Пайка с применением буры
Тетраборат натрия нашел широкое применение как флюс, используемый в процессе пайки и ковки различных металлов.
Сама по себе бура бесполезна, но под воздействием высоких температур превращается в оксид бора, имеющего отличные антиокислительные свойства. Также бура способна:
- заполнить в металле небольшие трещины;
- увеличить износостойкость и долговечность обработанной детали;
- помочь изменить форму детали при художественной ковке металла.
Во время пайки с применением флюса с поверхности металла моментально удаляются окислы, а другие вещества растворяются в нем. Во время ковки на поверхности металла постоянно образуется слой окалины. При неконтролируемой ковке он может перегреться, что испортит изделие. Применение флюса позволяет избежать этого.
Процесс обработки кованной детали флюсом, препятствующим образованию накалины на изделииИсточник Popgun.ru
Как производится пайка
Флюс чаще всего применяется при пайке с применением припоя – присадочного металла, имеющего сравнительно низкую температуру плавления. Для работы со всеми распространенными металлами: сталью, медью, чугуном и т. д. изготавливается флюс на основе борной кислоты с пропорцией 1:1. Смесь тщательно перемешивают, а затем испаряют воду для получения белого сухого порошка. Применение такого флюса имеет ряд преимуществ:
- материалы могут спаиваться в широком приделе температурных режимов пайки;
- становится возможным соединение металл с неметаллическими материалами;
- в процессе работы не плавятся основные материалы, а лишь флюс и припой;
- улучшаются прочностные и механические свойства спаиваемых деталей.
Флюса на основа буры продается в удобных герметичных упаковках из специального пластика, не пропускающего пары водыИсточник Bytlux.ru
[править] Ссылки
- Натрий на Webelements
- Periodic Table of Videos: натрий
- Натрий в Популярной библиотеке химических элементов
Электрохимический ряд активности металлов
Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu,Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2,W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au
Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева |
||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
H | He | |||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | |||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | |||||||||||||||
Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | |
Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | Og | |
Uue | Ubn | Ubu | Ubb | Ubt | Ubq | Ubp | Ubh | |||||||||||||||||||||||||
|
Алгоритм диагностики гипонатриемии
Важно исключить гипергликемическую гипонатриемию путем мониторинга уровня глюкозы в сыворотке крови. Если он повышен, следует скорректировать уровень натрия в сыворотке (таблица 1)
Когда измеренная осмолярность сыворотки скорректирована Na+ = измеренная Na++ 2,4 X (глюкоза сыворотки (ммоль/л) – 5,5 (ммоль/л): 5,5 (ммоль/л)).
Таблица 1. Зависимость скорректированной (истинной) концентрации натрия в сыворотке от концентрации глюкозы в сыворотке и измеренной концентрации натрия в сыворотке
Измеренная концентрация Na+ в сыворотке (ммоль/л) | Концентрация глюкозы в сыворотке (ммоль/л) | |||||||
5,56 | 11.11 | 16,67 | 22,22 | 27,78 | 33,33 | 38,89 | 44,44 | |
Скорректированная (истинная) концентрация Na+ в сыворотке (ммоль/л) | ||||||||
135 | 135 | 137 | 140 | 142 | 145 | 147 | 149 | 152 |
130 | 130 | 132 | 135 | 137 | 140 | 142 | 144 | 147 |
125 | 125 | 127 | 130 | 132 | 135 | 137 | 139 | 142 |
120 | 120 | 122 | 125 | 127 | 130 | 132 | 134 | 137 |
115 | 115 | 117 | 120 | 122 | 125 | 127 | 129 | 132 |
110 | 110 | 112 | 115 | 117 | 120 | 122 | 124 | 127 |
105 | 105 | 107 | 110 | 112 | 115 | 117 | 119 | 122 |
100 | 100 | 102 | 105 | 107 | 110 | 112 | 114 | 117 |
95 | 95 | 97 | 100 | 102 | 105 | 107 | 109 | 112 |
90 | 90 | 92 | 95 | 97 | 100 | 102 | 104 | 107 |
85 | 85 | 87 | 90 | 92 | 95 | 97 | 99 | 102 |
80 | 80 | 82 | 85 | 87 | 90 | 92 | 94 | 97 |
75 | 75 | 77 | 80 | 82 | 85 | 87 | 89 | 92 |
70 | 70 | 72 | 75 | 77 | 80 | 82 | 84 | 87 |
Минерал бура: история, состав, описание и разновидности
Бура — натриевая соль борной кислоты. Её эмпирическая формула Na₂B₄O₇. Вещество имеет кристаллический тип строения. Широкое применение впервые получило в Средней Азии, где обрело название «танкал». Но современному названию тетраборат натрия обязан персам, прозвавшим его «бурах», что обозначало «смесь флюса с водой». Древние Египтяне широко применяли буру при мумификации. В средневековой Европе бура применялась для очистки металлических поверхностей: посуды и других предметов быта.
