НАТРИЙ

НАТРИЙ (от араб. натрун, греч. nitron - природная сода ; лат. Natrium) Na, хим. элемент I гр. периодич. системы, ат. н. 11, ат.м. 22,98977; относится к щелочным металлам. В природе один стабильный изотоп 23 Na. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 4,90. 10 -25 м 2. Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s 1 ; степень окисления +1; энергии ионизации Na 0 Na + Na 2+ 5,13915 и 47,304 эВ; сродство к электрону 0,34 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,0; ат. радиус 0,192 нм, ионный радиус 0,116 нм (координац. число 6), 0,153 нм (12).

Содержание натрия в земной коре 2,64% по массе. В гидросфере натрий содержится в виде растворимых солей в кол-ве ок. 2,9% (при общей концентрации солей в морской воде 3,5-3,7%); содержание натрия в морской воде 1,5. 10 16 т. Наличие натрия установлено в атмосфере Солнца и межзвездном пространстве. В природе натрий находится только в виде солей. Важнейшие минералы-галит (каменная соль ) NaCl, мирабилит (глауберова соль ) Na2 SO4 •10 Н2 О, тенардит Na,SO4. чилийская селитра NaNO3. криолит Na3 [AlF6 ], трона NaHCO3 •Na2 CO3 •2Н2 О, бура (тинкал) Na2 B4 O7 •10Н2 О, а также прир. силикаты. напр. альбит Na[AlSi3 O8 ], нефелин Na [AlSiO4 ], содержащие помимо натрия и др. элементы. Соед. натрия входят в состав живых организмов. гл. обр. в виде NaCl.

Так, напр. в плазме крови человека содержание ионов натрия 0,32% по массе, в костях-0,6%, в мышечных тканях-0,6-1,5%. Для восполнения естеств. убыли натрия из организма человек ежедневно должен употреблять с пищей 4-5 г NaCl.

Свойства. Натрий-серебристо-белый металл. в тонких слоях с фиолетовым оттенком. Выше — 222 °С устойчива модификация с кубич. решеткой (а = 0,4291 нм, z = 2, пространств. группа ImЗт); при —222 °С она переходит в гексагoн. форму (а = 0,3767 нм, с = 0,6154 нм, z = 2, пространств. группа Р63 /ттс). Т.пл. 97,86 °С, т. кип. 883,15 °С; плотн. 0,96842 г/см 3 (19,7°С), ур-ния температурной зависимости плотности: d = 0,9725 - 20,11•10 -4 t - 1,5. 10 -7 t 2 г/см 3 (0-96,6°С), d= 0,9501 -2,2976. 10 -4 t- 1,460. 10 -8 t 2 + + 5,638. 10 -12 t 3 г/см 3 (98 - 1370 °С); C 0 p 28,23 Дж/(моль. К), для газа 20,79 ДжДмоль•К);DH 0 пл 2,6 кДж/моль. DH 0 кип 88,99 кДж/моль. DH 0 возг 107,5 кДж/моль (298,15 К); S 0 298 51,30 Дж/(моль. К), для газа S 0 298 153,61 Дж/(моль. К); tкрит 2733 К, pкрит 40,8 МПа, uкрит 0,128 см 3 /моль ; давление насыщ. пара (Па) 1,544. 10 -5 (371,02 К), 1,852. 10 -4 (400 К), 9,326. 10 -2 (500 К), 5,673 (600 К), 103,9 (700 К). В газообразном состоянии натрий состоит из частиц Na и Na2. содержание Na2 (DH 0 обр для газа 142,3 кДж/моль ) увеличивается с ростом т-ры: 0,8% (600 К), 1,3% (650 К), 2,5% (750 К).

Ур-ния температурной зависимости: линейного расширения твердого натрия l = l0 (1 + 6,893•10 -5 t +0,63. 10 -7 t 2 )м; объемного расширения жидкого натрия u = u0 (l +2,4183 х х 10 -4 t+ 7,385. 10 -8 t 2 + 15,64. 10 -12 t 3 ) м 3 ; теплопроводности твердого натрия К = 135,6 - 0,167t Вт/(м. К) (0 - 97 °С), жидкого К = 93,0- 5,81. 10 -2 t Вт/(м. К) (98-1370°С); r = 4,290 + 1,993. 10 -2 t + 9,848•10 -6 t 2 мкОм. см (0-97°С. твердый натрий), r = 7,756 + 2,054. 10 -2 t + 3,481•10 -5 t 2 мкО. см (98-1100°С, жидкий натрий); h (Па. с) 6,80. 10 -4 (100°С), 2,84. 10 -4 (400°С), 1,49. 10 -4 (883,15°С), lgh(Пa х х с) = -4,6814 - 0,4296 lg Т + 234,65T(98 - 500 °С); g (Н/м) 0,192 (97,86 °С), 0,161 (400 0 С), 0,113 (883,15 °С), для жидкого g = 0,202 -1. 10 -4 t Н/м. Натрий парамагнитен, магн. восприимчивость + 0,70. 10 -9 (293 К). Норм. электродный потенциал -2,714 В, в расплаве -2,4 В.

