ნატრიუმი

ნატრიუმი (ქიმიური სიმბოლო — Na) — ელემენტთა პერიოდული სისტემის მესამე პერიოდის, პირველი ჯგუფის (მოძველებული კლასიფიკაციით — პირველი ჯგუფის მთავარი ქვეჯგუფის, Iა) ქიმიური ელემენტი. ატომური ნომერია — 11, ატომური მასა — 22.989. დაჟანგვის რიცხვი — 1, მუხლი (+).
მეტალური ნატრიუმი პირველად მიღებულ იქნა ჰემფრი დეივის მიერ 1807 წ. ნატრიუმის ჰიდროქსიდის გამლღვალი მასის ელექტროლიზით. მისი სახელწოდება წარმოქმნილია არაბული სიტყვეის "ნატრონ"-იდან და ბერძნული სიტყვიდან "ნიტრონ"-იდან, რაც სოდას ნიშნავს.
იზოტოპები
სტანდარტული ატომური მასა
ნატრიუმის სტანდარტული ატომური მასად მიღებულია — 22,989, რომელიც როგორც წესი იანგარიშება ბუნებაში არსებულ ყველა სტაბილურ იზოტოპტთა საშუალო შეწონილი მასით, მათი დედამიწის ქერქსა და ატმოსფეროში გავრცელების პროპორციულად. ბუნებაში არსებობს ნატრიუმის მხოლოდ ერთი სტაბილური იზოტოპი (23Na), რომლის ატომური მასაც შეადგენს 22,9897692809.
ბუნებაში გავრცელება
ნატრიუმი როგორც აქტიური ლითონი ბუნებაში თავისუფალი სახით არ გვხვდება, იგი ნაერთების სახითაა ბუნებაში. ნატრიუმის ნაერთები მრავლად არის გავრცელებული ბუნებაში. ნატრიუმის შემცველობა დედამიწაზე შეადგენს 2,64 წონით %-ს.
ნატრიუმის ქლორიდი NaCl - ამ ნაერთის სახით არის მეტწილად ნატრიუმი გავრცელებული ბუნებაში. ნატრიუმის ქლორიდს, რომელსაც მადნის სახით ვხვდებით ბუნებაში, ქვამარილი ეწოდება. ქვამარილის დიდი მარაგი მოიპოვება რუსეთში, პოლონეთსა და გერმანიაში, ინდოეთსა და ბევრ სხვა ქვეყანაში.
კრიოლიტი Na3AlF6, რომელიც შეიცავლს 32,8 % ნატრიუმს მინარევის სახით, შეიძლება შეიცავდეს რკინას. დიდი რაოდენობით მოიპოვება გრელანდიაში, რუსეთში და სხვა ქვეყნებში.
ნატრიუმის ნიტრატი, ჩილეს გვარჯილა NaNO3 გვხვდება თეთრი რომბული კრისტალების სახით.
ნატრიუმის კარბონატი Na2CO3•NaHCO3•2H2O გვხვდება ზოგიერთ ტბებში.
ტენარდიტი Na2SO4 მოიპოვება რუსეთსა და კანადაში.
მირაბილიტი Na2SO4•10H2O მოიპოვება რუსეთში, აშშ, მექსიკაში და სხვა ქვეყნებში.
ბორაქსი Na2SO4•10H2O მოიპოვება რუსეთში, აშშ.
მეტალური ნატრიუმის მიღება
მეტალურ ნატრიუმს იღებენ ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ან ნატრიუმის ქლორიდის გამლღვალი მასის ელექტროლიზით.
