-element esimese rühma põhialarühm, D.I Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi kolmas periood, aatomnumbriga 11. Tähistatakse sümboliga Na (lat. Natrium). Lihtaine naatrium (CAS number: 7440-23-5) on pehme hõbevalge värvusega leelismetall.
Vees käitub naatrium peaaegu samamoodi nagu liitium: reaktsioon kulgeb vesiniku kiire vabanemisega ja lahuses moodustub naatriumhüdroksiid.
Nime ajalugu ja päritolu
Naatriumi aatomi diagramm
Naatriumi (õigemini selle ühendeid) on kasutatud juba iidsetest aegadest. Näiteks sooda (natron), mida leidub looduslikult Egiptuse soodajärvede vetes. Vanad egiptlased kasutasid looduslikku soodat balsameerimiseks, lõuendi pleegitamiseks, toidu valmistamiseks ning värvide ja glasuuride valmistamiseks. Plinius Vanem kirjutab, et Niiluse deltas eraldati jõeveest sooda (see sisaldas piisavas koguses lisandeid). See tuli müügile suurte tükkidena, söe segunemise tõttu halli või isegi mustana.
Inglise keemik Humphry Davy sai naatriumi esmakordselt 1807. aastal tahke NaOH elektrolüüsi teel.
Nimi "naatrium" pärineb araabia keelest natrun kreeka keeles - nitron ja algselt viitas see looduslikule soodale. Elementi ennast nimetati varem naatriumiks.
Kviitung
Esimene viis naatriumi tootmiseks oli redutseerimisreaktsioon naatriumkarbonaat kivisüsi nende ainete tiheda segu kuumutamisel raudanumas temperatuurini 1000 °C:
Na2CO3 +2C=2Na+3CO
Siis ilmus veel üks naatriumi tootmise meetod - sula naatriumhüdroksiidi või naatriumkloriidi elektrolüüs.
Füüsikalised omadused
Petrooleumis säilitatav metalliline naatrium
Naatriumi kvalitatiivne määramine leegi abil - "naatriumi D-joone" emissioonispektri erekollane värvus, dublett 588,9950 ja 589,5924 nm.
Naatrium on hõbevalge metall, õhukeste kihtidena lillaka varjundiga, plastiline, isegi pehme (noaga kergesti lõigatav), naatriumi värske lõige on läikiv. Naatriumi elektri- ja soojusjuhtivuse väärtused on üsna kõrged, tihedus on 0,96842 g/cm³ (19,7 °C juures), sulamistemperatuur on 97,86 °C ja keemistemperatuur 883,15 °C.
Keemilised omadused
Leelismetall, mis oksüdeerub kergesti õhu käes. Atmosfääri hapniku eest kaitsmiseks hoitakse metallilist naatriumi kihi all petrooleum. Naatrium on vähem aktiivne kui liitium, seega koos lämmastik reageerib ainult kuumutamisel:
2Na + 3N2 = 2NaN3
Suure hapniku ülejäägi korral moodustub naatriumperoksiid
2Na + O 2 = Na 2 O 2
Rakendus
Naatriummetalli kasutatakse laialdaselt preparatiivses keemias ja tööstuses tugeva redutseerijana, sealhulgas metallurgias. Naatriumi kasutatakse väga energiamahukate naatriumväävelakude tootmisel. Seda kasutatakse ka veoautode väljalaskeklappides jahutusradiaatorina. Mõnikord kasutatakse naatriummetalli väga suure voolu kandmiseks mõeldud elektrijuhtmete materjalina.
Kaaliumisulamis, samuti koos rubiidium ja tseesium kasutatakse ülitõhusa jahutusvedelikuna. Eelkõige on sulami koostis 12% naatriumi. kaalium 47 %, tseesium 41%-l on rekordmadal sulamistemperatuur –78 °C ja seda on pakutud ioonrakettmootorite töövedelikuks ja tuumaelektrijaamade jahutusvedelikuks.
Naatriumi kasutatakse ka kõrg- ja madalrõhulahenduslampides (HPLD ja LPLD). Tänavavalgustuses kasutatakse väga laialdaselt DNaT (Arc Sodium Tubular) tüüpi NLVD lampe. Nad eraldavad erekollast valgust. HPS-lampide kasutusiga on 12-24 tuhat tundi. Seetõttu on HPS-tüüpi gaaslahenduslambid linna-, arhitektuuri- ja tööstusvalgustuse jaoks hädavajalikud. Samuti on olemas lambid DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) ja DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).
