НА́ТРИЙ

НА́ТРИЙ (лат. Natrium), $\ce{Na}$, хи­мич. эле­мент I груп­пы ко­рот­кой фор­мы (1-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; ат. н. 11; ат. м. 22,98976928; от­но­сит­ся к ще­лоч­ным ме­тал­лам. В при­ро­де один ста­биль­ный изо­топ $\ce{^23Na}$. Ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­изо­то­пы с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 17–35.

Историческая справка

При­род­ные со­еди­не­ния Н. из­вест­ны с древ­них вре­мён. В эпо­ху не­оли­та, при­бли­зи­тель­но 5–7 тыс. лет на­зад, в ка­че­ст­ве ком­по­нен­та пи­щи лю­дей во­шла в упот­реб­ле­ние по­ва­рен­ная соль (хло­рид Н.) $\ce{NaCl}$. В Древ­нем Егип­те при­ме­ня­ли при­род­ную со­ду (кар­бо­нат Н.) $\ce{Na2CO3}$ как мо­ю­щее сред­ст­во, а так­же для вар­ки стек­ла. К нач. 18 в. в Зап. Ев­ро­пе со­ли Н. ши­ро­ко при­ме­ня­лись в ме­ди­ци­не, при вы­дел­ке кож, кра­ше­нии тка­ней. В 1807 Г. Дэ­ви элек­тро­ли­зом рас­пла­ва ед­ко­го на­тра $\ce{NaOH}$ впер­вые по­лу­чил рас­плав­лен­ный ме­тал­лич. Н. и дал ему назв. «со­ди­ум» (sodium, от позд­не­ла­тин­ско­го soda – со­да), ко­то­рое от­ра­жа­ет про­ис­хо­ж­де­ние это­го эле­мен­та из со­ды; назв. со­хра­ни­лось в США, Ве­ли­ко­бри­та­нии и не­ко­то­рых др. стра­нах. Назв. «Н.», про­ис­хо­дя­щее от араб. «на­трун» (греч. νίτρον) и пер­во­на­чаль­но от­но­сив­шее­ся к при­род­ной со­де, пред­ло­же­но Й. Бер­це­лиу­сом в 1811 и вве­де­но в отеч. хи­мич. но­менк­ла­ту­ру Г. И. Гес­сом в 1831.

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Н. в зем­ной ко­ре 2,27% по мас­се. Со­дер­жа­ние ио­нов $\ce{Na+}$ в гид­ро­сфе­ре, в т. ч. в мор­ской во­де, су­ще­ст­вен­но пре­вы­ша­ет со­дер­жа­ние др. ка­тио­нов. На­ли­чие Н. ус­та­нов­ле­но в ат­мо­сфе­ре Солн­ца и в меж­звёзд­ном про­стран­ст­ве. Вслед­ст­вие вы­со­кой ре­ак­ци­он­ной спо­соб­но­сти в при­ро­де Н. на­хо­дит­ся толь­ко в ви­де со­лей. Важ­ней­шие ми­не­ра­лы: га­лит (ка­мен­ная соль) $\ce{NaCl}$, ми­ра­би­лит (глау­бе­ро­ва соль) $\ce{Na2SO4·10H2O}$, те­нар­дит $\ce{Na2SO4}$, чи­лий­ская се­лит­ра $\ce{NaNO3}$, крио­лит $\ce{Na3[AlF6]}$, тро­на ­$\ce{NaHCO3·Na2CO3·2H2O}$, бу­ра (тин­кал) $\ce{Na2B4O7·10H2O}$, кер­нит $\ce{Na2B4O7·4H2O}$, а так­же при­род­ные си­ли­ка­ты, напр. аль­бит $\ce{Na[AlSi3O8]}$, не­фе­лин $\ce{Na[AlSiO4]}$; очень боль­шие за­па­сы $\ce{NaCl}$ со­дер­жат­ся в при­род­ных рас­со­лах и океа­нич. во­дах. Н. от­но­сит­ся к био­ген­ным эле­мен­там, вхо­дит в со­став жи­вых ор­га­низ­мов гл. обр. в ви­де $\ce{NaCl}$. Так, напр., в плаз­ме кро­ви че­ло­ве­ка со­дер­жа­ние ио­нов Н. 0,32% по мас­се, в ко­ст­ной тка­ни 0,6%, в мы­шеч­ных тка­нях 0,6–1,5%. Ми­ним. по­треб­ность че­ло­ве­ка в Н. ок. 200 мг в день, что со­от­вет­ст­ву­ет при­мер­но 0,5 г $\ce{NaCl}$ (слиш­ком боль­шие ко­ли­че­ст­ва вы­зы­ва­ют по­вы­ше­ние ар­те­ри­аль­но­го дав­ле­ния).

