El tema más interesante en las lecciones de química de la escuela eran las propiedades de los metales activos. No sólo nos dieron material teórico, sino que también nos demostraron experimentos interesantes. Probablemente todos recuerden cómo el maestro arrojó un pequeño trozo de metal al agua, que se precipitó sobre la superficie del líquido y se encendió. En este artículo entenderemos cómo se produce la reacción del sodio y el agua y por qué explota el metal.
El sodio metálico es una sustancia plateada, similar en densidad al jabón o la parafina. El sodio se caracteriza por una buena conductividad térmica y eléctrica. Por eso se utiliza en la industria, en particular para la fabricación de baterías.
El sodio es altamente reactivo químicamente. A menudo se producen reacciones con la liberación de grandes cantidades de calor. A veces esto va acompañado de un incendio o una explosión. Trabajar con metales activos requiere una buena formación en información y experiencia. El sodio solo se puede almacenar en recipientes bien cerrados bajo una capa de aceite, ya que el metal se oxida rápidamente en el aire.
La reacción más popular del sodio es su interacción con el agua. La reacción de sodio más agua produce un álcali e hidrógeno:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
El hidrógeno se oxida con el oxígeno del aire y explota, que es lo que observamos durante el experimento escolar.
Estudios de reacción realizados por científicos de la República Checa
La reacción del sodio con el agua es muy sencilla de entender: la interacción de las sustancias conduce a la formación de gas H2, que a su vez se oxida con el O2 del aire y se inflama. Parece sencillo. Pero el profesor Pavel Jungvirt, de la Academia Checa de Ciencias, no lo cree así.
El caso es que durante la reacción no solo se forma hidrógeno, sino también vapor de agua, ya que se libera una gran cantidad de energía, el agua se calienta y se evapora. Dado que el sodio tiene una densidad baja, el colchón de vapor debe empujarlo hacia arriba, aislándolo del agua. La reacción debería calmarse, pero no es así.
Jungwirth decidió estudiar este proceso en detalle y filmó el experimento con una cámara de alta velocidad. El proceso fue filmado a 10 mil cuadros por segundo y visto en cámara lenta de 400x. Los científicos notaron que el metal, al ingresar al líquido, comienza a producir procesos en forma de espinas. Esto se explica a continuación:
- Los metales alcalinos, una vez en el agua, comienzan a actuar como donadores de electrones y desprenden partículas cargadas negativamente.
- Una pieza de metal adquiere una carga positiva.
- Los protones cargados positivamente comienzan a repelerse entre sí, formando apéndices metálicos.
- Los brotes en forma de púas perforan la capa de vapor, la superficie de contacto de las sustancias reaccionantes aumenta y la reacción se intensifica.
Cómo realizar un experimento
Además del hidrógeno, se forman álcalis durante la reacción del agua y el sodio. Para comprobarlo, puedes utilizar cualquier indicador: tornasol, fenolftaleína o naranja de metilo. Será más fácil trabajar con fenolftaleína, ya que es incolora en un ambiente neutro y la reacción será más fácil de observar.
Para realizar el experimento necesitas:
- Vierta agua destilada en el cristalizador de manera que ocupe más de la mitad del volumen del recipiente.
- Agregue unas gotas de indicador al líquido.
- Corta un trozo de sodio del tamaño de medio guisante. Para ello, utilice un bisturí o un cuchillo fino. Es necesario cortar el metal en un recipiente, sin quitar el sodio del aceite, para evitar la oxidación.
- Retire el trozo de sodio del frasco con unas pinzas y seque con papel de filtro para eliminar el aceite.
- Echa sodio al agua y observa el proceso desde una distancia segura.
Todos los instrumentos utilizados en el experimento deben estar limpios y secos.
Verás que el sodio no se hunde en el agua, sino que permanece en la superficie, debido a la densidad de las sustancias. El sodio comenzará a reaccionar con el agua, liberando calor. Esto hará que el metal se derrita y se convierta en una gota. Esta gota comenzará a moverse activamente a través del agua, emitiendo un silbido característico. Si el trozo de sodio no era demasiado pequeño, se encenderá con una llama amarilla. Si la pieza fuera demasiado grande, podría producirse una explosión.
El agua también cambiará de color. Esto se explica por la liberación de álcali en el agua y la coloración del indicador disuelto en ella. La fenolftaleína se volverá rosa, azul tornasol y amarillo anaranjado de metilo.
