โซเดียมทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำ การศึกษาปฏิกิริยาโดยนักวิทยาศาสตร์จากสาธารณรัฐเช็ก

ที่น่าสนใจที่สุดเมื่อ บทเรียนของโรงเรียนเคมีเป็นหัวข้อเกี่ยวกับคุณสมบัติของโลหะที่ใช้งานอยู่ เราไม่เพียงแต่ถูกเสิร์ฟเท่านั้น วัสดุทางทฤษฎีแต่ยังได้สาธิตการทดลองที่น่าสนใจอีกด้วย ทุกคนคงจำได้ว่าครูโยนโลหะชิ้นเล็ก ๆ ลงไปในน้ำได้อย่างไรและมันก็พุ่งไปตามพื้นผิวของของเหลวและจุดไฟ ในบทความนี้ เราจะมาทำความเข้าใจว่าปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำเกิดขึ้นได้อย่างไร และเหตุใดโลหะจึงระเบิด

โลหะโซเดียมเป็นสารสีเงินซึ่งมีความหนาแน่นใกล้เคียงกับสบู่หรือพาราฟิน โซเดียมมีลักษณะการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี ด้วยเหตุนี้จึงใช้ในอุตสาหกรรม โดยเฉพาะการผลิตแบตเตอรี่

โซเดียมมีสูง กิจกรรมทางเคมี- มักเกิดปฏิกิริยาเมื่อมีการปล่อยความร้อนปริมาณมากออกมา บางครั้งอาจมาพร้อมกับไฟหรือการระเบิด การทำงานกับโลหะแอคทีฟต้องได้รับการฝึกอบรมและประสบการณ์ที่ดี โซเดียมสามารถเก็บไว้ในภาชนะที่ปิดสนิทใต้ชั้นน้ำมันเท่านั้น เนื่องจากโลหะจะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ

ปฏิกิริยาโซเดียมที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือการทำปฏิกิริยากับน้ำ ปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำทำให้เกิดอัลคาไลและไฮโดรเจน:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

ไฮโดรเจนถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนจากอากาศและระเบิด ซึ่งเป็นสิ่งที่เราสังเกตเห็นระหว่างการทดลองในโรงเรียน

การศึกษาปฏิกิริยาโดยนักวิทยาศาสตร์จากสาธารณรัฐเช็ก

ปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำเป็นเรื่องง่ายมากที่จะเข้าใจ: ปฏิกิริยาของสารทำให้เกิดการก่อตัวของก๊าซ H2 ซึ่งจะถูกออกซิไดซ์โดย O2 ในอากาศและจุดติดไฟ ดูเหมือนง่าย แต่ศาสตราจารย์พาเวล ยุงเวียร์จาก Czech Academy of Sciences ไม่คิดเช่นนั้น

ความจริงก็คือในระหว่างการทำปฏิกิริยาไม่เพียง แต่เกิดไฮโดรเจนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไอน้ำด้วย จำนวนมากพลังงาน น้ำจะร้อนขึ้นและระเหยไป เนื่องจากโซเดียมได้ ความหนาแน่นต่ำเบาะรองนั่งไอน้ำควรดันขึ้นเพื่อแยกออกจากน้ำ ปฏิกิริยาควรจะตายลง แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น

ยุงเวิร์ธตัดสินใจศึกษากระบวนการนี้โดยละเอียดและบันทึกภาพการทดลองด้วยกล้องความเร็วสูง กระบวนการนี้ถ่ายทำที่ 10,000 เฟรมต่อวินาที และดูที่สโลว์โมชั่น 400x นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นว่าโลหะที่เข้าสู่ของเหลวเริ่มสร้างกระบวนการในรูปของหนามแหลม โดยมีคำอธิบายดังต่อไปนี้:

• โลหะอัลคาไลเมื่ออยู่ในน้ำจะเริ่มทำหน้าที่เป็นผู้บริจาคอิเล็กตรอนและปล่อยอนุภาคที่มีประจุลบออกมา
• ชิ้นส่วนโลหะได้รับประจุบวก
• โปรตอนที่มีประจุบวกจะเริ่มผลักกัน กลายเป็นส่วนต่อที่เป็นโลหะ
• เดือยแทงทะลุเบาะไอน้ำ พื้นผิวสัมผัสของสารที่ทำปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น และปฏิกิริยาจะรุนแรงขึ้น

