Найцікавішою на шкільних уроках хімії була тема про властивості активних металів. Нам не лише подавали теоретичний матеріал, а й демонстрували цікаві експерименти. Напевно, всі пам'ятають, як вчитель кидав у воду маленький шматочок металу, а він кидався по поверхні рідини і спалахував. У цій статті ми розберемося, як відбувається реакція натрію та води, чому метал вибухає.
Металевий натрій – це срібляста речовина, що щільно нагадує мило або парафін. Натрій характеризується гарною тепло- та електропровідністю. Саме тому його використовують у промисловості, зокрема для виготовлення акумуляторів.
Натрій має високу хімічну активність. Часто реакції проходять із виділенням великої кількості тепла. Іноді це супроводжується займанням чи вибухом. Робота з активними металами вимагає хорошої інформаційної підготовки та досвіду. Зберігати натрій можна лише в добре закритих тарах під шаром олії, тому що на повітрі метал швидко окислюється.
Найпопулярнішою реакцією натрію є взаємодія з водою. В ході реакції натрій плюс вода утворюється луг та водень:
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Водень окислюється киснем із повітря і вибухає, що ми й спостерігали під час шкільного експерименту.
Дослідження реакції вченими з Чехії
Реакція натрію з водою дуже проста для розуміння: взаємодія речовин призводить до утворення газу H2, який, у свою чергу, окислюється за допомогою О2, що знаходиться в повітрі, і запалюється. Здається все просто. Але професор Павло Юнгвірт із Академії наук Чехії так не рахував.
Річ у тім, що у процесі реакції утворюється як водень, а й пари води, оскільки виділяється дуже багато енергії, вода нагрівається і випаровується. Так як натрій має низьку густину, парова подушка повинна виштовхувати його вгору, ізолюючи від води. Реакція має згасати, але цього не відбувається.
Юнгвірт вирішив докладно вивчити цей процес та зняв експеримент на високошвидкісну камеру. Процес знімався зі швидкістю 10 тис. кадрів за секунду і переглядався із 400-кратним уповільненням. Вчені зауважили, що метал, потрапляючи в рідину, починає випускати відростки у вигляді шпильок. Пояснюється це так:
- Лужні метали, потрапивши у воду, починають виступати в ролі донора електронів та віддають негативно заряджені частинки.
- Шматок металу набуває позитивного заряду.
- Позитивно заряджені протони починають відштовхуватися один від одного, утворюючи металеві відростки.
- Відростки-шипи проколюють парову подушку, поверхня контакту реагуючих речовин збільшується, і посилюється реакція.
Як провести експеримент
Крім водню, в ході реакції води та натрію утворюється луг. Щоб перевірити це, можна використовувати будь-який індикатор: лакмус, фенолфталеїн або метилоранж. Найлегше працюватиме з фенолфталеїном, тому що він безбарвний у нейтральному середовищі і реакцію буде легше спостерігати.
Щоб провести експеримент потрібно:
- Налити в кристалізатор дистильовану воду, щоб займала більше половини обсягу посудини.
- Додати у рідину кілька крапель індикатора.
- Відрізати шматочок натрію, розміром з півгорошини. Для цього використовують скальпель чи тонкий ніж. Різати метал потрібно в тарі, не виймаючи натрій з олії, щоб уникнути окислення.
- Дістати шматочок натрію з|із| банки пінцетом і промокнути фільтрувальним папером, щоб очистити від масла.
- Кинути натрій у воду та спостерігати за процесом з безпечної відстані.
Всі інструменти, які використовуються в експерименті, повинні бути чистими та сухими.
Ви побачите, що натрій не поринає у воду, а залишається на поверхні, що пояснюється щільністю речовин. Натрій почне реагувати із водою, виділяючи тепло. Від цього метал розплавиться і перетвориться на крапельку. Ця крапелька почне активно рухатися водою, видаючи характерне шипіння. Якщо шматочок натрію був не дуже маленьким, він спалахне жовтим полум'ям. Якщо шматочок був занадто великим, може статися вибух.
Також вода змінить свій колір. Це пояснюється виділенням лугу у воду та фарбуванням розчиненого в ній індикатора. Фенолфталеїн стане рожевим, лакмус синім, а метилоранж – жовтим.
