stringtranslate.com

Соединения натрия

Атомы натрия имеют 11 электронов, на один больше, чем стабильная конфигурация благородного газа неона . В результате натрий обычно образует ионные соединения с участием катиона Na + . [1] Натрий является реакционноспособным щелочным металлом и гораздо более стабилен в ионных соединениях . Он также может образовывать интерметаллические соединения и натрийорганические соединения. Соединения натрия часто растворимы в воде.

Металлический натрий

Металлический натрий, как правило, менее реактивен, чем калий , и более реактивен, чем литий . [2] Металлический натрий является высоко восстановительным, при этом стандартный восстановительный потенциал для пары Na + /Na составляет −2,71 вольта, [3] хотя калий и литий имеют еще более отрицательные потенциалы. [4] Тепловые, жидкостные, химические и ядерные свойства расплавленного металлического натрия сделали его одним из основных теплоносителей, выбранных для реакторов на быстрых нейтронах . Такие ядерные реакторы рассматриваются как важный шаг для производства чистой энергии. [5]

Соли и оксиды

Структура хлорида натрия , показывающая октаэдрическую координацию вокруг центров Na + и Cl − . Эта структура распадается при растворении в воде и восстанавливается при испарении воды.

Соединения натрия имеют огромное коммерческое значение, будучи особенно важными для отраслей промышленности, производящих стекло , бумагу , мыло и текстиль . [6] 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 ) . [ 7 ] В соединениях натрий обычно ионной связью связан с водой и анионами и рассматривается как жесткая кислота Льюиса . [ 8 ]

Два эквивалентных изображения химической структуры стеарата натрия , типичного мыла.

Большинство мыл представляют собой натриевые соли жирных кислот . Натриевые мыла имеют более высокую температуру плавления (и кажутся «жестче»), чем калиевые мыла. [7] Натрийсодержащие смешанные оксиды являются перспективными катализаторами [9] и фотокатализаторами. [10] Фотохимически интеркалированный ион натрия усиливает фотоэлектрокаталитическую активность WO 3 . [11]

Как и все щелочные металлы , натрий экзотермически реагирует с водой. В результате реакции образуется каустическая сода ( гидроксид натрия ) и горючий водород . При сгорании на воздухе он образует в основном перекись натрия с некоторым количеством оксида натрия . [12]

Водные растворы

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. [13]

Прямое осаждение солей натрия из водных растворов встречается редко, поскольку соли натрия обычно имеют высокое сродство к воде. Исключением является висмутат натрия (NaBiO 3 ). [14] Из-за высокой растворимости его соединений соли натрия обычно выделяют в виде твердых веществ путем испарения или осаждения с органическим антирастворителем, таким как этанол ; например, только 0,35 г/л хлорида натрия растворится в этаноле. [15] Краун-эфиры , такие как 15-краун-5 , могут использоваться в качестве катализатора фазового переноса . [16]

Содержание натрия в образцах определяется методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии или методом потенциометрии с использованием ионселективных электродов. [17]

Электроды и содиды

Как и другие щелочные металлы , натрий растворяется в аммиаке и некоторых аминах, давая глубоко 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. [18]

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). [19] [20] Криптанды, такие как краун-эфиры и другие ионофоры , также имеют высокое сродство к иону натрия; производные алкалида Na − могут быть получены [21] путем добавления криптандов к растворам натрия в аммиаке посредством диспропорционирования . [22]

Натрийорганические соединения

Структура комплекса натрия (Na + , показан желтым цветом) и антибиотика монензина -А.

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). [23] Нафталин натрия , Na + [C 10 H 8 •] − , сильный восстановитель, образуется при смешивании Na и нафталина в эфирных растворах. [24]

Интерметаллические соединения

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. [25]

