Topik yang paling menarik dalam pelajaran kimia sekolah ialah sifat-sifat logam aktif. Kami bukan sahaja diberikan bahan teori, tetapi juga eksperimen menarik telah ditunjukkan. Mungkin semua orang masih ingat bagaimana guru itu melemparkan sekeping logam kecil ke dalam air, dan ia meluru di sepanjang permukaan cecair dan dinyalakan. Dalam artikel ini kita akan memahami bagaimana tindak balas natrium dan air berlaku dan mengapa logam meletup.
Logam natrium adalah bahan keperakan, serupa dengan ketumpatan sabun atau parafin. Natrium dicirikan oleh kekonduksian haba dan elektrik yang baik. Itulah sebabnya ia digunakan dalam industri, khususnya untuk pembuatan bateri.
Natrium sangat reaktif secara kimia. Selalunya tindak balas berlaku dengan pembebasan sejumlah besar haba. Kadang-kadang ini disertai dengan kebakaran atau letupan. Bekerja dengan logam aktif memerlukan latihan dan pengalaman maklumat yang baik. Natrium hanya boleh disimpan dalam bekas tertutup baik di bawah lapisan minyak, kerana logam itu cepat teroksida di udara.
Tindak balas natrium yang paling popular ialah interaksinya dengan air. Tindak balas natrium tambah air menghasilkan alkali dan hidrogen:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Hidrogen dioksidakan oleh oksigen dari udara dan meletup, itulah yang kami perhatikan semasa eksperimen sekolah.
Kajian tindak balas oleh saintis dari Republik Czech
Tindak balas natrium dengan air sangat mudah difahami: interaksi bahan membawa kepada pembentukan gas H2, yang seterusnya dioksidakan oleh O2 di udara dan menyala. Nampak simple je. Tetapi Profesor Pavel Jungvirt dari Akademi Sains Czech tidak menyangka begitu.
Hakikatnya ialah semasa tindak balas, bukan sahaja hidrogen terbentuk, tetapi juga wap air, kerana sejumlah besar tenaga dilepaskan, air menjadi panas dan menguap. Oleh kerana natrium mempunyai ketumpatan yang rendah, kusyen wap mesti menolaknya ke atas, mengasingkannya daripada air. Reaksi sepatutnya reda, tetapi tidak.
Jungwirth memutuskan untuk mengkaji proses ini secara terperinci dan merakam percubaan dengan kamera berkelajuan tinggi. Proses itu dirakam pada 10 ribu bingkai sesaat dan dilihat pada 400x gerakan perlahan. Para saintis menyedari bahawa logam, memasuki cecair, mula menghasilkan proses dalam bentuk pancang. Ini dijelaskan seperti berikut:
- Logam alkali, sekali dalam air, mula bertindak sebagai penderma elektron dan mengeluarkan zarah bercas negatif.
- Sekeping logam memperoleh cas positif.
- Proton bercas positif mula menolak antara satu sama lain, membentuk pelengkap logam.
- Pucuk seperti spike menembusi kusyen wap, permukaan sentuhan bahan bertindak balas meningkat, dan tindak balas bertambah kuat.
Cara menjalankan eksperimen
Sebagai tambahan kepada hidrogen, alkali terbentuk semasa tindak balas air dan natrium. Untuk menyemak ini, anda boleh menggunakan sebarang penunjuk: litmus, fenolftalein atau metil oren. Ia akan menjadi paling mudah untuk bekerja dengan phenolphthalein, kerana ia tidak berwarna dalam persekitaran neutral dan tindak balas akan lebih mudah untuk diperhatikan.
Untuk menjalankan eksperimen yang anda perlukan:
- Tuangkan air suling ke dalam penghabluran supaya ia menduduki lebih daripada separuh isipadu bekas.
- Tambah beberapa titis penunjuk kepada cecair.