Naatriummetalli kasutatakse orgaanilise aine kvalitatiivses analüüsis. Naatriumi sulam ja uuritav aine neutraliseeritakse etanool, lisage paar milliliitrit destilleeritud vett ja jagage 3 osaks, J. Lassaigne'i test (1843), mille eesmärk on määrata lämmastiku, väävli ja halogeenide sisaldust (Beilsteini test)
Naatriumkloriid (lauasool) on vanim kasutatud maitse- ja säilitusaine.
- Naatriumasiidi (Na 3 N) kasutatakse nitriidina metallurgias ja pliasiidi tootmisel.
- Naatriumtsüaniidi (NaCN) kasutatakse hüdrometallurgilisel meetodil kulla leostamiseks kivimitest, samuti terase nitrokarburiseerimisel ja galvaniseerimisel (hõbedamine, kullamine).
- Naatriumkloraati (NaClO 3) kasutatakse soovimatu taimestiku hävitamiseks raudteedel.
Bioloogiline roll
Naatriumi leidub kehas enamasti väljaspool rakke (umbes 15 korda rohkem kui tsütoplasmas). Seda erinevust säilitab naatrium-kaaliumpump, mis pumpab välja raku sees lõksu jäänud naatriumi.
Kooskaaliumnaatrium täidab järgmisi funktsioone:
Tingimuste loomine membraanipotentsiaali ja lihaste kontraktsioonide tekkeks.
Vere osmootse kontsentratsiooni säilitamine.
Happe-aluse tasakaalu säilitamine.
Veetasakaalu normaliseerimine.
Membraani transpordi tagamine.
Paljude ensüümide aktiveerimine.
Naatriumi leidub peaaegu kõigis toiduainetes, kuigi organism saab sellest suurema osa lauasoolast. Imendumine toimub peamiselt maos ja peensooles. D-vitamiin parandab naatriumi omastamist, kuid liialt soolased ja valgurikkad toidud häirivad normaalset imendumist. Toiduga sissevõetud naatriumi kogus näitab naatriumisisaldust uriinis. Naatriumirikkaid toite iseloomustab kiirenenud eritumine.
Naatriumipuudus dieedipidajal tasakaalustatud toit inimestel ei esine, kuid taimetoiduga võivad mõned probleemid tekkida. Ajutine defitsiit võib olla põhjustatud diureetikumide kasutamisest, kõhulahtisusest, liigsest higistamisest või liigsest veetarbimisest. Naatriumipuuduse sümptomiteks on kaalulangus, oksendamine, gaaside teke seedetraktis ja imendumise halvenemine aminohapped ja monosahhariidid. Pikaajaline defitsiit põhjustab lihaskrampe ja neuralgiat.
Liigne naatrium põhjustab jalgade ja näo turset, samuti suurendab kaaliumi eritumist uriiniga. Maksimaalne soola kogus, mida neerud töödeldakse, on ligikaudu 20-30 grammi, mis tahes suurem kogus on eluohtlik.
Naatriumi puhtal kujul hankis 1807. aastal Humphry Davy, inglise keemik, kes avastas naatriumi vahetult enne seda. Davy viis läbi ühe naatriumiühendi - hüdroksiidi - elektrolüüsi, mille sulatamisel sai ta naatriumi. Inimkond on naatriumiühendeid kasutanud iidsetest aegadest peale, Vana-Egiptuses kasutati looduslikku soodat (kalorisaator). Nimetatud element naatrium (naatrium) , mõnikord võib just seda nime leida ka praegu. Tavaline nimi on naatrium (ladina keelest naatrium- sooda) pakkus välja rootslane Jens Berzelius.
Naatrium on keemiliste elementide perioodilisuse tabeli D.I kolmanda perioodi III rühma I rühma element. Mendelejevi aatomnumber on 11 ja aatommass 22,99. Aktsepteeritud nimetus on Na(ladina keelest naatrium).
Looduses olemine
Naatriumiühendeid leidub maakoores ja merevees lisandina, mis kipub kiirguse toimel kivisoola siniseks värvima.
Naatrium on pehme, tempermalmist leelismetall, mis on värvuselt hõbevalge ja värskelt lõigatuna läikiv (naatriumi on täiesti võimalik noaga lõigata). Surve rakendamisel muutub see normaalsel temperatuuril läbipaistvaks punaseks aineks. Õhuga suheldes oksüdeerub see kiiresti, seetõttu tuleb naatriumi hoida petrooleumikihi all.
Päevane naatriumivajadus
Naatrium on inimkeha jaoks oluline mikroelement, täiskasvanute päevane vajadus on 550 mg, lastele ja noorukitele - 500-1300 mg. Raseduse ajal on naatriumi norm päevas 500 mg ja mõnel juhul (liigne higistamine, dehüdratsioon, diureetikumide võtmine) tuleks seda suurendada.
