Взаємодія натрію та води формула. Реакція натрію із водою (з вибухом)

У розділі питання як реагує натрій з водою? заданий автором Данило Гурецькийнайкраща відповідь це 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 хімічних властивостейах. 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.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
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.
Джерело:

Відповідь від Невроз[гуру]
З утворенням основи та водню

Відповідь від Малосольний[гуру]
Бурхливо, радісно та охоче. Любо-дорого дивитись!

Відповідь від Михайло Сидоров[Новичок]
Плаває потім вибухає = СЛІДИ НА СТЕЛІ ... небезпечно, натрій зберігають у ємностях заповнених гелеподібною речовиною, що не реагує з натрієм

Відповідь від Id 155255087[майстер]
Натрій стоїть на першому місці за активністю металів... О4ень бурхливо реагує з водою... І тому він утворює їдку чело4ь - їдкий натр.. і виділяє газ - водень.

Хімічні досліди багатогранні за своєю глибиною, складністю, ефектністю. Згадуючи найкрасивіші реакції, неможливо пройти повз «фараонову змію» або взаємодію отрути змії з людською кров'ю. Однак хіміки йдуть далі, приділяючи увагу і більш небезпечним експериментам, одним із яких стає реакція води та натрію.

Можливості натрію

Натрій – надмірно активний метал, що вступає у взаємодію з багатьма відомими речовинами. Реакція з натрієм часто протікає бурхливо, супроводжуючись значним виділенням тепла, займанням, а часом навіть. Безпека роботи з речовиною вимагає чіткого розумінняйого фізичних та хімічних характеристик.

Натрій не дуже жорсткий за структурою. Він відрізняється такими властивостями:

• низькою щільністю (0,97 г/см³);
• м'якістю;
• легкоплавкістю (Тпл 97,81 ° С).

На повітрі метал швидко окислюється, тому його слід тримати у закритих ємностях під шаром вазеліну або гасу. Перш ніж експериментувати з водою, слід відрізати тонким скальпелем шматочок натрію, вийняти його з ємності пінцетом і ретельно очистити від залишків гасу фільтрувальним папером.

Важливо! Усі інструменти мають бути сухими!

Працювати з металом потрібно в спеціальних окулярах, адже найменший необережний крок може призвести до вибуху.

Історія дослідження вибухів

Вперше необхідністю дослідження реакції води та натрію задалися вчені Чеської академії наук під керівництвом Павла Юнгвірта. по детонації натрію у воді, відомий ще з XIX століття, був ретельно проаналізований та описаний.

Реакція натрію з водою передбачала занурення в звичайну водушматочка металу і була неоднозначною: спалахи то відбувалися, то ні. Пізніше вдалося встановити і причину: нестабільність пояснювалася розмірами і формою шматка натрію, що використовується.

Чим більшими були габарити металу, тим сильнішою та небезпечнішою ставала реакція натрію та води.

Уповільнена зйомка реакції показала, що через п'ять мілісекунд з моменту занурення у воду метал, випускаючи сотні голок. Електрони металу, що миттєво йдуть у воду, призводять до накопичення в ньому. позитивного заряду: відштовхування позитивних частинок розриває метал, через що і з'являються голки. Одночасно збільшується площа металу, що викликає настільки бурхливу реакцію.

В ході реакції утворюється луг, який залишає за шматочком натрію малиновий слід. Наприкінці досвіду практично вся вода в кристалізаторі стане малиновою.

Така реакція вимагає від дослідника повного дотриманнязаходів безпеки: проводити досвід у захисних окулярах, намагаючись триматися якнайдалі від кристалізатора. Навіть незначні, на перший погляд, похибки можуть призвести до вибуху. Влучення найменшої часткинатрію чи луги у вічі небезпечно.

Увага! Не намагайтеся повторити ці досліди самостійно!

Натрій - один з лужних металів. Таблиця хімічних елементів показує його як атом, що відноситься до третього періоду та до першої групи.