วิธีดำเนินการทดลอง

นอกจากไฮโดรเจนแล้ว อัลคาไลยังเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาของน้ำและโซเดียม ในการตรวจสอบนี้ คุณสามารถใช้ตัวบ่งชี้ใดก็ได้: สารลิตมัส ฟีนอล์ฟทาลีน หรือเมทิลออเรนจ์ การใช้ฟีนอล์ฟทาลีนจะง่ายที่สุด เนื่องจากไม่มีสี สภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและปฏิกิริยาจะสังเกตได้ง่ายขึ้น

ในการทำการทดลองคุณต้องมี:

1. เทน้ำกลั่นลงในเครื่องตกผลึกเพื่อให้น้ำซึมเข้าไป มากกว่าครึ่งหนึ่งปริมาตรของเรือ
2. เพิ่มตัวบ่งชี้สองสามหยดลงในของเหลว
3. หั่นโซเดียมชิ้นขนาดครึ่งถั่ว เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้ใช้มีดผ่าตัดหรือมีดบางๆ คุณต้องตัดโลหะในภาชนะโดยไม่ต้องเอาโซเดียมออกจากน้ำมันเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดออกซิเดชัน
4. ใช้แหนบเอาชิ้นส่วนโซเดียมออกจากขวด แล้วซับด้วยกระดาษกรองเพื่อเอาน้ำมันออก
5. โยนโซเดียมลงในน้ำแล้วสังเกตกระบวนการจากระยะห่างที่ปลอดภัย

เครื่องมือทั้งหมดที่ใช้ในการทดลองจะต้องสะอาดและแห้ง

คุณจะเห็นว่าโซเดียมไม่จมลงไปในน้ำ แต่ยังคงอยู่บนพื้นผิวเนื่องจากความหนาแน่นของสาร โซเดียมจะเริ่มทำปฏิกิริยากับน้ำและปล่อยความร้อนออกมา ซึ่งจะทำให้โลหะละลายและกลายเป็นหยด หยดนี้จะเริ่มเคลื่อนตัวผ่านน้ำอย่างแข็งขันและเปล่งเสียงฟู่ที่มีลักษณะเฉพาะ หากชิ้นโซเดียมไม่เล็กเกินไป ก็จะเกิดเปลวไฟสีเหลืองขึ้น หากชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่เกินไปอาจเกิดการระเบิดได้

น้ำก็จะเปลี่ยนสีด้วย สิ่งนี้อธิบายได้จากการปล่อยอัลคาไลลงในน้ำและสีของตัวบ่งชี้ที่ละลายในน้ำ ฟีนอล์ฟทาลีนจะเปลี่ยนเป็นสีชมพู สีน้ำเงินลิตมัส และสีเหลืองเมทิลออเรนจ์

มันอันตราย

ปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมกับน้ำเป็นอันตรายมาก อาจเกิดการบาดเจ็บสาหัสระหว่างการทดลองได้ ไฮดรอกไซด์ เปอร์ออกไซด์ และโซเดียมออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาสามารถกัดกร่อนผิวหนังได้ ละอองอัลคาไลอาจเข้าตาและทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรงและอาจถึงขั้นตาบอดได้

การจัดการกับโลหะที่ใช้งานควรดำเนินการในห้องปฏิบัติการเคมีภายใต้การดูแลของผู้ช่วยห้องปฏิบัติการที่มีประสบการณ์ในการทำงานกับโลหะอัลคาไล

โซเดียมเป็นโลหะที่เกิดปฏิกิริยาสูงซึ่งทำปฏิกิริยากับสารหลายชนิด ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมอาจเกิดขึ้นอย่างรุนแรงและก่อให้เกิดความร้อนอย่างมาก ในกรณีนี้มักเกิดการจุดระเบิดและแม้แต่การระเบิด เพื่อให้ทำงานกับโซเดียมได้อย่างปลอดภัย จำเป็นต้องมีความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับทางกายภาพและ คุณสมบัติทางเคมีโอ้.