Добавив буру в наполнитель для кошачьего лотка возможно в несколько раз снизить интенсивность запаха, исходящего от негоИсточник Decorobot.ru
Вплоть до середины 19 века основным местом добычи буры была Италия, пока в 1867 году Джон А. Витч не открыл крупнейшее месторождение в Америке. Массовая добыча привела к обрушению цен на минерал, благодаря чему тетраборат натрия стал поистине «народным средством».
Основные физико-химические свойства вещества:
Химическая формула |
Na₂B₄O₇ |
Цве | Прозрачный минерал, иногда серый, с синим или желтым оттенком. |
Внешний вид |
Призматические кристаллы, ровные, высокие, расположенные в хаотичном порядке |
Химические свойства |
Хорошо растворим в воде Плохо растворим в Без запаха Металлический вкус Легко плавится при сравнительно невысоких температурах |
Температура плавления |
60°С |
Добавив буру в стиральные порошок или отбеливатель возможно значительно улучшить их свойстваИсточник Yesofcorsa.com
К потребителю поставляется в двух вариантах: порошке и жидком растворе. Порошок применяется в промышленности, в первую очередь для сварки металлов большой толщины. Жидкий раствор удобен для пайки мелких деталей – достаточно лишь окунуть её в раствор целиком.
Свойства атома натрия:
200 | Свойства атома | |
201 | Атомная масса (молярная масса) | 22,98976928(2) а.е.м. (г/моль) |
202 | Электронная конфигурация | 1s2 2s2 2p6 3s1 |
203 | Электронная оболочка |
K2 L8 M1 N0 O0 P0 Q0 R0 |
204 | Радиус атома (вычисленный) | 190 пм |
205 | Эмпирический радиус атома* | 180 пм |
206 | Ковалентный радиус* | 154 пм |
207 | Радиус иона (кристаллический) | Na+
1,13 (4) пм, 1,16 (6) пм, 1,32 (8) пм, 1,53 (12) пм (в скобках указано координационное число – характеристика, которая определяет число ближайших частиц (ионов или атомов) в молекуле или кристалле) |
208 | Радиус Ван-дер-Ваальса | 227 пм |
209 | Электроны, Протоны, Нейтроны | 11 электронов, 11 протонов, 12 нейтронов |
210 | Семейство (блок) | элемент s-семейства |
211 | Период в периодической таблице | 3 |
212 | Группа в периодической таблице | 1-ая группа (по старой классификации – главная подгруппа 1-ой группы) |
213 | Эмиссионный спектр излучения |
Применение натрия
Применение натрия с лечебной целью целесообразно в следующих случаях:
- Дефицит Na в организме;
- Повышенные физические нагрузки на организм, занятие спортом, кардионагрузки;
- Обезвоживание организма;
- Нормализации кислотно-щелочного баланса в организме;
- Тяжелые формы диареи, рвоты;
- Отравление алкоголем, продуктами питания и другими веществами;
- Изотонический раствор (NаСl) используют для разбавления инъекционных лекарственных препаратов;
- Бикарбонат Na применяют при гастритах и других болезнях органов пищеварения с повышенной кислотностью;
- Физиологический раствор Na применяют для обработки ран, ожогов, а также промывания носовой полости и глаз;
- Различные заболевания: диспепсия, холера и другие.
