Populyarnaya biblioteka himicheskih elementov

---

<< Neon | Oglavlenie | Magnii >>

Natrii

Izdatel'stvo "Nauka", 1977
Elektronnaya versiya: "Nauka i Tehnika", 2002

3 yanvarya 1959 g. v nebe poyavilas' kometa. Ne obychnaya kometa - iskusstvennaya: iz letyashei k Lune sovetskoi kosmicheskoi rakety bylo vypusheno oblako parov natriya. Yarkoe svechenie natrievoi komety pozvolilo utochnit' traektoriyu pervogo letatel'nogo apparata, proshedshego po marshrutu Zemlya - Luna.

Natrii i nashi predki

Po rasprostranennosti na nashei planete natrii zanimaet shestoe mesto sredi vseh elementov. Prirodnye soedineniya natriya - eto polevye shpaty i kamennaya sol', kriolit i selitra, mirabilit i bura, nefelin i ul'tramarin.

I ne udivitel'no, chto s soedineniyami natriya nashi predki poznakomilis' ochen' davno. Pitekantropu hloristyi natrii byl tak zhe neobhodim, kak i sovremennomu cheloveku.

V Vethom zavete upominaetsya nekoe veshestvo "neter". Eto veshestvo upotreblyalos', po sovremennoi terminologii, kak moyushee sredstvo. Skoree vsego neter - eto prosto soda, uglekislyi natrii, kotoryi obrazovyvalsya v solenyh egipetskih ozerah s izvestkovymi beregami. Ob etom zhe veshestve, no pod nazvaniem "nitron" pisali pozzhe grecheskie avtory Aristotel', Dioskorid, a drevnerimskii istorik Plinii Starshii, upominaya eto zhe veshestvo, nazyval ego uzhe "nitrum". (Kak eto chasto byvaet, v konce koncov voznikla putanica, i v XVI v. terminom "nitrum" oboznachali selitru - azotnokislyi natrii.)

U arabskih alhimikov vmesto "nitrum" upotreblyalsya termin "natron". Ot "natrona" i proizoshlo sovremennoe nazvanie "natrii".

V XVIII v. himikam bylo izvestno uzhe ochen' mnogo razlichnyh soedinenii natriya. Soli natriya shiroko primenyalis' v medicine, pri vydelke kozh, pri krashenii tkanei. I hotya o soedineniyah natriya znali ochen' mnogo, sam element vplot' do XIX v. otkryt ne byl. Slishkom aktiven etot metall, chtoby ego mozhno bylo vydelit' tradicionnymi himicheskimi metodami.

Iz shelochi...

19 noyabrya 1807 g. v Londone na zasedanii Korolevskogo obshestva ser Hemfri Devi ob'yavil ob otkrytii im novyh elementov - natriya i kaliya. Vydelit' eti elementy udalos' s pomosh'yu elektricheskogo toka. Edinstvennym real'no primenimym istochnikom elektrichestva v to vremya byl vol'tov stolb. Vol'tov stolb, kotorym pol'zovalsya Devi, sostoyal iz 250 par mednyh i cinkovyh plastin. D.I. Mendeleev tak opisyvaet otkrytie Devi:

"Soedinyaya s polozhitel'nym (ot medi ili uglya) polyusom kusok vlazhnogo (chtoby dostich' gal'vanoprovodnosti) edkogo natra i vydolbiv v nem uglublenie, v kotoroe nalita byla rtut', soedinennaya s otricatel'nym polyusom (katodom) sil'nogo vol'tova stolba, Devi zametil, chto v rtuti rastvoryaetsya, pri propuskanii toka, osobyi metall, menee letuchii, chem rtut', i sposobnyi razlagat' vodu, vnov' obrazuya edkii natr".

Devi pervym izuchil svoistva natriya i kaliya, on otmetil legkuyu okislyaemost' shelochnyh metallov, ukazal, chto pary natriya vosplamenyayutsya na vozduhe.

Vydelenie shelochnyh metallov bylo, konechno, vydayushimsya otkrytiem v himii, no tehnike togo vremeni ono ne dalo rovnym schetom nichego. Bolee togo, nikto ne znal, kakuyu voobshe pol'zu mogut prinesti myagkie i ochen' aktivnye metally, vosplamenyayushiesya pod deistviem vody.

