Nejzajímavějším tématem ve školních hodinách chemie byly vlastnosti aktivních kovů. Dostali jsme nejen teoretický materiál, ale byly předvedeny i zajímavé experimenty. Asi každý si pamatuje, jak učitel hodil do vody malý kousek kovu a ten se řítil po hladině kapaliny a vzplanul. V tomto článku pochopíme, jak dochází k reakci sodíku a vody a proč kov exploduje.
Kovový sodík je stříbřitá látka, která má podobnou hustotu jako mýdlo nebo parafín. Sodík se vyznačuje dobrou tepelnou a elektrickou vodivostí. Proto se používá v průmyslu, zejména při výrobě baterií.
Sodík je vysoce chemicky reaktivní. Často dochází k reakcím s uvolněním velkého množství tepla. Někdy je to doprovázeno požárem nebo výbuchem. Práce s aktivními kovy vyžaduje dobré informační školení a zkušenosti. Sodík lze skladovat pouze v dobře uzavřených nádobách pod vrstvou oleje, protože kov na vzduchu rychle oxiduje.
Nejoblíbenější reakcí sodíku je jeho interakce s vodou. Reakcí sodíku a vody vzniká alkálie a vodík:
2Na + 2H20 = 2NaOH + H2
Vodík se oxiduje kyslíkem ze vzduchu a exploduje, což jsme pozorovali při školním pokusu.
Reakční studie vědců z České republiky
Reakce sodíku s vodou je velmi jednoduchá na pochopení: interakce látek vede k tvorbě plynného H2, který je zase oxidován O2 ve vzduchu a vznítí se. Vypadá to jednoduše. Profesor Pavel Jungvirt z Akademie věd ČR si to ale nemyslel.
Faktem je, že během reakce nevzniká pouze vodík, ale také vodní pára, protože se uvolňuje velké množství energie, voda se zahřívá a odpařuje. Protože má sodík nízkou hustotu, musí ho parní polštář tlačit nahoru a izolovat jej od vody. Reakce by měla utichnout, ale neutichá.
Jungwirth se rozhodl tento proces podrobně prostudovat a experiment natočil vysokorychlostní kamerou. Proces byl natáčen rychlostí 10 000 snímků za sekundu a prohlížen 400x zpomaleně. Vědci si všimli, že kov, který vstupuje do kapaliny, začíná produkovat procesy ve formě hrotů. To je vysvětleno následovně:
- Alkalické kovy, jakmile jsou ve vodě, začnou působit jako donory elektronů a uvolňují záporně nabité částice.
- Kus kovu získává kladný náboj.
- Kladně nabité protony se začnou navzájem odpuzovat a vytvářejí kovové přívěsky.
- Hrotovité výhonky prorážejí parní polštář, zvětšuje se kontaktní plocha reagujících látek a reakce se zintenzivňuje.
Jak provést experiment
Kromě vodíku vzniká při reakci vody a sodíku alkálie. Chcete-li to zkontrolovat, můžete použít jakýkoli indikátor: lakmus, fenolftalein nebo methyloranž. Nejjednodušší bude pracovat s fenolftaleinem, protože v neutrálním prostředí je bezbarvý a reakce bude lépe pozorovatelná.
K provedení experimentu potřebujete:
- Do krystalizátoru nalijte destilovanou vodu tak, aby zabírala více než polovinu objemu nádoby.
- Přidejte do kapaliny několik kapek indikátoru.
- Nakrájejte kousek sodíku o velikosti poloviny hrášku. K tomu použijte skalpel nebo tenký nůž. Musíte řezat kov v nádobě, aniž byste odstranili sodík z oleje, abyste zabránili oxidaci.
- Vyjměte kus sodíku z nádoby pomocí pinzety a osušte filtračním papírem, abyste odstranili veškerý olej.
- Vhoďte sodík do vody a pozorujte proces z bezpečné vzdálenosti.
Všechny nástroje použité v experimentu musí být čisté a suché.
Uvidíte, že sodík neklesá do vody, ale zůstává na povrchu, díky hustotě látek. Sodík začne reagovat s vodou a uvolňovat teplo. To způsobí, že se kov roztaví a změní se na kapku. Tato kapka se začne aktivně pohybovat vodou a vydávat charakteristický syčivý zvuk. Pokud sodíkový kousek nebyl příliš malý, rozsvítí se žlutým plamenem. Pokud byl kus příliš velký, může dojít k explozi.
Voda také změní barvu. To se vysvětluje uvolňováním alkálie do vody a zbarvením indikátoru rozpuštěného v ní. Fenolftalein bude růžový, lakmusově modrý a methyloranžový žlutý.