Фізичні властивості

У цьому розділі буде розглянуто характеристику натрію з погляду фізики. Почнемо з того, що в чистому виглядіце тверда речовинасріблястого кольору, що володіє металевим блискомта низькою твердістю. Натрій настільки м'який, що його легко можна порізати ножем. Температура плавлення даної речовини досить низька і становить 79 градусів Цельсія. Атомна масанатрію теж невелика, про неї ми поговоримо пізніше. Щільність цього металу дорівнює 0,97 г/см3.

Хімічна характеристика натрію

Цей елемент має дуже високу активність- Він здатний швидко і бурхливо реагувати з багатьма іншими речовинами. Також таблиця хімічних елементів дозволяє визначити таку величину як молярна маса — для натрію вона становить двадцять три. Один моль - це така кількість речовини, в якій міститься 6,02 х 10 в 23 ступені атомів (молекул, якщо речовина складна). Знаючи молярну масуелемента, можна визначити, скільки буде важити конкретну кількість моль даного речей. Наприклад, два моль натрію важить сорок шість грамів. Як було зазначено вище, цей метал — одне із найбільш хімічно активних, він належить до лужним, відповідно, його оксид може сформувати луг (сильні основи).

Як утворюються оксиди

Усі речовини цієї групи, зокрема у разі з натрієм, можна отримати у вигляді спалювання вихідного. Таким чином, відбувається реакція металу з киснем, що призводить до формування оксиду. Наприклад, якщо спалити чотири моль натрію, витратимо один моль кисню і отримаємо два молі оксиду цього металу. Формула натрію оксиду - Na 2 O. Рівняння реакції виглядає так: 4Na + О 2 = 2Na 2 O. Якщо ж додати до отриманої речовини воду, утворюється луг - NaOH.

Взявши по одному моль оксиду та води, отримаємо дві молі основи. Ось рівняння цієї реакції: Na 2 O + Н 2 О = 2NaOH. Отримана речовина ще називається їдким натрієм. Це пов'язано з його яскраво вираженими лужними властивостямита високою хімічною активністю. Як і сильні кислоти, їдкий натрій активно реагує із солями малоактивних металів, органічними сполукамиі т. д. Під час взаємодії з солями відбувається реакція обміну - утворюється нова сіль та нова основа. Розчин їдкого натрію може легко руйнувати тканину, папір, шкіру, нігті, тому він вимагає дотримання правил техніки безпеки під час роботи з ним. Застосовується в хімічної промисловостіяк каталізатор, а також у побуті як засіб для усунення проблеми засмічених труб.

Реакції з галогенами

Це прості речовини, що складаються з хімічних елементів, які відносяться до сьомої групи періодичної системи. До їх списку входять фтор, йод, хлор, бром. Натрій здатний реагувати з усіма з них, утворюючи такі сполуки, як хлористий/бромистий/йодистий/фтористий натрій. Для проведення реакції потрібно взяти два моль металу, що розглядається, додати до нього один моль фтору. В результаті отримаємо фтористий натрій у кількості 2 моль. Цей процесможна записати як рівняння: Na + F 2 = 2NaF. Фтористий натрій, який ми отримали, використовують у виробництві зубних паст проти карієсу, а також миючих засобівдля різноманітних поверхонь. Подібним чином при додаванні хлору можна одержати (кухонну сіль), йодистий натрій, який використовується у виготовленні металогазових ламп, бромистий натрій, що застосовується як лікарського засобупри неврозах, безсонні, істерії та інших розладах нервової системи.

З іншими простими речовинами

Також можливі реакції натрію з фосфором, сульфуром (сірий), карбоном (вуглецем). Такі хімічні взаємодії можна провести лише у разі створення спеціальних умову вигляді високої температури. Таким чином відбувається реакція приєднання. З її допомогою можна отримати такі речовини, як натрію фосфід, сульфід натрію, натрію карбід.

Як приклад можна навести приєднання атомів даного металу до атомів фосфору. Якщо взяти три моль металу, що розглядається, і один моль другого компонента, потім нагріти їх, то отримаємо один моль фосфіду натрію. Цю реакцію можна записати як наступного рівняння: 3Na + Р = Na 3 P. З іншого боку, натрій здатний реагувати з азотом, і навіть воднем. У першому випадку утворюється нітрид даного металу, у другому гідрид. Як приклади можна навести такі рівняння хімічних реакцій: 6Na + N2 = 2Na 3 N; 2Na + Н2 = 2NaH. Для проведення першої взаємодії необхідний електричний розряд, Другого - висока температура.