Свой­ст­ва. Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Н. $3s^1$; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пень окис­ле­ния +1; энер­гии ио­ни­за­ции $\ce{Na^0→Na+}$ 495,8 кДж/моль; элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 0,93; атом­ный ра­ди­ус 180 пм, ра­ди­ус ио­на $\ce{Na+}$ 116 пм (ко­ор­ди­нац. чис­ло 6).

В сво­бод­ном со­стоя­нии Н. – мяг­кий, лег­ко­плав­кий се­реб­ри­сто-бе­лый ме­талл, в тон­ких сло­ях с фио­ле­то­вым от­тен­ком. Н. об­ра­зу­ет две кри­стал­лич. мо­ди­фи­ка­ции: ни­же –222 °C ус­той­чив $\ce{α-Na}$ (гекса­гo­нальная ре­шёт­ка); при нор­маль­ном дав­ле­нии и темп-ре вы­ше –222 °C ус­той­чив $\ce{β-Na}$ (ку­бич. объ­ём­но­цен­три­ро­ван­ная ре­шёт­ка); t_пл 97,7 °C, t_кип 883 °C; плот­ность 968 кг/м³ (твёр­дый, при 19,7 °C), 928 кг/м³ (жид­кий, при темп-ре плав­ле­ния); те­п­ло­ём­кость 29,60 Дж/(моль·К); те­п­ло­про­вод­ность 140 Вт/(м·К). Н. пла­сти­чен, лег­ко ре­жет­ся но­жом, при силь­ном ох­ла­ж­де­нии ста­но­вит­ся хруп­ким. В га­зо­об­раз­ном со­стоя­нии со­сто­ит из час­тиц $\ce{Na}$ и $\ce{Na2}$, со­дер­жа­ние $\ce{Na2}$ уве­ли­чи­ва­ет­ся с рос­том темп-ры: 0,8% (600 К), 1,3% (650 К), 2,5% (750 К). Па­ра­маг­ни­тен; удель­ная маг­нит­ная вос­при­им­чи­вость 8,8·10^–9 м³/кг.

Н. – ме­талл вы­со­кой хи­мич. ак­тив­но­сти (хра­нят под сло­ем инерт­ной обез­вожен­ной и не со­дер­жа­щей ки­сло­ро­да жид­ко­сти – ке­ро­си­на, ми­нер. мас­ла; пе­ре­во­зят в за­па­ян­ных ме­тал­лич. со­су­дах). В ре­ак­ци­ях с разл. со­еди­не­ния­ми (ок­си­да­ми, га­ло­ге­ни­да­ми и пр.) ве­дёт се­бя как силь­ный вос­ста­но­ви­тель. На воз­ду­хе ак­тив­но окис­ля­ет­ся с по­верх­но­сти, в жид­ком со­стоя­нии при темп-ре вы­ше 200 °С за­го­ра­ет­ся. В за­ви­си­мо­сти от ус­ло­вий мо­жет окис­лять­ся до ок­си­да $\ce{Na2O}$ или пе­рок­си­да $\ce{Na2O2}$. Энер­гич­но реа­ги­ру­ет с во­дой с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­ро­кси­да $\ce{NaOH}$ и $\ce{H2}$, за счёт вы­де­ляю­щей­ся энер­гии $\ce{Na}$ пла­вит­ся; при боль­шой по­верх­но­сти кон­так­та ре­ак­ция про­ис­хо­дит со взры­вом. Н. вос­пла­ме­ня­ет­ся в ат­мо­сфе­ре фто­ра, в ат­мо­сфе­ре хло­ра го­рит при ком­нат­ной темп-ре, с бро­мом реа­ги­ру­ет лишь при на­гре­ва­нии. Энер­гич­но взаи­мо­дей­ст­ву­ет с $\ce{S, Se}$ и $\ce{Te}$, об­ра­зуя халь­ко­ге­ни­ды со­ста­ва $\ce{Na2X, NaX, NaX2, Na2X5}$.