Je to nebezpečné
Interakce sodíku s vodou je velmi nebezpečná. Během experimentu může dojít k vážným zraněním. Hydroxid, peroxid a oxid sodný, které se tvoří během reakce, mohou poleptat kůži. Stříkání alkálie se může dostat do vašich očí a způsobit vážné popáleniny a dokonce i slepotu.
Manipulace s aktivními kovy by měly být prováděny v chemických laboratořích pod dohledem laboranta, který má zkušenosti s prací s alkalickými kovy.
- Pracujte výhradně s ochrannými brýlemi.
- Nikdy se nenaklánějte nad nádobu, když je kov na vodě.
- Ihned po vhození kovu do vody se od krystalizátoru přesuňte na několik metrů.
- Buďte vždy připraveni, protože kdykoli může dojít k výbuchu.
- Nepřibližujte se ke katalyzátoru, dokud si nejste jisti, že reakce skončila.
Vlastnosti kovového sodíku: Video
Sodík- prvek 3. periody a IA skupina periodické tabulky, pořadové číslo 11. Elektronový vzorec atomu je 3s 1, oxidační stavy +1 a 0. Má nízkou elektronegativitu (0,93), vykazuje pouze kovové (základní) vlastnosti. Tvoří (jako kationt) četné soli a binární sloučeniny. Téměř všechny sodné soli jsou vysoce rozpustné ve vodě.
V přírodě - pátý podle chemického hojného prvku (druhý mezi
kovy), vyskytující se pouze ve formě sloučenin. Životně důležitý prvek pro všechny organismy.
Sodík, kationt sodíku a jeho sloučeniny barví plamen plynového hořáku jasně žlutě ( kvalitativní detekce).
Sodík Na. Stříbrno-bílý kov, lehký, měkký (lze řezat nožem), nízkotavný. Skladujte sodík v petroleji. Tvoří kapalnou slitinu se rtutí - amalgám(až 0,2 % Na).
Velmi reaktivní, ve vlhkém vzduchu se sodík pomalu pokrývá hydroxidovým filmem a ztrácí svůj lesk (bledne):
Sodík je chemicky aktivní a silné redukční činidlo. Na vzduchu se vznítí při mírném zahřátí (>250 °C), reaguje s nekovy:
2Na + O2 = Na202 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Velmi bouřlivé a s velkým exo- efekt sodík reaguje s vodou:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 kJ
Z reakčního tepla se kousky sodíku roztaví na kuličky, které se začnou náhodně pohybovat v důsledku uvolňování H2. Reakce je doprovázena ostrými cvaknutími v důsledku výbuchů detonačního plynu (H 2 + O 2). Roztok je zbarven karmínově s fenolftaleinem (alkalické prostředí).
V napěťové řadě je sodík výrazně vlevo od vodíku vytěsňuje vodík ze zředěných kyselin HC1 a H 2 SO 4 (díky H 2 0 a H).
Účtenka sodík v průmyslu:
(viz také příprava NaOH níže).
Sodík se používá k výrobě Na202, NaOH, NaH a také v organické syntéze. Roztavený sodík slouží jako chladivo v jaderných reaktorech a plynný sodík se používá jako náplň do žlutých venkovních lamp.
Oxid sodný Na 2 O. Bazický oxid. Bílá, má iontovou strukturu (Na +) 2 O 2-. Tepelně stabilní, při zahřívání se pomalu rozkládá, taje při nadměrném tlaku par Na. Citlivý na vlhkost a oxid uhličitý ve vzduchu. Prudce reaguje s vodou (vzniká silně zásaditý roztok), kyselinami, kyselými a amfoterními oxidy, kyslíkem (pod tlakem). Používá se pro syntézu sodných solí. Nevzniká při spalování sodíku na vzduchu.
Rovnice nejdůležitějších reakcí:
Účtenka: tepelný rozklad Na 2 O 2 (viz), stejně jako fúze Na a NaOH, Na a Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na a O (130-200 °C)
Peroxid sodný Na202. Binární spojení. Bílá, hygroskopická. Má iontovou strukturu (Na +) 2 O 2 2-. Při zahřátí se rozkládá a taje pod přetlakem O 2 . Absorbuje oxid uhličitý ze vzduchu. Zcela se rozkládá vodou a kyselinami (uvolňování O2 při varu - kvalitativní reakce na peroxidy). Silné oxidační činidlo, slabé redukční činidlo. Používá se k regeneraci kyslíku v autonomních dýchacích přístrojích (reakce s CO 2), jako součást bělidel tkanin a papíru. Rovnice nejdůležitějších reakcí:
Účtenka: spalování Na ve vzduchu.
