Natrium

Natrium
←  Neon | Magnesium  →
elleve Li ↑ Na ↓ K 11 Na
Udseende af et simpelt stof
Frisk skåret natrium
Atom egenskaber
Navn, symbol, nummer	Natrium/Natrium (Na), 11
Gruppe , punktum , blok	1 (forældet 1), 3, s-element
Atommasse ( molær masse )	22,98976928 ± 2,0E−8 amu [1] [2]  a. e. m.  ( g / mol )
Elektronisk konfiguration	[Ne] 3s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
Atomradius	190 kl
Kemiske egenskaber
kovalent radius	154  kl
Ion radius	97 (+1e)  kl
Elektronegativitet	0,93 (Pauling-skala)
Elektrodepotentiale	-2,71V
Oxidationstilstande	−1 [3] , 0, +1
Ioniseringsenergi (første elektron)	495,6(5,14)  kJ / mol  ( eV )
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof
Tæthed ( i.a. )	0,971 g/cm³
Smeltetemperatur	370,96 K; 97,81°C
Kogetemperatur	1156,1 K; 882,95°C
Oud. fusionsvarme	2,64 kJ/mol
Oud. fordampningsvarme	97,9 kJ/mol
Molær varmekapacitet	28,23 [4]  J/(K mol)
Molært volumen	23,7  cm³ / mol
Krystalgitteret af et simpelt stof
Gitterstruktur	Kubisk krop centreret
Gitterparametre	4.2820  Å
Debye temperatur	150.000  _
Andre egenskaber
Varmeledningsevne	(300 K) 142,0 W/(m K)
CAS nummer	7440-23-5
Emissionsspektrum

Natrium ( kemisk symbol  - Na , fra lat.  Na trium ) - et kemisk element af 1. gruppe (ifølge den forældede klassificering  - hovedundergruppen af ​​den første gruppe, IA), den tredje periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev . Atomnummeret  er 11.

I form af et simpelt stof er natrium et meget let (0,971 g/cm 3 ), blødt, reaktivt [5] sølv-hvidt alkalimetal . På det ydre energiniveau har natrium en elektron, som det let donerer, og bliver til en positivt ladet Na + -kation .

Den eneste stabile naturlige isotop af natrium er 23 Na.

Det forekommer ikke i fri form i naturen, men kan fås fra forskellige forbindelser. Natrium er det sjette mest udbredte grundstof i jordskorpen : det findes i adskillige mineraler , herunder feldspat , sodalit og "stensalt" ( halit , natriumchlorid ).

Navnets historie og oprindelse

Natriumforbindelser har været kendt og brugt siden oldtiden. I den oldgræske oversættelse af Bibelen  - Septuaginta  - nævnes ordet νίτρον [6] (i den latinske oversættelse - Vulgata  - det svarer til ordet nitroet ) som navnet på et stof som sodavand eller potaske , som, blandet med olie, tjent som vaskemiddel [7] ( Jer.  2:22 ). I Tanakh svarer ordet νίτρον til Heb. ברית ‏‎ - "sæbe" og נתר  - "lud" (sæbevæske) [8] . Sodavand (natron) forekommer naturligt i vandet i sodavandssøerne i Egypten . De gamle egyptere brugte naturlig sodavand til balsamering, blegning af lærred, tilberedning af mad, fremstilling af maling og glasur . Plinius den Ældre skriver, at i Nildeltaet blev sodavand (den indeholdt en tilstrækkelig andel urenheder) isoleret fra flodvandet. Det kom til salg i form af store stykker på grund af blandingen af ​​kul, farvet grå eller endda sort [9] .

Navnet "natrium" kommer af det latinske ord natrium (jf. andet græsk νίτρον ), der var lånt fra det mellemægyptiske sprog ( nṯr ), hvor det blandt andet betød: "sodavand", "kaustisk sodavand" [10] .

Forkortelsen "Na" og ordet natrium blev først brugt af akademikeren, grundlæggeren af ​​det svenske lægesamfund Jöns Jakob Berzelius til at betegne naturlige mineralsalte, som omfattede sodavand [11] . Tidligere (og stadig på engelsk, fransk og en række andre sprog) blev grundstoffet kaldt natrium ( lat.  natrium ) - dette navn natrium går måske tilbage til det arabiske ord sudamea , der betyder "hovedpine", da sodavand blev brugt på det tidspunkt som hovedpinemedicin [12] .

