Натрий

Натрий минерал, элемент первой группы (по старой классификации — главной подгруппы первой группы), третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (от латинского Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер:7440-23-5) — мягкий щелочной металл, цвет серебристо-белый. Происхождение названия «натрий»от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον), которое было позаимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где означало среди прочего: «сода», «едкий натр».

Для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода, были впервые использованы аббревиатура «Na» и слово natrium академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, годы жизни 1779—1848). Ранее и до сих пор в английском, французском и ряде других языков элемент именовался содий (от латинского Sodium). Это название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, которое означает «головная боль», так как в те времена сода применялась в качестве лечебного средства от головной боли.

История

В Ветхом завете есть упоминание вещества “нетер”. Оно употреблялось в качестве моющего средства. Нетер скорее всего просто сода, углекислый натрий, образовывавшийся в соленых египетских озерах с известковыми берегами. О том же веществе, но названным “нитрон” позже писали греческие авторы Диоскорид, Аристотель, а древнеримский историк Плиний Старший, это же вещество называл уже “нитрум”. (Как часто и бывает, возникла путаница, а в XVI веке термином “нитрум” обозначали селитру – азотнокислый натрий.)

Натрий и его соединения известны и использовались с давних времен. В Библии, в книге пророка Иеремии, упоминается в Септуагинте слово древне-греческое Νίτρον, а слово латинское Nitroet — в Вульгате (Иер. 2:22) как название вещества, это сродни соды или поташа, которое в смеси с маслом, служило моющим средством. В Танахе слову др.-греч. Νίτρον соответствуют др.-евр. ברית‎ — «мыло» и др.-евр. נתר‎ — «щелок (мыльная жидкость)». Сода (натрон), в природе встречается в водах натронных озер в Египте. Древние египтяне природную соду использовали для бальзамирования, изготовления красок, отбеливания холста, при варке пищи и глазурей. Со слов Плиния Старшего в дельте Нила соду, в которой была достаточная доля примесей, выделяли из речной воды. Сода поступала в продажу крупными кусками, окрашенных примесью угля в серый или даже черный цвет.

Арабские алхимики вместо нитрум употребляли термин натрон. и Современное название “натрий” произошло от натрона. В XVIII веке химики уже знали очень много различных соединений натрия. Соли натрия нашли применение в медицине, при крашении тканей и выделке кож. Сам элемент вплоть до XIX века открыт не был, хотя о соединениях натрия известно очень много. Для выделения традиционными химическими методами этот металл слишком активен. Сэр Хэмфри Дэви 19 ноября 1807 года в Лондоне на заседании Королевского общества объявил о своем открытии новых элементов – и калия и натрия. С помощью электрического тока удалось выделить эти элементы. В то время вольтов столб был единственным реально применимым источником электричества. Вольтов столб, которым пользовался Дэви, состоял из 250 пар цинковых и медных пластин. Д.И. Менделеев описал открытие Дэви так:

“Соединяя с положительным (от меди или угля) полюсом кусок влажного (чтобы достичь гальванопроводности) едкого натра и выдолбив в нем углубление, в которое налита была ртуть, соединенная с отрицательным полюсом (катодом) сильного вольтова столба, Дэви заметил, что в ртути растворяется, при пропускании тока, особый металл, менее летучий, чем ртуть, и способный разлагать воду, вновь образуя едкий натр”. Первым Х. Дэви изучил свойства калия и натрия, указал легкую окисляемость щелочных металлов, отметил, что пары натрия на воздухе воспламеняются. Выдающимся открытием химии стало выделение щелочных металлов, но технике в те времена оно не дало ровным счетом ничего. Никто не знал какую вообще пользу могут принести мягкие и очень активные металлы, воспламеняющиеся под действием воды.

Получение

После открытия Дэви через год Луи Тенар и Жозеф Гей-Люссак получили натрий не используя электролиз, а реакцией едкого натра с железом, которое нагревали до красного каления. Не изменило это открытие положения натрия как элемента “только для химиков”, элемента без применений. Так длилось почти 17 лет. А в 1824 году с помощью натрия выделили алюминий (из хлористого алюминия). С этого открытия и интерес к натрию сразу возрос. Вскоре, для восстановления алюминия начали применять калий, и производство натрия опять пошло на убыль. Спустя 32 года Р. Бунзен и Сент-Клер Девиль и доказали, что в производстве алюминия лучше использовать натрий, а не калий. Первый промышленный способ получения алюминия разработал Сент-Клер Девиль, для которого натрий был необходим. Пришлось разработать и промышленный способ получения элемента Nа.

