről 1807. november 19-én számolt be a Baker -előadásban [13] (az előadás kéziratában Davy jelezte, hogy a káliumot 1807. október 6-án, a nátriumot pedig néhány nappal a kálium után fedezte fel [14] ).

A természetben lenni

A földkéregben a nátrium klarkéja 25 kg/t. A tengervíz tartalma vegyületek formájában 10,5 g/l [15] . A nátrium-fématomok szennyeződésként jutnak be, ami a kősót kékre színezi. A só sugárzás hatására nyeri el ezt a színt.

Fizikai tulajdonságok

A nátrium ezüstfehér fém, vékony rétegben lila árnyalatú, műanyag, még puha (késsel könnyen vágható), frissen vágott nátrium csillog.

A nátrium elektromos és hővezető képessége meglehetősen magas, sűrűsége 0,96842 g/cm³ ( 19,7 °C -on ), olvadáspontja 97,86 °C , forráspontja 883,15 ° C.

Szobahőmérsékleten a nátrium köbös kristályokat képez , I. tércsoport m 3 m ,  cellaparaméterek a = 0,42820 nm , Z = 2 .

-268 °C (5 K) hőmérsékleten a nátrium átjut a hatszögletű fázisba , a P 6 3 / mmc tércsoportba , a cella paraméterei a = 0,3767 nm , c = 0,6154 nm , Z = 2 .

Kémiai tulajdonságok

Alkáli fém, amely levegőben könnyen nátrium-oxiddá oxidálódik . A légköri oxigén elleni védelem érdekében a fémes nátriumot kerozin vagy ásványolaj réteg alatt tárolják.

Levegőben vagy oxigénben elégetve nátrium-peroxid képződik :

Ezen kívül van nátrium-ózonid .

A nátrium nagyon hevesen reagál a vízzel, a vízbe helyezett nátriumdarab lebeg, a felszabaduló hő hatására megolvad, fehér golyóvá alakul, amely gyorsan különböző irányokba mozog a víz felszínén [16] , a reakció az evolúcióval halad tovább hidrogént , ami meggyulladhat. Reakció egyenlet:

Mint minden alkálifém, a nátrium is erős redukálószer, és erőteljes kölcsönhatásba lép számos nemfémmel (kivéve a nitrogént , a jódot , a szenet és a nemesgázokat):

A nátrium aktívabb, mint a lítium . Izzó kisülésben rendkívül gyengén reagál nitrogénnel , nagyon instabil anyagot képezve - nátrium-nitridet (szemben a könnyen keletkező lítium-nitriddel):

Híg savakkal reagál, mint egy normál fém:

Tömény oxidáló savakkal redukciós termékek szabadulnak fel:

Folyékony ammóniában oldódik , kék oldatot képezve:

Hő hatására kölcsönhatásba lép a gáznemű ammóniával:

A higannyal nátrium-amalgám képződik, amelyet enyhébb redukálószerként használnak a tiszta fém helyett. Káliummal összeolvasztva folyékony ötvözetet ad.

A fémfeleslegben lévő alkil-halogenidek szerves nátrium-vegyületeket képezhetnek – rendkívül aktív vegyületeket, amelyek általában levegőben spontán meggyulladnak, és vízzel felrobbannak. Fémhiány esetén a Wurtz-reakció lép fel .

Reagál alkoholokkal, fenolokkal, karbonsavakkal, sókat képezve.

Szerves oldószerek jelenlétében koronaéterekben oldódik, elektridet vagy lúgot adva (utóbbiban a nátrium szokatlan oxidációs állapota -1 [3] ).

Getting

A nátrium előállításának első ipari módszere a nátrium-karbonát szénnel való redukálása volt , ezen anyagok szoros keverékének vastartályban 1000 °C-ra melegítésével ( Deville -módszer ) [17] :

A szén helyett kalcium-karbid , alumínium , szilícium , ferroszilícium , alumíniumszilícium [18] [19] használható .

Az elektromos energiaipar megjelenésével a nátrium előállításának egy másik módja praktikusabbá vált - a nátronlúg vagy nátrium-klorid olvadék elektrolízise :

Jelenleg az elektrolízis a fő módszer a nátrium előállítására.

A nátriumot cirkónium termikus módszerrel vagy nátrium-azid hőbontásával is előállíthatjuk .