โซเดียมเป็นโลหะเบา (ความหนาแน่น 0.97 กรัม/ซม.3) อ่อนนุ่มและหลอมละลายได้ (ละลาย 97.86° C) มีความแข็งคล้ายพาราฟินหรือสบู่ ในอากาศ โซเดียมออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วและถูกปกคลุมด้วยฟิล์มสีเทาซึ่งประกอบด้วย Na2O2 เปอร์ออกไซด์และคาร์บอเนต ดังนั้นโซเดียมจึงถูกเก็บไว้ในขวดที่ปิดสนิทภายใต้ชั้นของน้ำมันก๊าดหรือน้ำมันปราศจากน้ำ

โซเดียมหนึ่งชิ้น ขนาดที่เหมาะสมตัดโดยไม่ต้องเอาโลหะออกจากน้ำมันก๊าดโดยใช้มีดหรือมีดผ่าตัด โซเดียมจะถูกเอาออกจากขวดด้วยแหนบ เครื่องมือทั้งหมดจะต้องแห้ง! หลังจากนั้นโซเดียมจะถูกปลดปล่อยออกจากน้ำมันก๊าดที่ตกค้างโดยใช้กระดาษกรอง ในบางกรณี โลหะจะถูกทำความสะอาดด้วยมีดผ่าตัดเพื่อขจัดชั้นเปอร์ออกไซด์ เนื่องจากการสัมผัสกับเปอร์ออกไซด์กับพื้นผิวโซเดียมสดอาจทำให้เกิดการระเบิดได้ ไม่ควรจัดการโซเดียมด้วยมือ เศษโซเดียมจะถูกหลอมด้วยความร้อนต่ำภายใต้ชั้นน้ำมันก๊าด

ไม่ควรล้างจานที่มีโซเดียมด้วยน้ำไม่ว่าในกรณีใด ๆ เพราะอาจทำให้เกิดการระเบิดและส่งผลเสียตามมาอย่างน่าเศร้า โซเดียมที่ตกค้างจะถูกกำจัดโดยการเติมแอลกอฮอล์ จากนั้นจึงใช้น้ำได้

จำเป็นต้องสวมแว่นตานิรภัยเมื่อทำงานกับโซเดียม อย่าลืมว่าคุณกำลังเผชิญกับอะไร การระเบิดสามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงเวลาที่ไม่คาดคิดและไม่เหมาะสมที่สุด และคุณต้องเตรียมพร้อมสำหรับเหตุการณ์นี้

ปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำ

เติมน้ำลงในเครื่องตกผลึก 3/4 เต็ม และเติมฟีนอลธาทาลีนลงไป 2-3 หยด หยดโซเดียมขนาดครึ่งเมล็ดถั่วลงในเครื่องตกผลึก โซเดียมจะยังคงอยู่บนพื้นผิวเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าน้ำ ชิ้นส่วนจะเริ่มทำปฏิกิริยากับน้ำอย่างแข็งขันและปล่อยไฮโดรเจนออกมา จากความร้อนของปฏิกิริยา โลหะจะละลายและกลายเป็นหยดสีเงินที่จะไหลไปตามผิวน้ำ ขณะเดียวกันก็ได้ยินเสียงฟู่ดังขึ้น บางครั้งไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจะสว่างขึ้นเป็นเปลวไฟสีเหลือง ไอโซเดียมจะได้สีนี้ หากไม่เกิดการลุกติดไฟ ไฮโดรเจนก็สามารถติดไฟได้ อย่างไรก็ตาม ชิ้นโซเดียมที่มีขนาดเล็กกว่าเมล็ดข้าวสาลีจะดับลง

อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทำให้เกิดอัลคาไลซึ่งทำหน้าที่กับฟีนอล์ฟทาลีนดังนั้นโซเดียมชิ้นหนึ่งจึงทิ้งร่องรอยราสเบอร์รี่ไว้ เมื่อสิ้นสุดการทดลอง น้ำเกือบทั้งหมดในเครื่องตกผลึกจะกลายเป็นสีแดงเข้ม

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

ผนังของเครื่องตกผลึกต้องปราศจากจาระบีและสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ หากจำเป็นให้ล้างด้วยสารละลายอัลคาไลมิฉะนั้นโซเดียมจะเกาะติดกับผนังและเครื่องตกผลึกอาจแตกได้