Це небезпечно
Взаємодія з водою натрію дуже небезпечна. У ході експерименту можна отримати серйозні травми. Гідроксид, пероксид та оксид натрію, які утворюються в ході реакції, можуть роз'їдати шкіру. Луг, розбризкуючись, може потрапити у вічі і призвести до серйозних опіків і навіть сліпоті.
Маніпуляції з активними металами повинні проводитись у хімічних лабораторіях під наглядом лаборанта, який має досвід роботи із лужними металами.
- Працюватиме виключно у захисних окулярах.
- У жодному разі не нахилятися над посудиною, коли метал знаходиться на воді.
- Відходити від кристалізатора на кілька метрів одразу після того, як метал буде кинутий у воду.
- Бути завжди напоготові, оскільки вибух може статися будь-якої миті.
- Не підходити до каталізатора, доки не переконайтесь, що реакція закінчилася.
Властивості металевого натрію: Відео
Натрій- Елемент 3-го періоду та IA-групи Періодичної системи, порядковий номер 11. Електронна формула атома 3s 1 , ступеня окислення +1 і 0. Має малу електронегативність (0,93), виявляє тільки металеві (основні) властивості. Утворює (як катіон) численні солі та бінарні сполуки. Майже всі солі натрію добре розчиняються у воді.
В природі - п'ятийпо хімічній поширеності елемент (другий серед
металів), зустрічається лише у вигляді сполук. Життєво важливий елемент всім організмів.
Натрій, катіон натрію та його сполуки забарвлюють полум'я газового пальника в яскраво-жовтий колір ( якісне виявлення).
Натрій Na. Сріблясто-білий метал, легкий, м'який (ріжеться ножем), низькоплавкий. Зберігають натрій у гасі. З ртуттю утворює рідкий сплав. амальгаму(До 0,2% Na).
Дуже реакційний, у вологому повітрі натрій повільно покривається гідроксидною плівкою і втрачає блиск (тьмяніє):
Натрій хімічно активний, потужний відновник. Запалюється на повітрі при помірному нагріванні (>250 °С), реагує з неметалами:
2Na + O2 = Na2O2 2Na + H2 = 2NaH
2Na + CI2 = 2NaCl 2Na + S = Na2S
6Na + N2 = 2Na3N 2Na + 2C = Na2C2
Дуже бурхливо і з великим екзо-ефектом натрій реагує з водою:
2Na + 2H2O = 2NaOH + Н2^ + 368 кДж
Від теплоти реакції шматочки натрію розплавляються в кульки, які безладно починають рухатися через виділення Н 2 . Реакція супроводжується різкими клацаннями внаслідок вибухів гримучого газу (Н2+O2). Розчин фарбується фенолфталеїном у малиновий колір (лужне середовище).
У ряді напруг натрій стоїть значно лівіше водню, з розведених кислот НС1 і H2SO4 витісняє водень (за рахунок Н20 і Н).
Отриманнянатрію в промисловості:
(див. також нижче одержання NaOH).
Натрій застосовується для отримання Na 2 O 2 NaOH, NaH, а також в органічному синтезі. Розплавлений натрій служить теплоносієм в ядерних реакторах, а газоподібний - використовується як наповнювач світлових ламп зовнішнього освітлення.
Оксид натрію Na 2 O. Основний оксид. Білий, має іонну будову (Na+) 2 O 2- . Термічно стійкий, при прожарюванні повільно розкладається, плавиться під надлишковим тиском пари Na. Чутливий до вологи та вуглекислого газу в повітрі. Енергійно реагує з водою (утворюється сильнолужний розчин), кислотами, кислотними та амфотерними оксидами, киснем (під тиском). Застосовується синтезу солей натрію. Чи не утворюється при спалюванні натрію на повітрі.
Рівняння найважливіших реакцій:
Отримання:термічне розкладання Na 2 O 2 (див.), а також сплавлення Na та NaOH, Na та Na2O2:
2Na + 2NaOH = 2Na а O + H2 (600 °C)
2Na + Na2O2 = 2Na а O (130-200 ° C)
Пероксид натрію Na 2 O 2 . Бінарне з'єднання. Білий, гігроскопічний. Має іонну будову (Na+) 2 O 2 2- . При нагріванні розкладається, плавиться під надлишковим тиском 2 . Поглинає вуглекислий газ із повітря. Повністю розкладається водою, кислотами (виділення Про 2 при кип'ятінні - якісна реакція на пероксиди). Сильний окисник, слабкий відновник. Застосовується для регенерації кисню в ізолюючих дихальних приладах (реакція з СО 2) як компонент відбілювачів тканини та паперу. Рівняння найважливіших реакцій:
Отримання: спалювання Na на повітрі
Гідроксид натрію NaOH. Основний гідроксид, луг, технічна назва їдкий натр. Білі кристали з іонною будовою (Na +) (OH -). Розпливається на повітрі, поглинаючи вологу та вуглекислий газ (утворюється NaHCО 3). Плавиться та кипить без розкладання. Викликає важкі опіки шкіри та очей.