Alkalmazás

A fémnátriumot széles körben használják erős redukálószerként a preparatív kémiában és az iparban, beleértve a kohászatot is. Szerves oldószerek, például éter szárítására szolgál . A nátriumot nagy energiaigényű nátrium-kén akkumulátorok gyártásához használják . A teherautó-motorok kipufogószelepeiben folyékony hűtőbordaként is használják. Alkalmanként fémes nátriumot használnak nagyon nagy áramerősségre tervezett elektromos vezetékek anyagaként.

Káliummal, valamint rubídiummal és céziummal készült ötvözetben rendkívül hatékony hűtőfolyadékként használják. Különösen a nátrium 12%, kálium 47%, cézium 41% összetételű ötvözetének rekordalacsony olvadáspontja –78 °C , és ionrakéta hajtóművek munkafolyadékaként és atomerőművek hűtőfolyadékaként javasolták.

A nátriumot folyékony fém hűtőközegként is használják egyes gyorsneutronos atomreaktorokban . Jelenleg két nátriummal működő energiareaktor működik – a BN-600 és a BN-800 . Emellett a BOR-60 kutatóreaktor is üzemel . Egy többcélú kutatóreaktor építése folyamatban van .

A nátriumot nagynyomású és kisnyomású kisülőlámpákban (HLD és HLD) is használják. Az NLVD típusú DNaT (Arc Sodium Tubular) lámpákat nagyon széles körben használják közvilágításban. Élénk sárga fényt bocsátanak ki. A HPS lámpák élettartama 12-24 ezer óra. Ezért a DNaT típusú gázkisüléses lámpák nélkülözhetetlenek a városi, építészeti és ipari világításhoz. Vannak még DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) és DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury) lámpák.

A fémnátriumot szerves anyagok minőségi elemzésére használják. A nátrium és a vizsgált anyag ötvözetét etanollal semlegesítjük , néhány milliliter desztillált vizet adunk hozzá, és 3 részre osztjuk, J. Lassen (1843) tesztje a nitrogén-, kén- és halogének meghatározására irányul ( Beilstein-teszt ). .

A nátriumvegyületek felhasználása az iparban

A nátriumvegyületeket aktívan használják az iparban:

• A nátrium-klorid (NaCl) ( konyhasó ) a legrégebben használt ízesítő és tartósítószer.

• A nátrium-azidot (NaN 3 ) nitridálószerként használják a kohászatban és az ólom-azid gyártásában .

• A nátrium-cianidot (NaCN) használják az arany kőzetekből történő kioldódásának hidrometallurgiai módszerében , valamint acélok nitrokarburizálásában és galvanizálásában (ezüst, aranyozás).

• A nátrium-klorátot (NaClO 3 ) a nem kívánt növényzet elpusztítására használják a vasúti síneken.

• A nátrium-bromidot (NaBr) széles körben használják az orvostudományban (nyugtatóként és görcsoldóként) [20] .

A nátrium izotópjai

2012-től 20 18-37 tömegszámú izotóp és 2 nátriumizomer ismert. Az egyetlen stabil izotóp a 23 Na. A legtöbb izotóp felezési ideje egy percnél rövidebb, csak egy radioaktív izotóp, a 22 Na felezési ideje hosszabb egy évnél. A 22 Na pozitronbomláson megy keresztül , felezési ideje 2,6027 év , és pozitronforrásként és tudományos kutatásokban használják. A 24 Na-t, amelynek felezési ideje 15 óra a β - bomlási csatornában, a gyógyászatban a leukémia bizonyos formáinak diagnosztizálására és kezelésére használják .

Biológiai szerep

A nátrium a makroelemek közé tartozik [21] , és minden élő szervezet része. A magasabb rendű szervezetekben a nátrium leginkább a sejtek intercelluláris folyadékában található (körülbelül 15-ször több, mint a sejt citoplazmájában ). A koncentrációkülönbséget a sejtmembránokba épített nátrium-kálium pumpa támasztja alá , amely a citoplazmából a nátriumionokat a sejtközi folyadékba pumpálja.

A nátrium a káliummal együtt a következő funkciókat látja el:

• Feltételek megteremtése a membránpotenciál és az izomösszehúzódások előfordulásához.
• A vér ozmotikus koncentrációjának fenntartása.
• A sav-bázis egyensúly fenntartása .
• A vízháztartás normalizálása.
• A membrántranszport biztosítása.
• Számos enzim aktiválása .

Felnőttek esetében az American Heart Association szerint a minimálisan szükséges adag kevesebb, mint 500 milligramm, az ajánlott adag legfeljebb napi 1500 milligramm (kivéve bizonyos betegségekben és szakmákban szenvedő betegeket, akik fokozott nátriummennyiséget igényelnek). Asztali só formájában 3/4 teáskanál 1725 milligramm nátriumot tartalmaz [22] . Mások szerint az egészséges felnőtteknek 2300 milligrammra, a magas vérnyomásban és számos más betegségben szenvedőknek pedig 1500 milligrammra kell korlátozniuk a nátriumbevitelt.