การทดลองควรสวมหน้ากากป้องกันหรือแว่นตานิรภัย ในระหว่างการทำปฏิกิริยา ให้รักษาระยะห่างและอย่าพิงเครื่องตกผลึกไม่ว่าในกรณีใดๆ การที่โซเดียมหรืออัลคาไลที่หลอมละลายกระเด็นเข้าตาอาจทำให้ตาบอดได้

ที่มา www.chemistry-chemists.com

หากคุณใส่โซเดียมลงในน้ำ คุณสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงและมักจะระเบิดได้

บางครั้งเราเรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ในวัยเด็กและเพียงยอมรับว่านี่คือวิธีการทำงานของโลก ตัวอย่างเช่น หากคุณโยนโซเดียมบริสุทธิ์ลงในน้ำ คุณจะได้รับปฏิกิริยาระเบิดในตำนาน ทันทีที่ชิ้นส่วนเปียก ปฏิกิริยาจะทำให้เกิดเสียงฟู่และร้อนขึ้น มันจะกระโดดขึ้นไปบนผิวน้ำและทำให้เกิดเปลวไฟด้วย แน่นอนว่ามันเป็นแค่เคมี แต่ไม่มีอย่างอื่นเกิดขึ้นเหรอ? ระดับพื้นฐาน- นี่คือสิ่งที่ผู้อ่าน Semyon Stopkin จากรัสเซียต้องการทราบ:

แรงอะไรควบคุมปฏิกิริยาเคมี และเกิดอะไรขึ้นในนั้น ระดับควอนตัม- โดยเฉพาะจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อน้ำทำปฏิกิริยากับโซเดียม?

ปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำถือเป็นปฏิกิริยาคลาสสิกและมีคำอธิบายที่ลึกซึ้ง เริ่มต้นด้วยการศึกษาความก้าวหน้าของปฏิกิริยา

สิ่งแรกที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับโซเดียมคือ ระดับอะตอมมันมีโปรตอนและอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวที่มากกว่าค่าเฉื่อยหรือ ก๊าซมีตระกูล, นีออน. ก๊าซมีตระกูลไม่ทำปฏิกิริยากับสิ่งใดๆ และนี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าพวกมันเต็มไปด้วยอิเล็กตรอนทั้งหมด การกำหนดค่าที่มีความเสถียรเป็นพิเศษนี้จะพังทลายลงเมื่อคุณย้ายองค์ประกอบหนึ่งลงไปตามตารางธาตุ และสิ่งนี้จะเกิดขึ้นกับองค์ประกอบทั้งหมดที่มีพฤติกรรมคล้ายกัน ฮีเลียมมีความเสถียรเป็นพิเศษ และลิเธียมมีฤทธิ์ทางเคมีอย่างมาก นีออนมีเสถียรภาพ แต่โซเดียมยังทำงานอยู่ อาร์กอน คริปทอน และซีนอนมีความเสถียร แต่โพแทสเซียม รูบิเดียม และซีเซียมยังทำงานอยู่

เหตุผลก็คืออิเล็กตรอนส่วนเกิน

ตารางธาตุแบ่งออกเป็นคาบและกลุ่มตามจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนอิสระและที่ถูกครอบครอง และนี่คือปัจจัยหลักในการกำหนดคุณสมบัติทางเคมีขององค์ประกอบ

เมื่อเราศึกษาอะตอม เราจะคุ้นเคยกับการคิดว่านิวเคลียสเป็นจุดศูนย์กลางที่มีประจุบวก แข็ง เล็ก และอิเล็กตรอนเป็นจุดที่มีประจุลบในวงโคจรรอบๆ นิวเคลียส แต่ในฟิสิกส์ควอนตัม เรื่องไม่ได้จบเพียงแค่นั้น อิเล็กตรอนสามารถประพฤติตัวเหมือนจุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าคุณยิงพวกมันด้วยอนุภาคหรือโฟตอนพลังงานสูงอีกตัวหนึ่ง แต่ถ้าปล่อยไว้ตามลำพัง พวกมันจะกระจายตัวและประพฤติตัวเหมือนคลื่น คลื่นเหล่านี้สามารถปรับตัวเองได้ในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง: ทรงกลม (สำหรับ s-orbitals ที่มี 2 อิเล็กตรอน) ตั้งฉาก (สำหรับ p-orbitals ที่มี 6 อิเล็กตรอน) และไกลออกไปถึง d-orbitals (10 อิเล็กตรอนแต่ละตัว) f -วงโคจร ( ถึง 14) ฯลฯ

