Натрий

Съединенията на натрия са познати и употребявани от човечеството от дълбока древност.^[3][4] Названието „натрий“ произлиза от древността, когато древните египтяни наричали съединенията на метала „натрон“, древните гърци – „нитрон“, а римляните и древните евреи – „нитер“.

Немският химик Мартин Клапрот нарича минералните алкални съединения „натрон“ или „натр“. Френският химик Лавоазие не поставя метала в своята „Таблица на простите тела“, защото смята, че най-вероятно е съединение, а не химичен елемент. Поради високата си реактивност, металът е изолиран сравнително късно, през 1807 г. от Хъмфри Дейви. Тогава той чрез електролиза на KOH отделя свободен K, а след няколко дни и Na от NaOH.^[5] Нарича елементите „потасиум“ и „содиум“. През 1808 г. се появява названието „натрониум“, което Берцелиус съкращава до „натриум“. В българския език името „натрий“ произлиза от руското „натрий“. Така в различните езици елементът бива наричан „натрий“, „натриум“ или „содиум“.^[3]

Натрият е много активен елемент и не се среща в свободно състояние в природата. Той е най-разпространеният алкален метал и е на шесто място по разпространеност в земната кора (2,3% по маса). Съставна част е на множество минерали като с промишлено значение са NaCl, амфиболите (например Na₂Mg₃Al₂Si₈O₂₂(OH)₂, Na₂Fe₃²⁺Fe3+
2Si₈O₂₂(OH)₂), криолит Na₃AlF₆, циолит NaAlSi₃O₈, мирабилит Na₂SO₄•10H₂O и нефелин Na₃KAl₄Si₄O₁₆.

Натрият е сребристосив нискотопим метал, който може да се реже с нож. Температурата му на топене е 97,8 °C, а на кипене – 882 °C. Има плътност 0,97 g/cm³. Поднесен в пламък, парите му излъчват жълт пламък, принадлежащ на D-линията на жълтото. Спектралните му линии се състоят от D₁- и D₂-линиите, със съответни дължини 589,597 nm и 589,000 nm.^[3]

Изотопи

Като елемент с нечетен пореден номер, притежава единствен стабилен изотоп ²³Na, синтезиран при термоядреното горене на C. Изотопът се синтезира в звезди с маси поне 5 пъти слънчевата при 8×10⁸ K и плътност 10⁵ g/cm³:

${\displaystyle {\ce {^12C + ^12C -> ^23Na + p \\ ^12C + ^12C -> ^23Mg + n \\ ^23 Mg -> ^23Na + e^+ + \nu_{e}}}}$

Получени и изследвани са 19 радиоактивни изотопа на натрия и един изомер, ^24mNa. Най-дълготрайни са ²²Na и ²⁴Na.^[3]

Натрият е типичен алкален метал, член на 1-ва група, 3-ти период. Има електронната структура [Ne]3s¹. Той е активен метал и реагира с повечето прости вещества и съединения, а под формата на катион се свързва с почти всички органични и неорганични аниони.^[3] Ниските стойности на йонизационна енергия и малката електроотрицателност определят метала като един от химически най-активните. При обикновени условия реагира с халогените, водорода, кислорода, сярата, повечето неметали, водата, оксидите и киселините. Разтваря се добре във вода и амоняк.^[4] Амонячният разтвор има син цвят и е силен редуктор:^[6]

${\displaystyle {\ce {Na2[Ni^{II}(CN)2] + 2Na ->[NH_{3}] Na4[Ni^{0}(CN)4]}}}$ ,

${\displaystyle {\ce {Mn^{0}2(CO)10 + 2Na ->2Na[Mn^{-1}(CO)5]}}}$ .

Възможно е и редуцирането на соли на тежки елементи до полианиони (Na₄[Sb₉]).^[6]

Химичната връзка в повечето съединения е почти напълно йонна. Йонът Na⁺ има конфигурацията на благородния газ Ne и има сферична симетрия. Поляризира се слабо и оказва слабо поляризиращо действие, поради което повечето съединения са бели.