განვიხილოთ ნატრიუმის მიღება გამლღვალი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ელექტროლიზით. ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ელექტროლიზი მიმდინარეობს შემდეგი სქემით:
2NaOH<―>2Na++2OH-
კათოდზე 2Na†+2e―>2Na
ანოდზე 2OH‾-2e―>H2O+1/2O2
კათოდზე ნატრიუმთან ერთად ადგილი აქვს თავისუფალი წყალბადის გამოყოფას:
2HOH<―>2H†+2OH
კათოდზე 2H†+2e―>2H―> H2
ნატრიუმის ჰიდროქსიდიდან ნატრიუმის ელექტროლიზით მიღების ელექტროლიზორის სქემა წარმოადგენს რკინის ჭურჭელს. კათოდად გამოყენებულია გრაფიტის ან რკინის ღეროები, ანოდად გამოყენებულია ნიკელი ან რკინის ცილინდრი. კათოდის გარემო ანოდის გარემოსაგან გამოყოფილია ცილინდრის ფორმის ბადით. მის ზედა ნაწილში გროვდება მეტალური ნატრიუმი. ელექტროლიზს ატარებენ 320 °C- ზე.
მეტალური ნატრიუმი შეიძლება მივიღოთ იმავე ხელსაწყოს გამოყენებით ნატრიუმის ქლორიდის გამლღვალი მასის ელექტროლიზით, მხოლოდ კათოდად იყენებენ სპილენძის ღეროს. მეტალური ნატრიუმი ინახება ჰაერთან შეხების გარეშე, მეტწილად ნავთში. მეტალური ნატრიუმი შეიძლება მივიღოთ აგრეთვე ჟანგვა-აღდგენის რეაქციით. მაგალითად, ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ან ნატრიუმის კარბონატის ნახშირით აღდგენისას წყალბადის გარემოში, ან კიდევ ვაკუუმში.
2NaOH+C―>2Na+CO+H2O
Na2CO3+2C―>2Na+3CO
2Na2CO3+3Fe―>4Na+Fe3O4+2CO
აღდგენა მიმდინარეობს მაღალ ტემპერატურაზე რკინის რეტორტაში, ნატრიუმის ორთქლის კონდენსაციას ახდენენ პეტროლეინის ეთერში გატარებით. მიღებული ტექნიკური ნატრიუმის გასუფთავებას ახდენენ ვაკუუმში ან ინერტული გაზის ატმოსფეროში გადადენით.
ნატრიუმის ფიზიკური თვისებები
ნატრიუმი ბრჭყვიალა ვერცხლისფერი, რბილი ლითონია. ადვილად იჭრება დანით, პარამაგნიტურია, მსუბუქია, d=0,971 გ/სმ³ წელვადი, დნობის დაბალი ტემპერატურის, tდნ=97.7 °C, tდუღ=883 °C. კარგად ატარებს ელექტროდენს, აქვს მოცულობაცენტრირებული კუბური მესერი.
ქიმიური თვისებები
თხევად ამიაკში გახსნისას იძლევა ამიდს: NH2Na.
ცნობილია ნატრიუმის შენადნობები ზოგიერთ მეტალთან, როგორიცაა: ვერცხლისწყალი, ტყვია, კალა, ალუმინი და ყველა ტუტე ლითონთან.
ნატრიუმის ინტერმეტალურ ნაერთებს ვერცხლისწყალთან ამალგამა ეწოდება. (NaHg3, NaHg4, NaHg, Na2Hg Na3Hg2 Na5Hg2). ისინი ფართოდ გამოიყენებიან ორგანულ ქიმიაში, როგორც აღმდგენლები, ამალგამაში შემავალი ნატრიუმი ადვილად ჩაენაცვლება წყალბადს წყალში და სპირტებში.
მეტალური ნატრიუმი აქტიური მეტალია ჟანგბადის, წყალბადის, ჰალოგენების, გოგირდის, სელენის, ტელურის, ფოსფორის, დარიშხანის და სხვა ელემენტების მიმართ და ადვილად შედის რეაქციაში.
ჰაერზე ნატრიუმი ადვილად შედის ჟანგბადთან რეაქციაში და მისი ზედაპირი იფარება ოქსიდის თხელი ფენით, მასთან ერთად წარმოიქმნება ჰიდროქსიდი და ნატრიუმის კარბონატი (Na2O+CO2―>Na2CO3).
