Натрий -Sodium

Натрий,  11 Na
Na (натрий).jpg
натрий
вид серебристо-белый металлик
Стандартный атомный вес A r °(Na)
Натрий в периодической таблице
Водород гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Утюг кобальт никель Медь Цинк Галлий Германий мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим неодим Прометий Самарий европий Гадолиний Тербий диспрозий гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран нептуний Плутоний Америций Куриум Берклиум Калифорния Эйнштейний Фермиум Менделевий Нобелий Лоуренсиум Резерфордиум Дубниум Сиборгиум борий Хассиум Мейтнериум Дармштадциум рентгений Коперниций Нихоний Флеровиум Московиум Ливермориум Теннесси Оганесон
Ли

На

К
неоннатриймагний
Атомный номер ( Z ) 11
Группа группа 1: водород и щелочные металлы
Период период 3
Блокировать   s-блок
Электронная конфигурация [ Ne ] 3 с 1
Электроны на оболочку 2, 8, 1
Физические свойства
Фаза на  СТП твердый
Температура плавления 370,944  К (97,794 ° С, 208,029 ° F)
Точка кипения 1156,090 К (882,940 ° С, 1621,292 ° F)
Плотность (около  rt ) 0,968 г/см 3
в жидком состоянии (при  т.пл. ) 0,927 г/см 3
Критическая точка 2573 К, 35 МПа (экстраполировано)
Теплота плавления 2,60  кДж/моль
Теплота парообразования 97,42 кДж/моль
Молярная теплоемкость 28,230 Дж/(моль·К)
Давление газа
Р  (Па) 1 10 100 1 тыс. 10 тыс. 100 тыс.
при  Т  (К) 554 617 697 802 946 1153
Атомные свойства
Степени окисления −1, 0, +1 (сильноосновной оксид )
электроотрицательность Шкала Полинга: 0,93
Энергии ионизации
Радиус атома эмпирический: 186  часов
Ковалентный радиус 166 ± 9 часов вечера
Радиус Ван-дер-Ваальса 227 часов
Цветовые линии в спектральном диапазоне
Спектральные линии натрия
Другие свойства
Естественное явление изначальный
Кристальная структура объемно -центрированная кубическая (ОЦК)
Объемно-центрированная кубическая кристаллическая структура натрия
Скорость звука тонкий стержень 3200 м/с (при 20 °С)
Тепловое расширение 71 мкм/(м⋅K) (при 25 °C)
Теплопроводность 142 Вт/(м⋅К)
Удельное электрическое сопротивление 47,7 нОм⋅м (при 20 °C)
Магнитный порядок парамагнитный
Молярная магнитная восприимчивость +16,0 × 10–6  см 3 / моль (298 К)
Модуль для младших 10 ГПа
Модуль сдвига 3,3 ГПа
Объемный модуль 6,3 ГПа
Твердость по шкале Мооса 0,5
твердость по Бринеллю 0,69 МПа
Количество CAS 7440-23-5
История
Открытие и первая изоляция Хамфри Дэви (1807 г.)
Символ «Na»: от нового латинского natrium , придуманного от немецкого Natron , « натрон ».
Основные изотопы натрия
Изотоп Избыток Период полувыведения ( t 1/2 ) Режим затухания Товар
22 На след 2.602 года β + 22 Не
23 На 100% стабильный
24 На след 14,96 ч β - 24 мг
 Категория: Натрий
| использованная литература

Натрийхимический элемент с символом  Na (от латинского natrium ) и атомным номером  11. Это мягкий, серебристо-белый, высокореактивный металл . Натрий — щелочной металл , относящийся к 1 группе периодической таблицы. Его единственный стабильный изотоп23 Na. Свободный металл не встречается в природе и должен быть получен из соединений. Натрий является шестым наиболее распространенным элементом в земной коре и присутствует 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 земных минералов на протяжении тысячелетий, и, таким образом, натрий и хлор являются наиболее распространенными растворенными элементами по весу в океанах.

