Най-интересната тема в часовете по химия в училище бяха свойствата на активните метали. Не само ни беше даден теоретичен материал, но и бяха демонстрирани интересни експерименти. Вероятно всеки си спомня как учителят хвърли малко парче метал във водата и то се втурна по повърхността на течността и се запали. В тази статия ще разберем как протича реакцията на натрий и вода и защо металът експлодира.
Металният натрий е сребристо вещество, близко по плътност до сапуна или парафина. Натрият се характеризира с добра топло- и електропроводимост. Ето защо се използва в промишлеността, по-специално за производството на батерии.
Натрият е силно химически реактивен. Често реакциите протичат с отделяне на големи количества топлина. Понякога това е придружено от пожар или експлозия. Работата с активни метали изисква добра информационна подготовка и опит. Натрият може да се съхранява само в добре затворени контейнери под слой масло, тъй като металът бързо се окислява във въздуха.
Най-популярната реакция на натрия е взаимодействието му с вода. Реакцията на натрий плюс вода произвежда основа и водород:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Водородът се окислява от кислорода от въздуха и експлодира, което наблюдавахме по време на училищния експеримент.
Реакционни изследвания от учени от Чехия
Реакцията на натрий с вода е много проста за разбиране: взаимодействието на веществата води до образуването на H2 газ, който от своя страна се окислява от O2 във въздуха и се запалва. Изглежда просто. Но професор Павел Юнгвирт от Чешката академия на науките не смяташе така.
Факт е, че по време на реакцията се образува не само водород, но и водна пара, тъй като се отделя голямо количество енергия, водата се нагрява и се изпарява. Тъй като натрият има ниска плътност, парната възглавница трябва да го избута нагоре, изолирайки го от водата. Реакцията трябва да отшуми, но не става.
Юнгвирт решава да проучи този процес в детайли и заснема експеримента с високоскоростна камера. Процесът беше заснет при 10 хиляди кадъра в секунда и гледан при 400x забавен каданс. Учените забелязали, че металът, влизайки в течността, започва да произвежда процеси под формата на шипове. Това се обяснява по следния начин:
- Алкалните метали, попаднали във вода, започват да действат като донори на електрони и да отделят отрицателно заредени частици.
- Парче метал придобива положителен заряд.
- Положително заредените протони започват да се отблъскват един друг, образувайки метални придатъци.
- Шиповете пробиват парната възглавница, контактната повърхност на реагиращите вещества се увеличава и реакцията се засилва.
Как да проведем експеримент
В допълнение към водорода, алкали се образуват при реакцията на вода и натрий. За да проверите това, можете да използвате всеки индикатор: лакмус, фенолфталеин или метилоранж. Най-лесно ще се работи с фенолфталеин, тъй като той е безцветен в неутрална среда и реакцията ще бъде по-лесна за наблюдение.
За провеждане на експеримента са ви необходими:
- Налейте дестилирана вода в кристализатора, така че да заема повече от половината обем на съда.
- Добавете няколко капки индикатор към течността.
- Нарежете парче натрий с размер на половин грахово зърно. За да направите това, използвайте скалпел или тънък нож. Трябва да режете метал в контейнер, без да отстранявате натрия от маслото, за да избегнете окисляване.
- Отстранете парчето натрий от буркана с пинсети и попийте с филтърна хартия, за да отстраните маслото.
- Хвърлете натрий във водата и наблюдавайте процеса от безопасно разстояние.
Всички инструменти, използвани в експеримента, трябва да бъдат чисти и сухи.
Ще видите, че натрият не потъва във водата, а остава на повърхността, поради плътността на веществата. Натрият ще започне да реагира с водата, освобождавайки топлина. Това ще накара метала да се стопи и да се превърне в капчица. Тази капчица ще започне активно да се движи във водата, издавайки характерен съскащ звук. Ако парчето натрий не е твърде малко, то ще светне с жълт пламък. Ако парчето е твърде голямо, може да възникне експлозия.
Водата също ще промени цвета си. Това се обяснява с отделянето на алкали във водата и оцветяването на индикатора, разтворен в нея. Фенолфталеинът ще стане розов, лакмусовият - син, а метилоранжевият - жълт.