ნატრიუმი, განსხვავებით კალიუმისა და რუბიდიუმისაგან, ჰაერზე გახურებით ისე ლღვება, რომ არ განიცდის აალებას. ჟანგბადში გახურებისას წარმოიქმნება ნატრიუმის ოქსიდი და პეროქსიდი -Na2O, Na2O2. ჰაერზე გახურებისას დუღილის ტემპერატურამდე (883 °C) ნატრიუმი იწვის ყვითელი ალის წარმოქმნით, ნატრიუმის ეს თვისება საფუძვლად უდევს ნატრიუმის ემისიურ ანალიზს.
ნატრიუმი, როგორც აქტიური მეტალი ენერგიულად შედის წყალთან რეაქციაში:
2Na+2H2O―>2NaOH+H2
ნატრიუმი რეაქციაში შედის აგრეთვე ეთილის სპირტთან ნატრიუმის ეთილატის წარმოქმნითა და წყალბადის გამოყოფით:
C2H5OH+Na―>C2H5ON+1/2H2
ნატრიუმის ჰალოგენიდები
NaHaI მიიღება ნატრიუმისა და ჰალოგენების უშუალოდ ურთიერთ მოქმედებით, ჩანაცვლების, მიმოცვლის რეაქციებით და სხვა.
ნატრიუმის ფტორიდი
Na+1/2F2―>NaF
2Na+2HF―>2NaF+H2
ცნობილი ნატრიუმის მჟავა NaHF2 ფტორიდი მიიღება:
NaF+HF―>NaHF2
იმავე ხერხით მიიღება ნატრიუმის სხვა ჰალოიდნაერთები.
ნატრიუმის ქლორიდი NaCl - ქვამარილი ფართოდ გავრცელებულია ბუნებაში, იგი გვხვდება როგორც მყარი სახით, ისე ხსნარის სახით.
Na+1/2Cl2 <—NaCl
2Na+2HCl=2NaCl+H2
ხსნარიდან ნატრიუმის ქლორიდი შეიძლება გამოვყოთ, როგორც ხსნარის აორთქლებით, ისე მასში HCl გატარებით, წყლის და ჭარბი რაოდენობის HCl გამოცილებისათვის, მას ალღობენ პლატინის ტიგელში.
ნატრიუმის ქლორიდი იონური მესერის მქონე კრისტალური ნივთიერეებაა, რომელიც წარმოქმნის გვერდცენტრირებულ კუბურ კრისტალებს.
ნატრიუმის ბრომიდი NaBr მიიღება იმავე გზით, როგორც ქლორიდი
Na+1/2Br2―>NaBr
FeBr2+Na2CO3―>2NaBr+FeCO3
ნატრიუმის ბრომიდი წარმოადგენს გამჭვირვალე კუბური ფორმის კრისტალებს, d=3,205 გრ/სმ3, tლღ=755 °C. tლღ=1392 °C, კარგად იხსნება წყალში, ორგანულ გამხსნელეში—ძნელად.
ნატრიუმის იოდიდის NaI იღებენ Fe3J3-ზე თბილი ნატრიუმის კარბონატის ხსნარის მოქმედებით:
FeI2•2FeI3+4Na2CO2―>8NaI+Fe3O4+4CO2
ნატრიუმის იოდიდი გამჭვირვალე უფერო კუბური ფორმის კრისტალებია d=3,667 გრ/სმ³, tლღ=654 °C, tდნ=1304 °C, იხსნება წყალსა და სპირტში, ცნობილია აგრეთვე ნატრიუმის პოლიიოდიდები - NaI2, NaI3.
ნატრიუმის ჰიპოქლორიტი. (ქვექლოროვანი მჟავას ნატრიუმის მარილი) NaOCl მიიღება სხვა მარილებთან ერთად, ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ცივ განზავებულ ხსნარში ქლორის გატარებით და აგრეთვე ქვექლოროვანი მჟავას ნატრიუმის კარბონატზე მოქმედებით:
2NaOH+Cl2―>NaCl+NaOCl+H2O
ნატრიუმის ქლორიდისა და ნატრიუმის ჰიპოქლორიტის მარილების ხსნართა ნარევს ჟაველის წყალი ეწოდება.