Хим. активность натрия весьма высока. На воздухе он активно окисляется с пов-сти, в жидком состоянии выше 200 0 С загорается. В зависимости от условий натрий может окисляться до натрия оксида Na2 O или пероксида Na,O2. Энергично реагирует с водой с образованием натрия гидроксида NaOH и выделением Н2. при большой пов-сти контакта р-ция идет со взрывом. Натрий воспламеняется в атмосфере F2. в Сl2 горит при обычной т-ре, с Вr2 реагирует лишь при нагр. с I2 в обычных условиях не реагирует. Энергично взаимод. с S, Se и Те, образуя халькогениды составов Na2 X, NaX, NaX2. Na2 X5. Благородные газы незначительно раств. в твердом и жидком натрии, при 200 °С натрий начинает поглощать Н2. образуя весьма гигроскопичный гидрид NaH. С N2 в электрич. разряде дает нитрид Na3 N или азид NaN3. с разб. к-тами-соли. В жидком NH3 натрий легко раств. образуя р-р синего цвета с металлич. проводимостью, содержащий катионы Na + и сольватированные электроны ; р-римость натрия (г в 100 г NH3 ): 34,6 (0°С), 31,9 (-50°С), 29,4 (-105°С). Взаимод. натрия с NH3 при 300-400 °С или в присут. катализатора при охлаждении до — 30 °С получают амид NaNH2 .

При 800-900 °С газообразный натрий с С образует карбид (ацетиленид) Na2 C2. Р-цией натрия с ацетиленом при 98 o С получают NaC= CH и этилен. при более высоких т-рах-Na2 C2. С графитом натрий образует соед. включения (см. Графита соединения ). Об орг. соединениях натрия см. в ст. Натрийорганические соединения. Диспергированный натрий реагирует с большинством галогенидов, с органическими (типа СН2 Сl2. СНСl3 )-со взрывом. с галогенидами металлов МНаln - восстанавливая катион М 2+. Дает интерметал-лиды с Ag, Au, Cd, Ga, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, K, Cs; не образует соед. с Ва, Sr, Mg, Li, Zn, Al. Co ртутью натрий образует амальгамы - интерметаллиды состава NaHg2. NaHg4. NaHg8. NaHg, Na3 Hg2. Na5 Hg2. Na3 Hg. Наиб. значение имеют жидкие амальгамы (содержат менее 2,5% по массе натрия), образующиеся при постепенном введении натрия в Hg, находящуюся под слоем керосина или минер. масла .

Определение. Качественно натрий обнаруживают по характерной желтой окраске пламени его летучими соед. и по наиб. четко выраженным спектр. линиям 589,0 и 589,9 нм. Количественно натрий определяют пламенной фотометрией (вплоть до 0,0002 мг/л), спектр. или гравиметрич. методами. В последнем случае натрий отделяют от др. щелочных элементов в виде хлорида. сульфата или перхлората. чаще-в виде NaM(UO2 )3 (СН3 СОО)9. 6Н2 O, где М - Mg, Zn, Mn, Ni, с послед. оксидиметрич. титрованием. а также используют люминесцентное, колориметрич. нефелометрич. (при малых содержаниях натрия) определения. Используют хроматографич. радиометрич. и спектрофотометрич. методы определения натрия.

Применение. Натрий и его сплавы с К-жидкие теплоносители. в частности в ядерных реакторах. Пары натрия используют для наполнения газоразрядных ламп; сплавы Pb-Na-в произ-ве Рb(С2 Н5 )4. для изготовления подшипников. Натрий применяют как модификатор алюминиевых и др. сплавов. восстановитель в металлургии (в произ-ве Ti, Zr, Та), орг. синтезе (как сам натрий, так и его амальгама ), для получения соед. Na, как катализатор в синтезе бутадиенового каучука. Амальгаму Na используют при получении NaOH высокой чистоты; изотоп 24 Na-для радиологич. лечения нек-рых форм лейкемии и в диагностич. целях. Изотоп 22 Na-позитронный источник.

Мировое произ-во (без социалистич. стран) превышает 300 тыс. т/год (1980).

Хранят натрий под слоем инертной обезвоженной жидкости (керосин. минер. масло и др.), перевозят только в запаянных металлич. сосудах .

Металлич. натрий получил впервые в 1807 Г. Дэви.

Лит. Ситтиг М. Натрий, его производство, свойства и применение, пер. с англ. М. 1961; Foust O.J. Sodium-NaK engineering handbook, v. 1-5, N.-Y.-[a.oJ,1972-1979. См. также лит. при ст. Литий.