Необходимо отметить, что область применения натрия в медицине зависит от конкретного состава того или иного препарата. Поэтому, выбор и применения Na в медицине делает врач, исходя из потребностей организма.
Вред натрия
Употребление натрия на постоянной основе в увеличенных дозах может принести вред организму и спровоцировать целый ряд заболеваний. Ведь макроэлемент негативно влияет на обменные процессы в организме. Из-за обилия натрия жидкости хуже циркулируют. В результате повышается кровяное давление, организм перестает выводить жидкость.
Избыток жидкости приводит к отекам, из-за которых осложняется работа внутренних органов, происходит нагрузка на сосуды. Вдобавок натрий способствует вымыванию кальция из костей, что может привести к возникновению частых переломов. Макроэлемент приводит и к уменьшению запасов магния и калия, что может вызывать проблемы сердцем.
Нехватка натрия — симптомы
Дефицит натрия в организме может вызвать ряд осложнений со здоровьем, среди которых:
- Слабость, быстрая утомляемость, потеря сил;
- Сильная жажда, пересыхание слизистых оболочек в ротовой полости, обезвоживание организма;
- Появление отеков;
- Нарушение белкового метаболизма;
- Нарушение кислотно-щелочного (pH) и водного баланса;
- Головокружения, дискоординация при движении, головная боль, галлюцинации;
- Метеоризм, тошнота, рвота;
- Потеря веса;
- Невралгия, мышечные судороги;
- Нарушение ритма работы сердца (аритмии);
- Нарушение функции усвоения организмом аминокислот и моносахаридов.
Причины нехватки натрия
Длительную нехватку Na вызвать достаточно сложно, поэтому это редкое явление. Однако, спровоцировать кратковременный дефицит натрия могут:
- Отсутствие восполнения потерянной из организма жидкости или наоборот – чрезмерное употребление питьевой воды;
- Применение мочегонных препаратов (диуретиков);
- Обильное потоотделение;
- Вегетарианские диеты;
- Расстройства в ЖКТ – рвота, поносы;
- Употребление пищи, богатой на калий (К);
- Потеря крови в большом количестве.
Физико-химические характеристики
Металлический натрий, сохраняемый в минеральном масле
Физические характеристики вещества:
- Режется ножом. По этому признаку его легко отличить от прочих металлов.
- Хорошо проводит тепло и ток. Это достоинство оценили промышленники.
- Свежесрезанная поверхность металла блестит.
- Тонкие пластины отсвечивают фиолетом.
- Под давлением серебристо-белый металл становится прозрачно-красным.
Более интересны химические свойства.
Это очень активный металл:
- На воздухе мгновенно окисляется.
- Вступает в реакцию с большинством веществ.
Взаимодействие вещества с водой подобно шоу. Кусочек натрия всплывает, нагревает воду, плавится. Наконец становится белым шариком, который хаотично плавает по водной поверхности.
Свойства атома | |
---|---|
Название, символ, номер | На́трий / Natrium (Na), 11 |
Атомная масса (молярная масса) |
22,98976928 ± 2,0E−8 а. е. м. (г/моль) |
Электронная конфигурация | 3s1, 1s22s22p63s1 |
Радиус атома | 190 пм |
Химические свойства | |
Ковалентный радиус | 154 пм |
Радиус иона | 97 (+1e) пм |
Электроотрицательность | 0,93 (шкала Полинга) |
Электродный потенциал | -2,71 В |
Степени окисления | −1 (в алкалидах); 0; +1 (наиболее частая) |
Энергия ионизации (первый электрон) |
495,6(5,14) кДж/моль (эВ) |
Термодинамические свойства простого вещества | |
Плотность (при н. у.) | 0,971 г/см³ |
Температура плавления | 370,96 К; 97,81 °C |
Температура кипения | 1156,1 К; 882,95 °C |
Уд. теплота плавления | 2,64 кДж/моль |
Уд. теплота испарения | 97,9 кДж/моль |
Молярная теплоёмкость | 28,23 Дж/(K·моль) |
Молярный объём | 23,7 см³/моль |
Кристаллическая решётка простого вещества | |
Структура решётки | кубическая объёмноцентрированная |
Параметры решётки | 4,2820 Å |
Температура Дебая | 150 K |
Прочие характеристики | |
Теплопроводность | (300 K) 142,0 Вт/(м·К) |
Номер CAS | 7440-23-5 |
Реакцию венчает фонтан водорода. Однако газ способен самопроизвольно загореться.