Cherez god posle otkrytiya Devi Zhozef Gei-Lyussak i Lui Tenar poluchili natrii ne elektrolizom, a pri pomoshi reakcii edkogo natra s zhelezom, nagretym do krasnogo kaleniya. No i eto otkrytie ne izmenilo polozheniya natriya kak elementa "tol'ko dlya himikov", elementa bez primenenii; i tak prodolzhalos' pochti 17 let. No v 1824 g. s pomosh'yu natriya byl vydelen alyuminii (iz hloristogo alyuminiya), i interes k natriyu srazu vozros. Vskore, odnako, dlya vosstanovleniya alyuminiya stali primenyat' kalii, i proizvodstvo natriya opyat' poshlo na ubyl'. Lish' cherez 32 goda A. Sent-Kler Devil' i R. Bunzen dokazali, chto v proizvodstve alyuminiya vse-taki luchshe pol'zovat'sya natriem, a ne kaliem. Sent-Kler Devil' razrabotal pervyi promyshlennyi sposob polucheniya alyuminiya, dlya kotorogo natrii byl neobhodim. Prishlos' poputno razrabotat' i promyshlennyi sposob polucheniya elementa N 11.

Po metodu Sent-Kler Devilya natrii poluchili, vosstanavlivaya sodu uglem v prisutstvii izvestnyaka.

V 1886 g. etot sposob byl usovershenstvovan, no v tom zhe godu natrii snova ostalsya ne u del: spustya bukval'no neskol'ko mesyacev amerikanec Holl i francuz Eru pochti odnovremenno razrabotali elektroliticheskii sposob polucheniya alyuminiya.

Dlya togo chtoby element N 11 vnov' vernulsya v promyshlennye sfery, nuzhny byli po men'shei mere dve veshi: novye proizvodstva, kotorye ne mogli by oboitis' bez natriya, i effektivnye metody polucheniya deshevogo natriya.

Vzaimnoe vliyanie

V 1890 g. byl razrabotan elektroliticheskii sposob polucheniya elementa N 11. Po sushestvu, eto byl perenos v promyshlennost' opyta 80-tiletnei davnosti - opyta Devi. Elektrolizu podvergali rasplav edkogo natra, tol'ko istochniki energii byli uzhe inye - bolee sovershennye, chem vol'tov stolb.

Spustya 34 goda amerikanskii inzhener G. Dauns principial'no izmenil process elektroliticheskogo polucheniya natriya, zameniv sheloch' gorazdo bolee deshevoi povarennoi sol'yu. V eto vremya elektroenergiya stanovilas' vse dostupnee i deshevle. Dal'she - bol'she. Vse eto, konechno, ne moglo ne skazat'sya na stoimosti elementa N 11. Esli v 1890 g. kilogramm natriya stoil 4,5 dollara, to v 1953 g. - vsego lish' 35 centov.

O masshtabah mirovogo proizvodstva elementa N 11 mozhno sudit' po takim cifram: 1913 g. - 6 tys. t., 1952 g. (bez SSSR) - 140 tys. t., 1966 g. (tozhe bez SSSR) - bolee 180 tys. t natriya.

Na chto zhe rashoduyutsya eti tysyachi i sotni tysyach tonn? Prezhde vsego na proizvodstvo nekotoryh soedinenii elementa N 11 - ved' daleko ne vse oni est' v prirode. Kamennaya sol' (ili galit) NaCl, chiliiskaya selitra NaNO₃, kriolit Na₃AlF₆, glauberova sol' Na₂SO₄ ^. 10H₂O, bura Na₂B₄O₇ ^. 10N₂O i nekotorye silikaty - vot osnovnye prirodnye soedineniya natriya. A takie vazhnye natrievye soli, kak, naprimer, sodu ili giposul'fit, prihoditsya poluchat' iskusstvenno. K schast'yu, proizvodstva etih veshestv obhodyatsya bez metallicheskogo natriya. Zato cianid natriya, primenyaemyi v elektrohimii i pri dobyche cvetnyh metallov, vygodnee vsego poluchat', ispol'zuya v kachestve syr'ya sam element N 11.

Ili drugoi primer. Proizvodnoe ammiaka - amid natriya NaNH₂ - poluchayut v reakcii zhidkogo NH₃ s metallicheskim natriem. Eto veshestvo nestoiko, ono burno reagiruet s vodoi, i voobshe, rabotaya s nim, nuzhno soblyudat' ne men'she ostorozhnosti, chem pri rabote s metallicheskim natriem. Amid natriya nuzhen dlya polucheniya dvuh ochen' vazhnyh dlya nas veshestv - sinteticheskogo indigo i vitamina A. Sledovatel'no, dlya polucheniya i krasitelya, i vitamina nuzhen natrii.