- Potong sekeping natrium saiz separuh kacang. Untuk melakukan ini, gunakan pisau bedah atau pisau nipis. Anda perlu memotong logam dalam bekas tanpa mengeluarkan natrium daripada minyak untuk mengelakkan pengoksidaan.
- Keluarkan sekeping natrium dari balang dengan pinset dan lap dengan kertas penapis untuk mengeluarkan sebarang minyak.
- Buang natrium ke dalam air dan perhatikan prosesnya dari jarak yang selamat.
Semua instrumen yang digunakan dalam eksperimen mestilah bersih dan kering.
Anda akan melihat bahawa natrium tidak tenggelam ke dalam air, tetapi kekal di permukaan, kerana ketumpatan bahan. Natrium akan mula bertindak balas dengan air, membebaskan haba. Ini akan menyebabkan logam cair dan bertukar menjadi titisan. Titisan ini akan mula bergerak secara aktif melalui air, mengeluarkan bunyi desis yang khas. Jika kepingan natrium tidak terlalu kecil, ia akan menyala dengan nyalaan kuning. Jika kepingan itu terlalu besar, letupan mungkin berlaku.
Air juga akan berubah warna. Ini dijelaskan oleh pembebasan alkali ke dalam air dan pewarna penunjuk terlarut di dalamnya. Fenolftalein akan bertukar menjadi merah jambu, litmus biru, dan metil jingga kuning.
Adakah ia berbahaya
Interaksi natrium dengan air sangat berbahaya. Kecederaan serius mungkin berlaku semasa eksperimen. Hidroksida, peroksida dan natrium oksida yang terbentuk semasa tindak balas boleh menghakis kulit. Percikan alkali boleh masuk ke dalam mata anda dan menyebabkan luka bakar yang serius dan juga buta.
Manipulasi dengan logam aktif hendaklah dijalankan di makmal kimia di bawah pengawasan pembantu makmal yang mempunyai pengalaman bekerja dengan logam alkali.
- Bekerja secara eksklusif dengan cermin mata keselamatan.
- Jangan sekali-kali bersandar di atas kapal apabila logam berada di atas air.
- Bergerak beberapa meter dari penghabluran sejurus selepas logam dibuang ke dalam air.
- Sentiasa bersedia, kerana letupan boleh berlaku pada bila-bila masa.
- Jangan mendekati mangkin sehingga anda pasti bahawa tindak balas telah selesai.
Sifat logam natrium: Video
natrium- unsur tempoh ke-3 dan kumpulan IA Jadual Berkala, nombor siri 11. Formula elektronik atom ialah 3s 1, keadaan pengoksidaan +1 dan 0. Ia mempunyai keelektronegatifan rendah (0.93), hanya mempamerkan sifat logam (asas). Membentuk (sebagai kation) banyak garam dan sebatian binari. Hampir semua garam natrium sangat larut dalam air.
Dalam alam semula jadi - kelima oleh unsur kelimpahan kimia (kedua antara
logam), hanya terdapat dalam bentuk sebatian. Unsur penting untuk semua organisma.
Natrium, kation natrium dan sebatiannya mewarnakan api penunu gas kuning terang ( pengesanan kualitatif).
natrium Na. Logam perak-putih, ringan, lembut (boleh dipotong dengan pisau), rendah lebur. Simpan natrium dalam minyak tanah. Membentuk aloi cecair dengan merkuri - amalgam(sehingga 0.2% Na).
Sangat reaktif, dalam udara lembap natrium perlahan-lahan menjadi ditutup dengan filem hidroksida dan kehilangan kilauannya (tercemar):
Natrium aktif secara kimia dan agen penurunan yang kuat. Menyala dalam udara pada pemanasan sederhana (>250 °C), bertindak balas dengan bukan logam:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Sangat ribut dan dengan hebat exo-kesan natrium bertindak balas dengan air:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2^ + 368 kJ
Daripada haba tindak balas, kepingan natrium cair menjadi bola, yang mula bergerak secara rawak kerana pembebasan H 2. Tindak balas disertai dengan bunyi klik tajam akibat letupan gas meletup (H 2 + O 2). Larutan berwarna merah lembayung dengan fenolftalein (medium beralkali).