Добре розчинний у воді (з екзо-ефектом, +56 кДж). Реагує з кислотними оксидами, нейтралізує кислоти, викликає кислотну функцію у амфотерних оксидів та гідроксидів:
Розчин NaOH роз'їдає скло (утворюється NaSiО3), кородує поверхню алюмінію (утворюються Na і Н2).
Отримання NaOH у промисловості:
а) електроліз розчину NaCl на інертному катоді
б) електроліз розчину NaCl на ртутному катоді (амальгамний спосіб):
(Ртуть, що звільняється, повертають в електролізер).
Їдкий натр – найважливіша сировина хімічної промисловості. Використовується для отримання солей натрію, целюлози, мила, барвників та штучного волокна; як осушувач газів; реагент у вилучення з вторинної сировини та очищення олова та цинку; під час переробки руд алюмінію (бокситів).
Натрій є дуже активним металом, який реагує з багатьма речовинами. Реакції за участю натрію можуть протікати бурхливо із значним виділенням тепла. При цьому часто відбувається спалах, і навіть вибух. Для безпечної роботи з натрієм необхідно мати чітке уявлення про його фізичні та хімічні властивості.
Натрій легкий (щільність 0.97 г/см3), м'який та легкоплавкий (Тпл 97,86 ° С) метал. За твердістю він нагадує парафін чи мило. На повітрі натрій дуже швидко окислюється, покриваючись сірою плівкою, що складається з перекису Na2O2 та карбонату, тому натрій зберігають у добре закритих банках під шаром безводної гасу або олії.
Шматок натрію потрібного розміру відрізають, не виймаючи метал із гасу, за допомогою ножа чи скальпеля. Із банки натрій дістають пінцетом. Усі інструменти мають бути сухими! Після цього натрій звільняють від залишків гасу за допомогою фільтрувального папірця. У деяких випадках метал очищають скальпелем від шару перекису, оскільки контакт перекису зі свіжою поверхнею натрію може призвести до вибуху. Натрій не можна брати руками. Обрізки натрію сплавляють при слабкому нагріванні під шаром гасу.
Посуд, в якому був натрій, у жодному разі не допускається мити водою - це може призвести до вибуху з трагічними наслідками. Залишки натрію усувають додаванням спирту, після цього можна застосовувати воду.
Працювати з натрієм необхідно у захисних окулярах. Ніколи не забувайте, з чим ви маєте справу - вибух може статися в несподіваний момент, і до цього потрібно бути готовим.
Реакція натрію із водою
У кристалізатор налийте на 3/4 воду і додайте до неї кілька крапель фенолфталеїну. Киньте в кристалізатор шматочок натрію розміром з половину горошини. Натрій залишиться на поверхні, оскільки він легший за воду. Шматок почне активно реагувати з водою із виділенням водню. Від тепла реакції метал розплавиться і перетвориться на сріблясту крапельку, яка активно бігатиме по поверхні води. При цьому чується шипіння. Іноді водень, що виділяється, спалахує жовтим полум'ям. Такий колір надають йому пари натрію. Якщо спалах не відбулося, водень можна підпалити. Однак шматочки натрію розміром менше пшеничного зернятка гаснуть.
В результаті реакції утворюється луг, який діє на фенолфталеїн, тому шматочок натрію залишає за собою малиновий слід. Під кінець досвіду практично вся вода в кристалізаторі забарвиться малиновий колір.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
Стіни кристалізатора повинні бути вільні від жиру та інших забруднень. У разі необхідності їх промивають розчином лугу, інакше натрій прилипає до стінок і кристалізатор може тріснути.
Досвід слід проводити у захисній масці або захисних окулярах. Під час реакції тримайтеся на певній відстані і не нахиляйтеся над кристалізатором. Попадання розплавленого натрію або бризок лугу в очі загрожує практично гарантованою сліпотою.
Джерело www.chemistry-chemists.com