Naatriumi leidub peaaegu kõigis mereandides (vähid, krabid, kaheksajalad, kalmaar, rannakarbid, merevetikad), kalas (sardellid, sardiinid, lest, salat jne), kanamunades, teraviljades (tatar, riis, oder, kaerahelbed, hirss). ), kaunviljad (herned, oad), köögiviljad (tomatid, seller, porgand, kapsas, peet), piimatooted ja liha kõrvalsaadused.
Naatriumi kasulikud omadused ja selle mõju organismile
Naatriumi kasulikud omadused kehale on järgmised:
- Vee-soola ainevahetuse normaliseerimine;
- Sülje ja kõhunäärme ensüümide aktiveerimine;
- Osalemine maomahla tootmises;
- Normaalse happe-aluse tasakaalu säilitamine;
- Närvi- ja lihassüsteemi funktsioonide genereerimine;
- Vasodilateeriv toime;
- Vere osmootse kontsentratsiooni säilitamine.
Naatriumi seeduvus
Naatriumi leidub peaaegu kõigis toiduainetes, kuigi organism saab sellest suurema osa (umbes 80%). Imendumine toimub peamiselt maos ja peensooles. parandab naatriumi omastamist, liialt soolane toit ja valgurikkad toidud aga häirivad normaalset imendumist.
Suhtlemine teistega
Naatriummetalli kasutatakse keemia- ja metallurgiatööstuses, kus see toimib võimsa redutseerijana. Naatriumkloriidi (lauasoola) kasutavad eranditult kõik meie planeedi elanikud, see on kõige kuulsam maitseaine ja vanim säilitusaine.
Naatriumipuuduse tunnused
Naatriumipuudus tekib tavaliselt liigse higistamise tõttu – kuumas kliimas või füüsilise tegevuse ajal. Naatriumipuudust organismis iseloomustavad mäluhäired ja isutus, pearinglus, väsimus, dehüdratsioon, lihasnõrkus ja mõnikord krambid, nahalööbed, kõhukrambid, iiveldus ja oksendamine.
Liigse naatriumi märgid
Naatriumi liigne kogus kehas annab tunda pideva janu, turse ja allergiliste reaktsioonide näol.
Kas on pärast kõike seda ime, et naatriumi tootmine kasvab jätkuvalt?
Lõpetame oma loo elemendist nr 11 Dmitri Ivanovitš Mendelejevi sõnadega, mis on kirjutatud palju aastaid tagasi, kuid mis on meie päevade kohta kahekordselt tõesed: „Metallilise naatriumi tootmine on keemia üks olulisemaid avastusi, mitte ainult sellepärast, et selle kaudu. Lihtkehade mõiste laienes ja muutus õigemaks, kuid eriti seetõttu, et naatriumil on keemilised omadused, mis on teistes tuntud metallides vaid nõrgalt väljendunud.
Naatriumi keemiliste omaduste üksikasjalik kirjeldus on välja jäetud põhjusel, et see on üks väheseid keemiaosasid, mis on kooliõpikutes üsna täielikult esitatud.
- NAATRIUM ALLVEELAEVAS. Na sulab temperatuuril 98, kuid keeb ainult 883 °C juures. Järelikult on selle elemendi vedela oleku temperatuurivahemik üsna suur. Seetõttu (ja ka väikese neutronite püüdmise ristlõike tõttu) hakati tuumaenergias jahutusvedelikuna kasutama naatriumi. Eelkõige on Ameerika tuumaallveelaevad varustatud naatriumiahelatega elektrijaamadega. Reaktoris tekkiv soojus soojendab vedelat naatriumi, mis ringleb reaktori ja aurugeneraatori vahel. Aurugeneraatoris aurustab naatrium jahutamisel vett ja tekkiv kõrgsurve naatrium paneb auruturbiini pöörlema. Samadel eesmärkidel kasutatakse naatriumi ja kaaliumi sulamit.
- ANORGAANILINE FOTOSÜNTEES. Tavaliselt tekib naatriumi oksüdeerumisel Na 2 O koostisega oksiid. Kui aga naatrium põletatakse kõrgendatud temperatuuril kuivas õhus, tekib oksiidi asemel peroksiid Na 2 O 2. See aine loobub kergesti oma "lisa" hapnikuaatomist ja seetõttu on sellel tugevad oksüdeerivad omadused. Omal ajal kasutati naatriumperoksiidi laialdaselt õlgkübarate pleegitamiseks. Nüüd on õlgkübarate osa naatriumperoksiidi kasutamisel tühine; selle põhikogused kasutatakse paberi pleegitamiseks ja õhu regenereerimiseks allveelaevades. Naatriumperoksiidi interaktsioonil süsihappegaasiga toimub hingamisele vastupidine protsess: 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2, st seotakse süsinikdioksiid ja eraldub hapnik. Täpselt nagu roheline leht!
