Najzanimljivija tema u školskim časovima hemije bila su svojstva aktivnih metala. Ne samo da smo dobili teorijski materijal, već su nam prikazani i zanimljivi eksperimenti. Vjerovatno se svi sjećaju kako je učitelj bacio mali komad metala u vodu, a on je pojurio duž površine tečnosti i zapalio se. U ovom članku ćemo razumjeti kako dolazi do reakcije natrijuma i vode i zašto metal eksplodira.
Metalni natrij je srebrnasta tvar, slična gustoći sapunu ili parafinu. Natrijum se odlikuje dobrom toplotnom i električnom provodljivošću. Zbog toga se koristi u industriji, posebno za proizvodnju baterija.
Natrijum je veoma hemijski reaktivan. Često se javljaju reakcije s oslobađanjem velike količine topline. Ponekad je ovo praćeno požarom ili eksplozijom. Rad s aktivnim metalima zahtijeva dobru informatičku obuku i iskustvo. Natrijum se može čuvati samo u dobro zatvorenim posudama ispod sloja ulja, jer metal brzo oksidira na vazduhu.
Najpopularnija reakcija natrijuma je njegova interakcija s vodom. Reakcija natrijuma i vode proizvodi lužinu i vodik:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Vodonik se oksidira kisikom iz zraka i eksplodira, što smo primijetili tokom školskog eksperimenta.
Studije reakcija naučnika iz Češke
Reakcija natrijuma s vodom je vrlo jednostavna za razumijevanje: interakcija tvari dovodi do stvaranja plina H2, koji se zauzvrat oksidira O2 u zraku i pali. Izgleda jednostavno. Ali profesor Pavel Jungvirt sa Češke akademije nauka nije tako mislio.
Činjenica je da se tokom reakcije ne formira samo vodonik, već i vodena para, budući da se oslobađa velika količina energije, voda se zagrijava i isparava. Pošto natrijum ima malu gustinu, parni jastuk ga mora gurnuti prema gore, izolujući ga od vode. Reakcija bi se trebala smiriti, ali nije.
Jungwirth je odlučio detaljno proučiti ovaj proces i snimio eksperiment brzom kamerom. Proces je snimljen pri 10 hiljada kadrova u sekundi i gledan u usporenoj snimci od 400x. Naučnici su primijetili da metal, ulazeći u tekućinu, počinje proizvoditi procese u obliku šiljaka. Ovo se objašnjava na sljedeći način:
- Alkalni metali, kada uđu u vodu, počinju djelovati kao donori elektrona i ispuštaju negativno nabijene čestice.
- Komad metala dobija pozitivan naboj.
- Pozitivno nabijeni protoni počinju da se odbijaju, formirajući metalne dodatke.
- Šiljasti izbojci probijaju parni jastuk, kontaktna površina reagujućih supstanci se povećava, a reakcija se intenzivira.
Kako provesti eksperiment
Osim vodonika, prilikom reakcije vode i natrijuma nastaje alkalija. Da biste to provjerili, možete koristiti bilo koji indikator: lakmus, fenolftalein ili metilnarandžastu. Sa fenolftaleinom će biti najlakše raditi, jer je bezbojan u neutralnom okruženju i reakcija će se lakše uočiti.
Za izvođenje eksperimenta potrebno je:
- U kristalizator sipajte destilovanu vodu tako da zauzima više od polovine zapremine posude.
- Dodajte nekoliko kapi indikatora u tečnost.
- Izrežite komad natrijuma veličine pola graška. Da biste to učinili, koristite skalpel ili tanak nož. Morate rezati metal u posudi bez uklanjanja natrijuma iz ulja kako biste izbjegli oksidaciju.
- Uklonite komadić natrijuma iz staklenke pincetom i obrišite filter papirom da uklonite ulje.
- Bacite natrijum u vodu i posmatrajte proces sa sigurne udaljenosti.
Svi instrumenti koji se koriste u eksperimentu moraju biti čisti i suvi.
Vidjet ćete da natrijum ne tone u vodu, već ostaje na površini, zbog gustine tvari. Natrijum će početi da reaguje sa vodom, oslobađajući toplotu. To će uzrokovati topljenje metala i pretvaranje u kapljicu. Ova kapljica će se početi aktivno kretati kroz vodu, emitirajući karakterističan zvuk šištanja. Ako komadić natrijuma nije premali, upalit će žuti plamen. Ako je komad bio prevelik, može doći do eksplozije.
Voda će takođe promeniti boju. To se objašnjava oslobađanjem alkalija u vodu i bojom indikatora otopljenog u njoj. Fenolftalein će postati ružičast, lakmus plavi, a metilnarandžasto žuti.
