هل يتفاعل الصوديوم مع الماء؟ أسرار تفاعل معدن الصوديوم مع الماء

كان الموضوع الأكثر إثارة للاهتمام في دروس الكيمياء المدرسية هو خصائص المعادن النشطة. لم يتم تزويدنا بالمواد النظرية فحسب، بل تم أيضًا عرض تجارب مثيرة للاهتمام. ربما يتذكر الجميع كيف ألقى المعلم قطعة صغيرة من المعدن في الماء، واندفعت على طول سطح السائل واشتعلت. في هذه المقالة سوف نفهم كيف يحدث تفاعل الصوديوم والماء ولماذا ينفجر المعدن.

فمعدن الصوديوم مادة فضية تشبه في كثافتها الصابون أو البارافين. يتميز الصوديوم بالتوصيل الحراري والكهربائي الجيد. ولهذا السبب يتم استخدامه في الصناعة، وخاصة في صناعة البطاريات.

الصوديوم شديد التفاعل كيميائيا. في كثير من الأحيان تحدث ردود الفعل مع إطلاق كميات كبيرة من الحرارة. في بعض الأحيان يكون هذا مصحوبًا بنيران أو انفجار. يتطلب العمل مع المعادن النشطة تدريبًا وخبرة معلوماتية جيدة. لا يمكن تخزين الصوديوم إلا في حاويات مغلقة جيدًا تحت طبقة من الزيت، حيث يتأكسد المعدن بسرعة في الهواء.

التفاعل الأكثر شيوعًا للصوديوم هو تفاعله مع الماء. تفاعل الصوديوم مع الماء ينتج القلويات والهيدروجين:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

يتأكسد الهيدروجين بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء وينفجر، وهذا ما لاحظناه أثناء التجربة المدرسية.

دراسات رد الفعل من قبل علماء من جمهورية التشيك

من السهل جدًا فهم تفاعل الصوديوم مع الماء: يؤدي تفاعل المواد إلى تكوين غاز H2، والذي يتأكسد بدوره بواسطة O2 في الهواء ويشتعل. يبدو الأمر بسيطا. لكن البروفيسور بافيل يونجفيرت من الأكاديمية التشيكية للعلوم لا يعتقد ذلك.

والحقيقة هي أنه أثناء التفاعل، لا يتم تشكيل الهيدروجين فقط، ولكن أيضا بخار الماء، حيث يتم إطلاق كمية كبيرة من الطاقة، يتم تسخين الماء ويتبخر. وبما أن الصوديوم ذو كثافة منخفضة، يجب أن تدفعه وسادة البخار إلى الأعلى، وتعزله عن الماء. يجب أن يهدأ رد الفعل، لكنه لا يحدث.

قرر Jungwirth دراسة هذه العملية بالتفصيل وقام بتصوير التجربة بكاميرا عالية السرعة. تم تصوير العملية بمعدل 10 آلاف إطار في الثانية وعرضها بحركة بطيئة 400x. لاحظ العلماء أن المعدن، الذي يدخل السائل، يبدأ في إنتاج عمليات على شكل طفرات. هذا يفسر كالتالي:

• تبدأ المعادن القلوية، بمجرد وجودها في الماء، في العمل كمانح للإلكترونات وتطلق جسيمات سالبة الشحنة.
• قطعة من المعدن تكتسب شحنة موجبة.
• تبدأ البروتونات الموجبة الشحنة في تنافر بعضها البعض، وتشكل زوائد معدنية.
• تخترق البراعم الشبيهة بالشوكة وسادة البخار، ويزداد سطح التلامس للمواد المتفاعلة، ويتكثف التفاعل.

كيفية إجراء التجربة

بالإضافة إلى الهيدروجين، يتم تشكيل القلويات أثناء تفاعل الماء والصوديوم. للتحقق من ذلك، يمكنك استخدام أي مؤشر: عباد الشمس، الفينول فثالين أو الميثيل البرتقالي. سيكون من الأسهل العمل مع الفينول فثالين، لأنه عديم اللون في بيئة محايدة وسيكون من الأسهل ملاحظة التفاعل.