Es peligroso
La interacción del sodio con el agua es muy peligrosa. Pueden producirse lesiones graves durante el experimento. El hidróxido, peróxido y óxido de sodio que se forman durante la reacción pueden corroer la piel. Las salpicaduras de álcali pueden entrar en contacto con los ojos y provocar quemaduras graves e incluso ceguera.
Las manipulaciones con metales activos deben realizarse en laboratorios químicos bajo la supervisión de un asistente de laboratorio que tenga experiencia trabajando con metales alcalinos.
- Trabajar exclusivamente con gafas de seguridad.
- Nunca se incline sobre la embarcación cuando el metal esté en el agua.
- Aléjese unos metros del cristalizador inmediatamente después de arrojar el metal al agua.
- Esté siempre preparado, ya que puede ocurrir una explosión en cualquier momento.
- No se acerque al catalizador hasta que esté seguro de que la reacción se ha completado.
Propiedades del sodio metálico: vídeo.
Sodio- elemento del tercer período y grupo IA de la tabla periódica, número de serie 11. La fórmula electrónica del átomo es 3s 1, estados de oxidación +1 y 0. Tiene baja electronegatividad (0,93), exhibe solo propiedades metálicas (básicas). Forma (como catión) numerosas sales y compuestos binarios. Casi todas las sales de sodio son muy solubles en agua.
En naturaleza - quinto por elemento de abundancia química (segundo entre
metales), que se encuentran sólo en forma de compuestos. Un elemento vital para todos los organismos.
El sodio, el catión de sodio y sus compuestos tiñen la llama del quemador de gas de color amarillo brillante ( detección cualitativa).
Sodio N / A. Metal blanco plateado, ligero, blando (se puede cortar con un cuchillo), de bajo punto de fusión. Almacene el sodio en queroseno. Forma una aleación líquida con mercurio. amalgama(hasta 0,2% Na).
Muy reactivo, en el aire húmedo el sodio se cubre lentamente con una película de hidróxido y pierde su brillo (se empaña):
El sodio es químicamente activo y un fuerte agente reductor. Se inflama en el aire con calentamiento moderado (>250 °C), reacciona con no metales:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Muy tormentoso y con gran exo-efecto el sodio reacciona con el agua:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 kJ
Por el calor de la reacción, los trozos de sodio se funden formando bolas que comienzan a moverse aleatoriamente debido a la liberación de H 2. La reacción va acompañada de chasquidos bruscos debido a explosiones de gas detonante (H 2 + O 2). La solución se tiñe de carmesí con fenolftaleína (medio alcalino).
En la serie de voltaje, el sodio está significativamente a la izquierda del hidrógeno; desplaza al hidrógeno de los ácidos diluidos HC1 y H 2 SO 4 (debido al H 2 0 y H).
Recibo sodio en la industria:
(ver también preparación de NaOH a continuación).
El sodio se utiliza para producir Na 2 O 2, NaOH, NaH, así como en síntesis orgánica. El sodio fundido sirve como refrigerante en los reactores nucleares y el sodio gaseoso se utiliza como relleno para lámparas exteriores de luz amarilla.
óxido de sodio Na 2 O. Óxido básico. Blanco, tiene una estructura iónica (Na +) 2 O 2-. Térmicamente estable, se descompone lentamente cuando se calienta, se funde bajo exceso de presión de vapor de Na. Sensible a la humedad y al dióxido de carbono del aire. Reacciona vigorosamente con agua (se forma una solución fuertemente alcalina), ácidos, óxidos ácidos y anfóteros, oxígeno (bajo presión). Utilizado para la síntesis de sales de sodio. No se forma cuando el sodio se quema en el aire.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
Recibo: descomposición térmica de Na 2 O 2 (ver), así como fusión de Na y NaOH, Na y Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na y O (130-200 °C)
peróxido de sodio Na2O2. Conexión binaria. Blanco, higroscópico. Tiene una estructura iónica (Na +) 2 O 2 2-. Cuando se calienta, se descompone y se funde bajo presión excesiva O 2 . Absorbe dióxido de carbono del aire. Se descompone completamente con agua y ácidos (liberación de O2 durante la ebullición - reacción cualitativa a los peróxidos). Agente oxidante fuerte, agente reductor débil. Se utiliza para la regeneración de oxígeno en dispositivos respiratorios autónomos (reacción con CO 2), como componente de blanqueadores de telas y papel. Ecuaciones de las reacciones más importantes:
Recibo: combustión de Na en el aire.