Da li je opasno
Interakcija natrijuma s vodom je vrlo opasna. Tokom eksperimenta može doći do ozbiljnih povreda. Hidroksid, peroksid i natrijum oksid koji nastaju tokom reakcije mogu korodirati kožu. Prskanje alkalija može vam dospjeti u oči i uzrokovati ozbiljne opekotine, pa čak i sljepoću.
Manipulacije sa aktivnim metalima treba izvoditi u hemijskim laboratorijama pod nadzorom laboratorijskog asistenta koji ima iskustva u radu sa alkalnim metalima.
- Radite isključivo sa zaštitnim naočalama.
- Nikada se nemojte naginjati preko posude kada je metal na vodi.
- Odmaknite se nekoliko metara od kristalizatora odmah nakon što se metal baci u vodu.
- Budite uvijek spremni, jer u svakom trenutku može doći do eksplozije.
- Ne približavajte se katalizatoru dok niste sigurni da je reakcija završena.
Svojstva metalnog natrijuma: Video
Natrijum- element 3. perioda i IA grupe periodnog sistema, redni broj 11. Elektronska formula atoma je 3s 1, oksidaciona stanja +1 i 0. Ima nisku elektronegativnost (0,93), ispoljava samo metalna (bazna) svojstva. Formira (kao kation) brojne soli i binarna jedinjenja. Gotovo sve natrijeve soli su vrlo topljive u vodi.
U prirodi - peti po hemijskom elementu obilja (drugi među
metali), koji se nalaze samo u obliku jedinjenja. Vitalni element za sve organizme.
Natrijum, natrijum kation i njegova jedinjenja boje plamen gasnog plamenika u svetlo žutu ( kvalitativna detekcija).
Natrijum N / A. Srebrno-bijeli metal, lagan, mekan (može se rezati nožem), slabo topljiv. Čuvati natrijum u kerozinu. Formira tečnu leguru sa živom - amalgam(do 0,2% Na).
Vrlo reaktivan, na vlažnom zraku natrijum se polako prekriva hidroksidnim filmom i gubi sjaj (tamni):
Natrijum je hemijski aktivan i snažan redukcioni agens. Pali se na vazduhu pri umerenom zagrevanju (>250 °C), reaguje sa nemetalima:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Vrlo burno i odlično exo-efekat natrijum reaguje sa vodom:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 kJ
Od topline reakcije, komadići natrija se tope u kuglice, koje se počinju nasumično kretati zbog oslobađanja H2. Reakcija je praćena oštrim klikovima uslijed eksplozija detonirajućeg plina (H 2 + O 2). Rastvor je grimizno obojen fenolftaleinom (alkalna sredina).
U nizu napona, natrijum je znatno lijevo od vodonika, istiskuje vodonik iz razrijeđenih kiselina HC1 i H 2 SO 4 (zbog H 2 0 i H).
Potvrda natrijum u industriji:
(vidi i pripremu NaOH u nastavku).
Natrijum se koristi za proizvodnju Na 2 O 2, NaOH, NaH, kao i u organskoj sintezi. Rastopljeni natrijum služi kao rashladno sredstvo u nuklearnim reaktorima, a gasoviti natrijum se koristi kao punilo za spoljne lampe sa žutim svetlom.
Natrijum oksid Na 2 O. Osnovni oksid. Bijela, ima jonsku strukturu (Na +) 2 O 2-. Termički stabilan, polako se raspada kada se zagreje, topi se pod pritiskom pare Na. Osjetljiv na vlagu i ugljični dioksid u zraku. Reaguje snažno s vodom (nastaje jako alkalna otopina), kiselinama, kiselim i amfoternim oksidima, kisikom (pod pritiskom). Koristi se za sintezu natrijumovih soli. Ne formira se kada se natrijum sagoreva na vazduhu.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Potvrda: termička razgradnja Na 2 O 2 (vidi), kao i fuzija Na i NaOH, Na i Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na i O (130-200 °C)
Natrijum peroksid Na 2 O 2 . Binarna veza. Bijela, higroskopna. Ima jonsku strukturu (Na +) 2 O 2 2-. Zagrijavanjem se raspada i topi pod suvišnim pritiskom O 2 . Apsorbuje ugljični dioksid iz zraka. Potpuno se razgrađuje vodom i kiselinama (oslobađanje O2 tokom ključanja - kvalitativna reakcija na perokside). Jak oksidant, slab redukcioni agens. Koristi se za regeneraciju kiseonika u samostalnim uređajima za disanje (reakcija sa CO 2), kao komponenta izbeljivača za tkanine i papir. Jednačine najvažnijih reakcija:
Potvrda: sagorevanje Na u vazduhu.