Dalam siri voltan, natrium berada di sebelah kiri hidrogen dengan ketara; ia menyesarkan hidrogen daripada asid cair HC1 dan H 2 SO 4 (disebabkan oleh H 2 0 dan H).
resit natrium dalam industri:
(lihat juga penyediaan NaOH di bawah).
Natrium digunakan untuk menghasilkan Na 2 O 2, NaOH, NaH, serta dalam sintesis organik. Natrium cair berfungsi sebagai penyejuk dalam reaktor nuklear, dan natrium gas digunakan sebagai pengisi untuk lampu luar cahaya kuning.
Natrium oksida Na 2 O. Oksida asas. Putih, mempunyai struktur ion (Na +) 2 O 2-. Secara terma stabil, terurai perlahan apabila dipanaskan, cair di bawah tekanan wap Na yang berlebihan. Sensitif kepada kelembapan dan karbon dioksida di udara. Bertindak balas dengan kuat dengan air (larutan beralkali kuat terbentuk), asid, oksida berasid dan amfoterik, oksigen (di bawah tekanan). Digunakan untuk sintesis garam natrium. Tidak terbentuk apabila natrium dibakar di udara.
Persamaan tindak balas yang paling penting:
Resit: penguraian terma Na 2 O 2 (lihat), serta gabungan Na dan NaOH, Na dan Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na a O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na dan O (130-200 °C)
Natrium peroksida Na 2 O 2 . Sambungan binari. Putih, higroskopik. Ia mempunyai struktur ionik (Na +) 2 O 2 2-. Apabila dipanaskan, ia terurai dan cair di bawah tekanan berlebihan O 2 . Menyerap karbon dioksida daripada udara. Terurai sepenuhnya dengan air dan asid (pembebasan O2 semasa mendidih - tindak balas kualitatif terhadap peroksida). Agen pengoksidaan kuat, agen penurunan lemah. Ia digunakan untuk penjanaan semula oksigen dalam peranti pernafasan serba lengkap (tindak balas dengan CO 2), sebagai komponen peluntur kain dan kertas. Persamaan tindak balas yang paling penting:
resit: pembakaran Na dalam udara.
Natrium hidroksida NaOH. Hidroksida asas, alkali, nama teknikal ialah soda kaustik. Hablur putih dengan struktur ion (Na +)(OH -). Ia larut dalam udara, menyerap lembapan dan karbon dioksida (NaHCO 3 terbentuk). Mencair dan mendidih tanpa penguraian. Menyebabkan melecur teruk pada kulit dan mata.
Sangat larut dalam air (dengan exo-kesan, +56 kJ). Bertindak balas dengan oksida asid, meneutralkan asid, menyebabkan fungsi asid dalam oksida amfoterik dan hidroksida:
Larutan NaOH menghakis kaca (NaSiO3 terbentuk) dan menghakis permukaan aluminium (Na dan H2 terbentuk).
resit NaOH dalam industri:
a) elektrolisis larutan NaCl pada katod lengai
b) elektrolisis larutan NaCl pada katod merkuri (kaedah amalgam):
(merkuri yang dibebaskan dikembalikan ke elektrolisis).
Soda kaustik adalah bahan mentah terpenting dalam industri kimia. Digunakan untuk menghasilkan garam natrium, selulosa, sabun, pewarna dan gentian tiruan; sebagai pengering gas; reagen dalam pemulihan daripada bahan mentah sekunder dan penulenan timah dan zink; apabila memproses bijih aluminium (bauksit).