วงโคจรของอะตอมที่มีสถานะพลังงานต่ำสุดจะอยู่ที่ด้านซ้ายบน และเมื่อคุณเคลื่อนไปทางขวาและลง พลังงานจะเพิ่มขึ้น การกำหนดค่าพื้นฐานเหล่านี้จะควบคุมพฤติกรรมของอะตอมและปฏิสัมพันธ์ภายในอะตอม

เปลือกเหล่านี้ถูกเติมเต็มเนื่องจากความจริงที่ว่าห้ามมิให้สองตัวที่เหมือนกัน (เช่นอิเล็กตรอน) จากการครอบครองสถานะควอนตัมเดียวกัน หากอยู่ในอะตอม วงโคจรของอิเล็กตรอนเต็มแล้วที่เดียวที่สามารถวางอิเล็กตรอนได้คือออร์บิทัลที่สูงกว่าถัดไป อะตอมของคลอรีนยินดีรับอิเล็กตรอนส่วนเกินเนื่องจากต้องการเพียงอิเล็กตรอนตัวเดียวเพื่อเติมอิเล็กตรอนเข้าไป เปลือกอิเล็กตรอน- ในทางกลับกัน อะตอมโซเดียมจะยอมสละอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายด้วยความยินดี เนื่องจากมีอิเล็กตรอนเพิ่มอีกตัวหนึ่ง และที่เหลือทั้งหมดก็เต็มเปลือกแล้ว นั่นเป็นสาเหตุที่โซเดียมคลอรีนทำงานได้ดี โซเดียมบริจาคอิเล็กตรอนให้กับคลอรีน และอะตอมทั้งสองอยู่ในรูปแบบที่ต้องการพลังงานสูง

องค์ประกอบของกลุ่มแรก ตารางธาตุโดยเฉพาะลิเธียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม เป็นต้น สูญเสียอิเล็กตรอนตัวแรกได้ง่ายกว่าอิเล็กตรอนตัวอื่นทั้งหมด

ในความเป็นจริง ปริมาณพลังงานที่จำเป็นสำหรับอะตอมในการให้อิเล็กตรอนชั้นนอกหรือพลังงานไอออไนเซชันนั้นดูเหมือนจะมีโลหะต่ำเป็นพิเศษเมื่อมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนตัวเดียว จากตัวเลขคุณจะเห็นว่าการนำอิเล็กตรอนจากลิเธียม โซเดียม โพแทสเซียม รูบิเดียม ซีเซียม ฯลฯ ง่ายกว่ามากเมื่อเทียบกับองค์ประกอบอื่น ๆ

ภาพนิ่งจากแอนิเมชันที่สาธิตปฏิสัมพันธ์แบบไดนามิกของโมเลกุลของน้ำ โมเลกุลของ H2O แต่ละตัวจะมีรูปตัว V และประกอบด้วยอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอม (สีขาว) เชื่อมต่ออยู่กับอะตอมออกซิเจน (สีแดง) โมเลกุล H 2 O ที่อยู่ติดกันจะทำปฏิกิริยากันสั้นๆ ผ่าน พันธะไฮโดรเจน(วงรีสีน้ำเงินและสีขาว)

แล้วจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีน้ำ? คุณอาจคิดว่าโมเลกุลของน้ำมีความเสถียรอย่างยิ่ง นั่นคือ H 2 O ซึ่งเป็นไฮโดรเจนสองตัวที่จับกันเป็นออกซิเจนหนึ่งตัว แต่โมเลกุลของน้ำมีขั้วสูงมาก นั่นคือด้านหนึ่งของโมเลกุล H 2 O (ด้านตรงข้ามไฮโดรเจนทั้งสอง) ประจุเป็นลบ และอีกด้านหนึ่งเป็นบวก ผลกระทบนี้เพียงพอที่จะทำให้โมเลกุลของน้ำบางส่วน - ตามลำดับหนึ่งในหลายล้าน - แบ่งออกเป็นสองไอออน - หนึ่งโปรตอน (H +) และไฮดรอกซิลไอออน (OH –)