Впервые натрий был выделен Гемфри Дэви в 1807 году путем электролиза гидроксида натрия . Среди многих других полезных соединений натрия, гидроксид натрия ( щелок ) используется в производстве мыла , а хлорид натрия ( пищевая соль ) является средством против обледенения и питательным веществом для животных, включая человека.

Натрий является важным элементом для всех животных и некоторых растений. Ионы натрия являются основным катионом внеклеточной жидкости (ECF) и, как таковые, вносят основной вклад в осмотическое давление ECF и объем компартмента ECF. Потеря воды из компартмента ECF увеличивает концентрацию натрия, состояние, называемое гипернатриемией . Изотоническая потеря воды и натрия из компартмента ECF уменьшает размер этого компартмента в состоянии, называемом гиповолемией ECF .

С помощью натрий-калиевого насоса живые клетки человека выкачивают из клетки три иона натрия в обмен на два закаченных иона калия; сравнивая концентрации ионов через клеточную мембрану, внутри и снаружи, калий составляет около 40:1, а натрий - около 1:10. В нервных клетках электрический заряд через клеточную мембрану обеспечивает передачу нервного импульса — потенциала действия — когда заряд рассеивается; натрий играет ключевую роль в этой деятельности.

Характеристики

Физический

Спектр излучения натрия с линией D.

Натрий при стандартной температуре и давлении представляет собой мягкий серебристый металл, который соединяется с кислородом воздуха и образует серовато-белый оксид натрия, если только он не погружен в масло или инертный газ, в которых он обычно хранится. Металлический натрий можно легко разрезать с помощью нож и является хорошим проводником электричества и тепла, потому что имеет только один электрон в своей валентной оболочке, что приводит к слабой металлической связи и свободным электронам, которые переносят энергию. Из-за малой атомной массы и большого атомного радиуса натрий занимает третье место по плотности среди всех элементарных металлов и является одним из трех металлов, которые могут плавать на воде, два других — литий и калий.

Температуры плавления (98 ° C) и кипения (883 ° C) натрия ниже, чем у лития, но выше, чем у более тяжелых щелочных металлов калия, рубидия и цезия, в соответствии с периодическими тенденциями вниз по группе. Эти свойства резко меняются при повышенных давлениях: 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 представляет собой чистое и прозрачное твердое вещество. Все эти аллотропы высокого давления являются изоляторами и электридами .

Положительный пламенный тест на натрий имеет ярко-желтый цвет.

В испытании пламенем натрий и его соединения светятся желтым, 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 3p-орбитали делят D-линию на две части: 589,0 и 589,6 нм; сверхтонкие структуры , включающие обе орбитали, вызывают гораздо больше линий.

Изотопы

Известно 20 изотопов натрия, но только 23 изотопа Na стабильны. 23 Na создается в процессе сжигания углерода в звездах путем слияния двух атомов углерода вместе; для этого требуются температуры выше 600 мегакельвинов и звезда с массой не менее трех солнечных. Два радиоактивных космогенных изотопа являются побочным продуктом расщепления космическими лучами : 22 Na имеет период полураспада 2,6 года и 24 Na, период полураспада 15 часов; все остальные изотопы имеют период полураспада менее одной минуты.

Были обнаружены два ядерных изомера , наиболее долгоживущий из которых представляет собой 24m Na с периодом полураспада около 20,2 миллисекунды. Острое нейтронное излучение, например, в результате аварии с ядерной критичностью , превращает часть стабильного 23 Na в крови человека в 24 Na; дозу нейтронного облучения пострадавшего можно рассчитать, измерив концентрацию 24 Na по отношению к 23 Na.

Химия

Атомы натрия имеют 11 электронов, что на один больше, чем в стабильной конфигурации благородного газа неона . Энергии первой и второй ионизации равны 495,8 кДж/моль и 4562 кДж/моль соответственно. В результате натрий обычно образует ионные соединения с участием катиона Na + .