Опасно ли е
Взаимодействието на натрий с вода е много опасно. По време на експеримента могат да възникнат сериозни наранявания. Хидроксидът, пероксидът и натриевият оксид, които се образуват по време на реакцията, могат да разядат кожата. Алкалните пръски могат да попаднат в очите ви и да причинят сериозни изгаряния и дори слепота.
Манипулациите с активни метали трябва да се извършват в химически лаборатории под наблюдението на лаборант с опит в работата с алкални метали.
- Работете изключително с предпазни очила.
- Никога не се навеждайте над съда, когато металът е върху водата.
- Преместете се на няколко метра от кристализатора веднага след като металът е хвърлен във водата.
- Бъдете винаги подготвени, тъй като всеки момент може да възникне експлозия.
- Не се доближавайте до катализатора, докато не сте сигурни, че реакцията е приключила.
Свойства на металния натрий: Видео
Натрий- елемент от 3-ти период и IA група на периодичната таблица, пореден номер 11. Електронната формула на атома е 3s 1, степени на окисление +1 и 0. Има ниска електроотрицателност (0,93), проявява само метални (основни) свойства. Образува (като катион) множество соли и бинарни съединения. Почти всички натриеви соли са силно разтворими във вода.
В природата - петипо химическо изобилие елемент (втори сред
метали), открити само под формата на съединения. Жизнен елемент за всички организми.
Натрият, натриевият катион и неговите съединения оцветяват пламъка на газовата горелка в ярко жълто ( качествено откриване).
Натрий Na. Сребристо-бял метал, лек, мек (може да се реже с нож), нискотопим. Съхранявайте натрий в керосин. Образува течна сплав с живак - амалгама(до 0,2% Na).
Много реактивен, във влажен въздух натрият бавно се покрива с хидроксиден филм и губи блясъка си (потъмнява):
Натрият е химически активен и силен редуциращ агент. Възпламенява се на въздух при умерено нагряване (>250 °C), реагира с неметали:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Много бурно и със страхотно екзо-ефект натрий реагира с вода:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 kJ
От топлината на реакцията парчетата натрий се стопяват на топки, които започват да се движат произволно поради освобождаването на Н2. Реакцията е придружена от остри щракания поради експлозии на детониращ газ (H 2 + O 2). Разтворът се оцветява в червено с фенолфталеин (алкална среда).
В реда на напрежението натрият е значително вляво от водорода; той измества водорода от разредените киселини HC1 и H 2 SO 4 (поради H 2 0 и H).
Касова бележканатрий в промишлеността:
(вижте също получаването на NaOH по-долу).
Натрият се използва за получаване на Na 2 O 2, NaOH, NaH, както и в органичния синтез. Разтопеният натрий служи като охладител в ядрените реактори, а газообразният натрий се използва като пълнител за външни лампи с жълта светлина.
Натриев оксид Na 2 O. Основен оксид. Бял, има йонна структура (Na +) 2 O 2-. Термично стабилен, бавно се разлага при нагряване, топи се при излишно налягане на Na парите. Чувствителен към влага и въглероден диоксид във въздуха. Реагира бурно с вода (образува се силно алкален разтвор), киселини, киселинни и амфотерни оксиди, кислород (под налягане). Използва се за синтез на натриеви соли. Не се образува, когато натрият се изгаря във въздуха.
Уравнения на най-важните реакции:
Касова бележка:термично разлагане на Na 2 O 2 (виж), както и синтез на Na и NaOH, Na и Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na и O (130-200 °C)
Натриев пероксид Na 2 O 2 . Двоична връзка. Бяло, хигроскопично. Има йонна структура (Na +) 2 O 2 2-. При нагряване се разлага и се топи при свръхналягане O 2 . Абсорбира въглероден диоксид от въздуха. Напълно се разлага с вода и киселини (освобождаване на O2 по време на кипене - качествена реакция към пероксиди). Силен окислител, слаб редуциращ агент. Използва се за регенериране на кислород в автономни дихателни устройства (реакция с CO 2), като компонент на избелители за тъкани и хартия. Уравнения на най-важните реакции:
Касова бележка: изгаряне на Na във въздуха.