Natriummetal blev først opnået af den engelske kemiker Humphry Davy ved elektrolyse af en smelte af natriumhydroxid . Davy rapporterede dette den 19. november 1807 i Baker Lecture [13] (i manuskriptet til forelæsningen angav Davy, at han opdagede kalium den 6. oktober 1807 og natrium et par dage efter kalium [14] ).

At være i naturen

Natrium- clarke i jordskorpen er 25 kg/t. Indholdet i havvand i form af forbindelser er 10,5 g/l [15] . Natriummetalatomer kommer ind som en urenhed, der bliver stensalt blå. Salt får denne farve under påvirkning af stråling.

Fysiske egenskaber

Natrium er et sølvhvidt metal, i tynde lag med en violet nuance, plastik, endda blød (let skæres med en kniv), et frisk snit af natrium glimter.

Den elektriske og termiske ledningsevne af natrium er ret høj, tætheden er 0,96842 g / cm³ (ved 19,7 ° C ), smeltepunkt 97,86 ° C , kogepunkt 883,15 ° C.

Ved stuetemperatur danner natrium kubiske krystaller , rumgruppe I m 3 m , celleparametre  a = 0,42820 nm , Z = 2 .

Ved en temperatur på -268 ° C (5 K) passerer natrium ind i den hexagonale fase , rumgruppe P 6 3 / mmc , celleparametre a \u003d 0,3767 nm , c \u003d 0,6154 nm , Z \u003d 2 .

Kemiske egenskaber

Et alkalimetal, der let oxideres til natriumoxid i luften . For at beskytte mod atmosfærisk ilt opbevares metallisk natrium under et lag petroleum eller mineralolie.

Ved forbrænding i luft eller i ilt dannes natriumperoxid :

Derudover er der natriumozonid .

Natrium reagerer meget voldsomt med vand, et stykke natrium placeret i vand flyder, smelter på grund af den frigivne varme, bliver til en hvid kugle, der hurtigt bevæger sig i forskellige retninger over vandoverfladen [16] , reaktionen fortsætter med evolutionen brint , som kan antændes. Reaktionsligning:

Som alle alkalimetaller er natrium et stærkt reduktionsmiddel og interagerer kraftigt med mange ikke-metaller (undtagen nitrogen , jod , kulstof , ædelgasser):

Natrium er mere aktivt end lithium . Det reagerer ekstremt dårligt med nitrogen i en glødeudledning og danner et meget ustabilt stof - natriumnitrid (i modsætning til det letdannende lithiumnitrid):

Det reagerer med fortyndede syrer som et normalt metal:

Med koncentrerede oxiderende syrer frigives reduktionsprodukter:

Opløses i flydende ammoniak og danner en blå opløsning:

Det interagerer med gasformig ammoniak, når det opvarmes:

Med kviksølv danner det natriumamalgam, som bruges som et mildere reduktionsmiddel i stedet for det rene metal. Når det smeltes sammen med kalium, giver det en flydende legering.

Alkylhalogenider med et overskud af metal kan give organnatriumforbindelser - højaktive forbindelser, der normalt antændes spontant i luft og eksploderer med vand. Med mangel på metal opstår Wurtz-reaktionen .

Reagerer med alkoholer, phenoler, carboxylsyrer og danner salte.

Det opløses i kroneethere i nærvær af organiske opløsningsmidler, hvilket giver et elektrid eller alkali (i sidstnævnte har natrium en usædvanlig oxidationstilstand på -1 [3] ).

Henter

Den første industrielle metode til opnåelse af natrium var reaktionen af ​​reduktion af natriumcarbonat med kul ved at opvarme en tæt blanding af disse stoffer i en jernbeholder til 1000 ° C ( Deville- metoden ) [17] :

I stedet for kul kan calciumcarbid , aluminium , silicium , ferrosilicium , aluminium silico [18] [19] anvendes .

Med fremkomsten af ​​elkraftindustrien blev en anden metode til at opnå natrium mere praktisk - elektrolyse af en smelte af kaustisk soda eller natriumchlorid :

I øjeblikket er elektrolyse den vigtigste metode til fremstilling af natrium.