- NAATRIUM JA KULD. Ajal, mil avastati nr 11, alkeemia enam ei pooldanud ja idee muuta naatrium kullaks ei erutanud loodusteadlaste meeli. Nüüd kulub aga kulla saamiseks palju naatriumi. "Kullamaaki" töödeldakse naatriumtsüaniidi lahusega (ja see saadakse elementaarsest naatriumist). Sel juhul muudetakse kuld lahustuvaks kompleksühendiks, millest see tsingi abil eraldatakse. Kullakaevurid on ühed peamised elemendi nr 11 tarbijad. Tööstuslikus mastaabis toodetakse Na-tsüaniidi naatriumi, ammoniaagi ja koksi koosmõjul temperatuuril umbes 800 °C.
- NAATRIUMTRAAT. Naatriumi elektrijuhtivus on kolm korda madalam kui vasel. Kuid naatrium on 9 korda kergem! Selgub, et naatriumtraadid on tulusamad kui vasktraadid. Loomulikult ei valmistata õhukesi juhtmeid naatriumist, kuid kõrgete voolude jaoks on soovitatav teha siinid naatriumist. Need rehvid on terastorud, mis on otstest keevitatud ja seest täidetud naatriumiga. Sellised rehvid on odavamad kui vasest.
- NAATRIUM VEES. Iga koolilaps teab, mis juhtub, kui visata tükike naatriumi vette. Täpsemalt mitte vette, vaid vee peale, sest naatrium on veest kergem. Naatriumi veega reageerimisel eralduvast soojusest piisab naatriumi sulatamiseks. Ja nüüd jookseb läbi vee naatriumpall, mida juhib vabanenud vesinik. Naatriumi reaktsioon veega pole aga ainult ohtlik lõbu; vastupidi, see on sageli kasulik. Naatriumi kasutatakse veejälgede usaldusväärseks eemaldamiseks trafoõlidest, alkoholidest, eetritest ja muudest orgaanilistest ainetest ning naatriumamalgaami (ehk naatriumi ja elavhõbeda sulami) abil saab kiiresti määrata paljude ühendite niiskusesisaldust. Amalgaam reageerib veega palju rahulikumalt kui naatrium ise. Niiskusesisalduse määramiseks lisatakse orgaanilise aine proovile teatud kogus naatriumamalgaami ja niiskusesisaldus määratakse eralduva vesiniku mahu järgi.
- MAA NAATERIUMIVÖÖ. On üsna loomulik, et Na ei leidu Maal kunagi vabas olekus – see metall on liiga aktiivne. Kuid atmosfääri ülemistes kihtides - umbes 80 km kõrgusel - avastati aatomi naatriumikiht. Sellel kõrgusel pole praktiliselt hapnikku, veeauru ega midagi, millega naatrium saaks reageerida. Naatrium avastati ka tähtedevahelises ruumis spektraalmeetodite abil.
- NAATRIUMI ISOTOOPID. Looduslik naatrium koosneb ainult ühest isotoobist massiarvuga 23. Selle elemendi teadaolevalt on 13 radioaktiivset isotoopi, millest kaks pakuvad märkimisväärset teaduslikku huvi. Naatrium-22 kiirgab lagunemisel positroneid - positiivselt laetud osakesi, mille mass on võrdne elektronide massiga. Seda isotoopi poolestusajaga 2,58 aastat kasutatakse positroniallikana. Ja isotoopi naatrium-24 (selle poolestusaeg on umbes 15 tundi) kasutatakse meditsiinis teatud leukeemia vormide - tõsise verehaiguse - diagnoosimiseks ja raviks.
Kuidas saada naatriumi?
Moodne naatriumi tootmise elektrolüsaator on üsna muljetavaldav struktuur, mis näeb välja nagu ahi. See "pliit" on valmistatud tulekindlast tellistest ja seda ümbritseb väljast teraskesta. Altpoolt läbi elektrolüsaatori põhja sisestatakse grafiidianood, mida ümbritseb rõngakujuline võrk - diafragma. See võrk takistab naatriumi tungimist anoodiruumi, kus vabaneb kloor. Vastasel juhul põleks element nr 11 klooris. Anood, muide, on ka rõngakujuline. See on valmistatud terasest. Elektrolüsaatori kohustuslik tarvik on kaks korki. Üks on paigaldatud anoodi kohale kloori kogumiseks, teine katoodi kohale naatriumi eemaldamiseks.