ნატრიუმის ქლორატი NaClO3 მიიღება გაზური ქლორის ცხელი ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარში ან კარბონატის ხსნარსი გატარებით, ან კიდევ NaCl-ის ხსნარის ელექტროლიზით:
6NaOH+3Cl2―>NaClO3+5NaCl+3H2O
ნატრიუმის ქლორატი უფერო კუბური ფორმის კრისტალური ნივთიერებაა d=2,45 გ/სმ³, ლღვება 261 გრადუსზე, კარგად იხსნება წყალში, სპირტში და სხვა გამხსნელებში.
ნატრიუმის არაორგანული ნაერთები
ნატრიუმის ჰიდრიდი NaH მიიღება 360-400 °C-მდე გახურებისას ნატრიუმის ზედაპირზე წყალბადის გატარებით:
Na+1/2H2―>NaH+14,4 კკალ/მ
ან
Na2O+2H2―>2NaH+ H2O რეაქცია მიმდინარეობს 200 °C-ზე. ნატრიუმის ჰიდრიდი, რომელშიც წყალბადი დამუხტულია უარყოფითად უფრო კუბური კრისტალებია. NaCl-დის კრისტალური მესრით (Na-H r=2,44A, d=1,38 გ/სმ³
NaH წყალში განიცდის ჰიდროლიზს ნატრიუმის ტუტისა და წყალბადის გამოყოფით, ურთიერთქმედებს სპირტთან და ამიაკთან:
2NaH+2H2O―>2NaOH+2H2
ნატრიუმის ოქსიდი
ნატრიუმის ოქსიდი Na2O იღებენ მეტალური ნატრიუმის ჰაერზე გაცხელებით, ნატრიუმის ნიტრატის, ნიტრატის ან ზეჟანგვის მეტალურ ნატრიუმთან გაცხელებით:
NaNO3+5Na―>3Na2+1/2N2Na2O თეთრი ფერის კუბური კრისტალებია, d=2,27 გ/სმ³ გადადენის t=1275 °C.
ნატრიუმის პეროქსიდი Na2O2 ჟანგბადის გარემოში (400 °C) ნატრიუმის დაწვისას პეროქსიდი მიიღება:
2Na+O2―>Na2O2+ 119,2 კკალ/მ
ნატრიუმის პეროქსიდი გამჭვირვალე-მოყვითალო ფერის მიკროკრისთალური ნივთიერებაა, d=2,8 ცგ/სმ³. ნატრიუმის და სხვა მეტალების პეროქსიდები შეიცავენ ჟანგბადის მოლეკულის იონს.
ნატრიუმის ჰიდროქსიდი
ნატრიუმის ჰიდროქსიდს NaOH იღებენ მეტალური ნატრიუმის მისი ოქსიდის წყალთან მოქმედებით:
2Na+2H2O―>2NaOH+H2
Na2O+H2O―>2NaOH
ნატრიუმის ჰიდროქსიდი თეთრი ფერის, ძლიერ ჰიდროსკოპიული ნივთიერებაა (d=2,13 გ/სმ³, tლღ=318,5 °C, tდუღ=1300 °C). NaOH-ში ლითიუმის ჰიდროქსიდისაგან განსხვავებით გადაიდენება და ორთქლის მდგომარეობაში გადადის დაუშლელად, ის შლის ქსოვილებს, ტყავს, ქაღალდს და სხვა ორგანულ ნივთიერებებს, კარგად იხსნება წყალში, სპირტში და სხვა გამხსნელებში.
ნატრიუმის მარილები
ნატრიუმის სულფიდი Na2S მიიღება ნატრიუმის სულფატის ნახშირთან მაღალ (900 °C) ტემპერატურაზე გახურებით:
Na2SO4+4C―>Na2S+4CO 500 °C
ნატრიუმის სულფიდი თეთრი ამორფული ან კრისტალური ნივთიერებაა, მისი სიმკვრივე d=1,86 გ/სმ³, tლღ=920 °C, ცნობილია აგრეთვე ნატრიუმის პოლისულფიდის კრისტალოჰიდრატები, როგორიცაა: Na2S2•5H2O; Na2S3•8H2O: Na2Sx•nH2O.