Natrium kan også opnås ved den termiske zirconiummetode eller ved termisk nedbrydning af natriumazid .

Ansøgning

Natriummetal er meget udbredt som et stærkt reduktionsmiddel i præparativ kemi og industri, herunder metallurgi. Bruges til at tørre organiske opløsningsmidler såsom ether . Natrium bruges til fremstilling af meget energikrævende natrium-svovl-batterier . Det bruges også i lastbilmotorers udstødningsventiler som en flydende køleplade. Lejlighedsvis bruges metallisk natrium som materiale til elektriske ledninger designet til meget høje strømme.

I en legering med kalium, såvel som med rubidium og cæsium , bruges det som et yderst effektivt kølemiddel. Især har en legering med sammensætningen natrium 12%, kalium 47%, cæsium 41% et rekordlavt smeltepunkt på -78 °C og blev foreslået som en arbejdsvæske til ionraketmotorer og som kølemiddel til atomkraftværker.

Natrium bruges også som et flydende metalkølemiddel i nogle hurtige neutronatomreaktorer . Nu er der to kraftreaktorer med natrium i drift - BN-600 og BN-800 . Derudover er BOR-60 forskningsreaktoren i drift . En multifunktionel forskningsreaktor er under opførelse .

Natrium bruges også i højtryks- og lavtryksudladningslamper (HLD og HLD). Lamper NLVD type DNaT (Arc Sodium Tubular) er meget udbredt i gadebelysning. De afgiver et skarpt gult lys. Levetiden for HPS-lamper er 12-24 tusinde timer. Derfor er gasudladningslamper af typen DNaT uundværlige til urban, arkitektonisk og industriel belysning. Der er også lamper DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) og DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

Natriummetal bruges i den kvalitative analyse af organisk stof. Legeringen af ​​natrium og teststoffet neutraliseres med ethanol , et par milliliter destilleret vand tilsættes og deles i 3 dele, testen af ​​J. Lassen (1843), har til formål at bestemme nitrogen, svovl og halogener ( Beilstein test ) .

Brugen af ​​natriumforbindelser i industrien

Natriumforbindelser bruges aktivt i industrien:

• Natriumchlorid (NaCl) ( almindelig salt ) er det ældste anvendte smags- og konserveringsmiddel.

• Natriumazid (NaN 3 ) bruges som nitreringsmiddel i metallurgi og til fremstilling af blyazid .

• Natriumcyanid (NaCN) bruges i den hydrometallurgiske metode til udvaskning af guld fra klipper, såvel som i nitrocarburisering af stål og ved galvanisering (sølv, forgyldning).

• Natriumchlorat (NaClO 3 ) bruges til at ødelægge uønsket vegetation på jernbaneskinnerne.

• Natriumbromid (NaBr) er meget udbredt i medicin (som beroligende og antikonvulsivt middel) [20] .

Isotoper af natrium

Fra 2012 kendes 20 isotoper med massetal fra 18 til 37 og 2 nukleare isomerer af natrium. Den eneste stabile isotop er 23 Na. De fleste isotoper har en halveringstid på mindre end et minut; kun én radioaktiv isotop, 22 Na, har en halveringstid på mere end et år. 22 Na gennemgår positronhenfald med en halveringstid på 2,6027 år og bruges som kilde til positroner og i videnskabelig forskning. 24Na , med en halveringstid på 15 timer i β - henfaldskanalen , bruges i medicin til diagnosticering og behandling af visse former for leukæmi .

Biologisk rolle

Natrium tilhører makroelementer [21] og er en del af alle levende organismer. I højere organismer findes natrium for det meste i cellernes intercellulære væske ( ca. 15 gange mere end i cellens cytoplasma ). Forskellen i koncentrationer understøttes af natrium-kalium-pumpen indbygget i cellemembranerne , som pumper natriumioner fra cytoplasmaet ind i den intercellulære væske.

Sammen med kalium udfører natrium følgende funktioner:

• Oprettelse af betingelser for forekomst af membranpotentiale og muskelsammentrækninger.
• Vedligeholdelse af osmotisk koncentration af blod.
• Opretholdelse af syre-base balance .
• Normalisering af vandbalancen.
• Sikring af membrantransport.
• Aktivering af mange enzymer .