Бла­го­род­ные га­зы не­зна­чи­тель­но рас­тво­ри­мы в твёр­дом и жид­ком Н., при темп-ре 200 °C ме­талл на­чи­на­ет по­гло­щать $\ce{H2}$, об­ра­зуя гид­рид $\ce{NaH}$. С азо­том в элек­трич. раз­ря­де да­ёт нит­рид $\ce{Na3N}$ или азид $\ce{NaN3}$, с раз­бав­лен­ны­ми ки­сло­та­ми – со­ли. В жид­ком $\ce{NH3}$ лег­ко рас­тво­ря­ет­ся, об­ра­зуя рас­твор си­не­го цве­та с ме­тал­лич. про­во­ди­мо­стью, со­дер­жа­щий ка­тио­ны $\ce{Na+}$ и соль­ва­ти­ро­ван­ные элек­тро­ны. Взаи­мо­дей­ст­ви­ем с $\ce{NH3}$ при 300–400 °C или в при­сут­ст­вии ка­та­ли­за­то­ра при ох­ла­ж­де­нии до –30 °C по­лу­ча­ют амид $\ce{NaNH2}$. При 800–900 °C га­зо­об­раз­ный Н. реа­ги­ру­ет с уг­ле­ро­дом, об­ра­зуя кар­бид (аце­ти­ле­нид) $\ce{Na2C2}$. Ре­ак­ци­ей Н. с аце­ти­ле­ном при 98 °С по­лу­ча­ют $\ce{NaCCH}$ и эти­лен, при бо­лее вы­со­ких темп-рах – $\ce{Na2C2}$. С гра­фи­том Н. об­ра­зу­ет со­еди­не­ния вклю­че­ния. Н. реа­ги­ру­ет с до­но­ра­ми про­то­нов (спир­та­ми, кар­бо­но­вы­ми ки­сло­та­ми и др.), да­вая про­из­вод­ные со свя­зью $\ce{C─O─Na}$ (напр., на­трие­вые со­ли выс­ших жир­ных ки­слот – мыла́). Вхо­дит в со­став на­трий­ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний.

Со мно­ги­ми ме­тал­ла­ми ($\ce{Ag, Au, Cd, Ga, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi, K, Cs}$) об­ра­зу­ет ин­тер­ме­тал­ли­ды; не об­ра­зу­ет со­еди­не­ний с $\ce{Ba, Sr, Mg, Li, Zn, Al}$. C рту­тью да­ёт амаль­га­мы – ин­тер­ме­тал­ли­ды со­ста­ва $\ce{NaHg2, NaHg, Na3Hg2}$ и др. (наи­боль­шее зна­че­ние име­ют жид­кие амаль­га­мы).

При ра­бо­те с Н. не­об­хо­ди­мо учи­ты­вать его вы­со­кую ре­ак­ци­он­ную спо­соб­ность, в т. ч. спо­соб­ность за­го­рать­ся при кон­так­те с во­дой. Н. разъ­е­да­ет ко­жу, вы­зы­ва­ет ожо­ги. В це­лях безо­пас­но­сти не­об­хо­ди­мо ис­поль­зо­вать ре­зи­но­вые пер­чат­ки, за­щит­ные оч­ки или мас­ку. С боль­шим ко­ли­че­ст­вом Н. сле­ду­ет ра­бо­тать в спец. ка­ме­рах, в инерт­ной ат­мо­сфе­ре (ар­гон, азот). Для ту­ше­ния го­ря­ще­го Н. при­ме­ня­ют по­ва­рен­ную соль, пе­сок.

Получение. 

Н. по­лу­ча­ют: элек­тро­ли­зом рас­пла­ва $\ce{NaCl}$ или рас­пла­ва $\ce{NaOH}$ (с до­бав­ка­ми др. со­лей для сни­же­ния темп-ры плав­ле­ния элек­тро­ли­та); не­боль­шие ко­ли­че­ст­ва – раз­ло­же­ни­ем ази­да $\ce{NaN3}$. Элек­тро­лиз $\ce{NaCl}$ про­во­дят в элек­тро­ли­зёрах с диа­фраг­мой. Ми­ро­вое про­из-во Н. пре­вы­ша­ет 200 тыс. т/год.

Применение. 

Н. и его спла­вы с ка­ли­ем при­ме­ня­ют­ся как жид­кие те­п­ло­но­си­те­ли в ядер­ных ре­ак­то­рах; па­ры́ Н. ис­поль­зу­ют­ся для на­пол­не­ния га­зо­раз­ряд­ных ламп; спла­вы Н. со свин­цом – для из­го­тов­ле­ния под­шип­ни­ков. Н. при­ме­ня­ет­ся как мо­ди­фи­ка­тор алю­ми­ние­вых и др. спла­вов, как вос­ста­но­ви­тель в ме­тал­лур­гии, в ор­га­нич. син­те­зе, для по­лу­че­ния со­еди­не­ний Н., как ка­та­ли­за­тор в про­из-ве бу­та­дие­но­во­го и др. кау­чу­ков. Амаль­га­ма $\ce{Na}$ ис­поль­зу­ет­ся при по­лу­че­нии $\ce{NaOH}$ вы­со­кой чис­то­ты. Ра­дио­изо­то­пы $\ce{^22Na}$ и $\ce{^24Na}$ при­ме­ня­ют­ся в ме­ди­ци­не (ди­аг­но­сти­ка, ле­че­ние лей­ке­мии) и в ка­че­ст­ве ра­дио­ак­тив­ных ме­ток.