Меры предосторожности
Чистый металлический натрий огнеопасен. На воздухе склонен к самовоспламенению. Особенно опасен контакт с водой и влажными поверхностями, так как натрий очень бурно реагирует с водой, часто со взрывом, образуя едкую щёлочь (NaOH). В лабораториях небольшие количества натрия (примерно до 1 кг) хранят в закрытых стеклянных банках под слоем керосина, лигроина, бензина или вазелинового масла так, чтобы слой жидкости покрывал весь металл. Банка с натрием должна храниться в металлическом несгораемом шкафу (сейфе). Натрий берут пинцетом или щипцами, отрезают скальпелем (натрий пластичен и легко режется ножом) на сухой поверхности (не на столе, а в стеклянной чашке); необходимое количество и остаток тут же возвращают в банку под слой керосина, а отрезанный кусок либо помещают в керосин, либо тут же вводят в реакцию. Прежде чем приступить к работе с натрием, необходимо пройти инструктаж по охране труда. Лица, впервые приступающие к работе с натрием, должны производить эту работу под наблюдением сотрудников, имеющих опыт такой работы. Обычно в лабораторных условиях для реакций используют количества натрия, не превышающие нескольких десятков граммов. Для показательных опытов, например, в школе на уроках химии, следует брать не более одного грамма натрия. После работы с металлическим натрием всю посуду и остатки натрия заливают неразбавленным спиртом и полученный раствор нейтрализуют слабым раствором кислоты
Следует обратить особое внимание на то, чтобы все остатки и обрезки натрия были полностью нейтрализованы до их выбрасывания, так как натрий в мусорном ведре может вызвать пожар, а в канализационном сливе может вызвать взрыв и разрушение трубы. Все работы с натрием, как и вообще с щелочами и щелочными металлами, должны проводиться в очках или защитной маске
Хранить натрий дома и производить с ним какие-либо опыты не рекомендуется.
Воспламенение и даже взрыв металлического натрия при соприкосновении с водой и многими органическими соединениями может причинить серьёзные травмы и ожоги. Попытка взять кусочек металлического натрия голыми руками может привести к его воспламенению (иногда взрыву) из-за влажности кожи и образованию тяжелейших ожогов натрием и образующейся щёлочью. Горение натрия создает аэрозоль оксида, пероксида и гидроксида натрия, обладающий разъедающим действием. Некоторые реакции натрия протекают очень бурно (например, с серой, бромом).
1.1.1 Количество вещества — моль вещества
Каждый химический элемент отличается от других не только химическим символом (качественная характеристика), но некоторыми количественными параметрами. К ним относятся, прежде всего, атомная масса элемента и заряд его ядра (или порядковый номер элемента). Эти характеристики для каждого атома элемента приведена в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Однако следует отметить, что приведенные массы атомов являются относительными величинами (так называемыми, атомными единицами массы или а.е.м.). Молекулярная массахимического соединения также легко определима, так как она равна сумме атомных масс составляющих данную молекулу атомов.
Однако количественные расчеты на практике необходимо проводить в привычных единицах массы (граммы, килограммы и т.д.), поэтому основная трудность, с которой сталкиваются при изучении химии — переход от относительных атомных и молекулярных масс химических веществ к единицам массы.
Переход к более привычным единицам массы (в граммах, например) легко осуществим, если использовать для этого одно из основных понятий химии — моль вещества.
Моль вещества — это количество вещества, содержащее 6,02·1023 атомов или молекул этого вещества.
Количественно масса 1 моль вещества — масса вещества в граммах, численно равная его атомной или молекулярной массе.
Пример: молекулярная масса воды H2O равна 18 а.е.м. (атомная масса водорода — 1, кислорода — 16, итого 1+1+16=18). Значит, один моль воды равен по массе 18 граммов, и эта масса воды содержит 6,02·1023 молекул воды.