Natrijev hidroksid NaOH. Osnovni hidroksid, alkalni, tehnički naziv je kaustična soda. Bijeli kristali sa jonskom strukturom (Na +)(OH -). Otapa se u zraku, upija vlagu i ugljični dioksid (nastaje NaHCO 3). Topi se i ključa bez raspadanja. Izaziva teške opekotine kože i očiju.
Veoma rastvorljiv u vodi (s exo-efekat, +56 kJ). Reagira s kiselim oksidima, neutralizira kiseline, uzrokuje funkciju kiseline u amfoternim oksidima i hidroksidima:
Otopina NaOH korodira staklo (nastaje NaSiO3) i korodira površinu aluminija (nastaje Na i H2).
Potvrda NaOH u industriji:
a) elektroliza rastvora NaCl na inertnoj katodi
b) elektroliza rastvora NaCl na živinoj katodi (amalgamska metoda):
(oslobođena živa se vraća u elektrolizator).
Kaustična soda je najvažnija sirovina hemijske industrije. Koristi se za proizvodnju natrijevih soli, celuloze, sapuna, boja i umjetnih vlakana; kao plinski sušač; reagens u regeneraciji iz sekundarnih sirovina i prečišćavanju kalaja i cinka; pri preradi aluminijskih ruda (boksita).
Natrijum je veoma reaktivan metal koji reaguje sa mnogim supstancama. Reakcije koje uključuju natrij mogu se dogoditi nasilno i proizvesti značajnu toplinu. U ovom slučaju često dolazi do paljenja, pa čak i eksplozije. Za siguran rad s natrijumom, potrebno je jasno razumjeti njegova fizička i hemijska svojstva.
Natrijum je lagan (gustina 0,97 g/cm3), mekan i topljiv (toplina 97,86° C) metal. Njegova tvrdoća podsjeća na parafin ili sapun. Na zraku natrijum vrlo brzo oksidira, prekriva se sivim filmom, koji se sastoji od Na2O2 peroksida i karbonata, pa se natrijum skladišti u dobro zatvorenim staklenkama ispod sloja bezvodnog kerozina ili ulja.
Komad natrijuma potrebne veličine odreže se bez uklanjanja metala iz kerozina, pomoću noža ili skalpela. Natrijum se uklanja iz tegle pincetom. Svi alati moraju biti suvi! Nakon toga, natrijum se oslobađa od ostataka kerozina pomoću filter papira. U nekim slučajevima, metal se čisti skalpelom kako bi se uklonio sloj peroksida, jer kontakt peroksida sa svježom površinom natrija može dovesti do eksplozije. Natrijum ne treba rukovati ručno. Ostaci natrijuma se stapaju na laganoj vatri ispod sloja kerozina.
Ni pod kojim okolnostima posuđe koje sadrži natrij ne smije se prati vodom - to može dovesti do eksplozije s tragičnim posljedicama. Ostaci natrijuma se eliminišu dodavanjem alkohola, tek tada se može koristiti voda.
Prilikom rada sa natrijumom potrebno je nositi zaštitne naočare. Nikada nemojte zaboraviti s čime imate posla - eksplozija se može dogoditi u najneočekivanijem i najnepovoljnijem trenutku i na to morate biti spremni.
Reakcija natrijuma sa vodom
Napunite kristalizator do 3/4 vodom i dodajte u njega nekoliko kapi fenolftaleina. Ubacite komad natrijuma veličine pola graška u kristalizator. Natrijum će ostati na površini jer je lakši od vode. Komad će početi aktivno reagirati s vodom, oslobađajući vodik. Od topline reakcije, metal će se otopiti i pretvoriti u srebrnastu kapljicu koja će aktivno trčati duž površine vode. Istovremeno se čuje šištanje. Ponekad se vodonik koji se oslobađa pali žutim plamenom. Natrijumova para mu daje ovu boju. Ako ne dođe do paljenja, vodonik se može zapaliti. Međutim, komadići natrijuma manji od zrna pšenice se gase.
Kao rezultat reakcije nastaje lužina koja djeluje na fenolftalein, pa komadić natrijuma ostavlja za sobom trag maline. Na kraju eksperimenta, gotovo sva voda u kristalizatoru će postati grimizna.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Zidovi kristalizatora moraju biti očišćeni od masti i drugih zagađivača. Ako je potrebno, isperu se alkalnom otopinom, inače se natrijum zalijepi za zidove i kristalizator može popucati.
Eksperiment treba provesti uz zaštitnu masku ili zaštitne naočale. Tokom reakcije držite se na određenom rastojanju i ni u kom slučaju se ne naginjajte preko kristalizatora. Ulazak rastopljenog natrijuma ili alkalija u vaše oči može dovesti do gotovo zagarantovanog sljepoće.
Izvor www.chemistry-chemists.com