V 1928 g. gruppa leningradskih himikov vo glave s professorom S.V. Lebedevym sintezirovala pervyi v mire sinteticheskii kauchuk, kotoryi nazvali natrii-butadienovym. "Butadienovym" - potomu, chto etot SK - produkt polimerizacii butadiena-1,3, a "natrii" - ottogo, chto imenno elementarnyi natrii sluzhil katalizatorom processa polimerizacii.

Ishodnymi veshestvami v proizvodstve sinteticheskih moyushih sredstv chashe vsego byvayut vysshie spirty (t.e. spirty, molekuly kotoryh soderzhat dlinnye cepochki atomov ugleroda). Eti spirty poluchayut vosstanovleniem sootvetstvuyushih kislot, a luchshii vosstanovitel' v etih reakciyah - vse tot zhe natrii...

Mnogim, veroyatno, pokazhetsya strannym utverzhdenie, chto element N 11 nuzhen transportu. Tem ne menee eto tak. V proizvodstve tetraetilsvinca - poka eshe samogo rasprostranennogo antidetonatora motornyh topliv - v kachestve syr'ya ispol'zuyut splav svinca s natriem (v sootnoshenii 9:1). Drugoi splav na osnove svinca, v sostave kotorogo 0,58% natriya, neobhodim zheleznodorozhnomu transportu. Iz etogo splava delayut podshipniki osei zheleznodorozhnyh vagonov.

Metallicheskii natrii - i tverdyi i zhidkii - ochen' horosho provodit i peredaet teplo. Na etom osnovano ego primenenie v kachestve teplonositelya. Takuyu rol' natrii vypolnyaet v dovol'no mnogih himicheskih proizvodstvah (kogda nuzhen ravnomernyi obogrev s temperaturoi 450...650^oC), v mashinah dlya lit'ya pod davleniem, v klapanah aviacionnyh dvigatelei, v atomnyh reaktorah. Dlya atomnoi tehniki vazhno takzhe, chto natrii pochti ne zahvatyvaet teplovye neitrony i ne vliyaet na hod cepnoi yadernoi reakcii.

Nel'zya zabyvat' eshe ob odnom vazhnom primenenii natriya. Kak odin iz samyh aktivnyh vosstanovitelei, element N 11 ispol'zuyut dlya polucheniya nekotoryh redkih metallov, naprimer cirkoniya.

Stoit li posle vsego etogo udivlyat'sya ne prekrashayushemusya rostu proizvodstva natriya?

Zakanchivaem nash rasskaz ob elemente N 11 slovami Dmitriya Ivanovicha Mendeleeva, napisannymi mnogo let nazad, no vdvoine spravedlivymi dlya nashih dnei: "Poluchenie metallicheskogo natriya otnositsya k vazhneishim otkrytiyam v himii ne potomu odnomu, chto cherez to rasshirilos' i stalo bolee pravil'nym ponyatie o prostyh telah, no potomu osobenno, chto v natrii vidny himicheskie svoistva, lish' slabo vyrazhennye v drugih obsheizvestnyh metallah".

Podrobnyi rasskaz o himicheskih svoistvah natriya opushen po toi prichine, chto eto odin iz nemnogih razdelov himii, kotorye dostatochno polno izlagayutsya v shkol'nyh uchebnikah.

Natrii na podvodnoi lodke

Natrii plavitsya pri 98^o, a kipit tol'ko pri 883^oC. Sledovatel'no, temperaturnyi interval zhidkogo sostoyaniya etogo elementa dostatochno velik. Imenno poetomu (i eshe blagodarya malomu secheniyu zahvata neitronov) natrii stali ispol'zovat' v yadernoi energetike kak teplonositel'. V chastnosti, amerikanskie atomnye podvodnye lodki osnasheny energoustanovkami s natrievymi konturami. Teplo, vydelyayusheesya v reaktore, nagrevaet zhidkii natrii, kotoryi cirkuliruet mezhdu reaktorom i parogeneratorom. V parogeneratore natrii, ohlazhdayas', isparyaet vodu, i poluchennyi par vysokogo davleniya vrashaet parovuyu turbinu. Dlya teh zhe celei ispol'zuyut splav natriya s kaliem.