For voksne, ifølge American Heart Association, er den mindst nødvendige dosis mindre end 500 milligram, den anbefalede dosis er op til 1500 milligram om dagen (med undtagelse af patienter med visse sygdomme og erhverv, der kræver en øget mængde natrium). I form af bordsalt indeholder 3/4 teskefuld 1725 milligram natrium [22] . Ifølge andre bør raske voksne begrænse natriumindtaget til 2300 milligram, og personer med forhøjet blodtryk og en række andre sygdomme - 1500 eller mindre.

Natrium findes i næsten alle fødevarer i varierende mængder, selvom kroppen modtager det meste fra bordsalt , herunder i dåsemad, halvfabrikata, saucer, pølser osv. Kosttilskud som mononatriumglutamat tjener også som kilde til natrium , bagepulver (natriumbicarbonat), natriumnitrit , natriumsaccharinat og natriumbenzoat [23] . Absorption sker hovedsageligt i maven og tyndtarmen . D-vitamin forbedrer optagelsen af ​​natrium, men alt for salt mad og fødevarer rige på proteiner forstyrrer normal optagelse. Mængden af ​​natrium indtaget med mad angiver mængden af ​​natrium i urinen . Natriumrige fødevarer er kendetegnet ved accelereret udskillelse .

Natriummangel hos en person, der spiser en afbalanceret kost, forekommer ikke, dog kan der opstå nogle problemer ved faste. Midlertidig mangel kan være forårsaget af brug af diuretika , diarré , overdreven svedtendens eller overdreven vandindtagelse .

Symptomer på natriummangel er vægttab, opkastning , luft i mave-tarmkanalen og nedsat absorption af aminosyrer og monosaccharider . Langvarig mangel forårsager muskelkramper og neuralgi .

Et overskud af natrium forårsager hævelse af ben og ansigt, øget udskillelse af kalium i urinen , forhøjet blodtryk og væskeophobning hos nogle mennesker [23] . Den maksimale mængde salt, der kan behandles af nyrerne , er cirka 20-30 gram, en større mængde er allerede livstruende.

Forholdsregler

fire 3 2W

NFPA 704 for natriummetal

Rent metallisk natrium er brandfarligt. I luften har den en tendens til at antænde spontant. Kontakt med vand og våde overflader er især farlig, da natrium reagerer meget aktivt med vand, ofte med en eksplosion, og danner en kaustisk alkali ( NaOH ). I laboratorier opbevares små mængder natrium (op til ca. 1 kg) i lukkede glasbeholdere under et lag petroleum, nafta, benzin eller vaselineolie, så væskelaget dækker hele metallet. En krukke med natrium skal opbevares i et brandsikkert metalskab (sikkert). Natrium tages med pincet eller tang, skæres af med en skalpel (natrium er plastik og skæres nemt med en kniv) på en tør overflade (i en glaskop); den nødvendige mængde og resten returneres straks til krukken under et lag petroleum, og det afskårne stykke anbringes enten i petroleum eller straks indføres i reaktionen. Før du begynder at arbejde med natrium, skal du instrueres i arbejdsbeskyttelse. Nybegyndere, der arbejder med natrium, bør gøre det under opsyn af personale, der har erfaring med sådant arbejde. Normalt, under laboratorieforhold, anvendes natriummængder, der ikke overstiger flere tiere gram, til reaktioner. Til demonstrationsforsøg, for eksempel i skolen i kemitimer, bør der ikke tages mere end et gram natrium. Efter at have arbejdet med metallisk natrium hældes alle skåle og natriumrester med ufortyndet alkohol, og den resulterende opløsning neutraliseres med en svag syreopløsning. Der skal udvises særlig omhu for at sikre, at alle natriumrester og stiklinger er fuldstændig neutraliseret, før de kasseres, da natrium i skraldespanden kan forårsage brand og i et kloakafløb, en eksplosion og rørsvigt. Alt arbejde med natrium, såvel som med alkalier og alkalimetaller generelt, bør udføres med briller eller en beskyttelsesmaske. Det anbefales ikke at holde natrium derhjemme og lave eksperimenter med det.

