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; tплав 97,83 °С; tкип 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
Кухонна сіль (хлорид натрію, NaCl) та сода (карбонат натрію, Na2CO3 ) були відомі з ще доісторичних часів, першу використовували як ароматизатор та консервант, а другу — для виробництва скла. Сіль отримували з морської води, тоді як або з попелу деяких рослин. Хімічний склад цих речовин не був повністю зрозумілий до 1807 року, коли англійський хімік Гамфрі Деві отримав натрій електролізом твердого NaOH.
У 1808 році Жозеф Луї Гей-Люссак та Луї-Жак Тенар отримали натрій, нагріваючи до суміш каустичної соди та залізних стружок.
В 1890 Гамільтон Кастнер винайшов комерційно успішний спосіб (відомий як ) добувати великі кількості натрію з гідроксиду. Більш сучасний метод отримання натрію електролізом хлориду натрію став розповсюдженим лише у 20 столітті, після винайдення в 1924 роціSodium Production . В лабораторних умовах хлорид натрію розкладали електролізом і до тогоThe Electrolysis of Sodium Chloride, але Даунс зміг зробити цей процес комерційно доступним. При електролізі розчину солі у воді замість натрію виділяється водень, оскільки чистий натрій вступає в реакцію з водою, тому для отримання натрію необхідно було розкладати розплавлену сіль — що було енергетично затратним процесом через її високу температуру плавлення.
Назва Назва походить від слова древніх єгиптян "ntr", яке означає "сода" або "їдкий натр". Озера в долині Ваді-Натрун у Єгипті здавна були джерелами соди. В англійській мові натрій звучить як sodium, що походить від слова «soda», оскільки його було добуто з каустичної соди (гідроксиду натрію).
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.
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.
Найважчим синтезованим нині ізотопом натрію є 39Na з магічним числом нейтронів (N = 28) та періодом напіврозпаду меншим за 1 мс.
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
За звичайних умов натрій згорає в атмосфері фтору і хлору:
2Na + F2 = 2NaF
Лужні властивості Натрій має високу реактивність, взаємодіє із киснем та з водою з утворенням оксиду та гідроксиду, відповідно:
4Na + O2 -> 2Na2O
2Na + 2H2O -> 2 NaOH + H2 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.
Гідрокарбонат натрію, відомий як харчова сода, використовують як розпушувач для випікання.
У металургії Натрій використовують як відновник при виплавці титану, цирконію, торію, урану та інших металів з їх хлоридів і фторидів. Важливу роль відіграє натрій у виплавці алюмінію — як у процесі отримання оксиду алюмінію з бокситів, так і надалі виділенні безпосередньо алюмінію електролізом.Получение алюминия Відновлюючи гідроксид калію натрієм, отримують чистий калій.Общая химия Також натрій використовують як модифікатор для створення різноманітних сплавів.
У медицині Натрій входить до ряду лікарських препаратів.
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.
Натрій гідрогенкарбонат (NaHCO3) нейтралізує хлоридну кислоту шлункового соку, виявляючи антацидні властивості. Його застосовують при захворюваннях, що супроводжуються вираженим ацидозом, а також для боротьби з ацидозом при хірургічних втручаннях тощо. Натрій нітрит (NaNO2) належить до серцево-судинних засобів, які виявляють антиангінальну дію, його застосовують внутрішньо при стенокардії та спазмах судин мозку. Препарати, що містять натрій бромід (NaBr), виявляє заспокійливу дію.
Енергетика та техніка
Легкість металу та його теплопровідність можна використовувати у промисловості, де потрібне ефективне відведення тепла. Так, розробляли концепції де як теплоносій використовують натрієво-калієвий сплав у першому контурі охолодження реактора.
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.
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
Біологічні властивості
Натрій належить до макробіогенних елементів, які регулюють метаболізм живої клітини. При надлишку іонів натрію Na+ підвищується ламкість судин та порушується водний баланс в організмі. За дією на серцевий м’яз натрій є антагоністом калію, оскількинатрій розслабляє міокард. Нормальна робота серцевого м’яза (ритм) здійснюється при співвідношенні натрію і калію 0,5:1 та рН крові становить 7,0–7,425.
Галерея
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
Машковский М.Д. Лекарственные препараты: В 2 т. — К., 2000. — Т. 1; Суховєєв В.В., Сенченко Г.Г., Ковтун Г.О., Приплавко С.О. Металовмісні лікарські препарати. — К., 2000; Химическая энциклопедия. — М., 1992. — Т. 3; Чекман И.С., Пелещук А.П., Пятак О.А. и др. Справочник по клинической фармакологии. — К., 1987.
Посилання Натрій // Фармацевтична енциклопедія
Примітки