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 ²³Na. Поперечное сечение захвата тепловых нейтронов 4,90^.10^-25 м². Конфигурация внеш. электронной оболочки 3s¹; степень окисления +1; энергии ионизации Na⁰ Na⁺ Na²⁺ 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^.10¹⁶ 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) Na₂SO₄•10 Н₂О, тенардит Na,SO₄, чилийская селитра NaNO₃, криолит Na₃[AlF₆], трона NaHCO₃•Na₂CO₃•2Н₂О, бура (тинкал) Na₂B₄O₇•10Н₂О, а также прир. силикаты, напр. альбит Na[AlSi₃O₈], 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/см³ (19,7°С), ур-ния температурной зависимости плотности: d = 0,9725 - 20,11•10^-4t - 1,5^.10^-7t² г/см³ (0-96,6°С), d= 0,9501 -2,2976^.10^-4t- 1,460^.10^-8t²+ + 5,638^.10^-12t³ г/см³ (98 - 1370 °С); C⁰_p 28,23 Дж/(моль^.К), для газа 20,79 ДжДмоль•К);DH⁰_пл 2,6 кДж/моль, DH⁰_кип88,99 кДж/моль, DH⁰_возг 107,5 кДж/моль (298,15 К); S⁰₂₉₈ 51,30 Дж/(моль^.К), для газа S⁰₂₉₈ 153,61 Дж/(моль^.К); t_крит 2733 К, p_крит40,8 МПа, u_крит 0,128 см³/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 (DH⁰_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^-5t +0,63^.10^-7t²)м; объемного расширения жидкого натрия u = u₀(l +2,4183 х х 10^-4t+ 7,385^.10^-8t² + 15,64^.10^-12t³) м³; теплопроводности твердого натрия К = 135,6 - 0,167t Вт/(м^.К) (0 - 97 °С), жидкого К = 93,0- 5,81^.10^-2t Вт/(м^.К) (98-1370°С); r = 4,290 + 1,993^.10^-2t + 9,848•10^-6t² мкОм^.см (0-97°С. твердый натрий), r = 7,756 + 2,054^.10^-2t + 3,481•10^-5t² 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 ⁰С), 0,113 (883,15 °С), для жидкого g = 0,202 -1^.10^-4t 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 ⁰С загорается. В зависимости от условий натрий может окисляться до натрия оксида Na₂O 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 Na₂X, NaX, NaX₂, Na₂X₅. 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 Na₃N 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) Na₂C₂. Р-цией натрия с ацетиленом при 98 ^oС получают NaC=CH и этилен, при более высоких т-рах-Na₂C₂. 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 СН₂Сl₂, СНСl₃)-со взрывом, с галогенидами металлов МНаl_n- восстанавливая катион М²⁺ . 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, Na₃Hg₂, Na₅Hg₂, Na₃Hg. 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.

Наиб. важным соед. натрия посвящены ст. Натрия алюминаты, Натрия бораты, Натрия карбонат, Натрия сульфат, Натрия хлорид и др.

Получение. Натрий получают: электролизом расплава NaCl (одновременно производят Сl₂) с добавками КСl, NaF или СаСl₂ для снижения т-ры плавления электролита; электролизом расплава NaOH; небольшие кол-ва-разложением азида 2NaN₃2Na + 3N₂ и др. Электролиз NaCl проводят в электролизерах с диафрагмой; аноды изготовлены из графита, катоды-из Сu или Fe. Очищают натрий от примесей хлоридов, оксидов, Са, С добавлением в расплавленный натрий смеси NaOH -Na₂CO₃- NaCl или Na₂O₂, обработкой расплава металлич. Li, Ti или сплавом Ti-Zr, низшими хлоридами TiCl₃, TiCl₂, вакуумной дистилляцией.

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 (СН₃СОО)₉^.6Н₂O, 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(С₂Н₅)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 ²⁴Na-для радиологич. лечения нек-рых форм лейкемии и в диагностич. целях. Изотоп ²²Na-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.

Л.Ю. Аликберова.

• Натрий - справочник по веществам