Реакції із кислотами

на простих характеристиканатрію не закінчується. Цей метал також вступає у реакцію з усіма кислотами. В результаті подібних хімічних взаємодій утворюється водень. Наприклад, при реакції аналізованого металу з соляною кислотоюутворюється кухонна сіль та водень, що випаровується. Виразити цю реакцію можна за допомогою рівняння реакції: Na + HCl = NaCl + Н2. Подібного роду хімічна взаємодіяназивається реакцією заміщення. За допомогою її проведення можна отримати такі солі, як фосфат, нітрат, нітрит, сульфат, сульфіт, карбонат натрію.

Взаємодія із солями

Натрій реагує з солями всіх металів, крім калію і кальцію (вони мають більшу хімічною активністю, ніж аналізований елемент). У разі, як й у попередньому, відбувається реакція заміщення. Атоми аналізованого металу стають місце атомів більш хімічно слабкого металу. Таким чином, змішавши два молі натрію і один моль нітрату магнію, отримаємо в кількості два молі, а також чистий магній - один моль. Записати рівняння цієї реакції можна так: 2Na + Mg(NO 3) 2 = 2NaNO 3 + Mg. За таким самим принципом можна отримати і безліч інших солей натрію. Також у такий спосіб можна отримувати метали з їх солей.

Що буде, якщо додати до натрію воду

Це, мабуть, одна з найпоширеніших речовин на планеті. І з ним аналізований метал також здатний вступати у хімічну взаємодію. При цьому утворюється розглянутий вище їдкий натрій, або гідроксид натрію.

Для проведення такої реакції знадобиться взяти два моль натрію, додати до нього воду, також у кількості два молі, і в результаті отримаємо два молі гідроксиду і один моль водню, який виділиться у вигляді газу з різким запахом.

Натрій та його вплив на організми

Розглянувши цей метал з хімічної точки зору, перейдемо до того, яка ж біологічна характеристиканатрію. Він є одним із важливих мікроелементів. Насамперед, він є однією зі складових тваринної клітини. Тут він виконує важливі функції: разом з калієм підтримує бере участь в освіті та розповсюдженні між клітинами. нервового імпульсує необхідним хімічним елементом для осмотичних процесів (що потрібно, наприклад, для функціонування клітин нирок). Крім того, натрій відповідає за водно-сольовий баланс клітини. Також без даного хімічного елемента неможливий транспорт крові глюкози, так необхідної для функціонування мозку. Ще цей метал бере участь у процесі скорочення м'язів.

Даний мікроелемент потрібен не тільки тваринам - натрій в організмі рослин також виконує важливі функції: він бере участь у процесі фотосинтезу, допомагаючи транспортувати вуглеводи, а також необхідний для проходження органічних і неорганічних речовинкрізь мембрани.

Надлишок та нестача натрію

До підвищеного вмісту хімічного елемента в організмі може призвести надмірне вживання солі протягом тривалого часу. Симптомами надлишку натрію може бути підвищення температури тіла, набряклість, підвищена нервова збудливість, порушення функціонування нирок. У разі появи подібних симптомів потрібно прибрати з раціону кухонну сіль та продукти, в яких багато даного металу (список буде наведено нижче), після чого негайно звернутися до лікаря. Знижений вміст в організмі натрію також призводить до неприємним симптомамта порушенням роботи органів. Вимиватися даний хімічний елементможе при тривалому прийомі сечогінних препаратів або при вживанні в пиття тільки очищеної (дистильованої) води, при підвищеному потовиділенні та зневодненні організму. Симптомами нестачі натрію є спрага, сухість шкіри та слизових оболонок, блювання та нудота, поганий апетит, порушення свідомості та апатія, тахікардія, припинення повноцінної роботи нирок.

