натрий

НАТРИЙ (от араб. натрун, греч. nitron — природная сода; лат. Natrium) Na

хим. элемент I гр. периодической 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 Н. в земной коре 2,64% по массе. В гидросфере Н. содержится в виде растворимых солей в количестве ок. 2,9% (при общей концентрации солей в морской воде 3,5–3,7%); содержание Н. в морской воде 1,5∙10¹⁶ т. Наличие Н. установлено в атмосфере Солнца и межзвездном пространстве. В природе Н. находится только в виде солей. Важнейшие минералы-галит (каменная соль) NaCl, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄∙10 H₂O, тенардит Na,SO₄, чилийская селитра NaNO₃, криолит Na₃[AlF₆], трона NaHCO₃∙Na₂CO₃∙2H₂O, бура (тинкал) Na₂B₄O₇∙10H₂O, а также прир. силикаты, напр. альбит Na[AlSi₃O₈], нефелин Na [AlSiO₄], содержащие помимо Н. и др. элементы. Соед. Н. входят в состав живых организмов, гл. обр. в виде NaCl.

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

Свойства. Н. — серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком. Выше −222 °C устойчива модификация с кубич. решеткой (а = 0,4291 нм, z = 2, пространственная группа ImЗт); при −222 °C она переходит в гексагон. форму (а = 0,3767 нм, с = 0,6154 нм, z = 2, пространственная группа P6₃/ттс). Т.пл. 97,86 °C, т. кип. 883,15 °C; плотн. 0,96842 г/см³ (19,7 °C), уравнения температурной зависимости плотности: d = 0,9725 — 20,11∙10⁻⁴t — 1,5∙10⁻⁷t² г/см³ (0–96,6 °C), d= 0,9501 −2,2976∙10⁻⁴t- 1,460∙10⁻⁸t²+ + 5,638∙10⁻¹²t³ г/см³ (98 — 1370 °C); C⁰_p 28,23 Дж/(моль∙К), для газа 20,79 Дж/(моль∙К);ΔH⁰_пл 2,6 кДж/моль, ΔH⁰_кип88,99 кДж/моль, ΔH⁰_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 Н. состоит из частиц Na и Na₂, содержание Na₂ (ΔH⁰_обр для газа 142,3 кДж/моль) увеличивается с ростом температуры: 0,8% (600 К), 1,3% (650 К), 2,5% (750 К).

Уравнения температурной зависимости: линейного расширения твердого Н. l = l₀(1 + 6,893∙10⁻⁵t +0,63∙10⁻⁷t²)м; объемного расширения жидкого Н. u = u₀(l +2,4183∙10⁻⁴t+ 7,385∙10⁻⁸t² + 15,64∙10⁻¹²t³) м³; теплопроводности твердого Н. К = 135,6 — 0,167t Вт/(м∙К) (0 — 97 °C), жидкого К = 93,0- 5,81∙10⁻²t Вт/(м∙К) (98–1370 °C); r = 4,290 + 1,993∙10⁻²t + 9,848∙10⁻⁶t² мкОм∙см (0–97 °C. твердый Н.), r = 7,756 + 2,054∙10⁻²t + 3,481∙10⁻⁵t² мкО∙см (98–1100 °C, жидкий Н.); h (Па∙с) 6,80∙10⁻⁴ (100 °C), 2,84∙10⁻⁴ (400 °C), 1,49∙10⁻⁴ (883,15 °C), lgh(Па∙с) = −4,6814 — 0,4296 lg Т + 234,65T(98 — 500 °C); g (Н/м) 0,192 (97,86 °C), 0,161 (400 °C), 0,113 (883,15 °C), для жидкого g = 0,202 -1∙10⁻⁴t Н/м. Н. парамагнитен, магн. восприимчивость + 0,70∙10⁻⁹ (293 К). Норм. электродный потенциал −2,714 В, в расплаве −2,4 В.