لإجراء التجربة تحتاج إلى:

1. صب الماء المقطر في جهاز التبلور بحيث يشغل أكثر من نصف حجم الوعاء.
2. أضف بضع قطرات من المؤشر إلى السائل.
3. قطع قطعة من الصوديوم بحجم نصف حبة البازلاء. للقيام بذلك، استخدم مشرط أو سكين رفيع. تحتاج إلى قطع المعدن في وعاء دون إزالة الصوديوم من الزيت لتجنب الأكسدة.
4. أخرج قطعة الصوديوم من الجرة باستخدام الملقط وامسحها بورق الترشيح لإزالة أي زيت.
5. قم بإلقاء الصوديوم في الماء وراقب العملية من مسافة آمنة.

يجب أن تكون جميع الأدوات المستخدمة في التجربة نظيفة وجافة.

وستلاحظ أن الصوديوم لا يغوص في الماء، بل يبقى على السطح بسبب كثافة المواد. سيبدأ الصوديوم في التفاعل مع الماء، مما يؤدي إلى إطلاق الحرارة. سيؤدي ذلك إلى ذوبان المعدن وتحوله إلى قطرة. ستبدأ هذه القطرة في التحرك بنشاط عبر الماء، وإصدار صوت هسهسة مميز. إذا لم تكن قطعة الصوديوم صغيرة جدًا، فسوف تضيء بلهب أصفر. إذا كانت القطعة كبيرة جدًا، فقد يحدث انفجار.

سوف يتغير لون الماء أيضًا. ويفسر ذلك إطلاق القلويات في الماء ولون المؤشر المذاب فيه. سوف يتحول لون الفينول فثالين إلى اللون الوردي، ولون عباد الشمس الأزرق، ولون الميثيل البرتقالي إلى اللون الأصفر.

هل هو خطير

تفاعل الصوديوم مع الماء خطير جداً. قد تحدث إصابات خطيرة أثناء التجربة. يمكن أن يؤدي الهيدروكسيد والبيروكسيد وأكسيد الصوديوم الذي يتكون أثناء التفاعل إلى تآكل الجلد. يمكن أن يصل رذاذ القلويات إلى عينيك ويسبب حروقًا خطيرة وحتى العمى.

يجب إجراء عمليات التلاعب بالمعادن النشطة في المختبرات الكيميائية تحت إشراف مساعد مختبر لديه خبرة في العمل مع المعادن القلوية.

1. العمل حصريًا باستخدام نظارات السلامة.
2. لا تتكئ أبدًا فوق الوعاء عندما يكون المعدن على الماء.
3. ابتعد بضعة أمتار عن المُبلور فورًا بعد إلقاء المعدن في الماء.
4. كن مستعدًا دائمًا، حيث يمكن أن يحدث انفجار في أي لحظة.
5. لا تقترب من المحفز حتى تتأكد من اكتمال التفاعل.

خصائص معدن الصوديوم: فيديو

صوديوم- عنصر الدورة الثالثة ومجموعة IA من الجدول الدوري، الرقم التسلسلي 11. الصيغة الإلكترونية للذرة هي 3s 1، حالات الأكسدة +1 و 0. لها سالبية كهربية منخفضة (0.93)، ولا تظهر إلا الخصائص المعدنية (الأساسية). يشكل (ككاتيون) العديد من الأملاح والمركبات الثنائية. تقريبا جميع أملاح الصوديوم قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء.

في الطبيعة - الخامسبواسطة عنصر الوفرة الكيميائية (الثاني بين
المعادن) توجد فقط على شكل مركبات. عنصر حيوي لجميع الكائنات الحية.

الصوديوم وكاتيون الصوديوم ومركباتها تلون لهب موقد الغاز باللون الأصفر الساطع ( الكشف النوعي).

صوديومنا. معدن أبيض فضي، خفيف، ناعم (يمكن قطعه بسكين)، قليل الذوبان. تخزين الصوديوم في الكيروسين. يشكل سبيكة سائلة مع الزئبق - ملغم(تصل إلى 0.2% ص).

شديد التفاعل، في الهواء الرطب يصبح الصوديوم مغطى ببطء بغشاء هيدروكسيد ويفقد بريقه (يفقد بريقه):

الصوديوم نشط كيميائيا وعامل اختزال قوي. يشتعل في الهواء عند التسخين المعتدل (> 250 درجة مئوية)، ويتفاعل مع المواد غير المعدنية:

2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH

2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S

6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2

عاصف جدا ومع عظيم exo-تأثير تفاعل الصوديوم مع الماء:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 كيلوجول

ومن حرارة التفاعل، تذوب قطع الصوديوم على شكل كرات، تبدأ بالتحرك عشوائيًا بسبب إطلاق H2. ويصاحب التفاعل نقرات حادة نتيجة انفجارات الغاز المتفجر (H 2 + O 2). يكون المحلول قرمزيًا ملونًا بالفينول فثالين (وسط قلوي).