Antændelse og endda eksplosion af metallisk natrium i kontakt med vand og mange organiske forbindelser kan forårsage alvorlige skader og forbrændinger . Forsøg på at samle et stykke metallisk natrium op med bare hænder kan få det til at antænde (nogle gange eksplodere) på grund af hudens fugtighed og forårsage alvorlige forbrændinger fra natrium og den resulterende alkali. Afbrændingen af ​​natrium skaber en aerosol af oxid, peroxid og natriumhydroxid, som virker ætsende. Nogle reaktioner af natrium forløber meget voldsomt (for eksempel med svovl , brom ).

Noter

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. Grundstoffernes atomvægte 2005 (IUPAC Technical Report)  (engelsk) // 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. Grundstoffernes atomvægte 2013 (IUPAC Technical Report  )  // Pure and Applied Chemistry . - 2016. - Bd. 88 , nr. 3 . - S. 265-291 . - doi : 10.1515/pac-2015-0305 .
3. ↑ 1 2 Greenwood NN, Earnshaw A. Chemistry of the Elements  . — 2. udg. - Butterworth-Heinemann , 1997. - ISBN 0-08-037941-9 .
4. ↑ Alikberova L. Yu. Sodium // Chemical Encyclopedia  : i 5 bind / Ch. udg. I. L. Knunyants . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Kobber - Polymer. - S. 178-179. — 639 s. - 48.000 eksemplarer.  — ISBN 5-85270-039-8 .
5. ↑ Natrium
6. ↑ Symphony of Greek Dictionary Forms
7. ↑ Dvoretskys antikke græsk-russiske ordbog (utilgængeligt link) . Hentet 24. oktober 2018. Arkiveret fra originalen 30. marts 2016. (ubestemt) 
8. ↑ Bibelsymfoni med hebraisk og græsk ordbog
9. ↑ Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
10. ↑ Petrovsky N. S. egyptisk sprog. En introduktion til hieroglyfer, ordforråd og en oversigt over grammatikken i det mellemegyptiske sprog. L., 1958. - S. 83.
11. ↑ Thomas Thomson, Annals of Philosophy
12. ↑ Newton D.E. Chemical Elements. ISBN 0-7876-2847-6 .
13. ↑ Davy, H. The Bakerian Lecture, om nogle nye Fænomener af kemiske Forandringer frembragt af Elektricitet, især Nedbrydningen af ​​de faste Alkalier, og Udstillingen af ​​de nye Stoffer, som udgør deres Baser; and on the general Nature of alkaline Bodies  (engelsk)  // Philosophical Transactions of the Royal Society  : journal. - 1808. - Bd. 98 . - S. 1-44 .
14. ↑ Davy, John. De samlede værker af Sir Humphry Davy  (neopr.) . - London: Smith, Elder, and Company , 1839. - T. I. - S. 109.
15. ↑ Riley JP, Skirrow G. Chemical Oceanography. Vol. 1, 1965.
16. ↑ Interaktionen mellem natrium og vand  - videooplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
17. ↑ Mendeleev D. Fundamentals of Chemistry, 7. udg., St. Petersburg, 1903. - S. 386.
18. ↑ Alabyshev A.F., Grachev K.D., Zaretsky S.A., Lantratov M.F. Natrium og kalium (opnåelse, egenskaber, anvendelse), L .: Stat. n.-t. Publishing House of Chem. lit., 1959, s. 255.
19. ↑ Morachevsky A. G., Shesterkin I. A., Busse-Machukas V. B. m.fl. Sodium. Egenskaber, produktion, anvendelse (Under redaktion af A. G. Morachevsky), St. Petersburg: Chemistry, 1992, s. 186. ISBN 5-7245-0760-9
20. ↑ Anvendelse af natriumforbindelser i industrien
21. ↑ Natriumbiologisk rolle
22. ↑ Hvor meget natrium skal jeg spise om dagen? (utilgængeligt link) . Hentet 20. juli 2016. Arkiveret fra originalen 28. september 2016. (ubestemt) 
23. ↑ 1 2 Natrium i kosten

Litteratur

• Alekseev M. T. , Kolotov S. S. , Mendeleev D. I. Sodium // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.

Links

• Natrium på Webelements
• Periodisk system af videoer: natrium
• Natrium på Popular Library of Chemical Elements

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron jorden rundt Lille Brockhaus og Efron Ny Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis Granatæble
I bibliografiske kataloger BNF : 11980515x GND : 4171239-0 J9U : 987007553566405171 LCCN : sh85124249 NDL : 00568053 NKC : ph323347