Аналогично, масса 1 моля серной кислоты H2SO4 равна 98 граммов (1+1+32+16+16+16+16=98), а масса одной молекулы H2SO4 равна: 98г/6,02·1023 = 16,28·10-23 г.
Число 6,02·1023 называется числом Авогадро и является важнейшей мировой константой (NA = 6,02·1023 моль-1).
Таким образом, любое химическое соединение характеризуется массой одного моля или мольной (молярной) массой М, выражаемой в г/моль. Значит, М(H2O) = 18 г/моль, а М(H2SO4) = 98 г/моль.
Связь между количеством n (в молях) и массой m (в граммах) вещества выражается формулой:
m = nM | (1.1) |
Возникает закономерный вопрос о необходимости введения термина «мольная масса вещества» и его применения, ведь для измерения массы вещества уже имеются величины, входящие в систему СИ: килограмм, грамм, тонна и т.д. Вопрос отпадает, если рассмотреть применение данных величин при анализе химических уравнений.
В общем случае уравнение химической реакции записывают в виде
,
где: A, B, C, D — вещества; a, b, c, d — коэффициенты уравнения.
Принято в левой части уравнения записывать исходные (реагирующие) вещества, а в правой части — продукты химической реакции.
В качестве примера рассмотрим простое химическое взаимодействие:
2Н2 + О2 = 2Н2О.
Данная запись показывает, что при взаимодействии двух молекул газообразного водорода Н 2 и одной молекулы газообразного кислорода О2 образуется две молекулы воды.
Учитывая, что М(Н2) = 2 г/моль, М(О2) = 32 г/моль и М(Н2О) = 18 г/моль, и сохраняя соотношения между числом молекул реагирующих веществ и продуктов реакции , имеем следующую картину:
2Н2 | + | О2 | = | 2Н2О |
2 молекулы | 1 молекулы | 2 молекулы | ||
200 молекул | 100 молекул | 200 молекул | ||
2·6,02·1023 молекул | 1·6,02·1023 молекул | 2·6,02·1023 молекул | ||
2 моль | 1 моль | 2 моль | ||
2·2 = 4 грамма | 1·32 = 32 грамма | 2·18 = 36 граммов |
Из данного примера видно, что количество моль реагирующих и образующихся в результате химической реакции веществ прямопропорционально коэффициентам в уравнении химической реакции.
Это позволяет проводить количественные расчеты, используя уравнения заданных химических реакций.
Пример: определить массуобразующейся воды при сжигании 16 граммов водорода в избытке кислорода.
Решение.
Используем уже знакомое нам уравнение реакции и расставим в нем требуемые величины.
Таблица изотопов
Символ изотопа | Z ( p ) | N ( п ) | изотопная масса (u) | Период полураспада | Режим (ы) распада | Изотоп (ы) -сын | Ядерный спин |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Энергия возбуждения | |||||||
18 Na | 11 | 7 | 18.02597 (5) | 1,3 (4) × 10 −21 с | p (> 99,9%) | 17 До | (1 -) # |
(<0,1%) | 18 До | ||||||
19 Na | 11 | 8 | 19.013877 (13) | <40 нс | п | 18 До | (5/2 +) # |
20 Na | 11 | 9 | 20.007351 (7) | 447,9 (23) мс | β + (75%) | 20 До | 2+ |
β + , α (25%) | 16 O | ||||||
21 Na | 11 | 10 | 20.9976552 (8) | 22.49 (4) с | β + | 21 До | 3/2 + |
22 Na | 11 | 11 | 21,9944364 (4) | 2,6027 (10) а | β + | 22 До | 3+ |
22m Na | 583.03 (9) кэВ | 244 (6) нс | 1+ | ||||
23 Na | 11 | 12 | 22.9897692809 (29) | Стабильный | 3/2 + | ||