Металлический натрий

Металлический натрий обычно менее реакционноспособен, чем калий , и более реакционноспособен, чем литий . Металлический натрий сильно восстанавливает, при этом стандартный восстановительный потенциал для пары Na + / Na составляет -2,71 вольт, хотя калий и литий имеют еще более отрицательные потенциалы. Тепловые, жидкостные, химические и ядерные свойства расплавленного металлического натрия сделали его одним из основных теплоносителей для реактора-размножителя на быстрых нейтронах . Такие ядерные реакторы рассматриваются как решающий шаг к производству экологически чистой энергии.

Соли и оксиды

Структура хлорида натрия с октаэдрической координацией вокруг центров Na + и Cl - . Этот каркас распадается при растворении в воде и собирается заново, когда вода испаряется.

Соединения натрия имеют огромное коммерческое значение, особенно в отраслях, производящих стекло , бумагу , мыло и текстиль . Наиболее важными соединениями натрия являются поваренная соль ( NaCl ), кальцинированная сода (Na 2 CO 3 ), пищевая сода (Na HCO 3 ), едкий натр (NaOH), нитрат натрия (Na NO 3 ), ди- и тринатрий . фосфаты , тиосульфат натрия (Na 2 S 2 O 3 ·5H 2 O) и бура (Na 2 B 4 O 7 ·10H 2 O). В соединениях натрий обычно ионно связан с водой и анионами и рассматривается как жесткая кислота Льюиса .

Два эквивалентных изображения химической структуры стеарата натрия , типичного мыла.

Большинство мыл представляют собой натриевые соли жирных кислот . Мыла натрия имеют более высокую температуру плавления (и кажутся более твердыми), чем мыла калия. Натрийсодержащие смешанные оксиды являются перспективными катализаторами и фотокатализаторами. Фотохимически интеркалированный ион натрия усиливает фотоэлектрокалитическую активность WO 3 .

Как и все щелочные металлы , натрий экзотермически реагирует с водой. В результате реакции образуется каустическая сода ( гидроксид натрия ) и легковоспламеняющийся газообразный водород . При сгорании на воздухе образует преимущественно пероксид натрия с некоторым количеством оксида натрия .

Водные растворы

Натрий имеет тенденцию образовывать водорастворимые соединения, такие как галогениды , сульфаты , нитраты , карбоксилаты и карбонаты . Основными водными формами являются аквакомплексы [Na(H 2 O) n ] + , где n = 4–8; с n = 6, указанным из данных рентгеновской дифракции и компьютерного моделирования.

Прямое осаждение солей натрия из водных растворов происходит редко, поскольку соли натрия обычно имеют высокое сродство к воде. Исключение составляет висмутат натрия (NaBiO 3 ). Из-за высокой растворимости его соединений соли натрия обычно выделяют в виде твердых веществ выпариванием или осаждением органическим антирастворителем, например этанолом ; например, только 0,35 г/л хлорида натрия растворяются в этаноле. Краун-эфиры , такие как 15-краун-5 , могут использоваться в качестве катализатора межфазного переноса .

Содержание натрия в пробах определяют атомно-абсорбционной спектрофотометрией или потенциометрией с использованием ионоселективных электродов.

Электриды и содиды

Как и другие щелочные металлы, натрий растворяется в аммиаке и некоторых аминах, образуя растворы с яркой окраской; 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 выделить эти комплексы в виде кристаллических твердых веществ. Натрий образует комплексы с краун-эфирами, криптандами и другими лигандами.

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). Криптанды, как краун-эфиры и другие ионофоры , также обладают высоким сродством к иону натрия; производные алкалида Na - получают добавлением криптандов к растворам натрия в аммиаке путем диспропорционирования .

Натрийорганические соединения

Строение комплекса натрия (Na + , показано желтым цветом) и антибиотика монензина -А .