เมื่อมีโมเลกุลของน้ำที่มีขั้วสูงมากจำนวนมาก หนึ่งในหลายล้านโมเลกุลจะแตกตัวออกเป็นไฮดรอกซิลไอออนและ โปรตอนอิสระ- กระบวนการนี้เรียกว่า

ผลที่ตามมาค่อนข้างสำคัญสำหรับสิ่งต่างๆ เช่น กรดและเบส สำหรับกระบวนการละลายเกลือและการกระตุ้น ปฏิกิริยาเคมีฯลฯ แต่เราสนใจว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อเติมโซเดียม โซเดียมซึ่งเป็นอะตอมที่เป็นกลางซึ่งมีอิเล็กตรอนชั้นนอกหลวมหนึ่งตัวไปจบลงในน้ำ และสิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงโมเลกุล H 2 O ที่เป็นกลางเท่านั้น แต่ยังรวมถึงไฮดรอกซิลไอออนและโปรตอนแต่ละตัวด้วย ก่อนอื่น โปรตอนมีความสำคัญสำหรับเรา - พวกมันนำเราไปสู่คำถามสำคัญ:

อันไหนดีกว่ากัน? มีอะตอมโซเดียมเป็นกลาง Na พร้อมด้วยโปรตอน H+ หนึ่งตัว หรือมีโซเดียมไอออนที่สูญเสียอิเล็กตรอน Na+ ไปพร้อมกับอะตอมไฮโดรเจนเป็นกลาง H หรือไม่

คำตอบนั้นง่ายมาก: ไม่ว่าในกรณีใด อิเล็กตรอนจะกระโดดจากอะตอมโซเดียมไปยังโปรตอนตัวแรกที่เข้ามา

เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอนไปหนึ่งตัว โซเดียมไอออนจะละลายในน้ำอย่างมีความสุข เช่นเดียวกับที่คลอรีนไอออนจะทำเมื่อได้รับอิเล็กตรอน ในกรณีของโซเดียม จะมีประโยชน์มากกว่ามากที่อิเล็กตรอนจะจับคู่กับไฮโดรเจนไอออน

นี่คือเหตุผลว่าทำไมปฏิกิริยาจึงเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วและด้วยพลังงานที่ส่งออกไป แต่นั่นไม่ใช่ทั้งหมด เรามีอะตอมไฮโดรเจนที่เป็นกลาง และต่างจากโซเดียม ตรงที่พวกมันไม่ได้เรียงตัวกันเป็นกลุ่มอะตอมเดี่ยวๆ ที่ยึดติดกัน ไฮโดรเจนคือก๊าซ และจะเข้าสู่สถานะที่มีพลังมากกว่า: ก่อตัวเป็นโมเลกุลไฮโดรเจน H2 ที่เป็นกลาง และเป็นผลให้มีพลังงานอิสระจำนวนมากเกิดขึ้น ซึ่งไปทำความร้อนให้กับโมเลกุลโดยรอบ ซึ่งเป็นไฮโดรเจนที่เป็นกลางในรูปของก๊าซ ซึ่งทำให้สารละลายของเหลวออกสู่ชั้นบรรยากาศที่มีออกซิเจนเป็นกลาง O 2

กล้องระยะไกลจับภาพระยะใกล้ของเครื่องยนต์หลักของ Shuttle ในระหว่างการทดสอบวิ่ง ศูนย์อวกาศตั้งชื่อตามจอห์น สเตนนิส ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่เลือกใช้สำหรับจรวดเนื่องจากมีน้ำหนักโมเลกุลต่ำและมีออกซิเจนปริมาณมากในชั้นบรรยากาศซึ่งไฮโดรเจนสามารถทำปฏิกิริยาได้

หากคุณสะสมพลังงานเพียงพอ ไฮโดรเจนและออกซิเจนก็จะทำปฏิกิริยาด้วย! การเผาไหม้ที่รุนแรงนี้จะปล่อยไอน้ำและพลังงานจำนวนมหาศาลออกมา ดังนั้น เมื่อชิ้นส่วนของโซเดียม (หรือธาตุใดๆ จากกลุ่มแรกของตารางธาตุ) ลงไปในน้ำ จะเกิดการปล่อยพลังงานแบบระเบิดออกมา ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการควบคุมการถ่ายโอนอิเล็กตรอน กฎควอนตัมจักรวาลและ คุณสมบัติทางแม่เหล็กไฟฟ้าอนุภาคที่มีประจุซึ่งประกอบเป็นอะตอมและไอออน