24 Na | 11 | 13 | 23.99096278 (8) | 14,9590 (12) ч | β — | 24 мг | 4+ |
24m Na | 472.207 (9) кэВ | 20.20 (7) мс | TI (99,95%) | 24 Na | 1+ | ||
β — (0,05%) | 24 мг | ||||||
25 Na | 11 | 14 | 24.9899540 (13) | 59,1 (6) с | β — | 25 мг | 5/2 + |
26 Na | 11 | 15 | 25,992633 (6) | 1.077 (5) с | β — | 26 мг | 3+ |
27 Na | 11 | 16 | 26,994077 (4) | 301 (6) мс | β — (99,87%) | 27 мг | 5/2 + |
β — , n (0,13%) | 26 мг | ||||||
28 Na | 11 | 17 | 27.998938 (14) | 30,5 (4) мс | β — (99,421%) | 28 мг | 1+ |
β — , n (0,579%) | 27 мг | ||||||
29 Na | 11 | 18 | 29,002861 (14) | 44,9 (12) мс | β — (74,09%) | 29 мг | 3/2 (+ #) |
β — , n (25,91%) | 28 мг | ||||||
30 Na | 11 | 19 | 30,008976 (27) | 48,4 (17) мс | β — (68,83%) | 30 мг | 2+ |
β — , n (30,0%) | 29 мг | ||||||
β — , 2n (1,17%) | 28 мг | ||||||
β — , α | 26 До | ||||||
31 Na | 11 | 20 | 31,01359 (23) | 17,0 (4) мс | β — (62,05%) | 31 мг | (3/2 +) |
β — , п | 30 мг | ||||||
β — , 2n | 29 мг | ||||||
β — , 3n | 28 мг | ||||||
32 Na | 11 | 21 год | 32.02047 (38) | 12,9 (7) мс | β — | 32 мг | (3-, 4-) |
β — , п | 31 мг | ||||||
β — , 2n | 30 мг | ||||||
33 Na | 11 | 22 | 33,02672 (94) | 8,2 (2) мс | β — , n (52,0%) | 32 мг | 3/2 + # |
β — (36,0%) | 33 мг | ||||||
β — , 2n (12,0%) | 31 мг | ||||||
34 Na | 11 | 23 | 34.03517 (96) # | 5,5 (10) мс | β — , 2n (50,0%) | 32 мг | 1+ |
β — (35,0%) | 34 мг | ||||||
β — , n (15,0%) | 33 мг | ||||||
35 Na | 11 | 24 | 35.04249 (102) # | 1,5 (5) мс | β — (> 99,9%) | 35 мг | 3/2 + # |
β — , n (<0,1%) | 34 мг | ||||||
36 Na | 11 | 25 | 36.05148 (102) # | <260 нс | |||
37 Na | 11 | 26 год | 37.05934 (103) # | 1 # мс | 3/2 + # |
- Сокращение: TI: изомерный переход .
- Стабильные изотопы в жире.
- ↑ и Космогенные изотопы .
Замечания
- Значения, отмеченные знаком #, получены не только на основе экспериментальных данных, но, по крайней мере, частично, из систематических тенденций. Спины со слабыми аргументами присваивания указаны в скобках.
- Погрешности кратко указаны в скобках после соответствующего десятичного знака. Значения неопределенности обозначают одно стандартное отклонение, за исключением изотопного состава и стандартной атомной массы ИЮПАК, в которых используются расширенные неопределенности.
Атом и молекула натрия. Формула натрия. Строение натрия:
Натрий (лат. Natrium, от лат. слова natrium, которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего – «сода», «едкий натр») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Na и атомным номером 11. Расположен в 1-й группе (по старой классификации – главной подгруппе первой группы), третьем периоде периодической системы.
Натрий – металл. Относится к группе щелочных металлов.
Натрий обозначается символом Na.
Как простое вещество натрий при нормальных условиях представляет собой мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета в тонких слоях с фиолетовым оттенком.
Молекула натрия одноатомна.
Химическая формула натрия Na.
Электронная конфигурация атома натрия 1s2 2s2 2p6 3s1. Потенциал ионизации (первый электрон) атома натрия равен 495,85 кДж/моль (5,1390769(3) эВ).
