Најинтересно на училишни часовиХемијата беше тема за својствата на активните метали. Не само што бевме услужени теоретски материјал, но покажа и интересни експерименти. Веројатно сите се сеќаваат како наставникот фрлил мало парче метал во водата, а тоа се втурнало по површината на течноста и се запалило. Во оваа статија ќе разбереме како се јавува реакцијата на натриумот и водата и зошто металот експлодира.
Металот на натриум е сребрена материја, слична по густина на сапун или парафин. Натриумот се карактеризира со добра топлинска и електрична спроводливост. Затоа се користи во индустријата, особено за производство на батерии.
Натриумот има висока хемиска активност. Честопати се јавуваат реакции со ослободување на големи количества топлина. Понекогаш тоа е придружено со пожар или експлозија. Работата со активни метали бара добра обука и искуство со информации. Натриумот може да се чува само во добро затворени садови под слој масло, бидејќи металот брзо се оксидира во воздухот.
Најпопуларната реакција на натриумот е неговата интеракција со вода. Реакцијата на натриум плус вода произведува алкали и водород:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Водородот се оксидира со кислород од воздухот и експлодира, што го забележавме за време на училишниот експеримент.
Студии за реакции од научници од Чешка
Реакцијата на натриум со вода е многу едноставна за разбирање: интеракцијата на супстанциите доведува до формирање на гас H2, кој пак се оксидира со О2 во воздухот и се запали. Се чини едноставно. Но, професорот Павел Јунгвирт од Чешката академија на науките не мислеше така.
Факт е дека за време на реакцијата не се формира само водород, туку и водена пареа, бидејќи голем број наенергија, водата се загрева и испарува. Бидејќи натриумот има мала густина, перничето за пареа треба да го турка нагоре, изолирајќи го од вода. Реакцијата треба да згасне, но не.
Јунгвирт решил детално да го проучи овој процес и го снимил експериментот со камера со голема брзина. Процесот е снимен со 10 илјади фрејмови во секунда и гледан со забавена снимка од 400 пати. Научниците забележале дека металот, влегувајќи во течноста, почнува да произведува процеси во форма на шила. Ова се објаснува на следниов начин:
- Алкалните метали, еднаш во вода, почнуваат да дејствуваат како донатори на електрони и испуштаат негативно наелектризирани честички.
- Парче метал добива позитивен полнеж.
- Позитивно наелектризираните протони почнуваат да се одбиваат едни со други, формирајќи метални додатоци.
- Пукањата слични на шилци ја пробиваат перницата за пареа, површината за контакт на супстанците кои реагираат се зголемува и реакцијата се интензивира.
Како да се спроведе експеримент
Во прилог на водород, алкали се формираат при реакција на вода и натриум. За да го проверите ова, можете да користите кој било индикатор: лакмус, фенолфталеин или метил портокал. Ќе биде најлесно да се работи со фенолфталеин, бидејќи е безбоен внатре неутрална срединаа реакцијата полесно ќе се набљудува.
За да го спроведете експериментот ви треба:
- Истурете дестилирана вода во кристализаторот така што ќе заземе повеќе од половинаволумен на садот.
- Додадете неколку капки индикатор во течноста.
- Исечете парче натриум со големина на половина грашок. За да го направите ова, користете скалпел или тенок нож. Треба да исечете метал во контејнер, без да го извадите натриумот од маслото, за да избегнете оксидација.
- Извадете го парчето натриум од теглата со пинцета и размачкајте го со филтер хартија за да го отстраните маслото.
- Фрлете натриум во водата и набљудувајте го процесот од безбедно растојание.
Сите инструменти што се користат во експериментот мора да бидат чисти и суви.
Ќе видите дека натриумот не тоне во водата, туку останува на површината, поради густината на материите. Натриумот ќе почне да реагира со водата, ослободувајќи топлина. Ова ќе предизвика металот да се стопи и да се претвори во капка. Оваа капка ќе почне активно да се движи низ водата, испуштајќи карактеристичен звук на подсвиркване. Ако парчето натриум не беше премногу мало, ќе светне со жолт пламен. Ако парчето било преголемо, може да дојде до експлозија.