ระดับพลังงานและ ฟังก์ชันคลื่นอิเล็กตรอนที่สอดคล้องกัน เงื่อนไขต่างๆอะตอมไฮโดรเจน - แม้ว่าโครงสร้างเกือบทั้งหมดจะมีอยู่ในอะตอมทั้งหมดก็ตาม ระดับพลังงานจะถูกวัดเป็นทวีคูณ ค่าคงตัวของพลังค์แต่แม้แต่พลังงานขั้นต่ำ สถานะพื้นก็มีการกำหนดค่าที่เป็นไปได้สองแบบ ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของการหมุนของอิเล็กตรอนและโปรตอน

เรามาสรุปกันว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อโซเดียมชิ้นหนึ่งตกลงไปในน้ำ:

• โซเดียมจะบริจาคอิเล็กตรอนชั้นนอกให้กับน้ำทันที
• โดยที่มันถูกดูดซับโดยไอออนไฮโดรเจนและเกิดเป็นไฮโดรเจนที่เป็นกลาง
• ปฏิกิริยานี้จะปล่อยพลังงานจำนวนมากและทำให้โมเลกุลโดยรอบร้อนขึ้น
• ไฮโดรเจนที่เป็นกลางกลายเป็นก๊าซไฮโดรเจนโมเลกุลและเพิ่มขึ้นจากของเหลว
• และสุดท้ายเมื่อมีพลังงานเพียงพอ ไฮโดรเจนในบรรยากาศจะเกิดปฏิกิริยาการเผาไหม้กับก๊าซไฮโดรเจน

โลหะโซเดียม

ทั้งหมดนี้สามารถอธิบายได้ง่ายและสวยงามโดยใช้กฎเคมี และนั่นคือสิ่งที่มักทำกัน อย่างไรก็ตาม กฎเกณฑ์ที่ควบคุมพฤติกรรมของปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดนั้นมาจากกฎพื้นฐานที่มากกว่านั้น นั่นก็คือ กฎหมาย ฟิสิกส์ควอนตัม(เช่น หลักการกีดกันของเพาลี ซึ่งควบคุมพฤติกรรมของอิเล็กตรอนในอะตอม) และแม่เหล็กไฟฟ้า (ซึ่งควบคุมอันตรกิริยาของอนุภาคที่มีประจุ) หากไม่มีกฎหมายและพลังเหล่านี้ ก็จะไม่มีเคมีเกิดขึ้น! และต้องขอบคุณพวกเขา ทุกครั้งที่คุณหยดโซเดียมลงในน้ำ คุณจะรู้ว่าจะต้องเจอกับอะไรบ้าง หากคุณยังไม่เข้าใจ คุณต้องสวมอุปกรณ์ป้องกัน อย่าใช้มือสัมผัสโซเดียม และเคลื่อนตัวออกไปเมื่อปฏิกิริยาเริ่มต้นขึ้น!

การทดลองทางเคมีมีหลายแง่มุมทั้งในด้านความลึก ความซับซ้อน และประสิทธิผล ระลึกได้มากที่สุด ปฏิกิริยาที่สวยงามเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเพิกเฉยต่อ “งูฟาโรห์” หรือปฏิกิริยาของพิษงูกับเลือดมนุษย์ อย่างไรก็ตาม นักเคมีมุ่งความสนใจไปที่การทดลองที่เป็นอันตรายมากกว่า ซึ่งหนึ่งในนั้นคือปฏิกิริยาของน้ำและโซเดียม

ศักยภาพของโซเดียม

โซเดียม - มากเกินไป โลหะที่ใช้งานอยู่โต้ตอบกับผู้คนมากมาย สารที่รู้จัก- ปฏิกิริยากับโซเดียมมักจะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงพร้อมกับการปล่อยความร้อนการอักเสบและบางครั้งก็เกิดขึ้นด้วยซ้ำ การทำงานอย่างปลอดภัยกับสารต้องอาศัยความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับคุณลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของสารนั้น