A nátrium szinte minden élelmiszerben megtalálható változó mennyiségben, bár a szervezet a legtöbbet konyhasóból kapja , beleértve a konzerveket, félkész termékeket, szószokat, kolbászokat stb . nátrium , szódabikarbóna (nátrium-hidrogén-karbonát), nátrium-nitrit , nátrium-szacharinát és nátrium-benzoát [23] . A felszívódás főként a gyomorban és a vékonybélben történik . A D- vitamin javítja a nátrium felszívódását, de a túlzottan sós ételek és a fehérjékben gazdag ételek akadályozzák a normál felszívódást. Az étellel bevitt nátrium mennyisége a vizeletben lévő nátrium mennyiségét jelzi . A nátriumban gazdag ételeket felgyorsult kiválasztódás jellemzi .

Nátriumhiány a kiegyensúlyozott étrendet folytató embernél nem fordul elő, azonban böjt közben bizonyos problémák merülhetnek fel. Az átmeneti hiányt diuretikumok használata , hasmenés , túlzott izzadás vagy túlzott vízfogyasztás okozhatja .

A nátriumhiány tünetei a fogyás, hányás , gázképződés a gyomor-bél traktusban , valamint az aminosavak és monoszacharidok felszívódásának csökkenése . A tartós hiány izomgörcsöket és neuralgiát okoz .

A túl sok nátrium a lábak és az arc duzzanatát , a kálium vizelettel történő fokozott kiválasztását , magas vérnyomást és néhány embernél folyadék felhalmozódást okoz [23] . A vesék által feldolgozható só maximális mennyisége hozzávetőlegesen 20-30 gramm, ennél nagyobb mennyiség már életveszélyes.

Óvintézkedések

négy 3 2W

NFPA 704 nátrium-fémhez

A tiszta fémes nátrium gyúlékony. Levegőben hajlamos spontán meggyulladni. A vízzel és nedves felületekkel való érintkezés különösen veszélyes, mivel a nátrium nagyon aktívan reagál a vízzel, gyakran robbanással, maró lúgot ( NaOH ) képezve. A laboratóriumokban kis mennyiségű (kb. 1 kg-ig) nátriumot tárolnak zárt üvegedényekben kerozin, benzin, benzin vagy vazelinolaj réteg alatt úgy, hogy a folyékony réteg az egész fémet befedje. Egy üveg nátriumot fém tűzálló szekrényben kell tárolni (széf). A nátriumot csipesszel vagy fogóval kell levágni (a nátrium műanyag és késsel könnyen vágható) száraz felületen (üvegpohárban); a szükséges mennyiséget és a maradékot kerozinréteg alatt azonnal visszatesszük az edénybe, és a levágott darabot vagy petróleumba helyezzük, vagy azonnal bevezetjük a reakcióba. Mielőtt elkezdené a nátriummal való munkát, munkavédelmi oktatást kell kapnia. A nátriummal dolgozó újonnan érkezőknek ezt az ilyen munkában tapasztalt személyzet felügyelete mellett kell elvégezniük. Laboratóriumi körülmények között általában több tíz grammot meg nem haladó nátriummennyiséget használnak a reakciókhoz. Demonstrációs kísérletekhez, például az iskolában a kémia órákon, legfeljebb egy gramm nátriumot szabad bevinni. A fémes nátriummal végzett munka után az összes edényt és a nátriummaradékot hígítatlan alkohollal öntjük, és a kapott oldatot gyenge savas oldattal semlegesítjük. Különös gondot kell fordítani arra, hogy az összes nátriummaradványt és vágást teljesen semlegesítsék, mielőtt kidobják őket, mivel a szemetesben lévő nátrium tüzet, a csatornacsatornában pedig robbanást és csőhibát okozhat. Minden nátriummal, valamint általában lúgokkal és alkálifémekkel végzett munkát szemüveggel vagy védőmaszkkal kell végezni. A nátriumot otthon tartani és kísérletezni vele nem javasolt.

A fémes nátrium meggyulladása, sőt felrobbanása vízzel és sok szerves vegyülettel érintkezve súlyos sérüléseket és égési sérüléseket okozhat . Ha puszta kézzel megkísérelnek felvenni egy fémes nátriumdarabot, az meggyulladhat (néha felrobbanhat) a bőr nedvessége miatt, és súlyos égési sérüléseket okozhat a nátrium és a keletkező lúg miatt. A nátrium elégetése oxidból, peroxidból és nátrium-hidroxidból álló aeroszolt hoz létre , amely maró hatású. A nátrium egyes reakciói nagyon hevesen mennek végbe (például kénnel , brómmal ).