Натриев хидроксид NaOH. Основен хидроксид, алкален, техническо наименование е сода каустик. Бели кристали с йонна структура (Na +)(OH -). Разтваря се във въздуха, абсорбира влага и въглероден диоксид (образува се NaHCO3). Топи се и кипи без разлагане. Причинява тежки изгаряния на кожата и очите.
Силно разтворим във вода (с екзо-ефект, +56 kJ). Реагира с киселинни оксиди, неутрализира киселини, предизвиква киселинна функция в амфотерни оксиди и хидроксиди:
Разтворът на NaOH корозира стъклото (образува се NaSiO3) и корозира алуминиевата повърхност (образуват се Na и H2).
Касова бележка NaOH в индустрията:
а) електролиза на разтвор на NaCl върху инертен катод
б) електролиза на разтвор на NaCl върху живачен катод (амалгамен метод):
(освободеният живак се връща в електролизера).
Содата каустик е най-важната суровина в химическата промишленост. Използва се за производство на натриеви соли, целулоза, сапун, багрила и изкуствени влакна; като газова сушилня; реагент при извличане от вторични суровини и пречистване на калай и цинк; при обработка на алуминиеви руди (боксит).
Натрият е много реактивен метал, който реагира с много вещества. Реакциите, включващи натрий, могат да протичат бурно и да произведат значителна топлина. В този случай често се случва запалване и дори експлозия. За да работите безопасно с натрий, е необходимо да имате ясно разбиране за неговите физични и химични свойства.
Натрият е лек (плътност 0,97 g/cm3), мек и топим (топи се 97,86° C) метал. Твърдостта му наподобява парафин или сапун. Във въздуха натрият се окислява много бързо, покривайки се със сив филм, който се състои от Na2O2 пероксид и карбонат, така че натрият се съхранява в добре затворени буркани под слой безводен керосин или масло.
Парче натрий с необходимия размер се отрязва, без да се отстранява металът от керосина, с помощта на нож или скалпел. Натрият се отстранява от буркана с помощта на пинсети. Всички инструменти трябва да са сухи! След това натрият се освобождава от остатъците от керосин с помощта на филтърна хартия. В някои случаи металът се почиства със скалпел, за да се отстрани пероксидният слой, тъй като контактът на пероксид със свежа натриева повърхност може да доведе до експлозия. Натрият не трябва да се борави с ръце. Натриевите остатъци се топят на ниска температура под слой керосин.
В никакъв случай съдовете, които съдържат натрий, не трябва да се мият с вода - това може да доведе до експлозия с трагични последици. Остатъците от натрий се елиминират чрез добавяне на алкохол, едва тогава може да се използва вода.
При работа с натрий е необходимо носенето на предпазни очила. Никога не забравяйте с какво се сблъсквате - експлозия може да се случи в най-неочаквания и неподходящ момент и трябва да сте подготвени за това.
Реакция на натрий с вода
Напълнете кристализатора 3/4 с вода и добавете няколко капки фенолфталеин към него. Пуснете парче натрий с размер на половин грахово зърно в кристализатора. Натрият ще остане на повърхността, защото е по-лек от водата. Парчето ще започне активно да реагира с вода, освобождавайки водород. От топлината на реакцията металът ще се стопи и ще се превърне в сребриста капчица, която активно ще се движи по повърхността на водата. В същото време се чува съскащ звук. Понякога отделеният водород светва с жълт пламък. Натриевите пари му придават този цвят. Ако не възникне запалване, водородът може да се запали. Въпреки това, парчета натрий, по-малки от пшенично зърно, се гасят.
В резултат на реакцията се образува основа, която действа върху фенолфталеина, така че парче натрий оставя след себе си малинова следа. В края на експеримента почти цялата вода в кристализатора ще стане пурпурна.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Стените на кристализатора трябва да са чисти от мазнини и други замърсители. Ако е необходимо, те се измиват с алкален разтвор, в противен случай натрият полепва по стените и кристализаторът може да се спука.
Експериментът трябва да се проведе с предпазна маска или предпазни очила. По време на реакцията спазвайте определена дистанция и при никакви обстоятелства не се навеждайте над кристализатора. Попадането на разтопен натрий или алкали в очите ви може да доведе до почти гарантирана слепота.
Източник www.chemistry-chemists.com