Hydroxid sodný NaOH. Zásaditý hydroxid, alkálie, odborný název je louh sodný. Bílé krystaly s iontovou strukturou (Na +)(OH -). Rozpouští se na vzduchu, absorbuje vlhkost a oxid uhličitý (vzniká NaHCO 3). Taje a vaří bez rozkladu. Způsobuje těžké poleptání kůže a očí.
Velmi dobře rozpustný ve vodě (s exo-účinek, +56 kJ). Reaguje s oxidy kyselin, neutralizuje kyseliny, způsobuje kyselou funkci v amfoterních oxidech a hydroxidech:
Roztok NaOH koroduje sklo (vzniká NaSiO3) a koroduje hliníkový povrch (vznikají Na a H2).
Účtenka NaOH v průmyslu:
a) elektrolýza roztoku NaCl na inertní katodě
b) elektrolýza roztoku NaCl na rtuťové katodě (amalgámová metoda):
(uvolněná rtuť se vrací zpět do elektrolyzéru).
Louh sodný je nejdůležitější surovinou chemického průmyslu. Používá se k výrobě sodných solí, celulózy, mýdla, barviv a umělých vláken; jako sušička plynu; činidlo při získávání a čištění cínu a zinku z recyklovaných materiálů; při zpracování hliníkových rud (bauxit).
Sodík je velmi reaktivní kov, který reaguje s mnoha látkami. Reakce zahrnující sodík mohou probíhat prudce a produkovat značné teplo. V tomto případě často dochází ke vznícení a dokonce k výbuchu. Pro bezpečnou práci se sodíkem je nutné mít jasnou představu o jeho fyzikálních a chemických vlastnostech.
Sodík je lehký (hustota 0,97 g/cm3), měkký a tavitelný (tavení 97,86° C) kov. Svou tvrdostí připomíná parafín nebo mýdlo. Na vzduchu sodík velmi rychle oxiduje a pokrývá se šedým filmem, který se skládá z peroxidu Na2O2 a uhličitanu, takže se sodík skladuje v dobře uzavřených sklenicích pod vrstvou bezvodého petroleje nebo oleje.
Kus sodíku požadované velikosti se odřízne bez odstranění kovu z petroleje pomocí nože nebo skalpelu. Sodík se z nádoby odstraní pinzetou. Veškeré nářadí musí být suché! Poté se sodík zbaví zbytků petroleje pomocí filtračního papíru. V některých případech se kov čistí skalpelem, aby se odstranila vrstva peroxidu, protože kontakt peroxidu s čerstvým povrchem sodíku může vést k explozi. Se sodíkem by se nemělo manipulovat ručně. Sodné šroty jsou roztaveny nízkým žárem pod vrstvou petroleje.
Nádobí, které obsahuje sodík, se v žádném případě nesmí mýt vodou – může dojít k výbuchu s tragickými následky. Zbytky sodíku se eliminují přidáním alkoholu, teprve poté lze použít vodu.
Při práci se sodíkem je nutné nosit ochranné brýle. Nikdy nezapomínejte, s čím máte co do činění – výbuch může nastat v tu nejneočekávanější a nejnevhodnější chvíli a na to musíte být připraveni.
Reakce sodíku s vodou
Naplňte krystalizátor do 3/4 vodou a přidejte do něj několik kapek fenolftaleinu. Do krystalizátoru vhoďte kousek sodíku o velikosti poloviny hrášku. Sodík zůstane na povrchu, protože je lehčí než voda. Kus začne aktivně reagovat s vodou a uvolňovat vodík. Z tepla reakce se kov roztaví a změní se na stříbřitou kapku, která bude aktivně stékat po povrchu vody. Současně se ozve syčivý zvuk. Někdy se vodík, který se uvolňuje, rozsvítí žlutým plamenem. Tuto barvu mu dodává sodná pára. Pokud nedojde k zapálení, vodík se může zapálit. Kousky sodíku menší než zrnko pšenice jsou však uhašeny.
V důsledku reakce vzniká alkálie, která působí na fenolftalein, takže kousek sodíku za sebou zanechává malinovou stopu. Na konci experimentu se téměř veškerá voda v krystalizátoru změní na karmínovou.
2Na + 2H20 = 2NaOH + H2
Stěny krystalizátoru musí být zbaveny mastnoty a jiných nečistot. V případě potřeby se promyjí alkalickým roztokem, jinak se sodík přilepí na stěny a krystalizátor může prasknout.
Experiment by měl být prováděn s ochrannou maskou nebo bezpečnostními brýlemi. Během reakce dodržujte určitý odstup a v žádném případě se nenaklánějte nad krystalizátor. Pokud se vám do očí dostane roztavený sodík nebo alkálie, může to vést k prakticky zaručené slepotě.
Zdroj www.chemistry-chemists.com