Elektrolüsaatorisse laaditakse põhjalikult kuivatatud naatriumkloriidi ja kaltsiumkloriidi segu. See segu sulab madalamal temperatuuril kui puhas naatriumkloriid. Elektrolüüs viiakse tavaliselt läbi temperatuuril umbes 600 °C.
Elektroodid varustatakse umbes 6 V alalisvooluga; Katoodil tühjenevad Na + ioonid ja eraldub naatriummetall. Naatrium ujub üles ja viiakse spetsiaalsesse kogusse (loomulikult ilma õhu juurdepääsuta). Anoodil eralduvad kloori mitteioonid Cl - ja eraldub kloorgaas - naatriumi tootmise väärtuslik kõrvalsaadus.
Tavaliselt töötab elektrolüsaator koormusel 25–30 tuhat A, samas kui päevas toodetakse 400–500 kg naatriumi ja 600–700 kg kloori.
"KÕIGE METALLILISEM METAL." Seda nimetatakse mõnikord naatriumiks. See ei ole täiesti õiglane: perioodilisuse tabelis suurenevad metalli omadused, kui liigute paremalt vasakule ja ülalt alla. Seega on rühma naatriumi analoogidel - francium, rubiidium, tseesium, kaalium - rohkem väljendunud metallilised omadused kui naatrium. (Loomulikult peame silmas ainult keemilisi omadusi.) Kuid naatriumil on ka terve hulk "metallilisi" keemilisi omadusi. See loovutab kergesti oma valentselektronid (üks iga aatomi kohta), valents on alati 1+ ja sellel on väljendunud redutseerivad omadused. Naatriumhüdroksiid NaOH on tugev leelis. Kõik see on seletatav naatriumi aatomi struktuuriga, mille väliskihil on üks elektron ja aatom saab sellest kergesti lahku minna.
Naatrium(naatrium), Na, Mendelejevi perioodilise süsteemi I rühma keemiline element: aatomnumber 11, aatommass 22,9898; hõbevalge pehme metall, mis õhu käes pinnalt kiiresti oksüdeerub. Looduslik element koosneb ühest stabiilsest isotoobist 23 Na.
Ajalooline viide. Naatriumi looduslikud ühendid - lauasool NaCl, sooda Na 2 CO 3 - on tuntud juba iidsetest aegadest. Nimi "naatrium" pärineb kreeka araabiakeelsest sõnast natrun. nitron, mida algselt nimetati looduslikuks soodaks. Juba 18. sajandil teadsid keemikud palju teisi naatriumiühendeid. Metalli enda sai aga alles 1807. aastal G. Davy naatriumhüdroksiidi NaOH elektrolüüsi teel. Ühendkuningriigis, USA-s, Prantsusmaal nimetatakse elementi naatriumiks (hispaaniakeelsest sõnast soda - sooda), Itaalias - sodio.
Naatriumi jaotumine looduses. Naatrium on tüüpiline element maakoore ülemises osas. Selle keskmine sisaldus litosfääris on 2,5 massiprotsenti, happelistes tardkivimites (graniidid jt) 2,77, aluselistes kivimites (basaltid jt) 1,94, ülialuselistes kivimites (mantlikivimid) 0,57. Na + ja Ca 2+ isomorfismi tõttu tekivad nende ioonraadiuste läheduse tõttu tardkivimites naatriumkaltsiumi päevakivid (plagioklaasid). Biosfääris esineb naatriumi järsk diferentseerumine: settekivimites on naatriumivaesus keskmiselt (savides ja kildades on seda vähe (keskmiselt 0,63%). Naatriummineraalide koguarv on 222. Naatrium säilib kontinentidel nõrgalt ja viiakse jõgede kaudu meredesse ja ookeanidesse, kus selle keskmine sisaldus on 1,035% (Na on merevee peamine metalliline element). Aurustumise käigus ladestuvad naatriumisoolad rannikumere laguunidesse, samuti steppide ja kõrbete mandrijärvedesse, moodustades soola sisaldavate kivimite kihte. Peamised naatriumi ja selle ühendite allikaks olevad mineraalid on haliit (kivisool) NaCl, Tšiili soolpeeter NaNO 3, thenardiit Na 2 SO 4, mirabiliit Na 2 SO 4 10H 2 O, trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O Na on oluline bioelement, mis sisaldab keskmiselt 0,02% Na; Loomades on seda rohkem kui taimedes.