Neorganicheskii fotosintez

Obychno pri okislenii natriya obrazuetsya okis' sostava Na₂O. Odnako esli szhigat' natrii v suhom vozduhe pri povyshennoi temperature, to vmesto okisi obrazuetsya perekis' N₂O₂. Eto veshestvo legko otdaet svoya "lishnii" atom kisloroda i obladaet poetomu sil'nymi okislitel'nymi svoistvami. Odno vremya perekis' natriya shiroko primenyali dlya otbelki solomennyh shlyap. Seichas udel'nyi ves solomennyh shlyap v ispol'zovanii perekisi natriya nichtozhen; osnovnye kolichestva ee ispol'zuyut dlya otbelki bumagi i dlya regeneracii vozduha na podvodnyh lodkah. Pri vzaimodeistvii perekisi natriya s uglekislym gazom protekaet process, obratnyi dyhaniyu: 2Na₂O₂ + 2SO₂  2Na₂CO₃ + O₂, t.e. uglekislyi gaz svyazyvaetsya, a kislorod vydelyaetsya. Sovsem kak v zelenom liste!

Natrii i zoloto

K tomu vremeni, kak byl otkryt natrii, alhimiya byla uzhe ne v chesti, i mysl' prevrashat' natrii v zoloto ne budorazhila umy estestvoispytatelei. Odnako seichas radi polucheniya zolota rashoduetsya ochen' mnogo natriya. "Rudu zolotuyu" obrabatyvayut rastvorom cianistogo natriya (a ego poluchayut iz elementarnogo natriya). Pri etom zoloto prevrashaetsya v rastvorimoe kompleksnoe soedinenie, iz kotorogo ego vydelyayut s pomosh'yu cinka. Zolotodobytchiki - sredi osnovnyh potrebitelei elementa N 11. V promyshlennyh masshtabah cianistyi natrii poluchayut pri vzaimodeistvii natriya, ammiaka i koksa pri temperature okolo 800^oC.

Natrievye provoda

Elektroprovodnost' natriya v tri raza nizhe, chem elektroprovodnost' medi. No natrii v 9 raz legche! Vyhodit, chto natrievye provoda vygodnee mednyh. Konechno, tonkie provoda iz natriya ne delayut, no vot shiny dlya bol'shih tokov celesoobrazno izgotovlyat' imenno iz natriya. Eti shiny predstavlyayut soboi zavarennye s torcov stal'nye truby, vnutri zapolnennye natriem. Takie shiny deshevle mednyh.

Natrii v vode

Kazhdyi shkol'nik znaet, chto proizoidet, esli brosit' kusochek natriya v vodu. Tochnee, ne v vodu, a na vodu, potomu chto natrii legche vody. Tepla, kotoroe vydelyaetsya pri reakcii natriya s vodoi, dostatochno, chtoby rasplavit' natrii. I vot begaet po vode natrievyi sharik, podgonyaemyi vydelyayushimsya vodorodom. Odnako reakciya natriya s vodoi - ne tol'ko opasnaya zabava; naprotiv ona chasto byvaet poleznoi. Natriem nadezhno ochishayut ot sledov vody transformatornye masla, spirty, efiry i drugie organicheskie veshestva, a s pomosh'yu amal'gamy natriya (t.e. splava natriya s rtut'yu) mozhno bystro opredelit' soderzhanie vlagi vo mnogih soedineniyah. Amal'gama reagiruet s vodoi namnogo spokoinee, chem sam natrii. Dlya opredeleniya vlazhnosti k probe organicheskogo veshestva dobavlyayut opredelennoe kolichestvo amal'gamy natriya i po ob'emu vydelivshegosya vodoroda sudyat o soderzhanii vlagi.

Natrievyi poyas zemli

Vpolne estestvenno, chto na Zemle natrii nikogda ne vstrechaetsya v svobodnom sostoyanii - slishkom aktiven etot metall. No v verhnih sloyah atmosfery - na vysote okolo 80 km - obnaruzhen sloi atomarnogo natriya. Na takoi vysote prakticheski net kisloroda, parov vody i voobshe nichego, s chem natrii mog by vstupit' v reakciyu. Spektral'nymi metodami natrii byl obnaruzhen i v mezhzvezdnom prostranstve.

Izotopy natriya

Prirodnyi natrii sostoit tol'ko iz odnogo izotopa s massovym chislom 23. Izvestny shest' radioaktivnyh izotopov etogo elementa, prichem dva iz nih predstavlyayut znachitel'nyi interes dlya nauki. Natrii-22, raspadayas', izluchaet pozitrony - polozhitel'no zaryazhennye chasticy, massa kotoryh ravna masse elektronov. Etot izotop s periodom poluraspada 2,58 goda ispol'zuyut v kachestve pozitronnogo istochnika. A izotop natrii-24 (ego period poluraspada okolo 15 chasov) primenyayut v medicine dlya diagnostiki i dlya lecheniya nekotoryh form leikemii - tyazhelogo zabolevaniya krovi.