Строение атома натрия. Атом натрия состоит из положительно заряженного ядра (+11), вокруг которого по трем оболочкам движутся 11 электронов. При этом 10 электронов находятся на внутреннем уровне, а 1 электрон – на внешнем. Поскольку натрий расположен в третьем периоде, оболочек всего три. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Третья – внешняя оболочка представлена s-орбиталью. На внешнем энергетическом уровне атома натрия – на 3s-орбитали находится один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома натрия состоит из 11 протонов и 12 нейтронов. Натрий относится к элементам s-семейства.
Радиус атома натрия (вычисленный) составляет 190 пм.
Атомная масса атома натрия составляет 22,98976928(2) а. е. м.
Натрий – шестой по распространённости элемент в земной коре. Содержание его в земной коре составляет 2,3 %, в океанах и морях – 1,1 %.
Натрий очень легко вступает в химические реакции.
Химические свойства
Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина. Натрий менее активный чем литий, поэтому с азотом реагирует только при нагревании:
2Na + 3N2=2NaN3
При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия
2Na + O2 = Na2O2
Окисление и горение
Теперь можно перейти к химическим свойствам натрия (Na). Этот щелочной металл, находясь на воздухе, легко окисляется. В итоге образуется оксид натрия (Na2O). Выглядит он как бесцветные кубические кристаллы. Это солеобразующее бинарное неорганическое вещество, которое применяется как реактив в процессе синтеза. С его помощью изготавливают гидроксид натрия и прочие соединения.
Поэтому, чтобы защитить металл от кислородного воздействия, его хранят в керосине.
А вот при горении образуется пероксид натрия (Na2O2). Они выглядят как бело-желтые кристаллы, для которых характерно энергичное взаимодействие с водой, сопровождающееся выделением тепла. Na2O2 применяют для отбеливания шелка, шерсти, тканей, соломы, вискозной и древесной массы.
Реакции с водой
С H2O серебристо-белый мягкий металл натрий также успешно взаимодействует. Реакция с водой получается очень бурной. Небольшой кусочек натрия, помещенный в эту жидкость, всплывает, и из-за выделяющегося тепла начинает плавиться. В итоге он превращается в белый шарик, который в быстром темпе движется по поверхности воды в разных направлениях.
Взаимодействия с неметаллами
Натрий – это металл, его еще можно назвать сильным восстановителем, которым он и является. Как и другие щелочные вещества, впрочем. Так что он энергично взаимодействует со многими неметаллами, кроме углерода, йода и благородных газов, к которым относится радиоактивный радон, криптон, неон, ксенон, аргон и гелий. Такие реакции выглядят так: 2Na + Cl2 → 2NaCl. Или вот еще пример: 2Na + Н2 → 250-450 °С 2NaH.
Стоит отметить, что натрий является более активным, чем литий. В принципе, он может реагировать с азотом, но очень плохо (в тлеющем разряде). В итоге этого взаимодействия образуется неустойчивое вещество, называющееся нитридом натрия. Это кристаллы темно-серого цвета, реагирующие с водой и разлагающиеся при нагревании. Образуются они по уравнению: 6Na + N2 → 2Na3N.
Реакции с кислотами
С концентрированными веществами, которым свойственны окислительные реакции, натрий взаимодействует иначе, такие реакции сопровождаются выделением продуктов восстановления. Вот пример формулы: 8Na + 10NHO3 → 8NaNO3 + 3Н2О.
Еще стоит отметить, что щелочной металл натрий легко растворяется в жидком аммиаке (NH3), 10-процентный раствор которого прекрасно всем известен, как нашатырь. Уравнение выглядит так: Na + 4NH3 → -40°С Na 4. Вследствие этой реакции образуется синий раствор.
С газообразным аммиаком металл также взаимодействует, но при нагревании. Выглядит данная реакция так: 2Na + 2NH3 → 350°С2NaNH2 + Н2.
Другие соединения
Перечисляя основные свойства натрия, стоит также оговориться, что он может взаимодействовать со ртутью – уникальным элементом, который при нормальных условиях представляет собой бело-серебристую тяжелую жидкость, являясь при этом металлом.
В результате такой реакции образуется сплав. Его точное название – амальгама натрия. Используется это вещество как восстановитель, по своим свойствам являющийся мягче чистого металла. Если подвергнуть его тепловой обработке вместе с калием, то получится жидкий сплав.