Naatriumi füüsikalised omadused. Tavatemperatuuril kristalliseerub naatrium kuupvõres, a = 4,28 Å. Aatomiraadius 1,86Å, ioonraadius Na+ 0,92Å. Tihedus 0,968 g/cm3 (19,7 °C), sulamistemperatuur 97,83 °C, keemistemperatuur 882,9 °C; erisoojusmaht (20 °C) 1,23 10 3 J/(kg K) või 0,295 cal/(g deg); soojusjuhtivuse koefitsient 1,32·10 2 W/(m·K) või 0,317 cal/(cm·sek·deg); lineaarpaisumise temperatuuritegur (20 °C) 7,1·10 -5; elektriline eritakistus (0 °C) 4,3·10 -8 oomi·m (4,3·10 -6 oomi·cm). Naatrium on paramagnetiline, spetsiifiline magnetiline vastuvõtlikkus +9,2·10 -6; väga plastiline ja pehme (noaga kergesti lõigatav).
Naatriumi keemilised omadused. Naatriumi elektroodi normaalne potentsiaal on -2,74 V; elektroodi potentsiaal sulatis -2,4 V. Naatriumi aur värvib leegi iseloomuliku erekollase värvi. Aatomi välimiste elektronide konfiguratsioon on 3s 1; Kõigis teadaolevates ühendites on naatrium monovalentne. Selle keemiline aktiivsus on väga kõrge. Otseses koostoimes hapnikuga moodustub olenevalt tingimustest Na 2 O oksiid või Na 2 O 2 peroksiid - värvitud kristalsed ained. Veega moodustab naatrium hüdroksiidi NaOH ja H 2; reaktsiooniga võib kaasneda plahvatus. Mineraalhapped moodustavad naatriumiga vastavaid vees lahustuvaid sooli, kuid naatrium on 98-100% väävelhappe suhtes suhteliselt inertne.
Naatriumi reaktsioon vesinikuga algab temperatuuril 200 °C ja selle tulemusel tekib NaH-hüdriid, värvitu hügroskoopne kristalne aine. Naatrium reageerib otse fluori ja klooriga isegi tavatemperatuuril, broomiga - ainult kuumutamisel; otsest koostoimet joodiga ei täheldata. See reageerib ägedalt väävliga, moodustades naatriumsulfiidi ja lämmastiku vastasmõju vaikse elektrilahenduse korral põhjustab Na 3 N nitriidi ja süsinikuga 800–900 ° C juures Na tootmise; 2 C 2 karbiid.
Naatrium lahustub vedelas ammoniaagis (34,6 g 100 g NH 3 kohta temperatuuril 0 °C), moodustades ammoniaagi komplekse. Kui gaasiline ammoniaak lastakse läbi sula naatriumi temperatuuril 300-350 °C, moodustub naatriumamiin NaNH 2 - värvitu kristalne aine, mis on veega kergesti lagunev. Tuntud on suur hulk naatriumorgaanilisi ühendeid, mis oma keemiliste omaduste poolest on väga sarnased liitiumorgaanilistele ühenditele, kuid on reaktsioonivõimelt neist paremad. Naatriumorgaanilisi ühendeid kasutatakse orgaanilises sünteesis alküülivate ainetena.
Naatrium on paljude praktiliselt oluliste sulamite komponent. Na-K sulamid, mis sisaldavad 40-90% K (massi järgi) temperatuuril umbes 25 ° C, on hõbevalged vedelikud, mida iseloomustab kõrge keemiline aktiivsus ja mis on õhus süttivad. Vedelate Na-K sulamite elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus on madalamad kui vastavad Na ja K väärtused. Naatriumi amalgaame on lihtne saada metallilise naatriumi lisamisega elavhõbedasse; Na sisaldusega üle 2,5% (massi järgi) tavatemperatuuril on nad juba tahked ained.
Naatriumi saamine. Peamine tööstuslik meetod naatriumi tootmiseks on sula NaCl soola elektrolüüs, mis sisaldab lisaaineid KCl, NaF, CaCl 2 ja teisi, mis vähendavad soola sulamistemperatuuri 575-585 °C-ni. Puhta NaCl elektrolüüs tooks kaasa suured naatriumikadud aurustumisel, kuna NaCl sulamistemperatuur (801 °C) ja Na keemistemperatuur (882,9 °C) on väga lähedased. Elektrolüüs toimub membraaniga elektrolüsaatorites, katoodid on rauast või vasest ja anoodid grafiidist. Kloori toodetakse samaaegselt naatriumiga. Vana meetod naatriumi saamiseks on sula naatriumhüdroksiidi NaOH elektrolüüs, mis on palju kallim kui NaCl, kuid laguneb elektrolüütiliselt madalamal temperatuuril (320-330 °C).