По методу Сент-Клер Девиля для получения натрия, восстанавливали соду углем в присутствии известняка. В 1886 году этот способ усовершенствовали, а натрий снова остался не у дел в том же году. Через несколько месяцев француз Эру и американец Холл почти одновременно открыли электролитический способ получения алюминия. Чтобы элемент Nа вновь вернулся в промышленные сферы, нужны были по меньшей мере две вещи: новые производства, не способные обходиться без натрия, и эффективное получение дешевого натрия. В 1890 году разработали электролитический способ получения элемента натрия. Это был перенос в промышленность опыта восьмидесятилетней давности, по существу опыт Дэви. Расплав едкого натра подвергали электролизу, однако источники энергии были более совершенные, чем вольтов столб.

Спустя 34 года американец Г. Даунс принципиально удешевил процесс электролитического получения натрия, где заменил щелочь более дешевой поваренной солью. В это время электроэнергия подешевела. Все это сказалось на стоимости элемента Nа. Изначально в 1890 году цена килограмма натрия составила 4,5 доллара, то в 1953 году опустилась до 35 центов. В 1928 году группа ленинградских химиков, которую возглавил профессор С.В. Лебедев, синтезировала первый в мире синтетический каучук, названный натрий-бутадиеновым. “Бутадиеновым” – потому, что этот синтетический каучук – продукт полимеризации бутадиена-1,3, а “натрий” – оттого, что элементарный натрий служил катализатором процесса полимеризации.

Современный электролизер для получения натрия – довольно внушительное сооружение, внешне напоминающее печь. Эта “печка”, сложенная из огнеупорного кирпича, окружена снаружи стальным кожухом. Через дно электролизера снизу введен графитовый анод, окруженный кольцеобразной сеткой – диафрагмой. Сетка не дает возможности натрию попасть в анодное пространство, где выделяется хлор. Иначе натрий сгорел бы в хлоре. Анод, тоже кольцеобразный, сделан из стали. Обязательная принадлежность электролизера – два колпака. Один устанавливают над анодом для сбора хлора, другой – над катодом для отвода натрия.

В электролизер загружают смесь высушенных хлористого натрия и хлористого кальция. Эта смесь плавится при более низкой температуре, чем чистый хлористый натрий. Обычно электролиз протекает при температуре около 600oC. На электроды подается постоянный ток с напряжением порядка 6В. Разряд ионов Na+ происходит на катоде и выделяется металлический натрий. Натрий всплывает и отводится в специальный сборник (разумеется, без доступа воздуха). На аноде разряжаются ионы хлора Сl- и выделяется газообразный хлор – ценнейший побочный продукт нутриевого производства. Обычно электролизер работает под нагрузкой 25 – 30 тыс. а, при этом за сутки производится от 400 до 500 кг натрия и от 600 до 700 кг хлора.

Свойства

Любой металлический натрий – и твердый и жидкий – хорошо и передает и проводит тепло. На этом основано применение натрия как теплоносителя. Такую роль натрий выполняет в довольно многих химических производствах (когда нужен равномерный обогрев с температурой от 450oC до 650oC), в машинах для литья под давлением, в атомных реакторах, в клапанах авиационных двигателей. Для атомной техники важно, что натрий почти не захватывает тепловые нейтроны и не влияет на ход цепной ядерной реакции.

Температура плавления натрия 98oС, а кипит только при 883oC. Следовательно, температурный интервал жидкого состояния элемента достаточно велик. Именно поэтому (и благодаря малому сечению захвата нейтронов) натрий используют в ядерной энергетике как теплоноситель. Американские атомные подводки оснащены энергоустановками с натриевыми контурами. Тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает жидкий натрий, циркулирующий между реактором и парогенератором. В парогенераторе натрий, охлаждаясь, испаряет воду, и полученный пар высокого давления вращает паровую турбину. Для этих же целей используют сплав натрия с калием.