Jegyzetek

1. ↑ Meija J. , Coplen T. B. , Berglund M., Brand W. A., Bièvre P. D., Gröning M., Holden N. E., Irrgeher J., Loss R. D., Walczyk T. et al. Az elemek atomsúlyai ​​2005 (IUPAC Technical Report)  (angol) // Pure and Applied Chemistry - IUPAC , 2016. - Vol. 88, Iss. 3. - ISSN 0033-4545 ; 1365-3075 ; 0074-3925 - doi:10.1515/PAC-2015-0305
2. ↑ Meija J. et al. Az elemek atomi tömegei 2013 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Kt. 88 , sz. 3 . - P. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
3. ↑ 1 2 Greenwood NN, Earnshaw A. Az elemek kémiája  . — 2. kiadás. - Butterworth-Heinemann , 1997. - ISBN 0-08-037941-9 .
4. ↑ Alikberova L. Yu. Nátrium // Kémiai Enciklopédia  : 5 kötetben / Ch. szerk. I. L. Knunyants . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Réz - Polimer. - S. 178-179. — 639 p. - 48.000 példány.  — ISBN 5-85270-039-8 .
5. ↑ Nátrium
6. ↑ Görög szótári formák szimfóniája
7. ↑ Dvoretsky ókori görög-orosz szótára (elérhetetlen link) . Letöltve: 2018. október 24. Az eredetiből archiválva : 2016. március 30. (határozatlan) 
8. ↑ Biblia szimfónia héber és görög szótárral
9. ↑ Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
10. ↑ Petrovsky N. S. Egyiptomi nyelv. Bevezetés a hieroglifákba, a szókincsbe és a közép-egyiptomi nyelv nyelvtanának vázlata. L., 1958. - S. 83.
11. ↑ Thomas Thomson, Annals of Philosophy
12. ↑ Newton D.E. Kémiai elemek. ISBN 0-7876-2847-6 .
13. ↑ Davy, H. The Bakerian Lecture, az elektromosság által előidézett kémiai változások néhány új jelenségéről, különös tekintettel a rögzített lúgok bomlására, és az alapjait képező új anyagok bemutatására; és a lúgos testek általános természetéről  (angol)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : Journal. - 1808. - Kt. 98 . - P. 1-44 .
14. ↑ Davy, John. Sir Humphry Davy összegyűjtött művei  (neopr.) . - London: Smith, Elder és Társaság , 1839. - T. I. - 109. o.
15. ↑ Riley JP, Skirrow G. Chemical Oceanography. Vol. 1, 1965.
16. ↑ A nátrium és a víz kölcsönhatása  – videós élmény a digitális oktatási források egyesített gyűjteményében
17. ↑ Mengyelejev D. A kémia alapjai, 7. kiadás, Szentpétervár, 1903. - S. 386.
18. ↑ Alabyshev A.F., Grachev K.D., Zaretsky S.A., Lantratov M.F. Nátrium és kálium (kinyerés, tulajdonságok, alkalmazás), L .: Állam. n.-t. Chem. Kiadó. lit., 1959, 255. o.
19. ↑ Morachevsky A. G., Shesterkin I. A., Busse-Machukas V. B. és mások. Nátrium. Tulajdonságok, gyártás, alkalmazás (A. G. Morachevsky szerkesztésében), St. Petersburg: Chemistry, 1992, 186. o. ISBN 5-7245-0760-9
20. ↑ Nátriumvegyületek alkalmazása az iparban
21. ↑ A nátrium biológiai szerepe
22. ↑ Mennyi nátriumot egyek naponta? (nem elérhető link) . Letöltve: 2016. július 20. Az eredetiből archiválva : 2016. szeptember 28.. (határozatlan) 
23. ↑ 1 2 Nátrium az étrendben

Irodalom

• Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.

Linkek

• Nátrium a Webelemeken
• Videók periódusos rendszere: nátrium
• Nátrium a Kémiai Elemek Népszerű Könyvtárában

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Brockhaus és Efron a világ körül Kis Brockhaus és Efron Új Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis Gránátalma
Bibliográfiai katalógusokban BNF : 11980515x GND : 4171239-0 J9U : 987007553566405171 LCCN : sh85124249 NDL : 00568053 NKC : ph323347