في سلسلة الجهد، يوجد الصوديوم بشكل ملحوظ على يسار الهيدروجين، فهو يزيح الهيدروجين من الأحماض المخففة HC1 وH2SO4 (بسبب H20 وH).

إيصالالصوديوم في الصناعة:

(انظر أيضًا تحضير NaOH أدناه).

يستخدم الصوديوم لإنتاج Na 2 O 2، NaOH، NaH، وكذلك في التخليق العضوي. يعمل الصوديوم المنصهر كمبرد في المفاعلات النووية، ويستخدم الصوديوم الغازي كمواد مالئة للمصابيح الخارجية ذات الضوء الأصفر.

أكسيد الصوديوم Na 2 O. أكسيد أساسي. الأبيض، له بنية أيونية (Na +) 2 O 2-. مستقر حرارياً، ويتحلل ببطء عند تسخينه، ويذوب تحت ضغط بخار الصوديوم الزائد. حساسة للرطوبة وثاني أكسيد الكربون في الهواء. يتفاعل بقوة مع الماء (يتكون محلول قلوي قوي) والأحماض والأكاسيد الحمضية والمذبذبة والأكسجين (تحت الضغط). يستخدم لتخليق أملاح الصوديوم. لا يتكون عند احتراق الصوديوم في الهواء.

معادلات أهم التفاعلات:

إيصال:التحلل الحراري لـ Na 2 O 2 (انظر) وكذلك اندماج Na و NaOH و Na و Na2O2:

2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 درجة مئوية)

2Na + Na2O2 = 2Na وO (130-200 درجة مئوية)

بيروكسيد الصوديومنا 2 أو 2 . اتصال ثنائي. أبيض، استرطابي. وله بنية أيونية (Na +) 2 O 2 2-. عند تسخينه، يتحلل ويذوب تحت الضغط الزائد O 2 . يمتص ثاني أكسيد الكربون من الهواء. يتحلل تمامًا مع الماء والأحماض (يطلق O2 أثناء الغليان - رد فعل نوعي للبيروكسيدات). عامل مؤكسد قوي، عامل اختزال ضعيف. يتم استخدامه لتجديد الأكسجين في أجهزة التنفس المستقلة (التفاعل مع ثاني أكسيد الكربون)، كمكون من مكونات مبيضات القماش والورق. معادلات أهم التفاعلات:

إيصال: احتراق Na في الهواء.

هيدروكسيد الصوديومهيدروكسيد الصوديوم. الهيدروكسيد الأساسي، القلوي، الاسم التقني هو الصودا الكاوية. بلورات بيضاء ذات تركيب أيوني (Na+)(OH-). يذوب في الهواء، ويمتص الرطوبة وثاني أكسيد الكربون (يتكون NaHCO 3). يذوب ويغلي دون تحلل. يسبب حروقاً شديدة في الجلد والعينين.

شديد الذوبان في الماء (مع exo-التأثير، +56 كيلوجول). يتفاعل مع أكاسيد الحمض، ويحيد الأحماض، ويسبب وظيفة الحمض في الأكاسيد والهيدروكسيدات المذبذبة:

يؤدي محلول NaOH إلى تآكل الزجاج (يتم تكوين NaSiO3) ويؤدي إلى تآكل سطح الألومنيوم (يتم تكوين Na وH2).

إيصالهيدروكسيد الصوديوم في الصناعة:

أ) التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم على كاثود خامل

ب) التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم على كاثود الزئبق (طريقة الملغم):

(يتم إرجاع الزئبق المنطلق إلى المحلل الكهربائي).

الصودا الكاوية هي المادة الخام الأكثر أهمية في الصناعة الكيميائية. تستخدم لإنتاج أملاح الصوديوم والسليلوز والصابون والأصباغ والألياف الصناعية. كمجفف غاز كاشف في الانتعاش من المواد الخام الثانوية وتنقية القصدير والزنك؛ عند معالجة خامات الألومنيوم (البوكسيت).

