Натрій

Натрій (Na)
Атомний номер	11
Зовнішній вигляд простої речовини	Натрій сріблясто-білий м'який метал
Властивості атома
Атомна маса (молярна маса)	22,989768 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома	190 пм
Енергія іонізації (перший електрон)	495,6(5,14) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація	[Ne] 3s^1
Хімічні властивості
Ковалентний радіус	154 пм
Радіус іона	97 (+1e) пм
Електронегативність (за Полінгом)	0,93
Електродний потенціал	-2,71 в
Ступені окиснення	1
Термодинамічні властивості
Густина	0,971 г/см³
Молярна теплоємність	1,222 Дж/(К·моль)
Теплопровідність	142,0 Вт/(м·К)
Температура плавлення	370,96 К
Теплота плавлення	2,64 кДж/моль
Температура кипіння	1156,1 К
Теплота випаровування	97,9 кДж/моль
Молярний об'єм	23,7 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки	кубічна об'ємноцентрована
Період ґратки	4,230 Å
Відношення с/а	n/a
Температура Дебая	150 К
Інші властовості
Критична точка	н/д
H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Натрій у Вікісховищі

На́трій (Natrium, Na) — хімічний елемент з атомним номером 11 та відповідна проста речовина — лужний сріблясто-білий м'який метал, хімічно дуже активний, на повітрі швидко окиснюється. Густина 0,968; t_плав 97,83 °С; t_кип 882,9 °С; коефіцієнт твердості за Моосом 0,5.

Натрій — дуже поширений літофільний елемент (шосте місце серед хімічних елементів), його кларк 2,64 за масою. Відомо понад 220 мінералів натрію різних класів (польові шпати, плагіоклази, галіт, селітра, тенардит, мірабіліт). Поширеність натрію в кам'яних метеоритах — 0,7 % за масою, в ультраосновних гірських породах — 0,57 %, в основних — 1,94 %, в середніх — 3,0 %, в кислих — 2,77 %, в глинах — 0,96 %, в пісковиках — 0,33 %, в карбонатних породах — 0,04 %, в океанічній воді — 1,03534 %. Застосовують натрій як відновник, теплоносій тощо. Солі натрію знаходять велике застосування в різних галузях економіки.

Історія

Натрій вперше був отриманий англійським хіміком Гамфрі Деві в 1807 році електролізом твердого NaOH.

Поширення в природі

Натрій належить до найпоширеніших елементів. На нього припадає 2,64% маси земної кори. У зв'язку з високою хімічною активністю він зустрічається тільки у вигляді різних сполук. Деякі з них, як хлорид натрію, сульфат натрію, утворюють потужні родовища.

Найбільші поклади хлориду натрію NaCl (кам'яна сіль, або галіт) є на Уралі в районах м. Солікамська та м. Соль-Ілецька, на Донбасі та в інших місцях. Значні кількості хлориду натрію добуваються у вигляді самосадної солі з соляних озер Ельтон і Баскунчак, які розташовані в Росії біля Казахстанського кордону. Величезні запаси сульфату натрію Na₂SO₄·10H₂O (мірабіліт) нагромаджені в затоці Кара-Богаз-Гол у східній частині Каспійського моря.

Натрій є важливим компонентом життєдіяльності організмів. Натрієві йонні струми є найшвидшими у клітині і велику частину потенціалу дії нервових клітин складає саме натрієвий компонент.

Фізичні властивості

У вільному стані натрій — сріблясто-білий легкий і м'який метал. Густина — 0,968  г/см³. Температура плавлення 97,83°С, кипіння — 882,9 °С.

Натрій є моноізотопним елементом, тобто у природі зустрічається виключно один ізотоп натрію — ²³Na, який є стабільним^[1].

Усього відомо 23 ізотопи натрію (без урахування ядерних ізомерів) із атомними масами від 17 до 39. Із 22 синтезованих ізотопів натрію найстабільнішим є нуклід ²²Na з періодом напіврозпаду у 2,6 роки. Відносно стабільним є нуклід ²⁴Na з періодом напіврозпаду 15 годин. Усі інші ізотопи натрію значно менш стабільні^[1].

Найважчим синтезованим нині^[коли?] ізотопом натрію є ³⁹Na з магічним числом нейтронів (N = 28) та періодом напіврозпаду меншим за 1 мс^[2].

Хімічні властивості

Натрій належить до головної підгрупи першої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми мають на зовнішньому електронному шарі по одному електрону, який вони легко втрачають і перетворюються на іони з одним позитивним зарядом. Тому в своїх сполуках натрій буває лише позитивно одновалентним.

Натрій — дуже активний метал. Легко втрачаючи свої валентні електрони, він є дуже сильним відновником. В електрохімічному ряді напруг він займає друге місце зліва від водню.

