Նատրիում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
11 ՆեոնՆատրիումՄագնեզիում
Ջրածին Հելիում Լիթիում Բերիլիում Բորр Ածխածին Ազոտ Թթվածին Ֆտոր Նեոն Նատրիում Մագնեզիում Ալյումին Սիլիցիում Ֆոսֆոր Ծծումբ Քլոր Արգոն Կալիում Կալցիում Սկանդիում Տիտան Վանադիում Քրոմ Մանգան Երկաթ Կոբալտ Նիկել Պղինձ Ցինկ Գալիում Գերմանիում Արսեն Սելեն Բրոմ Կրիպտոն Ռուբիդիում Ստրոնցիում Իտրիում Ցիրկոնիում Նիոբիում Մոլիբդեն Տեխնեցիում Ռութենիում Ռոդիում Պալադիում Արծաթ Կադմիում Ինդիում Անագ Ծարիր Թելուր Յոդ Քսենոն Ցեզիում Բարիում Լանթան Ցերիում Պրազեոդիում Նեոդիում Պրոմեթիում Սամարիում Եվրոպիում Գադոլինիում Տերբիում Դիսպրոզիում Հոլմիում Էրբիում Թուլիում Իտերբիում Լյուտեցիում Հաֆնիում Տանտալ Վոլֆրամ Ռենիում Օսմիում Իրիդիում Պլատին Ոսի Սնդիկ Թալիում Կապար Բիսմունտ Պոլոնիում Աստատ Ռադոն Ֆրանցիում Ռադիում Ակտինիում Թորիում Պրոտակտիում Ուրան Նեպտունիում Պլուտոնիում Ամերիցիում Կյուրիում Բերկլիում Կլիֆորնիում Էյնշտեյնիում Ֆերմիում Մենդելեևիում Նոբելիում Լոուրենցիում Ռեզերֆորդիում Դուբնիում Սիբորգիում Բորիում Հասիում Մեյտներիում Դարմշտադտիում Ռենտգենիում Կոպերնիցիում Ունունտրիում Ֆլերովիում Ունունպենտիում Լիվերմորիում Ունունսեպտիում ՈւնունօկտիումՔիմիական տարրերի պարբերական համակարգ
11Na
Cubic-body-centered.svg
Electron shell 011 Sodium.svg
Պարզ նյութի արտաքին տեսք
Նոր կտրված նատրիում արծաթա-սպիտակավուն մետաղ
Sodium Spectra.jpg
Ատոմի հատկություններ
Անվանում, սիմվոլ, կարգաթիվ Նատրիում/Natrium (Na), 11
Ատոմային զանգված
(մոլային զանգված)
22,98976928(2)[1] զ. ա. մ. (գ/մոլ)
Էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիա [Ne] 3s1
Ատոմի շառավիղ 190 պմ
Քիմիական հատկություններ
Կովալենտային շառավիղ 154 պմ
Իոնի շառավիղ 97 (+1e) պմ
Էլեկտրաբացասականություն 0,93 (Պոլինգի սանդղակ)
Էլեկտրոդային պոտենցիալ -2,71
Օքսիդացման աստիճաններ 1
Իոնիզացման էներգիա
(առաջին էլեկտրոն)
 495,6(5,14) կՋ/մոլ (էՎ)
Պարզ նյութի թերմոդինամիկական հատկություններ
Խտություն (ս. պ.-ում) 0,971 գ/սմ³
Հալման ջերմաստիճան 370,96
Եռման ջերմաստիճան 1156,1
Գոլորշիացման տեսակարար ջերմունակություն 97.9 կՋ/մոլ
Մոլային ծավալ 23,7 սմ³/մոլ
Պարզ նյութի բյուրեղացանց
Բյուրեղացանցի կառուցվածք խորանարդ
Բյուրեղացանցի տվյալներ 4,2820
Դեբայի ջերմաստիճան 150 Կ
Այլ հատկություններ
Ջերմահաղորդականություն (300 Կ) 142,0 Վտ/(մ·Կ)
CAS համար 7440-23-5
11
Նատրիում
Na
22,989
[Nе]3s1


Նատրիում, քիմիական տարր է, քիմիական բանաձևն է Na (լատ.՝ Natrium)։ 3-րդ պարբերության 1-ին խմբի տարր, կարգահամարը՝ 11, ատոմային զանգվածը՝ 22,98977։ s-տարր է, ատոմի էլեկտրոնային թաղանթների կառուցվածքն է 3s1։ K և L թաղանթները լրացված են։

Բնական նատրիումը բաղկացած է միայն 23Na կայուն իզոտոպից։ Ստացվել են 20-22, 24 և 25 ռադիոակտիվ իզոտոպները (22Na-ի T½ = 2,64 տարի)։

Նատրիումը (7440-23-5) արծաթա-սպիտակավուն, ալկալիական մետաղ է։

Պատմություն և անվան ծագում[խմբագրել]

Հենրի Դևի

Նատրիումի միացությունները՝ կերակրի աղը և սոդան, հայտնի են շատ հին ժամանակներից։ Եբրայերեն neter (հունարեն՝ νίτρον, լատ.՝ nitrum) բառը հանդիպել է Աստվածաշնչում որպես նյութի անվանում, որը, ըստ Սողոմոնի եռացել է քացախում[2]: Եգիպտոսում սոդան բնության մեջ հանդիպում է սոդայի լճերի ջրերում: Բնական սոդան հին եգիպտացիները օգտագործել են զմռսելու, կտավների սպիտակեցման համար, խոհանոցում սննդդի մեջ, ինչպես նաև ներկերի պատրաստման համար:

«Նատրիում» անվանումը ծագել է լատ.՝ natrium (հունարեն՝ νίτρον) բառից, որը փոխ են առել Մերձավոր եգիպտական լեզվից (nṯr), որտեղ նա ունեցել է այլ նշանակություններ. «սոդա», «ուտիչ նատր»[3]:

«Na» հապավումը և natrium բառը առաջին անգամ օգտագործել են ակադեմիկոսները, հիմնադիրը՝ շվեդ բժիշկ Հակոբոս Բերցելիուս (Jöns Jakob Berzelius, 1779-1848): Հետագայում տարրիը անվանեցին նաև սոդա (լատ.՝ sodium): Sodium անվանումը հավանաբար գալիս է արաբական suda բառից, որը նշանակում է «գլխացավ», քանի որ այդ ժամանակ սոդան օգտագործում էին որպես դեղ գլխացավի համար[4]:

Մետաղական նատրիումը առաջինն անջատել է Հ․ Դևին (1807, նոյեմբերի 19), ով առաջին անգամ այդ մասին տեղեկացրել է Բեկերսկի դասախոսություններում[5] (իր դասախոսություններում նա նշել է, որ 1807 թվականի հոկտեմբերի 6-ին հայտնաբերոլ է կալիումը, իսկ նատրումը կալիումից[6] մի քանի օր անց): Նա նատրիումը ստացել է խոնավ նատրիումի հիդրօքսիդը էլեկտրոլիզի ենթարկելով։

Բնության մեջ[խմբագրել]

Բնության մեջ տարածված տարր է, երկրակեղևում 2,83 %, ըստ զանգվածի յոթերորդն է։ Նատրիումի գլխավոր միներալներն են՝ հալիտը, լիլիականբորակը, տենարդիտը, միրաբիլիտը, որոնք նատրիումի և նրա միացությունների ստացման հիմնական աղբյուրն են։ Ազատ վիճակում բնության մեջ չի հանդիպում, մտնում է 222 միներալների բաղադրության մեջ։

Պարունակվում է գրանիտներում մինչև 2,77 %, բազալտներում՝ 1,94 %։ Հողում և նստվածքային ապարներում՝ կավեր, թերթաքարեր, նատրումի պարունակությունը փոքր է (0,63-0,66 %)։ Լուծվելով հոսող ջրերում՝ կուտակվում է ծովերում և օվկիանոսներում, որտեղ հիմնական մետաղական տարրն է (1,035 %)։ Ծովափնյա, տափաստանային և անապատային լճերում գոլորշիացման հետևանքով անջատվող նատրիումի աղերն առաջացնում են աղային նստվածքներ։ Նատրիումի տարեկան հանույթը մոտ 108 տ է։

Այն կարևոր կենսատարր է, կենդանի նյութում նրա միջին պարունակությունը 0,02 % է։ Մարդու և կենդանիների օրգանիզմում մասնակցում է հանքային փոխանակությանը, օսմոտիկ ճնշման և թթվահիմնային հավասարակշռության պահպանմանը, նյարդային ազդակների հաղորդմանը։ Պարունակվում է հիմնականում արտաբջջային հեղուկներում (մարդու էրիթրոցիտներում՝ մոտ 10 մմոլ/կգ, արյան շիճուկում՝ 143 մմոլ/կգ)։

Նատրիումի քլորիդի՝ մարդու օրական պահանջը 2-10 գ է։ Նատրիումիի իոնների կոնցենտրացիան օրգանիզմում կարգավորվում է ալդոստերոն հորմոնով։

Գնդաձողային մոդելը (Na+, դեղին)

Ստացում[խմբագրել]

Արդյունաբերության մեջ նատրումը ստանում են միջնորմավոր էլեկտրոլիզարարներում՝ կերակրի աղի հալույթի էլեկտրոլիզով, որի հալման ջերմաստիճանն (մինչև 575-585 °C) իջեցնելու, էներգիայի ծախսը փոքրացնելու և նատրիումի գոլորշիացումը կանխելու նպատակով ավելացնում են KCl, CaCl2, NaF և այլն։ Որպես կաթոդ օգտագործում են պղինձ կամ երկաթ, որպես անոդ՝ գրաֆիտ, որը չի փոխազդում անջատվող քլորի հետ։

\mathsf{2NaCl \ \xrightarrow{elektroliz}\ 2Na + Cl_2 }
\mathsf{4NaOH \ \xrightarrow{elektroliz}\ 4 + O_2 + 2H_2O }

Նատրումը ստանում են նաև նատրիումի կարբոնատը 1000 °C ջերմաստիճանում ածխով վերականգնելիս.

\mathsf{Na_2CO_3 + 2C \ \xrightarrow{1000^oC}\ 2Na + 3CO. }

Ֆիզիկական հատկություններ[խմբագրել]

Նատրիումը բոցին տալիս է դեղնավուն գույն։

Սենյակային ջերմաստիճանում նատրիումը սպիտակ, արծաթափայլ մետաղ է։ Բոլոր մետաղների նման նա լավ հաղորդում է էլեկտրական հոսանքը։ Նատրիումը փափուկ է՝ հեշտությամբ կտրվում է դանակով։ Նա փոքր-ինչ թեթև է ջրից և պատկանում է թեթև մետաղների թվին։ Նատրիումը դյուրահալ մետաղ է։ Եթե մի կտոր նատրիում տեղավորենք փորձանոթում և տաքացնենք, ապա նա արագ կհալչի։ Նատրիումի հալման ջերմաստիճանն է 98 °C, եռմանը՝ 882,9 °С, խտությունը՝ 968 կգ/մ3, պարամագնիսական է։

Նատրիումի և նրա միացությունների գոլորշիները բոցը ներկում են բնորոշ դեղին գույնով։ Նատրումի գոլորշիները կարմրածիրանագույն են։ Քիմիապես ակտիվ տարր է, հայտնի բոլոր միացություններում միարժեք է, օդում արագ օքսիդանում է՝ առաջացնելով օքսիդ, գերօքսիդ, հիդրօքսիդ և կարբոնատ։ Նատրումի նորմալ էլեկտրոդային պոտենցիալը -2,74 վ է, հալույթում՝ -2,4 վ։

Նատրիումը և նրա միացությունները բոցին տալիս են դեղին գույն։ Այս հատկությունը հաճախ օգտագործվում է որպես նյութում նատրիումի առկայության ստուգման միջոց։

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Փոխազդում է ջրի և թթուների լուծույթների հետ (ստացվում է NaOH և ջրածին)։ 200-400 °C-ում միանում է ջրածնի հետ, առաջացնելով հիդրիդ՝ NaH, որը սպիտակ բյուրեղական խոնավածուծ փոշի է, ուժեղ վերականգնիչն ջրի առկայությամբ հիդրոլիզվում է։

\mathsf{2Na + H_2 \ \xrightarrow{250-400^oC, p}\ 2NaH }

Հալոգենների հետ՝ նատրիումի հալոգենիդներ․ ֆտորի և քլորի հետ միանում է սովորական պայմաններում, բրոմի և յոդի հետ՝ տաքացնելիս։ Ծծմբի հետ առաջացնում է սուլֆիդ, ազոտի հետ (էլեկտրական դանդաղ պարպումների ազդեցությամբ)՝ նիտրիդ (Na3N), ածխածնի հետ (800-900 °C) նատրիումի կարբիդ (Na2C2)։ Նատրիումը լուծվում է հեղուկ ամոնիակում։

\mathsf{Na + 4NH_3 \ \xrightarrow{-40^oC}\ Na[NH_3]_4 }

Հալված նատրիումի հետ (300-350°C) NН3-ն առաջացնում է նաարիումամին՝ NaNH2, որը ջրում քայքայվող սպիտակ բյուրեղական նյութ է։ Հայտնի են բազմաթիվ նատրիումօրգանական միացություններ, որոնք որպես ալկիլացնող միջոցներ օգտագործվում են օրգանական սինթեզում։ Մետաղների հետ նատրումը առաջացնում է համաձուլվածքներ և ներմետաղական միացություններ (NaPb), որոնցից շատերը (ամալգամները, կալիումի հետ են) ուժեղ վերականգնիչներ են։

\mathsf{2Na + Cl_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2NaCl }
\mathsf{6Na + N_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2Na_3N }

Նատրիումն ունի քիմիական մեծ ակտիվություն։ Հետևաբար, նատրիումով աշխատելիս պետք է չափազանց զգույշ լինել։ Իր միացությունների մեջ նատրիումը միշտ միավալենտ է։

  • Նատրումը թթվածնի հետ առաջացնում է օքսիդ Na2O և գերօքսիդներ Na2O2, Na2O4:

Եթե փոքր գդալում հալված նատրիումը մտցնենք թթվածին պարունակող անոթի մեջ, ապա այն բոցավառվում է և այրվում պայծառ դեղին բոցով, փոխարկվելով սպիտակ պինդ նյութի՝ սպիտակ «ծխի», որը նստում է անոթի պատերին։ Այս դեպքում առաջանում են նատրիումի միացություններ թթվածնի հետ, այդ թվում (փոքր քանակով) նաև նատրիումի օքսիդը (Na2O)՝

\mathsf{4Na + O_2 \ \xrightarrow{\ }\ 2Na_2O }
\mathsf{2Na + O_2 \ \xrightarrow{\ }\ Na_2O_2 }
  • Ռեակցիան ջրի հետ.

Եթե մի փոքրիկ կտոր նատրիում իջեցնենք ջրի մեջ, ապա նա իսկույն դուրս կլողա նրա երեսը, կհալչի, փոխարկվելով փայլուն կաթիլի, ջրի երեսին կշարժվի զանազան ուղղություններով և աստիճանաբար կանհետանա։ Նատրիումի և ջրի հետ փոխազդման ժամանակ ստացվում են կծու նատրոն (NaOH) և ջրածին՝

\mathsf{2Na + 2H_2O \ \xrightarrow{\ }\ 2NaOH + H_2\uparrow }

Եթե ջրի մեջ իջեցրած նատրիումի կտորները մեծ լինեն, ապա պայթոյւն տեղի կունենա։

  • Ռեակցիան թթուների հետ

Ավելի եռանդուն, քան ջրի հետ, նատրիումը ռեակցիայի մեջ է մտնում թթուների հետ։ Եթե կոնցենտրիկ աղաթթու պարունակող բաժակի մեջ գցենք նատրիումի մի փոքրիկ կտոր, ապա կարելի է նկատել բուռն ռեակցիա, որի հետևանքով ստացվոմ են կերակրի աղի բյուրեղներ և ջրածին՝

\mathsf{8Na + 10HNO_3 \ \xrightarrow{\ }\ 8NaNO_3 + NH_4NO_3 + 3H_2O}
  • Ռեակցիան օդի հետ

Օդի մեջ նատրիումը արագ կերպով խամրում է և աստիճանաբար ծածկվում կեղևով, որովհետև ռեակցիայի մեջ է մտնում օդում պարունակվող թթվածնի և ջրային գոլորշիների հետ։ Դրա հետևանքով առաջանում է կծու նատրոն։ Իր հերթին կծու նատրոնի հետ ռեակցիայի մեջ է մտնում օդում պարունակվող ածաթթու գազը, առաջացնելով սոդա (Na2CO3)։ Ուստի նատրիումը ծածկող կեղևը կազմված է կծու նատրոնից և սոդայից։

Շնորհիվ այն բանի, որ նատրիումը օդի մեջ շատ հեշտությամբ փոփոխվում է, այն պահում են նավթ պարունակող անոթի մեջ։

Կիրառություն[խմբագրել]

Նատրումը և նրա համաձուլվածքներն օգտագործվում են միջուկային վառելանյութով աշխատող սարքերում և ինքնաթիռային շարժիչներում, որպես համաչափ տաքացնող (450-650 °C-ում) ջերմության կրողներ։ Կապարային համաձուլվածքը (0,58 % Na, 0,73 % Ca և 0,04 % Li) օգտագործվում է երկաթուղային վագոնների գնդառանցքակալներ պատրաստելու համար։

Նատրիումիի միացությունը կապարի հետ՝ NaPb (10 % Na), օգտագործվում է քառաէթիլկապարի արտադրության համար։ Որպես վերականգնիչ նատրիումը օգտագործվում է մետաղա-ջերմային եղանակով հազվագյուտ տարրերի (Ti, Zr, Та) ստացման ժամանակ և օրգանական սինթեզում։ Աշխատանքը նատրիումի հետ պահանջում է անվտանգության կանոնների խիստ պահպանում, անհրաժեշտ է օգտագործել պաշտպանիչ ակնոցներ և ռետինե հաստ ձեռնոցներ։

Բժշկության մեջ[խմբագրել]

Բժշկության մեջ օգտագործվում են նատրիումի սոդֆաաը և նատրիումի քլորիդը, բորատը՝ Na2B4O7•10H20, նատրիումի բիկարբոնատը, նատրիումի թիոսուլֆատը, ցիտրատը։ Ռադիոակտիվ 22Na և 24Na օգտագործվում են արյան հոսքի արագությունը, անոթների թափանցելիությունը, նյարդային գործունեության վիճակը որոշելու համար և այլ նպատակներով։

Տես նաև[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O’Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (en) // Pure and Applied Chemistry. — 2013. — Т. 85. — № 5. — С. 1047-1078. — doi:10.1351/PAC-REP-13-03-02
  2. Алексеев М. Т., Колотов С. С., Менделеев Д. И. Натрий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  3. Петровский Н. С., ЕГИПЕТСКИЙ ЯЗЫК. Введение в иероглифику, лексику и очерк грамматики среднеегипетского языка. Л., 1958. (стр. 83)
  4. Newton, David E.. Chemical Elements. ISBN 0-7876-2847-6.
  5. Davy, H. (1808). «The Bakerian Lecture, on some new Phenomena of chemical Changes produced by Electricity particularly the Decomposition of the fixed Alkalies, and the Exhibition of the new substances which constitute their bases; and on the general Nature of alkaline Bodies». Philosophical Transactions 98: 1-44. http://books.google.lt/books?id=Kg9GAAAAMAAJ&pg=PA1&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false. 
  6. Davy, John (1839)։ The Collected Works of Sir Humphry Davy։ London: Smith, Elder, and Company, 109։ 

Գրականություն[խմբագրել]

  • Յու․ Վ․ Խոդակով, Լ․ Ա․ Ցվետկով և ուրիշներ։ «Քիմիա», Երևան, 1961։
  • Алексеев М. Т., Колотов С. С., Менделеев Д. И. Натрий // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]