А еще этот металл может растворяться в так называемых краун-эфирах — макрогетероциклических соединениях, но только в присутствии растворителей органического происхождения. В результате данной реакции образуется алкалид (соль, сильный восстановитель) или электрид (растворитель синего цвета).
Также нельзя не упомянуть, что алкилгалогениды, являющиеся галогенно-углеродными веществами, с избытком натрия дают натрийорганические соединения. На воздухе они обычно самовоспламеняются. А в воде – взрываются.
Коммерческое производство
При использовании только в достаточно специализированных приложениях ежегодно производится всего около 100 000 тонн металлического натрия. Металлический натрий впервые был выпущен на коммерческой основе в конце 19 — го века карботермического восстановлением из карбоната натрия при температуре 1100 ° C, в качестве первого шага процесса Deville для производства алюминия:
- Na 2 CO 3 + 2 C → 2 Na + 3 CO
Высокий спрос на алюминий создал потребность в производстве натрия. Внедрение процесса Холла-Эру для производства алюминия путем электролиза в солевой ванне устранило потребность в больших количествах натрия. Родственный процесс, основанный на восстановлении гидроксида натрия, был разработан в 1886 году.
В настоящее время натрий коммерчески производится путем электролиза расплавленного хлорида натрия на основе процесса, запатентованного в 1924 году. Это делается в ячейке Даунса, в которой NaCl смешивается с хлоридом кальция для снижения температуры плавления ниже 700 ° C. Поскольку кальций менее электроположителен, чем натрий, на катоде не будет отложений кальция. Этот метод дешевле, чем предыдущий процесс Кастнера (электролиз гидроксида натрия ).
Рынок натрия нестабилен из-за трудностей с его хранением и транспортировкой; он должен храниться в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла, чтобы предотвратить образование поверхностного слоя оксида натрия или супероксида натрия .
Биологическая роль
В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.
Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
- Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
- Поддержание осмотической концентрации крови.
- Поддержание кислотно-щелочного баланса.
- Нормализация водного баланса.
- Обеспечение мембранного транспорта.
- Активация многих энзимов.
Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1200 до 2300 миллиграмм. В виде поваренной соли это составляет от 3 до 6 грамм в день.
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.
Полезные свойства натрия и его влияние на организм
Полезными для организма свойствами натрия являются:
- Нормализация водно-солевого обмена;
- Активизация ферментов слюнной и поджелудочной желез;
- Участие в выработке желудочного сока;
- Поддержание нормального кислотно-щелочного баланса;
- Генерирование функций нервной и мышечной системы;
- Сосудорасширяющее действие;
- Поддержание осмотической концентрации крови.
Усвояемость натрия
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть (около 80%) организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонком кишечнике. Витамин D улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию.
Взаимодействие с другими
Повышенное потребление натрия вызывает накопление жидкости в организме, отеки, повышает кровяное давление. Большой прием натрия (соли) приведет к истощению запасов калия, кальция и магния.
Применение натрия в жизни
Применение металлического натрия – химическая и металлургическая промышленность, где он выступает в роли сильнейшего восстановителя. Хлоридом натрия (поваренной солью) пользуются все без исключения жители нашей планеты, это самое известное вкусовое средство и древнейший консервант.
Признаки нехватки натрия
Нехватка натрия обычно случается при чрезмерном потоотделении – в жарком климате или при физических нагрузках. Недостаток натрия в организме характеризуется ухудшением памяти и потерей аппетита, головокружением, быстрой утомляемостью, обезвоживанием, мышечной слабостью, а иногда – судорогами, кожными высыпаниями, желудочными спазмами, тошнотой, рвотой.
Биологическая роль
В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.
Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.Поддержание осмотической концентрации крови.Поддержание кислотно-щелочного баланса.Нормализация водного баланса.Обеспечение мембранного транспорта.Активация многих энзимов.
Рекомендуемая доза натрия составляет для детей от 600 до 1700 миллиграмм, для взрослых от 1200 до 2300 миллиграмм. В виде поваренной соли это составляет от 3 до 6 грамм в день.
Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.
Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.
Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.