Получено много натрийорганических соединений. Из-за высокой полярности связей C-Na они ведут себя как источники карбанионов (солей с органическими анионами ). Некоторые хорошо известные производные включают циклопентадиенид натрия (NaC 5 H 5 ) и тритил натрия ((C 6 H 5 ) 3 CNa). Нафталин натрия , Na + [C 10 H 8 •] - , сильный восстановитель, образуется при смешивании Na и нафталина в эфирных растворах.

Интерметаллические соединения

Натрий образует сплавы со многими металлами, такими как калий, кальций , свинец и элементы 11 и 12 групп . Натрий и калий образуют KNa 2 и NaK . NaK состоит из 40–90% калия и является жидким при температуре окружающей среды . Это отличный тепло- и электропроводник. Натриево-кальциевые сплавы являются побочными продуктами электролитического производства натрия из бинарной смеси солей NaCl-CaCl 2 и тройной смеси NaCl-CaCl 2 -BaCl 2 . Кальций лишь частично смешивается с натрием, и 1-2% его, растворенные в натрии, полученном из указанных смесей, можно осадить охлаждением до 120°С и фильтрованием.

В жидком состоянии натрий полностью смешивается со свинцом. Существует несколько способов изготовления натрий-свинцовых сплавов. Один состоит в том, чтобы 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 являются некоторыми из известных натрий-свинцовых сплавов. Натрий также образует сплавы с золотом (NaAu 2 ) и серебром (NaAg 2 ). Известно, что металлы 12 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.

История

Из-за своей важности для здоровья человека соль долгое время была важным товаром, о чем свидетельствует английское слово « зарплата », происходящее от слова « salarium » — облатки с солью, которые иногда давали римским солдатам вместе с другой их заработной платой. В средневековой Европе соединение натрия с латинским названием sodanum использовалось как средство от головной боли . Считается, что название натрия происходит от арабского слова suda , что означает головная боль, так как облегчающие головную боль свойства карбоната натрия или соды были хорошо известны в ранние времена.

Хотя натрий, иногда называемый содой , уже давно был обнаружен в соединениях, сам металл не был выделен до 1807 года сэром Хамфри Дэви посредством электролиза гидроксида натрия . В 1809 году немецкий физик и химик Людвиг Вильгельм Гилберт предложил названия Natronium для «натрия» Гемфри Дэви и Kalium для «калия» Дэви.

Химическая аббревиатура для натрия была впервые опубликована в 1814 году Йонсом Якобом Берцелиусом в его системе атомных символов и является аббревиатурой нового латинского названия элемента natrium , которое относится к египетскому натрону , природной минеральной соли, в основном состоящей из гидратированного карбоната натрия. . Натрон исторически имел несколько важных промышленных и бытовых применений, которые позже затмили другие соединения натрия.

Натрий придает пламени интенсивный желтый цвет. Еще в 1860 году Кирхгоф и Бунзен отметили высокую чувствительность теста с натриевым пламенем и заявили в Annalen der Physik und Chemie :

В самом дальнем от аппарата углу нашей 60-метровой комнаты мы взорвали 3 мг хлората натрия с молочным сахаром, наблюдая за несветящимся пламенем перед щелью. Через некоторое время он засветился ярко-желтым светом и показал сильную линию натрия, которая исчезла только через 10 минут. По весу натриевой соли и объему воздуха в комнате мы легко вычисляем, что одна часть по весу воздуха не может содержать более 1/20 миллионной по весу натрия.

Вхождение

Земная кора содержит 2,27% натрия, что делает его седьмым по распространенности элементом на Земле и пятым по распространенности металлом после алюминия , железа , кальция и магния и впереди калия. Расчетное содержание натрия в океане составляет 10,8 грамма на литр. Из-за своей высокой реакционной способности он никогда не встречается в чистом виде. Он содержится во многих минералах, некоторые хорошо растворимы, такие как галит и натрон , другие гораздо менее растворимы, такие как амфибол и цеолит . Нерастворимость некоторых минералов натрия, таких как криолит и полевой шпат , возникает из-за их полимерных анионов, которые в случае полевого шпата представляют собой полисиликат.