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. [26]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Лоури Райан; Роджер Норрис (31 июля 2014 г.). Cambridge International AS and A Level Chemistry Coursebook (иллюстрированное издание). Cambridge University Press, 2014. стр. 36. ISBN 978-1-107-63845-7.
  2. ^ De Leon, N. "Reactivity of Alkali Metals". Indiana University Northwest . Архивировано из оригинала 16 октября 2018 года . Получено 7 декабря 2007 года .
  3. ^ Аткинс, Питер В.; де Паула, Хулио (2002). Физическая химия (7-е изд.). WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3539-7. OCLC  3345182.
  4. ^ Дэвис, Джулиан А. (1996). Синтетическая координационная химия: принципы и практика . World Scientific. стр. 293. ISBN 978-981-02-2084-6. OCLC  717012347.
  5. ^ "Реакторы на быстрых нейтронах | FBR - Всемирная ядерная ассоциация". World-nuclear.org . Получено 2022-10-04 .
  6. ^ Альфред Клемм, Габриэле Хартманн, Людвиг Ланге, «Натрий и его сплавы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2005, Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a24_277
  7. ^ аб Холлеман, Арнольд Ф.; Виберг, Эгон; Виберг, Нильс (1985). Lehrbuch der Anorganischen Chemie (на немецком языке) (изд. 91–100). Вальтер де Грюйтер. стр. 931–943. ISBN 978-3-11-007511-3.
  8. ^ Коуэн, Джеймс А. (1997). Неорганическая биохимия: Введение . Wiley-VCH. стр. 7. ISBN 978-0-471-18895-7. OCLC  34515430.
  9. ^ Ким, Хиён; Ли, Сухён; Чан, Соён; Ю, Джи-хэн; Ю, Чон Сук; О, Чанвон (5 сентября 2021 г.). «Влияние легкого легирования азотом на каталитические характеристики NaW/Mn/SiO2 для окислительной связи метана». Applied Catalysis B: Environmental . 292 : 120161. doi : 10.1016/j.apcatb.2021.120161 . ISSN  0926-3373.
  10. ^ Praxedes, Fabiano R.; Nobre, Marcos AL; Poon, Po S.; Matos, Juan; Lanfredi, Silvania (5 декабря 2021 г.). «Наноструктурированные полые сферы KxNa1-xNbO3 как потенциальные материалы для фотокаталитической очистки загрязненной воды». Applied Catalysis B: Environmental . 298 : 120502. doi : 10.1016/j.apcatb.2021.120502. ISSN  0926-3373. Архивировано из оригинала 8 января 2022 г. . Получено 8 января 2022 г. .
  11. ^ Szkoda, M.; Trzciński, K.; Trykowski, G.; Łapiński, M.; Lisowska-Oleksiak, A. (5 декабря 2021 г.). «Влияние катионов щелочных металлов на фотоактивность кристаллического и расслоенного аморфного WO3 – явление фотоинтеркаляции». Applied Catalysis B: Environmental . 298 : 120527. doi : 10.1016/j.apcatb.2021.120527 . ISSN  0926-3373.
  12. ↑ Гринвуд и Эрншоу, стр. 84.
  13. ^ Линкольн, СФ; Риченс, ДТ; Сайкс, АГ (2004). «Металлические акваионы». Всесторонняя координационная химия II . стр. 515. doi :10.1016/B0-08-043748-6/01055-0. ISBN 978-0-08-043748-4.
  14. ^ Дин, Джон Ори; Ланге, Норберт Адольф (1998). Справочник Ланге по химии . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-016384-3.
  15. ^ Берджесс, Дж. (1978). Ионы металлов в растворе . Нью-Йорк: Эллис Хорвуд. ISBN 978-0-85312-027-8.
  16. ^ Старкс, Чарльз М.; Лиотта, Чарльз Л.; Хэлперн, Марк (1994). Фазовый катализ: основы, применение и промышленные перспективы . Chapman & Hall. стр. 162. ISBN 978-0-412-04071-9. OCLC  28027599.
  17. ^ Levy, GB (1981). «Определение натрия с помощью ион-селективных электродов». Clinical Chemistry . 27 (8): 1435–1438. doi : 10.1093/clinchem/27.8.1435 . PMID  7273405. Архивировано из оригинала 5 февраля 2016 года . Получено 26 ноября 2011 года .
  18. ^ Ivor L. Simmons, ред. (6 декабря 2012 г.). Applications of the Newer Techniques of Analysis . Springer Science & Business Media, 2012. стр. 160. ISBN 978-1-4684-3318-0.
  19. ^ Сюй Хоу, ред. (22 июня 2016 г.). Проектирование, изготовление, свойства и применение интеллектуальных и передовых материалов (иллюстрированное ред.). CRC Press, 2016. стр. 175. ISBN 978-1-4987-2249-0.
  20. ^ Никос Хаджихристидис; Акира Хирао, ред. (2015). Анионная полимеризация: принципы, практика, прочность, последствия и применение (иллюстрированное ред.). Springer. стр. 349. ISBN 978-4-431-54186-8.
  21. ^ Дай, Дж. Л.; Серасо, Дж. М.; Мей Лок Так; Барнетт, Б. Л.; Техан, Ф. Дж. (1974). «Кристаллическая соль аниона натрия (Na − )». J. Am. Chem. Soc. 96 (2): 608–609. doi :10.1021/ja00809a060.
  22. ^ Холлеман, А. Ф.; Виберг, Э.; Виберг, Н. (2001). Неорганическая химия . Academic Press. ISBN 978-0-12-352651-9. OCLC  48056955.
  23. ^ Ренфроу, У. Б. младший; Хаузер, К. Р. (1943). «Трифенилметилнатрий». Органические синтезы; Собрание томов , т. 2, стр. 607.
  24. ↑ Гринвуд и Эрншоу, стр. 111.
  25. ^ Пол Эшворт; Джанет Четланд (31 декабря 1991 г.). Брайан, Пирсон (ред.). Специальные химикаты: Инновации в промышленном синтезе и применении (иллюстрированное издание). Лондон: Elsevier Applied Science. стр. 259–278. ISBN 978-1-85166-646-1. Архивировано из оригинала 16 декабря 2021 г. . Получено 27 июля 2021 г. .
  26. ^ Хабаши, Фатхи (21 ноября 2008 г.). Сплавы: приготовление, свойства, применение . John Wiley & Sons, 2008. стр. 278–280. ISBN 978-3-527-61192-8.