Большая Советская Энциклопедия (НА) - Большая Советская Энциклопедия "БСЭ" - Страница 167

167

Натрий

На'трий (Natrium), Na, химический элемент I группы периодической системы Менделеева; атомный номер 11, атомная масса 22,9898; серебристо-белый мягкий металл, на воздухе быстро окисляющийся с поверхности. Природный элемент состоит из одного стабильного изотопа 23 Na.

  Историческая справка. Природные соединения Н. — поваренная соль NaCI, сода Na2 CO3 — известны с глубокой древности. Название «натрий», происходящее от араб. натрун, греч. nitron, первоначально относилось к природной соде. Уже в 18 в. химики знали много др. соединений Н. Однако сам металл был получен лишь в 1807 Г. Дэви электролизом едкого натра NaOH. В Великобритании, США, Франции элемент называется Sodium (от исп. слова soda — сода), в Италии — sodio.

  Распространение в природе. Н. — типичный элемент верхней части земной коры. Среднее содержание его в литосфере 2,5% по массе, в кислых изверженных породах (граниты и др.) 2,77, в основных (базальты и др.) 1,94, в ультраосновных (породы мантии) 0,57. Благодаря изоморфизму Na+ и Ca2+ , обусловленному близостью их ионных радиусов, в магматических породах образуются натриево-кальциевые полевые шпаты (плагиоклазы). В биосфере происходит резкая дифференциация Н.: осадочные породы в среднем обеднены Н. (в глинах и сланцах 0,66%), мало его в большинстве почв (среднее 0,63%). Общее число минералов Н. 222. Na слабо задерживается на континентах и приносится реками в моря и океаны, где его среднее содержание 1,035% (Na — главный металлический элемент морской воды). При испарении в прибрежно-морских лагунах, а также в континентальных озёрах степей и пустынь осаждаются соли Н., формирующие толщи соленосных пород. Главные минералы, являющиеся источником Н. и его соединений, — галит (каменная соль) NaCI, чилийская селитра NaNO3 , тенардит Na2 SO4 , мирабилит Na2 SO4 ·10H2 O, трона NaH (CO3 )2 ?2H2 O. Мировая добыча Н. оценивается 1?108 т . Na — важный биоэлемент, в живом веществе в среднем содержится 0,02% Na; в животных его больше, чем в растениях.

  Физические и химические свойства. При обычной температуре Н. кристаллизуется в кубической решётке, а = 4,28

. Атомный радиус 1,86 , ионный радиус Na+ 0,92 . Плотность 0,968 г /см 3 (19,7 °С), t пл 97,83 °С, t kип 882,9 °С; удельная теплоёмкость (20 °С) 1,23?103 дж /(кг ?К) или 0,295 кал /(г ?град ); коэффициент теплопроводности 1,32?102 вт /(м?К ) или 0,317 кал /(см ?сек ?град ); температурный коэффициент линейного расширения (20 °С) 7,1?10-5 удельное электрическое сопротивление (0 °С) 4,3·0-8 ом ?м (4,3·0-6 ом ?см ). Н. парамагнитен, удельная магнитная восприимчивость + 9,2?10-6 ; весьма пластичен и мягок (легко режется ножом).

  Нормальный электродный потенциал Н. 2,74 в ; электродный потенциал в расплаве — 2,4 в. Пары Н. окрашивают пламя в характерный ярко-жёлтый цвет. Конфигурация внешних электронов атома 3s1 ; во всех известных соединениях Н. одновалентен. Его химическая активность очень высока. При непосредственном взаимодействии с кислородом в зависимости от условий образуются окись Na2 O или перекись Na2 O2 — бесцветные кристаллические вещества. С водой Н. образует гидроокись NaOH и Н2 ; реакция может сопровождаться взрывом. Минеральные кислоты образуют с Н. соответствующие растворимые в воде соли, однако по отношению к 98—100%-ной серной кислоте Н. сравнительно инертен.

  Реакция Н. с водородом начинается при 200 °С и приводит к получению гидрида NaH — бесцветного гигроскопичного кристаллического вещества. С фтором и хлором Н. взаимодействует непосредственно уже при обычной температуре, с бромом — только при нагревании; с йодом прямого взаимодействия не наблюдается. С серой реагирует бурно, образуя натрия сульфид . Взаимодействие паров Н. с азотом в поле тихого электрического разряда приводит к образованию нитрида Na3 N, а с углеродом при 800—900 °С — к получению карбида Na2 C2 .

  Н. растворяется в жидком аммиаке (34,6 г на 100 г NH3 при 0 °С) с образованием аммиачных комплексов. При пропускании газообразного аммиака через расплавленный Н. при 300—350 °С образуется натрийамин NaNH2 — бесцветное кристаллическое вещество, легко разлагаемое водой. Известно большое число натрийорганических соединений, которые по химическим свойствам весьма сходны с литийорганическими соединениями, но превосходят их по реакционной способности. Применяют натрийорганические соединения в органическом синтезе как алкилирующие агенты.

  Н. входит в состав многих практически важных сплавов. Сплавы Na — К, содержащие 40—90% К (по массе) при температуре около 25 °С, — серебристо-белые жидкости, отличающиеся высокой химической активностью, воспламеняющиеся на воздухе. Электропроводность и теплопроводность жидких сплавов Na — К ниже соответствующих величин для Na и К. Амальгамы Н. легко получаются при введении металлического Н. в ртуть; при содержании свыше 2,5% Na (по массе) при обычной температуре являются уже твёрдыми веществами.

  Получение и применение. Основной промышленный метод получения Н. — электролиз расплава поваренной соли NaCI, содержащей добавки KCI, NaF, CaCl2 и др., которые снижают температуру плавления соли до 575—585 °С. Электролиз чистого NaCI привёл бы к большим потерям Н. от испарения, т.к. температуры плавления NaCI (801 °С) и кипения Na (882,9 °С) очень близки. Электролиз проводят в электролизёрах с диафрагмой, катоды изготовляют из железа или меди, аноды — из графита. Одновременно с Н. получают хлор . Сохранился и старый способ получения Н. — электролиз расплавленного едкого натра NaOH, который значительно дороже NaCI, однако электролитически разлагается при более низкой температуре (320—330 °С).

  Н. и его сплавы широко применяются как теплоносители для процессов, требующих равномерного обогрева в интервале 450—650 °С — в клапанах авиационных двигателей и особенно в ядерных энергетических установках. В последнем случае жидко-металлическими теплоносителями служат сплавы Na — К (оба элемента имеют малые сечения поглощения тепловых нейтронов, для Na 0,49 барн ); эти сплавы отличаются высокими температурами кипения и коэффициентами теплопередачи и не взаимодействуют с конструкционными материалами при высоких температурах, развиваемых в энергетических ядерных реакторах. Соединение NaPb (10% Na по массе) применяется в производстве тетраэтилсвинца—наиболее эффективного антидетонатора . В сплаве на основе свинца (0,73% Ca, 0,58% Na и 0,04% Li), применяемом для изготовления осевых подшипников ж.-д. вагонов, Н. является упрочняющей добавкой. В металлургии Н. служит активным восстановителем при получении некоторых редких металлов (Ti, Zr, Ta) методами металлотермии; в органическом синтезе — в реакциях восстановления, конденсации, полимеризации и др. О применении соединений Н. см. Натрия бромид , Натрия гидроокись , Натрия сульфат , Натрия хлорид , Натриевая селитра , Сода и др.