ნატრიუმის ჰიდროსულფიდი (ბისულფიდი NaHS) მიიღება რეაქციებით:
Na+H2S<―NaHS+1/2H2
Na2S+H2O―>NaHS+NaOH
ნატრიუმის ბისულფიდი წარმოქმნის თეთრი ფერის კუბურ კრისტალებს, რომლის tლღ=350 °C კარგად იხსნება წყალსა და სპირტში.
ნატრიუმის სულფიტი Na2SO3•7H2O მიიღება რეაქციით:
Na2CO3+2SO2+H2O―>2NaHSO3+CO2
ჰაერზე Na2SO3•7H2O ადვილად კარგავს კრისტალიზაციურ წყალს და დაჟანგვის შედეგად გადადის სულფატში.
ნატრიუმის ჰიდროსულფიტი მიიღება NaOH-ზე SO2-ის მოქმედებით, ან ნატრიუმის სულფიტის ჰიდროლიზით:
NaOH+SO2=NaHSO3
Na2SO3+H2O=NaHSO3+NaOH
ნატრიუმის თიოსულფატი Na2S2O3 მიიღება გოგირდის ფხვნილის Na2SO3 წყალხსნარზე მოქმედებით ან ნატრიუმის სულფიდის SO2-თან მოქმედებით:
Na2SO3+S=Na2S2O3
2Na2S+3SO2=2Na2S2O3+S
ნატრიუმის სულფატი Na2SO4- ბუნებაში გვხვდება მინერალი ტონარდიტის Na2SO4 მირაბილიტის Na2So4*10H2O, გლაუბერიტის Na2So4*MgSO4*4H2O და სხვა მარილის სახით. ნატრიუმის სულფატი გამოყენებას პოულობს მედიცინასა და საფეიქრო მრეწველობაში. სოდის, მინის, ულტრამარინის წარმოებაში.
ნატრიუმის ნიტრიდი Na3N იღებენ გახურებული მეტალური ნატრიუმის ზედაპირზე ამიაკის გატარებით. ნატრიუმის ნიტრიდი მუქი მყარი კრისტალური ნივთიერებაა, წყალთან შედის რეაქციაში:
Na3N+3H2O=3NaOH+NaH3
ნატრიუმის ნიტრიტი NaNO2 (ჩილის გვარჯილა) იღებენ აზოტის ოქსიდისა და დიოქსიდის ნარევის ნატრიუმის კარბონატის ან ჰიდროქსიდის ხსნარში გატარებით:
NO+NO2+Na2CO3=2NaNO2+CO2
კუბური კრისტალებია, კარგად იხსნება წყალში, სპირტში და სხვა გამხსნელებში.
ნატრიუმის ნიტრატი HNO3 შეიდძლება მივიღოთ ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ან კარბონატთან ურთიერთქმედებით:
HNO3+NaOH=NaNO3+H2O
ნატრიუმის ნიტრატის წყალხსნარის აორთქლებით მიიღება თეთრი ფერის, რომბოედრული ან ტრიგონალური კრისტალური ნატრიუმის ნიტრატი, რომლის სიმკვრივე d=2,26 გ/სმ³, ლღობის ტემპერატურა tლღ=306,8 °C, კარგად იხსნება წყალში.
ნატრიუმის ამიდი NaNH2 მიიღება 350 °C ტემპერატურაზე გახურებული ნატრიუნის ზედაპირზე გაზურ მდგომარეობაშიო მყოფი ამიაკის გატარებით:
Na+CH3=NaNHO+1/2H2+20,36 კკალ/მოლი.
ნატრიუმის ამიდი მომწვანო ყვითელი მყარი ნივთიერებაა, 210 °C ლღობის ტემპერატურით, დუღს 4400 °C-ზე, კარგად იხსნება ამიაკში, იხსნება წყლის ან სპირტის მოქმედებით. ნატრიუმის ამიდი ნახშირბადით 800 °C-ზე აღდგენით მიიგება: NaNH2+C=NaCN+H2 ნატრიუმის ციანიდი ძირითადად ამ მიზნისათვის პოულობს გამოყენებას.