Kak poluchayut natrii

Sovremennyi elektrolizer dlya polucheniya natriya - dovol'no vnushitel'noe sooruzhenie, vneshne napominayushee pech'. Eta "pechka" slozhena iz ogneupornogo kirpicha i snaruzhi okruzhena stal'nym kozhuhom. Snizu cherez dno elektrolizera vveden grafitovyi anod, okruzhennyi kol'ceobraznoi setkoi - diafragmoi. Eta setka ne daet vozmozhnosti natriyu proniknut' v anodnoe prostranstvo, gde vydelyaetsya hlor. Inache natrii sgorel by v hlore. Anod, kstati, tozhe kol'ceobraznyi, On sdelan iz stali. Obyazatel'naya prinadlezhnost' elektrolizera - dva kolpaka. Odin ustanavlivayut nad anodom dlya sbora hlora, drugoi - nad katodom dlya otvoda natriya.

V elektrolizere zagruzhayut smes' tshatel'no vysushennyh hloristogo natriya i hloristogo kal'ciya. Takaya smes' plavitsya pri bolee nizkoi temperature, chem chistyi hloristyi natrii. Obychno elektroliz vedut pri temperature okolo 600^oC.

Na elektrody podayut postoyannyi tok napryazheniem okolo 6v; na katode proishodit razryad ionov Na⁺ i vydelenie metallicheskogo natriya. Natrii vsplyvaet i otvoditsya v special'nyi sbornik (razumeetsya, bez dostupa vozduha). Na anode razryazhayutsya popy hlora Sl^- i vydelyaetsya gazoobraznyi hlor - cennyi pobochnyi produkt nutrievogo proizvodstva.

Obychno elektrolizer rabotaet pod nagruzkoi 25...30 tys. a, pri etom v sutki proizvoditsya 400...500 kg natriya i 600...700 kg hlora.

"Samyi metallicheskii metall"

Tak inogda nazyvayut natrii. Eto ne sovsem spravedlivo: v mendeleevskoi tablice narastanie metallicheskih svoistv proishodit po mere prodvizheniya sprava nalevo i sverhu vniz. Tak chto u analogov natriya po gruppe - franciya, rubidiya, ceziya, kaliya - metallicheskie svoistva vyrazheny sil'nee, chem u natriya. (Konechno, imeyutsya v vidu tol'ko himicheskie svoistva.) No i u natriya est' polnyi kompleks "metallicheskih" himicheskih svoistv. On legko otdaet svoi valentnye elektrony (po odnomu na atom), vsegda proyavlyaet valentnost' 1⁺, obladaet yarko vyrazhennymi vosstanovitel'nymi svoistvami. Gidrookisi "tipichnyh metallov" dolzhny byt' osnovaniyami. Gidrookis' natriya NaOH - sil'naya sheloch'. Vse eto ob'yasnyaetsya stroeniem atoma natriya, na vneshnei obolochke kotorogo tol'ko odin elektron, i s nim atom legko rasstaetsya.

V kislorode, ftore i hlore natrii gorit s seroi, reagiruet uzhe pri rastiranii v stupke, sernuyu kislotu vosstanavlivaet do sery ili dazhe do sul'fida, a "suhoi led" (tverdaya uglekislota) pri kontakte s natriem vzryvaetsya, (poetomu uglekislotno-snezhnye ognetushiteli ni v koem sluchae nel'zya primenyat' dlya tusheniya goryashego natriya). Ne vzaimodeistvuet natrii tol'ko s azotom i s inertnymi gazami.

Fizicheskie svoistva natriya - tozhe svoistva tipichnogo metalla. On ves'ma plastichen, dazhe myagok (legko rezhetsya nozhom), svezhii grez natriya blestit. Velichiny elektroprovodnosti i teploprovodnosti natriya dostatochno vysoki.

---

<< Neon | Oglavlenie | Magnii >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva Publikacii so slovami: himicheskie elementy - atomy - periodicheskaya tablica Mendeleeva
Sm. takzhe: Proishozhdenie himicheskih elementov Konferenciya v chest' 150-letiya tablicy Mendeleeva Otkuda poyavilis' himicheskie elementy? Otkuda proizoshli himicheskie elementy? Stepeni desyatki Ostatok sverhnovoi Kassiopeya A v rentgenovskih luchah Tumannost' Rozetka v svete atomov vodoroda, kisloroda, sery Vse publikacii na tu zhe temu >>