Naatriumi kasutamine. Naatriumi ja selle sulameid kasutatakse laialdaselt jahutusvedelikuna protsessides, mis nõuavad ühtlast kuumutamist vahemikus 450-650 °C – lennukimootorite ventiilides ja eriti tuumaelektrijaamades. Viimasel juhul toimivad Na-K sulamid vedelate metallide jahutusvedelikena (mõlemal elemendil on väike termilise neutronite neeldumise ristlõige, Na 0,49 barn puhul), neid sulameid iseloomustavad kõrged keemistemperatuurid ja soojusülekandetegurid ning need ei toimi konstruktsioonimaterjalidega energia tuumareaktorites arenenud kõrgetel temperatuuridel. NaPb ühendit (10% Na massist) kasutatakse tetraetüülplii tootmiseks – kõige tõhusama detonatsioonivastase aine. Raudteevagunite teljelaagrite valmistamiseks kasutatavas pliipõhises sulamis (0,73% Ca, 0,58% Na ja 0,04% Li) on naatrium tugevdav lisand. Metallurgias on naatrium aktiivne redutseerija mõnede haruldaste metallide (Ti, Zr, Ta) tootmisel metallotermilistel meetoditel; orgaanilises sünteesis - redutseerimis-, kondensatsiooni-, polümerisatsiooni- ja muudes reaktsioonides.
Naatriumi kõrge keemilise aktiivsuse tõttu nõuab selle käsitsemine ettevaatust. Eriti ohtlik on see, kui vesi puutub kokku naatriumiga, mis võib põhjustada tulekahju ja plahvatuse. Silmi tuleb kaitsta prillidega, käsi paksude kummikinnastega; Naatriumi kokkupuude märja naha või riietega võib põhjustada tõsiseid põletusi.
Naatrium organismis. Naatrium on üks peamisi elemente, mis osalevad loomade ja inimeste mineraalide ainevahetuses. Sisaldub peamiselt rakuvälistes vedelikes (inimese erütrotsüütides umbes 10 mmol/kg, vereseerumis 143 mmol/kg); osaleb osmootse rõhu ja happe-aluse tasakaalu hoidmises, närviimpulsside juhtimises. Inimese päevane naatriumkloriidi vajadus jääb vahemikku 2–10 g ja sõltub selle higiga kaotatud soola kogusest. Naatriumioonide kontsentratsiooni organismis reguleerib peamiselt neerupealise koore hormoon – aldosteroon. Naatriumisisaldus taimekudedes on suhteliselt kõrge (umbes 0,01% märgmassist). Halofüütides (liigid, mis kasvavad väga soolasel pinnasel) tekitab naatrium rakumahlas kõrge osmootse rõhu ja soodustab seeläbi vee väljatõmbamist pinnasest.
Meditsiinis on enim kasutatavad naatriumipreparaadid naatriumsulfaat, NaCl kloriid (verekaotuse, vedelikukaotuse, oksendamise jms korral), Na 2 B 4 O 7 10H 2 O boraat (antiseptikuna), NaHCO 3 vesinikkarbonaat (nagu rögalahtisti, samuti riniidi, larüngiidi jt pesemiseks ja loputamiseks), Na 2 S 2 O 3 5H 2 O tiosulfaat (põletikuvastane, desensibiliseeriv ja toksiline aine) ja Na 3 C 6 H 5 O 7 5½H 2 O tsitraat (ravim antikoagulantide rühmast).
Kunstlikult saadud radioaktiivseid isotoope 22 Na (poolestusaeg T ½ = 2,64 g) ja 24 Na (T ½ = 15 tundi) kasutatakse verevoolu kiiruse määramiseks teatud vereringesüsteemi osades südame-veresoonkonna ja kopsuhaiguste korral, hävitades endarteriiti. ja teised . Naatriumsoolade radioaktiivseid lahuseid (näiteks 24 NaCl) kasutatakse ka veresoonte läbilaskvuse määramiseks, vahetatava naatriumi üldsisalduse uurimiseks organismis, vee-soola ainevahetuse, soolestikust imendumise, närvitegevuse protsesside ja mõnes muus katses. uuringud.
Naatrium on lihtne aine, mis asub D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise tabeli kolmanda perioodi esimeses rühmas. See on väga pehme hõbedane leelismetall, millel on õhukesteks kihtideks jagatuna violetne toon. Naatriumi sulamistemperatuur on veidi madalam kui vee keemiseks vajalik ja keemistemperatuur on 883 kraadi Celsiuse järgi. Toatemperatuuril on selle tihedus 0,968 g/cm3. Madala tiheduse tõttu saab naatriumi vajadusel lõigata tavalise noaga.