الصوديوم معدن شديد التفاعل يتفاعل مع العديد من المواد. يمكن أن تحدث التفاعلات التي تحتوي على الصوديوم بعنف وتنتج حرارة كبيرة. في هذه الحالة، يحدث الاشتعال وحتى الانفجار في كثير من الأحيان. للعمل بأمان مع الصوديوم، من الضروري أن يكون لديك فهم واضح لخصائصه الفيزيائية والكيميائية.

الصوديوم معدن خفيف (كثافته 0.97 جم/سم3)، ناعم وقابل للانصهار (97.86 درجة مئوية). صلابته تشبه البارافين أو الصابون. في الهواء، يتأكسد الصوديوم بسرعة كبيرة، ويصبح مغطى بغشاء رمادي يتكون من بيروكسيد Na2O2 والكربونات، لذلك يتم تخزين الصوديوم في مرطبانات مغلقة جيدًا تحت طبقة من الكيروسين أو الزيت اللامائي.

يتم قطع قطعة من الصوديوم بالحجم المطلوب دون إزالة المعدن من الكيروسين، وذلك باستخدام سكين أو مشرط. تتم إزالة الصوديوم من الجرة باستخدام الملقط. يجب أن تكون جميع الأدوات جافة! بعد ذلك، يتم تحرير الصوديوم من بقايا الكيروسين باستخدام ورق الترشيح. في بعض الحالات، يتم تنظيف المعدن بمشرط لإزالة طبقة البيروكسيد، حيث أن ملامسة البيروكسيد لسطح الصوديوم الطازج يمكن أن يؤدي إلى انفجاره. لا ينبغي التعامل مع الصوديوم باليد. يتم دمج بقايا الصوديوم بحرارة منخفضة تحت طبقة من الكيروسين.

لا ينبغي بأي حال من الأحوال غسل الأطباق التي تحتوي على الصوديوم بالماء - فقد يؤدي ذلك إلى انفجار له عواقب مأساوية. تتم إزالة بقايا الصوديوم عن طريق إضافة الكحول، وعندها فقط يمكن استخدام الماء.

من الضروري ارتداء نظارات السلامة عند العمل مع الصوديوم. لا تنس أبدًا ما تتعامل معه - يمكن أن يحدث انفجار في أكثر اللحظات غير المتوقعة وغير المناسبة، وعليك أن تكون مستعدًا لذلك.

تفاعل الصوديوم مع الماء

املأ المُبلور إلى 3/4 بالماء وأضف إليه بضع قطرات من الفينول فثالين. أسقط قطعة من الصوديوم بحجم نصف حبة البازلاء في جهاز التبلور. سيبقى الصوديوم على السطح لأنه أخف من الماء. ستبدأ القطعة في التفاعل بشكل نشط مع الماء، مما يؤدي إلى إطلاق الهيدروجين. من حرارة التفاعل، سوف يذوب المعدن ويتحول إلى قطرة فضية تعمل بنشاط على طول سطح الماء. وفي نفس الوقت يسمع صوت هسهسة. في بعض الأحيان يضيء الهيدروجين المنطلق بلهب أصفر. بخار الصوديوم يعطيه هذا اللون. إذا لم يحدث الاشتعال، يمكن إشعال الهيدروجين. ومع ذلك، فإن قطع الصوديوم الأصغر من حبة القمح تنطفئ.

ونتيجة للتفاعل، يتم تشكيل مادة قلوية تعمل على الفينول فثالين، لذلك تترك قطعة من الصوديوم وراءها أثر التوت. في نهاية التجربة، سيتحول كل الماء الموجود في المُبلور تقريبًا إلى اللون القرمزي.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

يجب أن تكون جدران جهاز التبلور خالية من الشحوم والملوثات الأخرى. إذا لزم الأمر، يتم غسلها بمحلول قلوي، وإلا فإن الصوديوم يلتصق بالجدران وقد يتشقق جهاز التبلور.

يجب إجراء التجربة باستخدام قناع واقي أو نظارات السلامة. أثناء التفاعل، حافظ على مسافة معينة ولا تميل فوق المُبلور تحت أي ظرف من الظروف. يمكن أن يؤدي دخول رذاذ الصوديوم أو القلويات المنصهرة إلى عينيك إلى العمى المؤكد تقريبًا.

المصدر: www.chemistry-chemists.com