Natrium adalah logam yang sangat reaktif yang bertindak balas dengan banyak bahan. Tindak balas yang melibatkan natrium boleh berlaku dengan ganas dan menghasilkan haba yang ketara. Dalam kes ini, pencucuhan dan juga letupan sering berlaku. Untuk bekerja dengan selamat dengan natrium, adalah perlu untuk mempunyai pemahaman yang jelas tentang sifat fizikal dan kimianya.
Natrium ialah logam ringan (ketumpatan 0.97 g/cm3), lembut dan boleh melebur (cair 97.86° C). Kekerasannya menyerupai parafin atau sabun. Di udara, natrium teroksida dengan sangat cepat, menjadi ditutup dengan filem kelabu, yang terdiri daripada Na2O2 peroksida dan karbonat, jadi natrium disimpan dalam balang tertutup baik di bawah lapisan minyak tanah atau minyak anhydrous.
Sekeping natrium daripada saiz yang diperlukan dipotong tanpa mengeluarkan logam dari minyak tanah, menggunakan pisau atau pisau bedah. Natrium dikeluarkan dari balang menggunakan pinset. Semua alatan mesti kering! Selepas ini, natrium dibebaskan daripada sisa minyak tanah menggunakan kertas turas. Dalam sesetengah kes, logam dibersihkan dengan pisau bedah untuk mengeluarkan lapisan peroksida, kerana sentuhan peroksida dengan permukaan natrium segar boleh menyebabkan letupan. Natrium tidak boleh dikendalikan dengan tangan. Sisa natrium dicantumkan dengan api perlahan di bawah lapisan minyak tanah.
Dalam apa jua keadaan, hidangan yang mengandungi natrium tidak boleh dibasuh dengan air - ini boleh menyebabkan letupan dengan akibat yang tragis. Sisa natrium disingkirkan dengan menambah alkohol, barulah air boleh digunakan.
Ia perlu memakai cermin mata keselamatan apabila bekerja dengan natrium. Jangan sekali-kali melupakan perkara yang anda hadapi - letupan boleh berlaku pada saat yang paling tidak dijangka dan tidak sesuai, dan anda perlu bersedia untuk ini.
Tindak balas natrium dengan air
Isikan penghabluran 3/4 penuh dengan air dan tambahkan beberapa titis fenolftalein ke dalamnya. Letakkan sekeping natrium sebesar separuh kacang ke dalam penghabluran. Natrium akan kekal di permukaan kerana ia lebih ringan daripada air. Sekeping itu akan mula bertindak balas secara aktif dengan air, melepaskan hidrogen. Daripada haba tindak balas, logam akan cair dan bertukar menjadi titisan keperakan yang akan bergerak secara aktif di sepanjang permukaan air. Pada masa yang sama, bunyi desisan kedengaran. Kadangkala hidrogen yang dibebaskan menyala dengan nyalaan kuning. Wap natrium memberikan warna ini. Jika pencucuhan tidak berlaku, hidrogen boleh dinyalakan. Walau bagaimanapun, kepingan natrium yang lebih kecil daripada sebutir gandum dipadamkan.
Hasil daripada tindak balas, alkali terbentuk, yang bertindak pada fenolftalein, jadi sekeping natrium meninggalkan jejak raspberi. Pada akhir eksperimen, hampir semua air dalam penghabluran akan bertukar menjadi merah.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Dinding penghabluran mestilah bebas daripada gris dan bahan cemar lain. Jika perlu, ia dibasuh dengan larutan alkali, jika tidak, natrium melekat pada dinding dan penghabluran mungkin retak.
Eksperimen hendaklah dijalankan dengan memakai topeng pelindung atau cermin mata keselamatan. Semasa tindak balas, jaga jarak tertentu dan jangan bersandar di atas penghabluran dalam apa jua keadaan. Mendapat percikan natrium atau alkali cair ke dalam mata anda boleh menyebabkan kebutaan yang hampir terjamin.
Sumber www.chemistry-chemists.com