У сухому повітрі натрій енергійно взаємодіє з киснем повітря і перетворюється на пероксид:

• 2Na + O₂ = Na₂O₂

Тому його зберігають під шаром гасу або мінеральної оливи. З галогенами натрій реагує дуже енергійно з утворенням солей галогеноводневих кислот: NaCl, NaBr тощо. З рідким бромом він сполучається навіть з вибухом. З сіркою при деякому нагріванні утворює сульфіди: Na₂S. З водою реагує дуже бурхливо, навіть з вибухом. Ще більш бурхливо реагує з кислотами (теж з вибухом). У вологому повітрі метал легко перетворюється на гідроксид:

• 2Na + 2H₂O = 2NaOH + H₂ ↑

а останній, взаємодіючи з вуглекислим газом повітря, — в карбонат:

• 2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

При високій температурі натрій може відновлювати оксиди алюмінію, кремнію, тощо до вільних елементів:

• Al₂O₃ + 6Na = 2Al + 3Na₂O

Отримання

У вільному стані натрій одержують електролізом розплавлених хлоридів або гідроксидів. При електролізі розплавлених їдких лугів позитивно заряджені іони металів притягаються до негативно зарядженого катода, приєднують по одному електрону (відновлюються) і перетворюються на атоми вільних металів, а негативно заряджені іони гідроксилу притягуються до позитивно зарядженого анод, віддають йому по одному електрону і перетворюються на електро-нейтральні групи OH, які розкладаються з утворенням води і кисню, що виділяється на аноді. Одержання металічного натрію електролізом NaOH можна зобразити такими рівняннями:

                      NaOH
                       ↑↓
      — Катод <-   Na+ + OH-    -> Анод +
  4Na+ + 4e = 4Na°              4OH- — 4е = 4OH°
               4OH° = 2H2O + O2 ↑

Застосування

У харчовій промисловості

Сполуки натрію активно використовують у кулінарних цілях. Перш за все — це кухонна сіль, яка є хлоридом натрію і яку використовують як у промислових масштабах, так і в повсякденному житті при приготуванні їжі, а також як консервант.

Глутамат натрію, рецептори якого відповідальні за смак умамі — популярна харчова добавка.

Бікарбонат натрію, знаний як харчова сода, використовують як розпушувач для випікання.

У металургії

Натрій використовують як відновник при виплавці титану, цирконія, торія, урана і інших металів з їх хлоридів і фторидів. Важливу роль грає натрій у виплавці алюмінію — як у процесі отримання оксиду алюмінію з бокситів, так і надалі виділенні безпосередньо алюмінію електролізом.^[3] Відновлюючи гідроксид калію натрієм, отримують чистий калій.^[4] Також натрій використовують як модифікатор для створення різноманітних сплавів.

У медицині

Хлорид натрію є основним (окрім води) компонентом фізіологічного розчину, який використовують для ін'єкцій багатьох препаратів, а також при порушенні електролітичного балансу, гіпертонічних розчинів, що мають протимікробну дію та багатьох інших фармакологічних молекул. Достатня концентрація натрію є надзвичайно важливою для нормальної роботи мембранного транспорту, м'язових скорочень, передачі нервових імпульсів і багатьох інших життєво необхідних функцій, а його нестача (гіпонатріємія) викликає судоми, невралгію, втрату ваги, блювоту, порушення травлення, кому, смерть.^[5]

Енергетика та техніка

Натрієві лампи використовують в освітленні вулиць. При розігріванні внутрішньої горілки лампи, світло набуває спектрального відтінку парів натрію.

Легкість металу та його термопровідність можна використовувати у промисловості, де потрібне ефективне відведення тепла. Так, розробляли концепції атомних реакторів з натрієвим охолодженням^[en] де як теплоносій використовують натрієво-калієвий сплав у першому контурі охолодження реактора.^[4]

Натрій застосовують у будівництві двигунів для авіагалузі, де у тілі поршнів знаходиться натрій, при роботі поршня, натрій розплавлюється, та ефективніше переносить тепло від головки поршня до його основи, запобігаючи перегріванню тарілки поршня.^[6][7]

У освітленні є дугові трубчаті натрієві лампи (ДНАТ), де натрій є робочим тілом у досить енергоефективних натрієвих газорозрядних лампах із характерним помаранчево-жовтим спектром випромінювання, недоліком яких є спектр випромінювання.

Солі натрію

Натрій утворює солі з усіма кислотами. Переважна більшість солей натрію у воді розчиняється добре. Найважливіші з них:

• Хлорид натрію NaCl, або харчова сіль
• Карбонат натрію Na₂CO₃, або сода
• Гідрокарбонат натрію NaHCO₃, або питна сода
• Сульфат натрію Na₂SO₄
• Нітрит натрію NaNO₂
• Полісульфіди натрію

Джерела

• Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. — Донецьк : Вебер, 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0
• Мала гірнича енциклопедія : у 3 т. / за ред. В. С. Білецького. — Д. : Донбас, 2007. — Т. 2 : Л — Р. — 670 с. — ISBN 57740-0828-2.
• Деркач Ф. А. Хімія. — Львів : Львівський університет, 1968. — 312 с.

Посилання

• Натрій // Фармацевтична енциклопедія

Примітки

1. Atomic Weight of Sodium | Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights. www.ciaaw.org. Процитовано 20 листопада 2022.
2. Ahn, D. S.; Amano, J.; Baba, H.; Fukuda, N.; Geissel, H.; Inabe, N.; Ishikawa, S.; Iwasa, N.; Komatsubara, T. (14 листопада 2022). Discovery of $^{39}\mathrm{Na}$. Physical Review Letters. Т. 129, № 21. с. 212502. doi:10.1103/PhysRevLett.129.212502. Процитовано 20 листопада 2022.
3. Получение алюминия(рос.)
4. Общая химия(рос.)
5. Гіпонатріємія
6. Зачем в клапанах мотора натрий? — проверьте свои знания. zr.ru (рос.).
7. Розлом поршня двигуна літака який містить натрій. youtube.com (рос.).