Оксиди и хидроксид

При горене на въздух натрият гори до пероксид Na₂O₂, а в недостиг на O₂ образува Na₂O. При горене в среда на чист кислород под налягане образува супероксид NaO₂. Всички тези съединения са йонни кристални вещества.

NaOH е бяло, твърдо вещество, което поглъща влагата до превръщане в течност.^[3] Разтварянето му във вода е силно екзотермичен процес. Нарича се още сода каустик и е най-широко употребяваното в индустрията алкално вещество. Воден разтвор неутрализира практически всички киселини, поради което се използва в пречистването на петрола, в сапунопроизвоството, в производството на целофан, изкуствена коприна и множество химикали.

Соли

Натрият образува почти всички киселини до соли, почти всички от които са поне частично разтворими във вода.

Реагира с халогените до твърди бели кристални халогениди. NaCl е основно съединение за получаването на много други съединения на натрия: Na₂CO₃, Na₂SO₄, NaOCl, NaNO₃ и алкалният халогенид с най-голямо значение. Половината от производството му е за NaOH Na₂CO₃. NaNO₃ е тор, известна като чилска селитра.

Слаборазтворими натриеви соли са Na[Sb(OH)₆], KNaC₄H₄O₆, NaMg(UO₂)₃(CH₃COO)₉·9H₂0 и естерите с висши мастни киселини.

Други съединения

Образува йонен хидрид, NaH, който е силен редуктор и основа. Реагира с фосфора, антимона и бисмута до Na₃E.

Органометални съединения

Алкил- и арилнатриеви съединения се получават от метала и халогенопроизводно в ограничен разтвор:

${\displaystyle {\ce {RCl + 2Na -> RNa + NaCl}}}$ .

Те имат широко приложение и могат да се използват за съполимеризацията на стирол и 1,3-бутадиен до синтетичен каучук.

Натрият образува комплекси с коронни етери, например [Na(18-краун-6)]MnO₄. Те могат да се използват в неполярни разтвори и често служат са окисления на органични съединения.

Първият промишлен способ за производството на натрий е от 19-и век:^[3]

${\displaystyle {\ce {Na2CO3 + 2C -> 2Na + 3CO}}}$

Натрият се получава чрез стопилка на свои соли или NaOH.^[4] От предложените методи за редукция и електролиза на NaOH, по-евтин се оказва електролизата на NaCl, смесен с малки количества CaCl₂.

Много чист натрий се получава при разпадане на NaN₃:

${\displaystyle {\ce {2NaN3 -> 2Na + 3N2}}}$

Металът натрий има широко приложение в различни отрасли на индустрията и бита. Той се използва за очистване на активни метали, като Zr и K, когато са течни. Подобрява кристалната структура и заглажда повърхността на металните сплави. Използва се като сушител на органични разтворители и за получаването на силни редуктори: NaH, NaOCH₃, NaNH₂ и окислители: Na₂O₂.^[4]

Натрият се използва при синтеза на различни вещества като каучук, багрилото индиго, витамин B₁₂. Приложението му в атомните централи е свързано с добрата му топлопроводимост във втечнено състояние. Използва се и при производството на луминесцентни лампи.

Натриевите йони имат много физиологични функции, които са общи за всички животни. Едни от най-важните им функции са изтласкването навън и навътре на натриевите йони през калиево-натриевата помпа в клетъчната мембрана, контролирането на обема на клетката и други. Тези йони участват в минералния обмен на организма и регулират водния баланс. Морски организми, като бактерии и дребни водорасли, са способни да понасят соленост на водата до 25%.

При допир с кожата натрият предизвиква тежки изгаряния, тъй като реагира с влагата от въздуха и по кожата, водейки до образуването на натриев хидроксид, който има алкална реакция и е силно корозивен.