Hidróxido de sodio NaOH. Hidróxido básico, álcali, el nombre técnico es soda cáustica. Cristales blancos con estructura iónica (Na +)(OH -). Se disuelve en el aire, absorbiendo humedad y dióxido de carbono (se forma NaHCO 3). Se derrite y hierve sin descomponerse. Provoca quemaduras graves en la piel y los ojos.
Muy soluble en agua (con exo-efecto, +56 kJ). Reacciona con óxidos ácidos, neutraliza los ácidos, provoca la función ácida en óxidos e hidróxidos anfóteros:
La solución de NaOH corroe el vidrio (se forma NaSiO3) y corroe la superficie de aluminio (se forman Na y H2).
Recibo NaOH en la industria:
a) electrólisis de una solución de NaCl en un cátodo inerte
b) electrólisis de una solución de NaCl sobre un cátodo de mercurio (método de amalgama):
(el mercurio liberado se devuelve al electrolizador).
La sosa cáustica es la materia prima más importante de la industria química. Se utiliza para producir sales de sodio, celulosa, jabón, colorantes y fibras artificiales; como secadora a gas; reactivo en la recuperación y purificación de estaño y zinc a partir de materiales reciclados; al procesar minerales de aluminio (bauxita).
El sodio es un metal muy reactivo que reacciona con muchas sustancias. Las reacciones que involucran sodio pueden ocurrir violentamente y producir un calor significativo. En este caso, a menudo se produce una ignición e incluso una explosión. Para trabajar de forma segura con sodio, es necesario tener una comprensión clara de sus propiedades físicas y químicas.
El sodio es un metal ligero (densidad 0,97 g/cm3), blando y fusible (fundido a 97,86° C). Su dureza se asemeja a la parafina o al jabón. En el aire, el sodio se oxida muy rápidamente y se cubre con una película gris que consiste en peróxido de Na2O2 y carbonato, por lo que el sodio se almacena en frascos bien cerrados bajo una capa de queroseno anhidro o aceite.
Se corta un trozo de sodio del tamaño requerido sin quitar el metal del queroseno, utilizando un cuchillo o bisturí. El sodio se retira del frasco con unas pinzas. ¡Todas las herramientas deben estar secas! A continuación se libera el sodio de los residuos de queroseno mediante papel de filtro. En algunos casos, el metal se limpia con un bisturí para eliminar la capa de peróxido, ya que el contacto del peróxido con la superficie de sodio fresco puede provocar una explosión. El sodio no se debe manipular con las manos. Los restos de sodio se funden a fuego lento bajo una capa de queroseno.
Bajo ninguna circunstancia se deben lavar con agua los platos que contengan sodio, ya que esto puede provocar una explosión con consecuencias trágicas. Los residuos de sodio se eliminan añadiendo alcohol, sólo entonces se puede utilizar agua.
Es necesario utilizar gafas de seguridad cuando se trabaja con sodio. Nunca olvides a qué te enfrentas: puede ocurrir una explosión en el momento más inesperado e inoportuno, y debes estar preparado para ello.
Reacción del sodio con agua.
Llena el cristalizador hasta 3/4 de su capacidad con agua y añade unas gotas de fenolftaleína. Deje caer un trozo de sodio del tamaño de medio guisante en el cristalizador. El sodio permanecerá en la superficie porque es más ligero que el agua. La pieza comenzará a reaccionar activamente con el agua, liberando hidrógeno. Por el calor de la reacción, el metal se derretirá y se convertirá en una gota plateada que correrá activamente por la superficie del agua. Al mismo tiempo se oye un silbido. A veces, el hidrógeno que se libera se ilumina con una llama amarilla. El vapor de sodio le da este color. Si no se produce la ignición, el hidrógeno puede inflamarse. Sin embargo, los trozos de sodio más pequeños que un grano de trigo se extinguen.
Como resultado de la reacción, se forma un álcali que actúa sobre la fenolftaleína, por lo que un trozo de sodio deja un rastro de frambuesa. Al final del experimento, casi toda el agua del cristalizador se volverá carmesí.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Las paredes del cristalizador deben estar libres de grasas y otros contaminantes. Si es necesario, se lavan con una solución alcalina; de lo contrario, el sodio se adhiere a las paredes y el cristalizador puede agrietarse.
El experimento debe realizarse con una máscara protectora o gafas de seguridad. Durante la reacción mantener cierta distancia y no inclinarse sobre el cristalizador bajo ningún concepto. Las salpicaduras de sodio fundido o álcali en los ojos pueden provocar ceguera prácticamente garantizada.
Fuente www.chemistry-chemists.com