Продукти, у яких багато натрію

Для того щоб уникнути занадто високого або надто низького змістув організмі хімічного елемента, що розглядається, необхідно знати, в якій їжі його найбільше. Насамперед, це вже згадана вище кухонна сіль. Вона на сорок відсотків складається із натрію. Також це може бути морська сіль. Крім того, даний метал міститься в сої та соєвому соусі. Велика кількість натрію спостерігається у морепродуктах. Це морська капуста, більшість видів риб, креветки, восьминоги, крабове м'ясо, ікра, раки та ін. різних металів, важливих для нормального функціонування організму

Використання даного металу та деяких його сполук

Застосування натрію промисловості дуже різнобічне. Насамперед, дана речовинавикористовують у хімічній галузі. Тут воно необхідне для отримання таких речовин, як гідроксид металу, його фторид, сульфати і нітрати. Крім того, воно використовується як сильний відновник — для виділення чистих металів з їх солей. Існує спеціальний технічний натрій, призначений для використання з подібною метою. Його властивості зафіксовані у ГОСТі 3273-75. У зв'язку зі згаданими вище сильними відновлювальними властивостяминатрій широко використовується у металургії.

Також цей хімічний елемент знаходить своє застосування у фамацевтичній галузі, де він найчастіше необхідний для отримання його броміду, який є одним із головних компонентів багатьох седативних засобів та антидепресантів. Крім того, натрій може бути використаний у виготовленні газорозрядних ламп – такі будуть джерелами яскравого жовтого світла. Така хімічна сполука, як натрію хлорат (NaClO 3), знищує молоді рослини, тому його використовують для видалення таких речовин. залізничних колійдля запобігання заростання останніх. Ціанід натрію отримав широке застосуванняу галузі добування золота. З його допомогою отримують цей метал із гірських порід.

Як отримують натрій

Найпоширенішим способом є реакція карбонату металу з вуглецем. Для цього необхідно нагріти два вказані речовинидо температури близько тисячі градусів за шкалою Цельсія. В результаті цього утворюються два такі хімічних сполукяк натрій і чадний газ. При взаємодії одного моль карбонату натрію з двома моль карбону вийде два моль потрібного металу та три моль оксиду вуглецю. Рівняння наведеної реакції можна записати так: NaCO 3 + 2С = 2Na + 3СО. Подібним чином цей хімічний елемент можна отримати і з інших сполук.

Якісні реакції

Наявність натрій+, як будь-яких інших катіонів чи аніонів, можна визначити шляхом проведення спеціальних хімічних маніпуляцій. Якісною реакцієюна іон натрію є спалювання – у разі присутності його полум'я буде пофарбоване у жовтий колір.

Де можна зустріти аналізований хімічний елемент у природі

По-перше, як уже було сказано, він є однією із складових як тварини, так і рослинної клітини. Також висока його концентрація спостерігається в морській воді. Крім того, натрій входить до складу деяких мінералів. Це, наприклад, сильвініт, його формула - NaCl. KCl, а також карналіт, формула якого KCl.MgCl 2 .6H 2 O. Перший з них має неоднорідною структуроюз чергуванням різнокольорових частин, у його фарбуванні можуть зустрічатися помаранчевий, рожевий, синій, червоний. Цей мінерал повністю розчинний у воді. Карналіт, залежно від місця утворення та домішок, також може мати різне забарвлення. Він може бути червоним, жовтим, білим, світло-синім, а також прозорим. Він має неяскравий блиск, промені світла в ньому сильно заломлюються. Ці два мінерали є сировиною для отримання металів, які входять до їх складу: натрію, калію, магнію.

Вчені вважають, що метал, який ми розглянули в даній статті, є одним із найпоширеніших у природі, оскільки його в земної користановить два з половиною відсотки.