ნატრიუმის ფოსფიდი Na3P მიიღება მეტალური ნატრიუმის ელემენტურ ფოსფორთან 400 °C-ზე ვაკუუმში გახურებით. Na3P წითელი მყარი ნივთიერებაა, ადვილად შედის წყალთან რეაქციაში.
ნატრიუმის ფოსფატი Na3PO4 მიიღება ნატრიუმის ჰიდროქსიდისა და ორთოფოსფორმჟავას ურთიერთქმედებით. იმისდა მიხედვით თუ რა სტექიომეტრული თანაფარდობით გვაქვს აღებული ტუტე და მჟავა მიიღება ერთ-ორ-სამჩანაცვლებული ნატრიუმის ფოსფორმჟავა მარილები: NaH2O4, Na2HPOH4 და Na3PO4. ორთოფოსფორმჟავას მარილების წყალხსნარების აორთქლებით მიიღება თეთრი ფერის უწყლო ან კირსტალოჰიდრატული მარილები.
ნატრიუმის პიროფოსფატი Na4P2O7 მიიღება ორჩანაცვლებული ნატრიუმის ფოსფატის (Na2HPO4) 232 °C-ზე გახურებით:
2Na2HPO4=Na4P2O7+H2O
ნატრიუმის კარბონატი Na2CO3 (სოდა) ბუნებაში სოდა მოიპოვება ნატრიუმის კარბონატთან ერთად ზოგიერთ ტბაში და მის ტბის წყლის აორთქლებით იღებენ. გამოიყოფა Na2CO3*NaHCO3*2H2O ან Na2CO3*2NaHCO3*2H2O-ს სახით.
ნატრიუმის მეტასილიკატი Na2SiO3 (ხსნადი მინა) მიიღება ნატრიუმის კარბონატისა და სილიციუმის დიოქსიდის მაღალ ტემპერატურაზე (1100 °C) შეცხობით:
Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2-24,7 კალ/მოლი
Na2SiO3 - უფერო მონოკლინური კრისტალური ნივთიერებაა, რომელიც კარგად იხსნება წყალში, მას ხსნად მინას უწოდებენ, ნატრიუმის მეტასილიკატი გამოიყენება სხვადასხვა სილიკატების მისაღებად, როგორც მინის საგოზი, ფაიფურის მრეწველობაში.
ცნობილია, აგრეთვე, ნატრიუმის სხვა ელემენტებთან ნაერთები, როგორიცაა: ნატრიუმის ტეტრაბორატი Na2B4O7, ორგანული ნაერთები და სხვა.
ნატრიუმის გამოყენება
მეტალური ნატრიუმი ფართოდ გამოიყენება როგორც აღმდგენელი სხვადასხვა მეტალების მისაღებად მათი ჰალოგენებიდან, სულფიდიდან, ოქსიდიდან და სხვა ნაეთებიდან. ის გამოიყენება ზოგიერთი ორგანული ნაერთის გაუწყლოებისათვის. ცნობილია ნატრიუმის შენადნობები რიგ მეტალებთან, როგორებიცაა: NaK, NaPb, NaHg, NaSe, ნატრიუმის ნართები Na2O2, Na2O, NaCN, NaNH2 გამოიყენება როგორც მონოქრომატული სინათლის წყარო ფოტოელექტრულ ელემენტებში.
ნატრიუმის პეროქსიდი ფართოდ გამოიყენება ჰაერის გასუფთავებისას და რეგენერაციისათვის,
Na2O2
ხელოვნურად სასუნთქავ აპარატებში
Na2O2+CO2―>Na2CO3+1/2O2
ნატრიუმი-კალიუმის შენადნობი გამოიყენება მაღალი ტემპერატურის გასაზომი თერმომეტრების დასამზადებლად და ურანის ელემენტებში როგორც სითბოს გადამტანი.
რესურსები ინტერნეტში
webelements.com // ნატრიუმი
სქოლიო