Астрономические наблюдения

Атомарный натрий обладает очень сильнымспектральная линия в желто-оранжевой части спектра (та же самая линия, которая используется в уличных фонарях на парах натрия ). Это проявляется как линия поглощения у многих типов 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 она представляет собой группу близко расположенных линий, разделенных тонкой и сверхтонкой структурой .

Сила линии D позволяет обнаружить ее во многих других астрономических средах. В звездах это наблюдается в любых, поверхности которых достаточно холодны для того, чтобы натрий существовал в атомарной форме (а не в ионизированной). Это соответствует звездам примерно F-типа и холоднее. Многие другие звезды, по-видимому, имеют линию поглощения натрия, но на самом деле это вызвано наличием газа в межзвездной среде на переднем плане . Их можно различить с помощью спектроскопии высокого разрешения, потому что межзвездные линии намного уже, чем уширенные за счет вращения звезды .

Натрий также был обнаружен во многих средах Солнечной системы , включая атмосферу Меркурия , экзосферу Луны и множество других тел. Некоторые кометы имеют натриевый хвост , который впервые был обнаружен при наблюдениях за кометой Хейла-Боппа в 1997 году. Натрий даже был обнаружен в атмосферах некоторых внесолнечных планет с помощью транзитной спектроскопии .

Коммерческое производство

При использовании только в довольно специализированных приложениях ежегодно производится только около 100 000 тонн металлического натрия. Металлический натрий был впервые получен в промышленных масштабах в конце 19 века путем карботермического восстановления карбоната натрия при 1100 ° C в качестве первого этапа процесса Девиля для производства алюминия:

Na 2 CO 3 + 2 C → 2 Na + 3 CO

Высокий спрос на алюминий создал потребность в производстве натрия. Внедрение процесса Холла-Эру для производства алюминия путем электролиза в ванне с расплавленной солью устранило потребность в больших количествах натрия. Родственный процесс, основанный на восстановлении гидроксида натрия, был разработан в 1886 году.

В настоящее время натрий производится в промышленных масштабах путем электролиза расплавленного хлорида натрия на основе процесса, запатентованного в 1924 году. Это делается в ячейке Даунса, в которой NaCl смешивается с хлоридом кальция для снижения температуры плавления ниже 700 ° C. Поскольку кальций менее электроположителен , чем натрий, кальций не будет осаждаться на катоде. Этот метод менее дорог, чем предыдущий процесс Кастнера (электролиз гидроксида натрия ). Если требуется натрий высокой чистоты, его можно перегонять один или несколько раз.

Рынок натрия нестабилен из-за сложности его хранения и доставки; он должен храниться в атмосфере сухого инертного газа или безводного минерального масла , чтобы предотвратить образование поверхностного слоя оксида натрия или супероксида натрия .

Использование

Хотя металлический натрий имеет несколько важных применений, основные применения соединений натрия; ежегодно производятся миллионы тонн хлорида , гидроксида и карбоната натрия . Хлорид натрия широко используется для защиты от обледенения и против обледенения, а также в качестве консерванта; примеры использования бикарбоната натрия включают выпечку в качестве разрыхлителя и пескоструйную обработку . Наряду с калием во многие важные лекарства добавляют натрий для улучшения их биодоступности ; хотя калий в большинстве случаев является лучшим ионом, натрий выбран из-за его более низкой цены и атомного веса. Гидрид натрия используется в качестве основы для различных реакций (таких как альдольная реакция ) в органической химии и в качестве восстановителя в неорганической химии.

Металлический Натрий используется в основном для производства боргидрида натрия , азида натрия , индиго и трифенилфосфина . Когда-то распространенным применением было производство тетраэтилсвинца и металлического титана; из-за отказа от TEL и новых методов производства титана производство натрия сократилось после 1970 года. Натрий также используется в качестве легирующего металла, средства против образования накипи и в качестве восстановителя для металлов, когда другие материалы неэффективны.