Naatrium on meie planeedil väga levinud: selle erinevaid ühendeid leidub siin nii meres või maakoores, kus seda leidub suhteliselt suurtes kogustes, kui ka paljudes elusorganismides, kuid eluslooduses seda puhtal kujul ei leidu. tänu oma hämmastavalt kõrgele aktiivsusele. Naatrium on üks inimese normaalseks eluks vajalikest olulistest mikroelementidest - seetõttu on selle loomuliku kadu kehast täiendamiseks vaja tarbida umbes 4-5 grammi selle ühendit koos klooriga - s.t. tavaline lauasool.
Naatrium ajaloos
Erinevad naatriumiühendid on inimestele teada juba Vana-Egiptusest. Egiptlased olid esimesed, kes hakkasid mitmesuguste igapäevaste vajaduste jaoks aktiivselt kasutama soolasest Natroni järvest pärit naatriumi sisaldavat soodat. Naatriumiühendeid mainiti isegi Piiblis pesuaine komponendina, kuid naatriumi sai puhtal kujul esmakordselt inglise keemik Humphrey Davy 1807. aastal selle derivaatidega tehtud katsete käigus.
Naatriumi nimetati algselt naatriumiks, mis tulenes araabiakeelsest sõnast peavalu. Sõna "naatrium" on laenatud egiptuse keelest ja Rootsi Arstide Selts kasutas seda esimest korda tänapäeva ajaloos soodat sisaldavate mineraalsoolade tähistusena.
Naatriumi keemilised omadused
Naatrium on aktiivne leelismetall – s.t. See oksüdeerub õhuga kokkupuutel väga kiiresti ja seda tuleb hoida petrooleumis, samas kui naatriumil on väga madal tihedus ja see hõljub sageli selle pinnale. Kuna naatrium on väga tugev redutseerija, reageerib see enamiku mittemetallidega ning aktiivse metallina tekivad reaktsioonid selle kasutamisel sageli väga kiiresti ja ägedalt. Näiteks kui asetate tüki naatriumi vette, hakkab see aktiivselt süttima, mis lõpuks viib plahvatuseni. Süttimine ja hapniku eraldumine toimub naatriumi ja selle derivaatide reageerimisel paljude teiste ainetega, lahjendatud hapetega aga nagu tavaline metall. Naatrium ei reageeri väärisgaaside, joodi ja süsinikuga ning reageerib väga halvasti ka lämmastikuga, moodustades tumehallide kristallide kujul üsna ebastabiilse aine - naatriumnitriidi.
Naatriumi rakendused
Naatriumi kasutatakse peamiselt keemiatööstuses ja metallurgias, kus kõige sagedamini kasutatakse seda keemiliste omaduste tõttu redutseerijana. Seda kasutatakse ka kuivatusainena orgaaniliste lahustite, nagu eeter jms; tohutuid pingeid taluvate juhtmete tootmiseks. Samas piirkonnas kasutatakse naatriumi põhikomponendina naatriumväävelakude tootmisel, millel on kõrge erienergia, s.t. väiksem kütusekulu. Seda tüüpi akude peamiseks puuduseks on kõrge töötemperatuur ja sellest tulenevalt naatriumi süttimis- ja plahvatusoht õnnetuse korral.
Teine naatriumi kasutusvaldkond on farmakoloogia, kus paljusid naatriumi derivaate kasutatakse reaktiivide, vaheühendite ja abiainetena erinevate kompleksravimite, aga ka antiseptikumide loomisel. Naatriumkloriidi lahus on suhteliselt sarnane inimese vereplasmaga ja eritub organismist kiiresti, mistõttu kasutatakse seda siis, kui on vaja hoida ja normaliseerida vererõhku.
Tänapäeval on mõned naatriumiühendid betooni ja muude ehitusmaterjalide tootmisel olulised komponendid. Tänu naatriumi sisaldavaid komponente sisaldavate materjalide kasutamisele saab neid kasutada ehitustöödel madalatel temperatuuridel.
Tänu oma arvukusele ja tööstusliku tootmise lihtsusele on naatrium üsna madala hinnaga. Tänapäeval toodetakse seda samamoodi nagu esmakordsel hankimisel – erinevate naatriumi sisaldavate kivimite kokkupuutel tugeva elektrivooluga. Tänu sellele, aga ka selle vajalikkusele paljudes tööstusharudes, selle tootmismahud ainult kasvavad.