Якщо помістити шматочок натрію у воду, можна викликати бурхливу, часто вибухову реакцію

Іноді ми дізнаємося щось на початку життя і просто сприймаємо як даність, що світ працює саме так. Наприклад, якщо залишити шматочок чистого натрію у воду, можна отримати легендарну вибухову реакцію. Як тільки шматочок намокне, реакція змушує його шипіти і розігріватися, він стрибає поверхнею води і навіть видає язички полум'я. Це, звісно, ​​просто хімія. Але чи не відбувається ще чогось на фундаментальному рівні? Саме це і хоче дізнатися наш читач Семен Стопкін із Росії:

Які сили керують хімічними реакціями і що відбувається на квантовому рівні? Зокрема, що відбувається, коли вода взаємодіє із натрієм?

Реакція натрію з водою – це класика, і вона має глибоке пояснення. Почнемо з вивчення проходження реакції.

Перше, що потрібно знати про натрій - на атомному рівні у нього всього на один протон і один електрон більше, ніж у інертного, або благородного газу, неону. Інертні гази не реагують ні з чим, і все через те, що їх повністю заповнені електронами. Ця надстабільна конфігурація руйнується, коли ви переходите на один елемент далі в періодичній таблиці Менделєєва, і це відбувається з усіма елементами, що демонструють схожу поведінку. Гелій надстабільний, а літій надзвичайно активний хімічно. Неон стабільний, а активний натрій. Аргон, криптон і ксенон – стабільні, але калій, рубідій та цезій – активні.

Причина полягає у додатковому електроні.

Таблиця Менделєєва розсортована за періодами та групами відповідно до кількості вільних та зайнятих валентних електронів - а це найперший фактор у визначенні хімічних властивостей елемента

Коли вивчаємо атоми, ми звикаємо вважати ядро ​​твердим, дрібним, позитивно зарядженим центром, а електрони - негативно зарядженими точками на орбіті навколо нього. Але у квантовій фізиці цим справа не закінчується. Електрони можуть поводитися як точки, особливо якщо вистрілити в них іншою високоенергетичною частинкою або фотоном, але якщо їх дати спокій, вони розпливаються і поводяться, як хвилі. Ці хвилі здатні самоналаштовуватися певним чином: сферично (для s-орбіталей, що містять по 2 електрони), перпендикулярно (для p-орбіталей, що містять по 6 електронів), і далі, до d-орбіталей (по 10 електронів), f-орбіталей ( по 14) і т.д.

Орбіталі атомів у стані з найменшою енергією знаходяться вгорі зліва, і при просуванні вправо та вниз енергії зростають. Ці фундаментальні зміни керують поведінкою атомів та внутрішньоатомними взаємодіями.

Заповнюються ці оболонки через , що забороняє двом однаковим (наприклад, електронам) займати один і той же квантовий стан. Якщо в атомі електронна орбітальзаповнилася, то єдине місце, де можна розмістити електрон – це наступна, вища орбіталь. Атом хлору із задоволенням прийме додатковий електрон, оскільки йому не вистачає лише одного для заповнення електронної оболонки. І навпаки, атом натрію із задоволенням віддасть свій останній електрон, оскільки він у нього зайвий, а решта заповнила оболонки. Тому натрій хлор так добре і виходить: натрій віддає електрон хлору, і обидва атоми знаходяться в енергетично кращій конфігурації.

Елементи першої групи періодичної таблиціособливо літій, натрій, калій, рубідій і т.д. втрачають свій перший електрон набагато легше від інших

Насправді кількість енергії, необхідне для того, щоб атом віддав свій зовнішній електрон, або енергія іонізації, виявляється особливо низькою у металів з одним валентним електроном. З чисел видно, що набагато легше забрати електрон у літію, натрію, калію, рубідії, цезію тощо, ніж у будь-якого іншого елемента

Кадр із анімації, що демонструє динамічну взаємодію молекул води. Окремі молекули H 2 O мають V-подібну форму і складаються із двох атомів водню (білі), з'єднаних з атомом кисню (червоні). Сусідні молекули H 2 O короткочасно реагують одна з одною через водневі зв'язки (біло-блакитні овали)

То що відбувається в присутності води? Ви можете уявляти молекули води як вкрай стабільні - H 2 O, два водню, пов'язані з одним киснем. Але молекула води надзвичайно полярна - тобто з одного боку молекули H 2 O (з боку, протилежної двом водням) заряд виходить негативним, а з протилежної - позитивним. Цього ефекту достатньо для того, щоб деякі молекули води – близько однієї на кілька мільйонів – розпадалися на два іони – один протон (H +) та іон гідроксилу (OH –).