Обратите внимание, что свободный элемент не используется в качестве средства для образования накипи, ионы в воде заменяются ионами натрия. Натриевые плазменные («паровые») лампы часто используются для уличного освещения в городах, испуская свет от желто-оранжевого до персикового по мере увеличения давления. Сам по себе или в сочетании с калием натрий является осушителем ; он дает интенсивную синюю окраску с бензофеноном , когда осушитель сухой.

В органическом синтезе натрий используется в различных реакциях, таких как восстановление Берча , а тест плавления натрия проводится для качественного анализа соединений. Натрий реагирует со спиртом с образованием алкоксидов, а при растворении натрия в растворе аммиака его можно использовать для восстановления алкинов до транс-алкенов. Лазеры, излучающие свет в линии D натрия, используются для создания искусственных лазерных направляющих звезд , которые помогают в адаптивной оптике для наземных телескопов видимого света.

Теплопередача

Фазовая диаграмма NaK , показывающая температуру плавления натрия в зависимости от концентрации калия. NaK с 77% калия является эвтектическим и имеет самую низкую температуру плавления среди сплавов NaK при -12,6 ° C.

Жидкий натрий используется в качестве теплоносителя в быстрых реакторах с натриевым охлаждением , поскольку он обладает высокой теплопроводностью и низким поперечным сечением поглощения нейтронов, необходимыми для достижения высокого потока нейтронов в реакторе. Высокая температура кипения натрия позволяет реактору работать при атмосферном (нормальном) давлении, но к недостаткам относятся его непрозрачность, затрудняющая визуальное обслуживание, и его сильные восстановительные свойства. Натрий взорвется при контакте с водой, но лишь слегка горит на воздухе.

Радиоактивный натрий-24 может образовываться при бомбардировке нейтронами во время работы, что представляет небольшую радиационную опасность; радиоактивность прекращается в течение нескольких дней после удаления из реактора. Если реактор необходимо часто останавливать , используется NaK . Поскольку NaK является жидкостью при комнатной температуре, хладагент не затвердевает в трубах.

В этом случае пирофорность калия требует дополнительных мер предосторожности для предотвращения и обнаружения утечек. Еще одним применением теплопередачи являются тарельчатые клапаны в высокопроизводительных двигателях внутреннего сгорания; стержни клапанов частично заполнены натрием и работают как тепловая трубка для охлаждения клапанов.

Биологическая роль

Биологическая роль в организме человека

Для человека натрий является важным минералом, который регулирует объем крови, кровяное давление, осмотическое равновесие и рН . Минимальная физиологическая потребность в натрии оценивается в пределах от 120 миллиграммов в день у новорожденных до 500 миллиграммов в день старше 10 лет.

Диета

Хлорид натрия ( соль ) является основным источником натрия 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 . Другими источниками натрия являются его естественное присутствие в пище и такие пищевые добавки, как глутамат натрия (MSG), нитрит натрия, сахарин натрия, пищевая сода (бикарбонат натрия) и бензоат натрия .

Институт медицины США установил допустимый верхний уровень потребления натрия на уровне 2,3 грамма в день, но средний человек в Соединенных Штатах потребляет 3,4 грамма в день. Американская кардиологическая ассоциация рекомендует не более 1,5 г натрия в день.

Высокое потребление натрия

Высокое потребление натрия вредно для здоровья и может привести к изменению механических характеристик сердца. Высокое потребление натрия также связано с хроническим заболеванием почек , высоким кровяным давлением , сердечно- сосудистыми заболеваниями и инсультом .

Высокое кровяное давление

Существует сильная корреляция между более высоким потреблением натрия и более высоким кровяным давлением. Исследования показали, что снижение потребления натрия на 2 г в день приводит к снижению систолического артериального давления примерно на 2–4 мм рт. Было подсчитано, что такое снижение потребления натрия приведет к уменьшению числа случаев гипертонии на 9–17% .