Во фторе, кислороде и хлоре натрий горит с серой, реагирует уже при растирании в ступке, серную кислоту восстанавливает до серы или даже до сульфида. А “сухой лед” (твердая углекислота) при контакте с натрием взрывается, вот поэтому углекислотно-снежные огнетушители ни в коем случае нельзя применять для тушения горящего натрия. Натрий не взаимодействует только с азотом и с инертными газами. Физические свойства натрия это свойства типичного металла. Na весьма пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Электропроводность и теплопроводность натрия достаточно высоки.

В природе

На нашей планете натрий занимает шестое место среди всех элементов по распространенности. Соединения натрия в природе это полевые шпаты и каменная соль, мирабилит и бура, нефелин и ультрамарин, криолит и селитра. С соединениями натрия предки познакомились очень давно. Вполне естественно, что на Земле натрий никогда не встречается в свободном состоянии по причине слишком большой активности этого металла. В верхних слоях атмосферы, где – то на высоте около 80 км, обнаружен слой атомарного натрия. На этой высоте практически нет кислорода, паров воды и вообще ничего, с чем натрий мог бы вступить в реакцию. Спектральными методами натрий обнаружили и в межзвездном пространстве.

Природный натрий состоит только из одного изотопа с массовым числом 23. Известны шесть радиоактивных изотопов элемента натрия, причем два из них интересны науке. Распадаясь, натрий-22 излучает позитроны – положительно заряженные частицы, масса которых равна массе электронов. Этот изотоп с периодом полураспада 2,58 года используют в качестве позитронного источника. А изотоп натрий-24 (его период полураспада около 15 часов) применяют в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии – тяжелого заболевания крови.

В организме

Натрий есть в составе всех живых организмов. В высших организмах натрий находится большей частью в межклеточной жидкости клеток (примерно в 15 раз больше, чем в цитоплазме клетки). Разность концентраций поддерживает встроенный в мембраны клетки натрий-калиевый насос, откачивающий ионы натрия из цитоплазмы в межклеточную жидкость. Совместно натрий с калием выполняет следующие функции:

  • Создает условия для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
  • Поддерживает осмотическую концентрацию крови.
  • Поддерживает кислотно-щелочной баланс.
  • Нормализует водный баланс.
  • Обеспечивает мембранный транспорт.
  • Активизирует многие энзимы.

Рекомендуемая доза натрия для детей составляет от 600 до 1700 миллиграммов. По данным Американской Ассоциации сердечных заболеваний минимальная необходимая доза для взрослых составляет меньше 500 миллиграммов, рекомендуемая до 1500 миллиграммов в день. Исключение составляют некоторые болезни или профессии, при которых нужно повышенное количество натрия. Например, поваренная соль в 3/4 чайной ложки содержит 1725 миллиграммов натрия. По другим данным здоровым взрослым стоит ограничивать употребление натрия до 2300 миллиграмм, а людям с повышенным давлением и рядом других заболеваний до 1500 мг или меньшим количеством.

Натрий содержится практически во всех продуктах в разных количествах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли, в том числе в составе консервов, соусов, колбасных изделий, полуфабрикатов и других продуктах. В качестве источника натрия служат такие пищевые добавки как глутамат натрия, нитрит натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия), сахаринат натрия и бензоат натрия. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако пища чрезмерно соленая и 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 сбалансированной пищей человека не встречается, однако некоторые проблемы могут возникнуть при голодании. Временный недостаток может быть вызван приемом мочегонных препаратов, избыточным употреблением воды, жидким стулом, обильным потением. Симптомы нехватки натрия потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов. Вызывает мышечные судороги и невралгию продолжительный недостаток. При переизбытке натрия возникает отек ног и лица, у некоторых людей повышенное кровяное давление и скопление жидкости, повышенное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое перерабатывают почки, составляет примерно от 20 до 30 грамм, большее количество опасно для жизни.

Содержание в продуктах

мг на 100 г

Молоко сухое 400

Сыры 800

Почки говяжьи 192

Хлеб белый 488

Хлеб черный 383

Сухари 301

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *