Натрий — химический элемент ; он имеет символ Na (от новолатинского natrium ) и атомный номер 11. Это мягкий, серебристо-белый, высокореакционный металл . Натрий — щелочной металл , находящийся в 1-й группе периодической таблицы. Его единственный стабильный изотоп — 23 Na. Свободный металл не встречается в природе и должен быть получен из соединений. Натрий — шестой по распространенности элемент в земной коре и существует в многочисленных минералах, таких как полевые шпаты , содалит и галит (NaCl). Многие соли натрия хорошо растворимы в воде: ионы натрия выщелачивались под действием воды из минералов Земли на протяжении эпох, и, таким образом, натрий и хлор являются наиболее распространенными по весу растворенными элементами в океанах.
Натрий был впервые выделен Гемфри Дэви в 1807 году электролизом гидроксида натрия . Среди многих других полезных соединений натрия гидроксид натрия ( щелочь ) используется в мыловарении , а хлорид натрия ( пищевая соль ) является антиобледенителем и питательным веществом для животных, включая людей.
Натрий является необходимым элементом для всех животных и некоторых растений. Ионы натрия являются основным катионом во внеклеточной жидкости (ECF) и, как таковые, вносят основной вклад в осмотическое давление ECF . [9] Животные клетки активно выкачивают ионы натрия из клеток с помощью натрий-калиевого насоса , ферментного комплекса, встроенного в клеточную мембрану , для того, чтобы поддерживать примерно в десять раз более высокую концентрацию ионов натрия снаружи клетки, чем внутри. [10] В нервных клетках внезапный поток ионов натрия в клетку через потенциалзависимые натриевые каналы обеспечивает передачу нервного импульса в процессе, называемом потенциалом действия .
Натрий при стандартной температуре и давлении — это мягкий серебристый металл, который соединяется с кислородом воздуха, образуя оксиды натрия . Натрий обычно хранится в масле или инертном газе. Металлический натрий можно легко разрезать ножом. Он является хорошим проводником электричества и тепла. Благодаря низкой атомной массе и большому атомному радиусу натрий является третьим по плотности из всех элементарных металлов и одним из трех металлов, которые могут плавать на воде, два других — литий и калий. [11]
Температура плавления (98 °C) и кипения (883 °C) натрия ниже, чем у лития, но выше, чем у более тяжелых щелочных металлов калия, рубидия и цезия, следуя периодическим тенденциям вниз по группе. [12] Эти свойства резко меняются при повышенном давлении: при 1,5 Мбар цвет меняется с серебристо-металлического на черный; при 1,9 Мбар материал становится прозрачным с красным цветом; а при 3 Мбар натрий становится чистым и прозрачным твердым веществом. Все эти аллотропы высокого давления являются изоляторами и электридами . [13]
В огненном тесте натрий и его соединения светятся желтым [14] , потому что возбужденные 3s- электроны натрия испускают фотон , когда они падают с 3p на 3s; длина волны этого фотона соответствует линии D около 589,3 нм. Спин-орбитальные взаимодействия с участием электрона на орбитали 3p расщепляют линию D на две, на 589,0 и 589,6 нм; сверхтонкие структуры с участием обеих орбиталей вызывают гораздо больше линий. [15]
Известно двадцать изотопов натрия, но только 23 Na является стабильным. 23 Na образуется в процессе сжигания углерода в звездах путем слияния двух атомов углерода ; для этого требуются температуры выше 600 мегакельвинов и звезда с массой не менее трех солнечных масс. [16] Два радиоактивных , космогенных изотопа являются побочным продуктом расщепления космических лучей : 22 Na имеет период полураспада 2,6 года, а 24 Na — 15 часов; все остальные изотопы имеют период полураспада менее одной минуты. [17]
Было обнаружено два ядерных изомера , более долгоживущий из которых — 24m Na с периодом полураспада около 20,2 миллисекунд. Острое нейтронное излучение, как в случае аварии с ядерной критичностью , преобразует часть стабильного 23 Na в крови человека в 24 Na; дозу нейтронного излучения жертвы можно рассчитать, измерив концентрацию 24 Na относительно 23 Na. [18]
Атомы натрия имеют 11 электронов, на один больше, чем стабильная конфигурация благородного газа неона . Первая и вторая энергии ионизации составляют 495,8 кДж/моль и 4562 кДж/моль соответственно. В результате натрий обычно образует ионные соединения с участием катиона Na + . [19]
Металлический натрий, как правило, менее реактивен, чем калий , и более реактивен, чем литий . [20] Металлический натрий является сильным восстановителем, при этом стандартный восстановительный потенциал для пары Na + /Na составляет −2,71 вольта, [21] хотя калий и литий имеют еще более отрицательные потенциалы. [22]
Соединения натрия имеют огромное коммерческое значение, будучи особенно важными для отраслей промышленности, производящих стекло , бумагу , мыло и текстиль . [23] Наиболее важными соединениями натрия являются поваренная соль (NaCl ) , кальцинированная сода ( Na2CO3 ) , пищевая сода ( NaHCO3 ) , каустическая сода (NaOH), нитрат натрия (NaNO3 ) , ди- и тринатрийфосфаты , тиосульфат натрия ( Na2S2O3 · 5H2O ) и бура (Na2B4O7 · 10H2O ) . [ 24 ] В соединениях натрий обычно ионной связью связан с водой и анионами и рассматривается как жесткая кислота Льюиса . [ 25]
Большинство мыл — это натриевые соли жирных кислот . Натриевые мыла имеют более высокую температуру плавления (и кажутся «твёрже»), чем калиевые мыла. [24]
Как и все щелочные металлы , натрий экзотермически реагирует с водой. В результате реакции образуется каустическая сода ( гидроксид натрия ) и горючий водород . При сжигании на воздухе он образует в основном перекись натрия с некоторым количеством оксида натрия . [26]
Натрий имеет тенденцию образовывать водорастворимые соединения, такие как галогениды , сульфаты , нитраты , карбоксилаты и карбонаты . Основными водными видами являются аквакомплексы [Na(H 2 O) n ] + , где n = 4–8; с n = 6, указанным из данных рентгеновской дифракции и компьютерного моделирования. [27]
Прямое осаждение солей натрия из водных растворов встречается редко, поскольку соли натрия обычно имеют высокое сродство к воде. Исключением является висмутат натрия (NaBiO 3 ), [28] который нерастворим в холодной воде и разлагается в горячей воде. [29] Из-за высокой растворимости его соединений соли натрия обычно выделяют в виде твердых веществ путем выпаривания или осаждения с органическим антирастворителем, таким как этанол ; например, только 0,35 г/л хлорида натрия растворится в этаноле. [30] В качестве катализатора фазового переноса может использоваться краун -эфир, такой как 15-краун-5 . [31]
Содержание натрия в образцах определяется методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии или потенциометрией с использованием ионселективных электродов. [32]
Как и другие щелочные металлы, натрий растворяется в аммиаке и некоторых аминах, давая насыщенно окрашенные растворы; испарение этих растворов оставляет блестящую пленку металлического натрия. Растворы содержат координационный комплекс [Na(NH 3 ) 6 ] + , с положительным зарядом, уравновешенным электронами в виде анионов ; криптанды позволяют изолировать эти комплексы в виде кристаллических твердых веществ. Натрий образует комплексы с краун-эфирами, криптандами и другими лигандами. [33]
Например, 15-краун-5 имеет высокое сродство к натрию, поскольку размер полости 15-краун-5 составляет 1,7–2,2 Å, что достаточно для размещения иона натрия (1,9 Å). [34] [35] Криптанды, такие как краун-эфиры и другие ионофоры , также имеют высокое сродство к иону натрия; производные алкалида Na − могут быть получены [36] путем добавления криптандов к растворам натрия в аммиаке посредством диспропорционирования . [37]
Было получено много натрийорганических соединений. Из-за высокой полярности связей C-Na они ведут себя как источники карбанионов (солей с органическими анионами ). Некоторые известные производные включают циклопентадиенид натрия (NaC 5 H 5 ) и тритилнатрий ((C 6 H 5 ) 3 CNa). [38] Нафталин натрия , Na + [C 10 H 8 •] − , сильный восстановитель, образуется при смешивании Na и нафталина в эфирных растворах. [39]
Натрий образует сплавы со многими металлами, такими как калий, кальций , свинец и элементы 11 и 12 группы . Натрий и калий образуют KNa2 и NaK . NaK на 40–90% состоит из калия и находится в жидком состоянии при температуре окружающей среды . Он является отличным проводником тепла и электричества. Сплавы натрия и кальция являются побочными продуктами электролитического получения натрия из бинарной солевой смеси NaCl-CaCl2 и тройной смеси NaCl-CaCl2 - BaCl2 . Кальций лишь частично смешивается с натрием, и 1–2% его, растворенного в натрии, полученном из указанных смесей , можно осадить путем охлаждения до 120 °C и фильтрации. [40]
В жидком состоянии натрий полностью смешивается со свинцом. Существует несколько методов изготовления сплавов натрия и свинца. Один из них — расплавить их вместе, а другой — электролитически осадить натрий на расплавленных свинцовых катодах. NaPb 3 , NaPb, Na 9 Pb 4 , Na 5 Pb 2 и Na 15 Pb 4 — некоторые из известных сплавов натрия и свинца. Натрий также образует сплавы с золотом (NaAu 2 ) и серебром (NaAg 2 ). Известно, что металлы 12-й группы ( цинк , кадмий и ртуть ) образуют сплавы с натрием. NaZn 13 и NaCd 2 — сплавы цинка и кадмия. Натрий и ртуть образуют NaHg, NaHg 4 , NaHg 2 , Na 3 Hg 2 и Na 3 Hg. [41]
Из-за своей важности для здоровья человека соль долгое время была важным товаром. В средневековой Европе соединение натрия с латинским названием sodanum использовалось как средство от головной боли . Считается, что название «натрий» происходит от арабского слова suda , что означает «головная боль», поскольку облегчающие головную боль свойства карбоната натрия или соды были хорошо известны в ранние времена. [42]
Хотя натрий, иногда называемый содой , уже давно был известен в соединениях, сам металл не был выделен до 1807 года сэром Гемфри Дэви посредством электролиза гидроксида натрия . [43] [44] В 1809 году немецкий физик и химик Людвиг Вильгельм Гильберт предложил названия Natronium для «натрия» Гемфри Дэви и Kalium для «калия» Дэви. [45]
Химическая аббревиатура для натрия была впервые опубликована в 1814 году Йенсом Якобом Берцелиусом в его системе атомных символов [46] [47] и является аббревиатурой неолатинского названия элемента natrium , которое относится к египетскому natron [42] , природной минеральной соли, в основном состоящей из гидратированного карбоната натрия. Натрон исторически имел несколько важных промышленных и бытовых применений, позже затмеваемых другими соединениями натрия. [48]
Натрий придает пламени интенсивный желтый цвет. Еще в 1860 году Кирхгоф и Бунзен отметили высокую чувствительность теста натриевого пламени и заявили в Annalen der Physik und Chemie : [49]
В углу нашей комнаты площадью 60 м3, самой дальней от аппарата, мы взорвали 3 мг хлората натрия с молочным сахаром, наблюдая за несветящимся пламенем перед щелью. Через некоторое время оно засветилось ярко-желтым цветом и показало сильную линию натрия, которая исчезла только через 10 минут. Из веса натриевой соли и объема воздуха в комнате мы легко вычисляем, что одна часть по весу воздуха не может содержать более 1/20 миллионной веса натрия.
Земная кора содержит 2,27% натрия, что делает его шестым по распространенности элементом на Земле и четвертым по распространенности металлом после алюминия , железа , кальция и магния и впереди калия. [50] Предполагаемая распространенность натрия в океане составляет 10,8 грамма на литр. [51] Из-за своей высокой реакционной способности он никогда не встречается в чистом виде. Он встречается во многих минералах, некоторые из которых очень растворимы, такие как галит и натрон , другие гораздо менее растворимы, такие как амфибол и цеолит . Нерастворимость некоторых натриевых минералов, таких как криолит и полевой шпат, возникает из-за их полимерных анионов, которые в случае полевого шпата являются полисиликатами. Во Вселенной натрий является 15-м по распространенности элементом с распространенностью 20 000 частей на миллиард, [52] делая натрий 0,002% от общего числа атомов во Вселенной.
Атомарный натрий имеет очень сильноеспектральная линия в желто-оранжевой части спектра (та же линия, которая используется в уличных фонарях с парами натрия ). Она появляется как линия поглощения во многих типах звезд, включая Солнце . Линия была впервые изучена в 1814 году Йозефом фон Фраунгофером во время его исследования линий в солнечном спектре, теперь известных как линии Фраунгофера . Фраунгофер назвал ее линией «D», хотя теперь известно, что на самом деле это группа близко расположенных линий, разделенных тонкой и сверхтонкой структурой . [53]
Сила линии D позволяет обнаружить ее во многих других астрономических средах. В звездах она видна в любой, поверхность которой достаточно холодна для существования натрия в атомарной форме (а не ионизированной). Это соответствует звездам примерно F-типа и холоднее. Многие другие звезды, по-видимому, имеют линию поглощения натрия, но на самом деле это вызвано газом в межзвездной среде переднего плана . Эти две линии можно различить с помощью спектроскопии высокого разрешения, потому что межзвездные линии намного уже, чем те, которые расширяются вращением звезды . [54]
Натрий также был обнаружен в многочисленных средах Солнечной системы , включая экзосферы Меркурия [55] и Луны , [56] и многочисленные другие тела. Некоторые кометы имеют натриевый хвост , [57] который был впервые обнаружен в наблюдениях за кометой Хейла-Боппа в 1997 году. [ 58] Натрий даже был обнаружен в атмосферах некоторых экзопланет с помощью транзитной спектроскопии . [59]
Применяемый в довольно специализированных целях, ежегодно производится около 100 000 тонн металлического натрия. [60] Металлический натрий впервые был произведен в промышленных масштабах в конце девятнадцатого века [40] путем карботермического восстановления карбоната натрия при 1100 °C, как первый этап процесса Девиля для производства алюминия: [61] [62] [63]
Высокий спрос на алюминий создал необходимость в производстве натрия. Внедрение процесса Холла-Эру для производства алюминия путем электролиза расплавленной соляной ванны положило конец потребности в больших количествах натрия. Связанный процесс, основанный на восстановлении гидроксида натрия, был разработан в 1886 году. [61]
В настоящее время натрий производится в коммерческих целях путем электролиза расплавленного хлорида натрия (поваренной соли) на основе процесса, запатентованного в 1924 году. [64] [65] Это делается в ячейке Даунса , в которой NaCl смешивается с хлоридом кальция для снижения температуры плавления ниже 700 °C. [66] Поскольку кальций менее электроположителен , чем натрий, кальций не будет осаждаться на катоде. [67] Этот метод менее затратен, чем предыдущий процесс Кастнера (электролиз гидроксида натрия ). [68] Если требуется натрий высокой чистоты, его можно перегонять один или несколько раз.
Рынок натрия нестабилен из-за сложности его хранения и транспортировки; его необходимо хранить в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла , чтобы предотвратить образование поверхностного слоя оксида натрия или супероксида натрия . [69]
Хотя металлический натрий имеет некоторые важные применения, основные приложения для натрия используют соединения; миллионы тонн хлорида натрия , гидроксида и карбоната натрия производятся ежегодно. Хлорид натрия широко используется для борьбы с обледенением и в качестве консерванта; примеры использования бикарбоната натрия включают выпечку, в качестве разрыхлителя и содобласбливающую обработку . Наряду с калием, во многие важные лекарства добавляют натрий для улучшения их биодоступности ; хотя калий является лучшим ионом в большинстве случаев, натрий выбирают из-за его более низкой цены и атомного веса. [70] Гидрид натрия используется в качестве основы для различных реакций (таких как альдольная реакция ) в органической химии.
Металлический натрий используется в основном для производства борогидрида натрия , азида натрия , индиго и трифенилфосфина . Когда-то его широко использовали для производства тетраэтилсвинца и металлического титана; из-за отказа от ТЭС и новых методов производства титана производство натрия снизилось после 1970 года. [60] Натрий также используется в качестве легирующего металла, противонакипного агента , [71] и восстановителя для металлов, когда другие материалы неэффективны.
Обратите внимание, что свободный элемент не используется в качестве средства для образования накипи, ионы в воде заменяются на ионы натрия. Натриевые плазменные («паровые») лампы часто используются для уличного освещения в городах, излучая свет, который варьируется от желто-оранжевого до персикового по мере увеличения давления. [72] Сам по себе или с калием натрий является осушителем ; он дает интенсивную синюю окраску с бензофеноном , когда осушитель сухой. [73]
В органическом синтезе натрий используется в различных реакциях, таких как восстановление по Берчу , а также тест на слияние натрия, который проводится для качественного анализа соединений. [74] Натрий реагирует со спиртами и дает алкоксиды , а когда натрий растворяется в растворе аммиака, его можно использовать для восстановления алкинов до транс- алкенов . [75] [76] Лазеры, излучающие свет на линии натрия D, используются для создания искусственных лазерных направляющих звезд , которые помогают в адаптивной оптике для наземных телескопов видимого света. [77]
Жидкий натрий используется в качестве теплоносителя в быстрых реакторах с натриевым охлаждением [79], поскольку он обладает высокой теплопроводностью и малым сечением поглощения нейтронов , необходимыми для достижения высокого потока нейтронов в реакторе. [80] Высокая температура кипения натрия позволяет реактору работать при давлении окружающей среды (нормальном), [80] но к недостаткам можно отнести его непрозрачность, которая затрудняет визуальное обслуживание, и его сильные восстановительные свойства. Натрий взрывается при контакте с водой, хотя на воздухе он будет гореть только медленно. [81]
Радиоактивный натрий-24 может быть получен при бомбардировке нейтронами во время работы, что представляет небольшую опасность радиации; радиоактивность прекращается в течение нескольких дней после извлечения из реактора. [82] Если реактор необходимо часто останавливать, используется NaK . Поскольку NaK является жидкостью при комнатной температуре, охлаждающая жидкость не затвердевает в трубах. [83]
В этом случае пирофорность калия требует дополнительных мер предосторожности для предотвращения и обнаружения утечек. [84] Другое применение теплопередачи — тарельчатые клапаны в высокопроизводительных двигателях внутреннего сгорания; штоки клапанов частично заполнены натрием и работают как тепловая трубка для охлаждения клапанов. [85]
У людей натрий является важным минералом, который регулирует объем крови , артериальное давление, осмотическое равновесие и pH . Минимальная физиологическая потребность в натрии оценивается в диапазоне от около 120 миллиграммов в день у новорожденных до 500 миллиграммов в день в возрасте старше 10 лет. [86]
Хлорид натрия , также известный как пищевая соль или столовая соль [87] (химическая формула NaCl ), является основным источником натрия ( Na ) в рационе и используется в качестве приправы и консерванта в таких продуктах, как маринованные консервы и вяленое мясо ; для американцев большая часть хлорида натрия поступает из обработанных пищевых продуктов . [88] Другими источниками натрия являются его естественное наличие в пище и такие пищевые добавки, как глутамат натрия (MSG), нитрит натрия , сахарин натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия) и бензоат натрия . [89]
Институт медицины США установил допустимый верхний уровень потребления натрия в 2,3 грамма в день, [90] но среднестатистический человек в Соединенных Штатах потребляет 3,4 грамма в день. [91] Американская кардиологическая ассоциация рекомендует не более 1,5 г натрия в день. [92]
Комитет по рассмотрению рекомендуемых норм потребления натрия и калия, являющийся частью Национальной академии наук, инженерии и медицины, определил, что нет достаточных доказательств из научных исследований для установления значений расчетной средней потребности (EAR) и рекомендуемой суточной нормы (RDA) для натрия. В результате комитет установил вместо этого уровни адекватного потребления (AI) следующим образом. AI натрия для младенцев в возрасте 0–6 месяцев установлен на уровне 110 мг/день, 7–12 месяцев: 370 мг/день; для детей 1–3 лет: 800 мг/день, 4–8 лет: 1000 мг/день; для подростков: 9–13 лет – 1200 мг/день, 14–18 лет 1500 мг/день; для взрослых независимо от возраста или пола: 1500 мг/день. [93]
Хлорид натрия ( NaCl ) содержит приблизительно 39,34% элементарного натрия ( Na ) от общей массы. Это означает, что1 грамм хлорида натрия содержит примерно393,4 мг элементарного натрия. [94]
Например, чтобы узнать, сколько хлорида натрия содержится в 1500 мг элементарного натрия (значение 1500 мг натрия является адекватной нормой потребления (АП) для взрослого человека), можно воспользоваться пропорцией:
Решение относительно x дает нам количество хлорида натрия, которое содержит 1500 мг элементарного натрия:
Это означает, что 3812,91 мг хлорида натрия содержат 1500 мг элементарного натрия. [94]
Высокое потребление натрия вредно для здоровья и может привести к изменению механической работы сердца. [95] Высокое потребление натрия также связано с хронической болезнью почек , высоким кровяным давлением , сердечно-сосудистыми заболеваниями и инсультом . [95]
Существует сильная корреляция между более высоким потреблением натрия и более высоким кровяным давлением. [96] Исследования показали, что снижение потребления натрия на 2 г в день имеет тенденцию к снижению систолического кровяного давления примерно на 2–4 мм рт. ст. [97] Было подсчитано, что такое снижение потребления натрия приведет к снижению случаев гипертонии на 9–17% [97]
Гипертония ежегодно становится причиной 7,6 миллионов преждевременных смертей во всем мире. [98] Поскольку пищевая соль содержит около 39,3% натрия [99] — остальное — хлор и следовые количества химических веществ; таким образом, 2,3 г натрия составляют около 5,9 г или 5,3 мл соли — около одной чайной ложки США . [100] [101]
В одном научном обзоре было обнаружено, что люди с гипертонией или без нее, которые выделяли менее 3 граммов натрия в день с мочой (и, следовательно, потребляли менее 3 г/день), имели более высокий риск смерти, инсульта или сердечного приступа, чем те, кто выделял от 4 до 5 граммов в день. [102] Уровни 7 г в день или более у людей с гипертонией были связаны с более высокой смертностью и сердечно-сосудистыми событиями, но это не было обнаружено для людей без гипертонии . [102] FDA США заявляет, что взрослые с гипертонией и предгипертонией должны сократить ежедневное потребление натрия до 1,5 г. [101]
Система ренин-ангиотензин регулирует количество жидкости и концентрацию натрия в организме. Снижение артериального давления и концентрации натрия в почках приводит к выработке ренина , который, в свою очередь, производит альдостерон и ангиотензин , которые стимулируют обратное всасывание натрия в кровоток. Когда концентрация натрия увеличивается, выработка ренина уменьшается, и концентрация натрия возвращается к норме. [103] Ион натрия (Na + ) является важным электролитом в функции нейронов и в осморегуляции между клетками и внеклеточной жидкостью . Это достигается у всех животных с помощью Na + /K + -АТФазы , активного транспортера, перекачивающего ионы против градиента, и натрий/калиевых каналов. [104] Разница во внеклеточной и внутриклеточной концентрации ионов, поддерживаемая натрий-калиевым насосом, производит электрические сигналы в форме потенциалов действия , которые поддерживают сокращение сердечной мышцы и способствуют дальней связи между нейронами. [10] Натрий является наиболее распространенным металлическим ионом во внеклеточной жидкости. [105]
У людей необычно низкий или высокий уровень натрия в крови определяется в медицине как гипонатриемия и гипернатриемия . Эти состояния могут быть вызваны генетическими факторами, старением или длительной рвотой или диареей. [106]