Хим. активность Н. весьма высока. На воздухе он активно окисляется с поверхности, в жидком состоянии выше 200 °C загорается. В зависимости от условий Н. может окисляться до натрия оксида Na₂O или пероксида Na,O₂. Энергично реагирует с водой с образованием натрия гидроксида NaOH и выделением H₂, при большой поверхности контакта реакция идет со взрывом. Н. воспламеняется в атмосфере F₂, в Cl₂ горит при обычной температуре, с Br₂ 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 Н., при 200 °C Н. начинает поглощать H₂, образуя весьма гигроскопичный гидрид NaH. С N₂ в электрич. разряде дает нитрид Na₃N или азид NaN₃, с разб. кислотами-соли. В жидком NH₃ Н. легко раств., образуя раствор синего цвета с металлич. проводимостью, содержащий катионы Na⁺ и сольватированные электроны; растворимость Н. (г в 100 г NH₃): 34,6 (0 °C), 31,9 ( −50 °C), 29,4 ( −105 °C). Взаимод. Н. с NH₃ при 300–400 °C или в присутствии катализатора при охлаждении до −30 °C получают амид NaNH₂.

При 800–900 °C газообразный Н. с С образует карбид (ацетиленид) Na₂C₂. Реакцией Н. с ацетиленом при 98 °C получают NaC≡CH и этилен, при более высоких температурах-Na₂C₂. С графитом Н. образует соед. включения (см. графита соединения). Об орг. соединениях Н. см. в ст. натрийорганические соединения. Диспергированный Н. реагирует с большинством галогенидов, с органическими (типа CH₂Cl₂, CHCl₃)-со взрывом, с галогенидами металлов МHal_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 Н. образует амальгамы — интерметаллиды состава NaHg₂, NaHg₄, NaHg₈, NaHg, Na₃Hg₂, Na₅Hg₂, Na₃Hg. Наиб. значение имеют жидкие амальгамы (содержат менее 2,5% по массе Н.), образующиеся при постепенном введении Н. в Hg, находящуюся под слоем керосина или минер. масла.

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

Получение. Н. получают: электролизом расплава NaCl (одновременно производят Cl₂) с добавками KCl, NaF или CaCl₂ для снижения температуры плавления электролита; электролизом расплава NaOH; небольшие количества-разложением азида 2NaN₃ → 2Na + 3N₂ и др. Электролиз NaCl проводят в электролизерах с диафрагмой; аноды изготовлены из графита, катоды-из Cu или Fe. Очищают Н. от примесей хлоридов, оксидов, Ca, С добавлением в расплавленный Н. смеси NaOH -Na₂CO₃- NaCl или Na₂O₂, обработкой расплава металлич. Li, Ti или сплавом Ti-Zr, низшими хлоридами TiCl₃, TiCl₂, вакуумной дистилляцией.

Определение. Качественно Н. обнаруживают по характерной желтой окраске пламени его летучими соед. и по наиб. четко выраженным спектр. линиям 589,0 и 589,9 нм. Количественно Н. определяют пламенной фотометрией (вплоть до 0,0002 мг/л), спектр. или гравиметрич. методами. В последнем случае Н. отделяют от др. щелочных элементов в виде хлорида, сульфата или перхлората, чаще — в виде NaM(UO₂)₃ (CH₃COO)₉∙6H₂O, где М — Mg, Zn, Mn, Ni, с послед. оксидиметрич. титрованием, а также используют люминесцентное, колориметрич., нефелометрич. (при малых содержаниях Н.) определения. Используют хроматографич., радиометрич. и спектрофотометрич. методы определения Н.

Применение. Н. и его сплавы с К-жидкие теплоносители, в частности в ядерных реакторах. Пары Н. используют для наполнения газоразрядных ламп; сплавы Pb-Na — в производстве Pb(C₂H₅)₄, для изготовления подшипников. Н. применяют как модификатор алюминиевых и др. сплавов, восстановитель в металлургии (в производстве Ti, Zr, Та), орг. синтезе (как сам Н., 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 некоторых форм лейкемии и в диагностич. целях. Изотоп ²²Na-позитронный источник.

Мировое производство (без социалистич. стран) превышает 300 тыс. т/год (1980).

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

Металлич. Н. 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}