Водата исто така ќе ја промени бојата. Ова се објаснува со ослободување на алкали во водата и боење на индикаторот растворен во него. Фенолфталеинот ќе стане розев, лакмус синиот и метил портокалово жолт.
Дали е опасно
Интеракцијата на натриум со вода е многу опасна. За време на експериментот може да настанат сериозни повреди. Хидроксидот, пероксидот и натриум оксидот кои се формираат за време на реакцијата може да ја кородираат кожата. Алкалното прскање може да влезе во вашите очи и да предизвика сериозни изгореници, па дури и слепило.
Манипулациите со активни метали треба да се вршат во хемиски лаборатории под надзор на лабораториски асистент кој има искуство со работа со алкални метали.
Натриумот е многу реактивен метал кој реагира со многу супстанции. Реакциите кои вклучуваат натриум може да се појават насилно и да произведат значителна топлина. Во овој случај, често се случува палење, па дури и експлозија. За безбедно да се работи со натриум, неопходно е јасно да се разбере неговиот физички и хемиски својстваО.
Натриумот е лесен (густина 0,97 g/cm3), мек и топлив (топење 97,86°C) метал. Неговата цврстина наликува на парафин или сапун. Во воздухот, натриумот оксидира многу брзо, станува покриен со сива фолија, која се состои од Na2O2 пероксид и карбонат, па натриумот се складира во добро затворени тегли под слој од безводен керозин или масло.
Парче натриум вистинската големинаисечете без да го извадите металот од керозинот, користејќи нож или скалпел. Натриумот се отстранува од теглата со помош на пинцети. Сите алатки мора да бидат суви! По ова, натриумот се ослободува од остатоците од керозин со помош на филтер-хартија. Во некои случаи, металот се чисти со скалпел за да се отстрани слојот од пероксид, бидејќи контактот на пероксид со свежа површина на натриум може да доведе до експлозија. Натриумот не треба да се ракува со рака. Остатоците од натриум се спојуваат со тивок оган под слој од керозин.
Во никој случај не треба да се мијат садовите што содржат натриум со вода - тоа може да доведе до експлозија со трагични последици. Остатоците од натриум се елиминираат со додавање алкохол, само тогаш може да се користи вода.
Неопходно е да се носат заштитни очила при работа со натриум. Никогаш не заборавај со што си имаш работа - може да се случи експлозија во најнеочекуваниот и најнеповолниот момент и треба да се подготвиш за тоа.
Реакција на натриум со вода
Наполнете го кристализаторот 3/4 со вода и додадете неколку капки фенолфталеин во него. Истурете парче натриум со големина на половина грашок во кристализаторот. Натриумот ќе остане на површината бидејќи е полесен од водата. Парчето ќе почне активно да реагира со вода, ослободувајќи водород. Од топлината на реакцијата, металот ќе се стопи и ќе се претвори во сребрена капка која активно ќе тече по површината на водата. Во исто време се слуша звук на шушкање. Понекогаш водородот што се ослободува свети со жолт пламен. Оваа боја му ја дава натриумовата пареа. Ако не дојде до палење, водородот може да се запали. Сепак, се гаснат парчиња натриум помали од зрно пченица.
Како резултат на реакцијата се формира алкал, кој делува на фенолфталеинот, па парче натриум зад себе остава трага од малина. На крајот од експериментот, речиси целата вода во кристализаторот ќе стане темноцрвена.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Ѕидовите на кристализаторот мора да бидат без маснотии и други загадувачи. Доколку е потребно, тие се мијат со алкален раствор, во спротивно натриумот се залепи на ѕидовите и кристализаторот може да пукне.
Експериментот треба да се спроведе со заштитна маска или заштитни очила. За време на реакцијата, одржувајте одредено растојание и во никој случај не се навалувајте над кристализаторот. Внесувањето на растопен натриум или алкално прскање во очите може да доведе до практично загарантирано слепило.
Извор www.chemistry-chemists.com
Ако ставите парче натриум во вода, може да предизвикате бурна, често експлозивна реакција
Понекогаш учиме нешто рано во животот и само земаме здраво за готово дека вака функционира светот. На пример, ако фрлите парче чист натриум во вода, може да добиете легендарна експлозивна реакција. Штом парчето се навлажни, реакцијата предизвикува негово шушкање и загревање, скока на површината на водата, па дури и произведува пламен. Тоа е само хемија, се разбира. Но, зарем не се случува нешто друго? фундаментално ниво? Токму тоа сака да го знае нашиот читател Семјон Стопкин од Русија:
Кои сили ги контролираат хемиските реакции и што се случува во квантно ниво? Поточно, што се случува кога водата реагира со натриум?
Реакцијата на натриум со вода е класична и има длабоко објаснување. Да почнеме со проучување на прогресијата на реакцијата.
Првото нешто што треба да знаете за натриумот е атомско нивоима само еден протон и еден електрон повеќе од инертниот, или благороден гас, не таа. Благородните гасови не реагираат со ништо, а тоа се должи на фактот што сите се целосно исполнети со електрони. Оваа ултра стабилна конфигурација пропаѓа кога ќе поместите еден елемент понадолу по периодниот систем, а тоа се случува со сите елементи кои покажуваат слично однесување. Хелиумот е ултрастабилен, а литиумот е исклучително хемиски активен. Неонот е стабилен, но натриумот е активен. Аргон, криптон и ксенон се стабилни, но калиумот, рубидиумот и цезиумот се активни.
Причината е дополнителниот електрон.
Периодниот систем е подреден во периоди и групи според бројот на слободни и окупирани валентни електрони - и тоа е примарен фактор во одредувањето на хемиските својства на елементот
Кога ги проучуваме атомите, се навикнуваме да го сметаме јадрото како тврд, мал, позитивно наелектризиран центар, а електроните како негативно наелектризирани точки во орбитата околу него. Но, во квантната физика работата не завршува тука. Електроните можат да се однесуваат како точки, особено ако ги снимате со друга високоенергетска честичка или фотон, но ако се остават сами, тие се шират и се однесуваат како бранови. Овие бранови се способни за самостојно прилагодување на одреден начин: сферично (за s-орбитали кои содржат 2 електрони), нормално (за p-орбитали кои содржат 6 електрони) и понатаму, до d-орбитали (по 10 електрони), f -орбитали (до 14) итн.
Орбиталите на атомите во најниска енергетска состојба се наоѓаат горе лево, а како што се движите надесно и надолу, енергиите се зголемуваат. Овие основни конфигурации го контролираат однесувањето на атомите и интраатомските интеракции.
Овие обвивки се полни поради фактот што им забранува на два идентични (на пример, електрони) да заземаат иста квантна состојба. Ако во атом електронска орбиталаисполнет, тогаш единственото место каде што електронот може да се постави е следната повисока орбитала. Атомот на хлор со задоволство ќе го прифати дополнителниот електрон бидејќи му треба само еден за да го пополни електронска обвивка. Спротивно на тоа, атомот на натриум со задоволство ќе се откаже од својот последен електрон, бидејќи има дополнителен, а сите други ги наполниле школките. Затоа натриум хлорот функционира толку добро: натриумот донира електрон на хлорот, и двата атома се во енергетски претпочитана конфигурација.
Елементи од првата група периодниот систем, особено литиум, натриум, калиум, рубидиум итн. го губат својот прв електрон многу полесно од сите други
Всушност, количината на енергија потребна за атомот да се откаже од својот надворешен електрон, или енергијата на јонизација, се чини дека е особено ниска кај металите со еден валентен електрон. Од бројките можете да видите дека е многу полесно да се земе електрон од литиум, натриум, калиум, рубидиум, цезиум итн. отколку од кој било друг елемент.
Снимка од анимација која ја демонстрира динамичната интеракција на молекулите на водата. Поединечните молекули на H2O имаат V-облик и се состојат од два атоми на водород (бели) поврзани со атом на кислород (црвено). Соседните молекули H 2 O накратко реагираат едни со други преку водородни врски(сино-бели овали)
Значи, што се случува во присуство на вода? Молекулите на водата можете да ги замислите како исклучително стабилни - H 2 O, два водороди поврзани со еден кислород. Но, молекулата на водата е екстремно поларна - односно на едната страна од молекулата H 2 O (страната спроти двата водороди) полнежот е негативен, а на спротивната страна е позитивен. Овој ефект е доволен за да предизвика некои молекули на вода - од редот на еден од неколку милиони - да се поделат на два јона - еден протон (H +) и хидроксилен јон (OH -).
Во присуство на голем број екстремно поларни молекули на вода, една од неколку милиони молекули ќе се распадне на хидроксилни јони и слободни протони- овој процес се нарекува
Последиците од ова се доста важни за работи како киселини и бази, за процесите на растворање и активирање на солта хемиски реакции, и така натаму. Но, ние сме заинтересирани што се случува кога ќе се додаде натриум. Натриумот, тој неутрален атом со еден лабав надворешен електрон, завршува во водата. И ова не се само неутрални H 2 O молекули, тоа се хидроксилни јони и поединечни протони. Прво, протоните ни се важни - тие нè водат до клучното прашање:
Што енергетски се претпочита? Дали има неутрален атом на натриум Na заедно со еден протон H+ или натриум јон кој изгубил електрон Na+ заедно со неутрален водороден атом H?
Одговорот е едноставен: во секој случај, електронот ќе скокне од атомот на натриум до првиот поединечен протон што ќе му дојде на патот.
Откако изгубил електрон, натриумовиот јон среќно ќе се раствори во вода, исто како што тоа го прави јонот на хлор кога ќе добие електрон. Многу поповолно е енергетски - во случај на натриум - електронот да се спари со водороден јон
Ова е причината зошто реакцијата се случува толку брзо и со таков излез на енергија. Но, тоа не е се. Имаме неутрални атоми на водород и, за разлика од натриумот, тие не се редат во блок од поединечни атоми поврзани заедно. Водородот е гас и оди во уште повеќе енергетски претпочитана состојба: ја формира неутралната молекула на водород H2. И како резултат на тоа, се формира многу слободна енергија, која оди во загревање на околните молекули, неутрален водород во форма на гас, кој го остава течниот раствор во атмосферата кој содржи неутрален кислород O 2.
Далечинска камера снима снимки одблиску на главниот мотор на шатлот за време на пробното возење вселенски центарименувана по Џон Стенис. Водородот е гориво на избор за ракети поради неговата мала молекуларна тежина и изобилството на кислород во атмосферата со кое може да реагира
Ако акумулирате доволно енергија, ќе реагираат и водородот и кислородот! Ова бесно согорување ослободува водена пареа и огромни количини на енергија. Затоа, кога парче натриум (или кој било елемент од првата група на периодниот систем) ќе влезе во вода, се јавува експлозивно ослободување на енергија. Сето ова се случува поради контролираниот пренос на електрони квантни закониУниверзумот и електромагнетни својстванаелектризирани честички кои сочинуваат атоми и јони.
Нивоата на енергија и бранови функцииелектрони одговараат различни условиатом на водород - иако речиси истите конфигурации се својствени за сите атоми. Нивоата на енергија се квантизираат во множители Планкова константа, но дури и минималната енергија, основната состојба, има две можни конфигурации во зависност од односот на спиновите на електрони и протон
Значи, да повториме што се случува кога парче натриум ќе падне во вода:
- натриумот веднаш донира надворешен електрон на водата,
- каде што се апсорбира од водороден јон и формира неутрален водород,
- оваа реакција ослободува голема количина на енергија и ги загрева околните молекули,
- неутралниот водород се претвора во молекуларен водороден гас и се издига од течноста,
- и конечно, со доволно количество енергија, атмосферскиот водород влегува во реакција на согорување со водороден гас.
Натриум метал
Сето ова може да се објасни едноставно и елегантно користејќи ги правилата на хемијата, а тоа често се прави. Меѓутоа, правилата што го регулираат однесувањето на сите хемиски реакции потекнуваат од уште пофундаментални закони: законите квантна физика(како Паулискиот принцип на исклучување, кој го регулира однесувањето на електроните во атомите) и електромагнетизмот (кој ја регулира интеракцијата на наелектризираните честички). Без овие закони и сили нема да има хемија! И благодарение на нив, секој пат кога ќе паднете натриум во вода, знаете што да очекувате. Ако сè уште не сте сфатиле, треба да носите заштита, да не го допирате натриумот со рацете и да се оддалечите кога ќе започне реакцијата!
Хемиските експерименти се повеќеслојни по нивната длабочина, сложеност и ефективност. Сеќавајќи се најмногу убави реакции, невозможно е да се игнорира „фараонската змија“ или интеракцијата на змискиот отров со човечката крв. Сепак, хемичарите одат подалеку, обрнувајќи внимание на поопасни експерименти, од кои еден е реакцијата на вода и натриум.
Потенцијал за натриум
Натриум - прекумерно активен метал, во интеракција со многумина познати супстанции. Реакцијата со натриум често се одвива насилно, придружена со значително ослободување на топлина, воспаление, а понекогаш дури и. Безбедното работење со супстанција бара јасно разбирање на нејзините физички и хемиски карактеристики.
Натриумот не е многу тврд по структура. Ги има следните својства:
- мала густина (0,97 g/cm³);
- мекост;
- мала топливост (топење 97,81 °C).
Во воздухот, металот брзо се оксидира, па затоа треба да се чува во затворени садови под слој од вазелин или керозин. Пред да експериментирате со вода, треба да отсечете парче натриум со тенок скалпел, да го извадите од садот со пинцета и темелно да го исчистите од остатоците од керозин со филтер-хартија.
Важно! Сите алатки мора да бидат суви!
При работа со метал, неопходно е да се носат специјални очила, бидејќи и најмал невнимателен чекор може да доведе до експлозија.
Историја на истражување на експлозија
За прв пат, научниците од Чешката академија на науките под раководство на Павел Јунгвирт се соочија со потребата да ја проучат реакцијата на водата и натриумот. со детонација на натриум во вода, позната оттогаш XIX век, е внимателно анализиран и опишан.
Реакцијата на натриум со вода вклучуваше потопување парче метал во обична вода и беше двосмислена: понекогаш се појавуваа блесоци, понекогаш не. Подоцна, беше можно да се утврди причината: нестабилноста беше објаснета со големината и обликот на користеното парче натриум.
Колку се поголеми димензиите на металот, толку е посилна и поопасна реакцијата помеѓу натриумот и водата.
Тајм-лапс снимката од реакцијата покажа дека во рок од пет милисекунди по потопувањето во вода, металот „“ испуштил стотици „игли“. Металните електрони кои моментално бегаат во вода доведуваат до акумулација на позитивен полнеж: Одбивноста на позитивните честички го кине металот, поради што се појавуваат „игли“. Во исто време, површината на металот се зголемува, што предизвикува таква насилна реакција.
За време на реакцијата се формира алкал, кој остава трага од малина зад парчето натриум. На крајот од експериментот, речиси целата вода во кристализаторот ќе стане темноцрвена.
Таквата реакција бара истражувачот целосно да ги почитува безбедносните мерки: да го спроведе експериментот носејќи заштитни очила, обидувајќи се да остане што е можно подалеку од кристализаторот. Дури и навидум незначителни грешки може да доведат до експлозија. Удри најмалата честичкаНатриум или алкали во очите е опасен.
Внимание! Не обидувајте се сами да ги повторувате овие експерименти!