В растениях C4 натрий является микроэлементом , который способствует метаболизму, в частности, регенерации фосфоенолпирувата и синтезу хлорофилла . [107] В других растениях он заменяет калий в нескольких ролях, таких как поддержание тургорного давления и помощь в открытии и закрытии устьиц . [108] Избыток натрия в почве может ограничить поглощение воды за счет снижения водного потенциала , что может привести к увяданию растения; избыточные концентрации в цитоплазме могут привести к ингибированию ферментов, что, в свою очередь, вызывает некроз и хлороз. [109]
В ответ некоторые растения выработали механизмы, ограничивающие поглощение натрия корнями, сохраняющие его в клеточных вакуолях и ограничивающие транспорт соли от корней к листьям. [110] Избыток натрия также может сохраняться в старых тканях растений, ограничивая повреждение нового роста. Галофиты приспособились к тому, чтобы процветать в богатых натрием средах. [110]
Натрий образует горючий водород и едкий гидроксид натрия при контакте с водой; [113] проглатывание и контакт с влагой на коже, глазах или слизистых оболочках может вызвать серьезные ожоги. [114] [115] Натрий спонтанно взрывается в присутствии воды из-за образования водорода (весьма взрывоопасный) и гидроксида натрия (который растворяется в воде, освобождая большую поверхность). Однако натрий, подвергшийся воздействию воздуха и воспламенившийся или достигший самовоспламенения (сообщается, что это происходит, когда расплавленная лужа натрия достигает примерно 290 °C, 554 °F) [116], демонстрирует относительно слабое возгорание.
В случае массивных (нерасплавленных) кусков натрия реакция с кислородом в конечном итоге замедляется из-за образования защитного слоя. [117] Огнетушители на основе воды ускоряют натриевые пожары. Огнетушители на основе диоксида углерода и бромхлордифторметана не следует использовать для тушения натриевых пожаров. [115] Металлические пожары относятся к классу D , но не все огнетушители класса D эффективны при тушении натриевых пожаров. Эффективным огнетушащим средством для натриевых пожаров является Met-LX. [115] Другие эффективные средства включают Lith-X, который содержит графитовый порошок и органофосфатный антипирен , а также сухой песок. [118]
Натриевые пожары предотвращаются в ядерных реакторах путем изоляции натрия от кислорода с помощью окружающих труб, содержащих инертный газ. [119] Натриевые пожары бассейнового типа предотвращаются с помощью различных конструктивных мер, называемых системами улавливающих поддонов. Они собирают вытекающий натрий в резервуар для сбора утечек, где он изолируется от кислорода. [119]
Пожары жидкого натрия более опасны в обращении, чем пожары твердого натрия, особенно если нет достаточного опыта безопасного обращения с расплавленным натрием. В техническом отчете для Пожарной администрации США [114] Р. Дж. Гордон пишет (выделено в оригинале)
Расплавленный натрий чрезвычайно опасен, поскольку он гораздо более реактивен, чем твердая масса. В жидкой форме каждый атом натрия свободен и подвижен, чтобы мгновенно соединиться с любым доступным атомом кислорода или другим окислителем, и любой газообразный побочный продукт будет создан как быстро расширяющийся газовый пузырь внутри расплавленной массы. Даже незначительное количество воды может создать этот тип реакции. Любое количество воды, введенное в бассейн расплавленного натрия, вероятно, вызовет сильный взрыв внутри жидкой массы, высвобождая водород в виде быстро расширяющегося газа и заставляя расплавленный натрий вырываться из контейнера.
Когда расплавленный натрий участвует в пожаре, возгорание происходит на поверхности жидкости. Инертный газ, такой как азот или аргон, может быть использован для образования инертного слоя над лужей горящего жидкого натрия, но газ должен применяться очень осторожно и удерживаться на поверхности. За исключением кальцинированной соды, большинство порошкообразных агентов, которые используются для тушения небольших пожаров в твердых кусках или неглубоких лужах, опустятся на дно расплавленной массы горящего натрия — натрий всплывет наверх и продолжит гореть. Если горящий натрий находится в контейнере, может быть целесообразно потушить пожар, накрыв контейнер крышкой, чтобы исключить доступ кислорода.