โซเดียมมีโครงสร้างไม่แข็งมาก มันมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:

• ความหนาแน่นต่ำ (0.97 g/cm³);
• ความนุ่มนวล;
• หลอมละลายต่ำ (ละลาย 97.81 °C)

ในอากาศโลหะจะออกซิไดซ์อย่างรวดเร็ว ดังนั้นจึงควรเก็บไว้ในภาชนะปิดใต้ชั้นวาสลีนหรือน้ำมันก๊าด ก่อนที่จะทดลองกับน้ำคุณควรตัดโซเดียมด้วยมีดผ่าตัดบาง ๆ แล้วเอาออกจากภาชนะด้วยแหนบและทำความสะอาดคราบน้ำมันก๊าดด้วยกระดาษกรองอย่างทั่วถึง

สำคัญ! เครื่องมือทั้งหมดจะต้องแห้ง!

เมื่อทำงานกับโลหะจำเป็นต้องสวมแว่นตาพิเศษเนื่องจากขั้นตอนที่ไม่ระมัดระวังเพียงเล็กน้อยอาจทำให้เกิดการระเบิดได้

ประวัติความเป็นมาของการวิจัยการระเบิด

เป็นครั้งแรกที่นักวิทยาศาสตร์จาก Czech Academy of Sciences ภายใต้การนำของ Pavel Jungvirt ต้องเผชิญกับความจำเป็นในการศึกษาปฏิกิริยาของน้ำและโซเดียม โดยการระเบิดของโซเดียมในน้ำซึ่งรู้จักกันตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา ศตวรรษที่สิบเก้าได้รับการวิเคราะห์และอธิบายอย่างรอบคอบ

ปฏิกิริยาของโซเดียมกับน้ำเกี่ยวข้องกับการจุ่มชิ้นส่วนโลหะลงในน้ำธรรมดาและมีความคลุมเครือ: บางครั้งเกิดวาบขึ้น แต่บางครั้งก็ไม่เกิดขึ้น ต่อมามีความเป็นไปได้ที่จะระบุสาเหตุ: ความไม่แน่นอนอธิบายได้จากขนาดและรูปร่างของชิ้นโซเดียมที่ใช้

ยิ่งขนาดของโลหะมีขนาดใหญ่เท่าใด ปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมกับน้ำก็จะยิ่งแข็งแกร่งและอันตรายมากขึ้นเท่านั้น

ภาพปฏิกิริยาแบบเหลื่อมเวลาแสดงให้เห็นว่าภายในห้ามิลลิวินาทีหลังจากแช่อยู่ในน้ำ โลหะ "" จะปล่อย "เข็ม" ออกมาหลายร้อยอัน อิเล็กตรอนของโลหะจะหนีลงน้ำทันทีทำให้เกิดการสะสมของ ประจุบวก: การผลักกันของอนุภาคบวกทำให้โลหะฉีกขาด ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิด "เข็ม" ในเวลาเดียวกันพื้นที่ของโลหะก็เพิ่มขึ้นซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงเช่นนี้

ในระหว่างปฏิกิริยา จะเกิดอัลคาไลขึ้น ซึ่งทิ้งร่องรอยราสเบอร์รี่ไว้เบื้องหลังชิ้นส่วนของโซเดียม เมื่อสิ้นสุดการทดลอง น้ำเกือบทั้งหมดในเครื่องตกผลึกจะกลายเป็นสีแดงเข้ม

ปฏิกิริยาดังกล่าวทำให้ผู้วิจัยต้องปฏิบัติตามมาตรการด้านความปลอดภัยอย่างเต็มที่: ทำการทดลองโดยสวมแว่นตานิรภัย พยายามอยู่ห่างจากเครื่องตกผลึกให้มากที่สุด แม้แต่ข้อผิดพลาดที่ดูเหมือนไม่มีนัยสำคัญก็อาจทำให้เกิดการระเบิดได้ ตี อนุภาคที่เล็กที่สุดโซเดียมหรือด่างเข้าตาเป็นอันตราย

ความสนใจ! อย่าพยายามทำการทดลองเหล่านี้ซ้ำด้วยตัวเอง!