Натрий и его характеристики
Общая характеристика натрия
Натрий – один из наиболее распространенных элементов на Земле. Он обнаружен в атмосфере Солнца и в межзвездном пространстве. Важнейшие минералы натрия: NaCl (галит), Na2SO4×10H2) (мирабелит), Na3AlF6 (криолит), Na2B4O7×10H2) (бура) и др. Огромно содержание солей натрия в гидросфере (около 1,5×1016 т).
Соединения натрия входят в растительные и животные организмы в последнем случае главным образов в виде NaCl. В крови человека ионы Na+составляют 0,32%, в костях – 0,6%, в мышечной ткани – 0,6-1,5%.
В виде простого вещества натрий представляет собой серебристо-белый металл (рис.1). Он настолько мягок, что легко режется ножом. Вследствие легкой окисляемости на воздухе натрий хранят под слоем керосина.
Рис. 1. Натрий. Внешний вид.
Атомная и молекулярная масса натрия
Поскольку в свободном состоянии натрия существует в виде одноатомных молекул Na, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 22,9898.
Изотопы натрия
Известно двадцать изотопов натрия с массовыми числами от 18-ти до 37-ми, из которых наиболее стабильным является 23Na с периодом полураспада меньше минуты.
Ионы натрия
На внешнем энергетическом уровне атома натрия имеется один электрон, который является валентным:
1s22s22p63s1.
В результате химического взаимодействия натрий отдает свой единственный валентный электрон, т.е. является его донором, и превращается в положительно заряженный ион:
Na0-1e → Na+.
Молекула и атом натрия
В свободном состоянии натрий существует в виде одноатомных молекул Na. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу натрия:
|
Энергия ионизации атома, эВ |
5,14 |
|
Относительная электроотрицательность |
0,93 |
|
Радиус атома, нм |
0,189 |
|
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25oС, кДж/моль |
91,7 |
Сплавы натрия
Важнейшие области применения натрия – это атомная энергетика, металлургия, промышленность органического синтеза. В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяются в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержащий 77,2% (масс.) кадия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур, имеет высокий коэффициент теплоотдачи и не взаимодействует с большинством конструкционных материалов ни при обычных, ни при повышенных температурах.
Натрий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы.
Со ртутью натрий образует твердый сплав – амальгаму натрия, которая иногда используется как более мягкий восстановитель вместо чистого металла.
Примеры решения задач
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
Na2O → NaCl → NaOH → Na. |
| Ответ | Чтобы получить из оксида натрия хлорид этого же металла необходимо растворить его в кислоте:
Na2O+ 2HCl→ 2NaCl + H2O. Для получения гидроксида натрия из хлорида этого же металла необходимо растворить его в воде, однако, следует помнить, что гидролиз в этом случае не протекает: NaCl+ H2O→ NaOH + HCl. Получение натрия из соответствующего гидроксида возможно, если щелочь подвергнуть электролизу: NaOH ↔ Na+ + Cl—; K(-): Na+ + e → Na0: A(+): 4OH— — 4e → 2H2O + O2. 4NaOH = 4Na + 2H2O + 2O2. |
| Задание | В соединении натрия с кислородом массовая доля металла составляет 44,8%. Определите простейшую формулу этого соединения. |
| Решение | Вычислим массовую долю кислорода в соединении:
ω(O) = 100% — ω(Na) = 100% — 44,8% = 55,2%. Обозначим число атомов натрия в соединении «х», а кислорода – «у». Тогда, х:у = ω(Na) / Ar (Na) : ω(O)/Ar (O); х:у = 44,8 /23: 55,2 / 16; х:у = 1,95 : 3,45. Разделим полученные значения на наименьшее из них, т.е. на 1,95: х:у = 1 : 2. Значит формула соединения натрия с кислородом имеет вид NaO2. Это надпероксид натрия. |
| Ответ | NaO2 — надпероксид натрия |