У присутності великої кількості надзвичайно полярних молекул води одна з кількох мільйонів молекул розпадеться на іони гідроксилу та вільні протони – цей процес називається

Наслідки цього досить важливі для таких речей, як кислоти та основи, для процесів розчинення солей та активізації хімічних реакцій тощо. Але нас цікавить, що відбувається при додаванні натрію. Натрій - цей нейтральний атом з одним, що погано тримається. зовнішнім електроном– потрапляє у воду. А це не просто нейтральні молекули H2O, це іони гідроксилу та окремі протони. Важливі нам насамперед протони - вони і підводять нас до ключового питання:

Що енергетично краще? Мати нейтральний атом натрію Na разом із окремим протоном H+, чи іон натрію, який втратив електрон Na + разом із нейтральним атомом водню H?

Відповідь проста: у будь-якому випадку електрон перестрибне з атома натрію на перший зустрічний окремий протон, який попадеться йому на шляху.

Втративши електрон, іон натрію із задоволенням розчиниться у воді, як робить іон хлору, придбавши електрон. Набагато вигідніше енергетично – у разі натрію – щоб електрон спарився з іоном водню

Саме тому реакція відбувається так швидко та з таким виходом енергії. Але це ще не все. У нас вийшли нейтральні атомиводню, і, на відміну від натрію, вони не вишиковуються в блок окремих атомів, пов'язані разом. Водень - це газ, і він перетворюється на ще більш енергетично кращий стан: формує нейтральну молекулу водню H 2 . І в результаті утворюється багато вільної енергії, що йде в розігрів навколишніх молекул, нейтральний водень у вигляді газу, який виходить з рідкого розчину в атмосферу, що містить нейтральний кисень O 2 .

Віддалена камера знімає поблизу головний двигун Шатла під час тестового прогону в космічному центріімені Джона Стеніса Водень - краще паливо для ракет завдяки його низькій молекулярній вазі і надлишку кисню в атмосфері, з яким він може реагувати

Якщо накопичити достатню кількість енергії, водень та кисень теж вступлять у реакцію! Це люте горіння видає водяну пару і велика кількістьенергії. Тому при попаданні шматочка натрію (або будь-якого елемента їх першої групи періодичної таблиці) у воду відбувається вибуховий вихід енергії. Все це відбувається через перенесення електронів, керованого квантовими законамиВсесвіту, і електромагнітних властивостейзаряджених частинок, що становлять атоми та іони.

Енергетичні рівні та хвильові функціїелектронів, відповідні різним станаматома водню - хоча майже такі зміни властиві всім атомам. Рівні енергії квантуються кратно Постійна Планка, але навіть мінімальна енергія, основний стан, має дві можливі конфігурації залежно від співвідношення спинів електрона та протону

Отже, повторимо, що відбувається, коли шматочок натрію падає у воду:

• натрій негайно віддає зовнішній електрон у воду,
• де він поглинається іоном водню та формує нейтральний водень,
• ця реакція вивільняє велика кількістьенергії, і розігріває навколишні молекули,
• нейтральний водень перетворюється на молекулярний водневий газ і піднімається з рідини,
• і, нарешті, при достатню кількістьАтмосферний водень енергії вступає з водневим газом в реакцію горіння.

Металевий натрій

Все це можна просто та елегантно пояснити за допомогою правил хімії, і саме так це часто й роблять. Однак правила, що керують поведінкою всіх хімічних реакцій, походить із ще більш фундаментальних законів: законів квантової фізики(Таких, як принцип заборони Паулі, керуючий поведінкою електронів в атомах) та електромагнетизм (керуючий взаємодією заряджених частинок). Без цих законів та сил не буде жодної хімії! І завдяки їм щоразу, впустивши натрій у воду, ви знаєте, чого слід очікувати. Якщо ви ще не зрозуміли - потрібно одягати захист, не брати натрій руками та відходити подалі, коли починається реакція!