Гипертония ежегодно вызывает 7,6 миллионов преждевременных смертей во всем мире. (Обратите внимание, что соль содержит около 39,3% натрия, а остальное приходится на хлор и следовые количества химических веществ; таким образом, 2,3 г натрия составляют примерно 5,9 г или 5,3 мл соли — примерно одну чайную ложку США .)

Одно исследование показало, что люди с гипертонией или без нее, которые выделяют менее 3 граммов натрия в день с мочой (и, следовательно, потребляют менее 3 г натрия в день), имеют более высокий риск смерти, инсульта или сердечного приступа, чем те, кто выделяет 4-5 граммов в день. Уровни 7 г в день и более у людей с гипертонией были связаны с более высокой смертностью и сердечно-сосудистыми событиями, но это не было верно для людей без гипертонии . FDA США утверждает, что взрослые с гипертонией и предгипертонией должны снизить ежедневное потребление натрия до 1,5 г.

физиология

Ренин - ангиотензиновая система 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 , что стимулирует обратное всасывание натрия в кровоток. При увеличении концентрации натрия продукция ренина снижается, и концентрация натрия возвращается к норме. Ион натрия (Na + ) является важным электролитом в функционировании нейронов и в осморегуляции между клетками и внеклеточной жидкостью . У всех животных это достигается с помощью Na + /K + -АТФазы , активного переносчика, перекачивающего ионы против градиента, и натриевых/калиевых каналов. Натрий является наиболее распространенным ионом металла во внеклеточной жидкости.

У человека необычно низкий или высокий уровень натрия в крови распознается в медицине как гипонатриемия и гипернатриемия . Эти состояния могут быть вызваны генетическими факторами, старением или продолжительной рвотой или диареей.

Биологическая роль в растениях

В растениях С4 натрий является микроэлементом , который способствует метаболизму, в частности, регенерации фосфоенолпирувата и синтезу хлорофилла . В других он заменяет калий в нескольких ролях, таких как поддержание тургорного давления и помощь в открытии и закрытии устьиц . Избыток натрия в почве может ограничить поглощение воды за счет снижения водного потенциала , что может привести к увяданию растений; избыточные концентрации в цитоплазме могут привести к ингибированию ферментов, что, в свою очередь, вызывает некроз и хлороз.

В ответ некоторые растения разработали механизмы, ограничивающие поглощение натрия корнями, сохраняющие его в клеточных вакуолях и ограничивающие перенос соли от корней к листьям. Избыток натрия может также накапливаться в старых тканях растений, ограничивая повреждение новых побегов. Галофиты приспособились к жизни в среде, богатой натрием.

Безопасность и меры предосторожности

натрий
Опасности
Маркировка СГС :
GHS02: легковоспламеняющийсяGHS05: коррозионно-активный
Опасность
Х260 , Х314
П223 , П231+П232 , П280 , П305+П351 +П338 , П370+П378 , П422
NFPA 704 (огненный алмаз)
3
2
2

Натрий образует легковоспламеняющийся водород и едкий гидроксид натрия при контакте с водой; проглатывание и попадание влаги на кожу, глаза или слизистые оболочки может вызвать сильные ожоги. Натрий самопроизвольно взрывается в присутствии воды из-за образования водорода (сильно взрывоопасного) и гидроксида натрия (который растворяется в воде, освобождая большую поверхность). Однако натрий, подвергшийся воздействию воздуха и воспламененный или достигший самовоспламенения (сообщается, что это происходит, когда расплавленная лужа натрия достигает температуры около 290 ° C, 554 ° F), проявляет относительно слабое возгорание.

В случае массивных (нерасплавленных) кусков натрия реакция с кислородом со временем замедляется из-за образования защитного слоя. Огнетушители на водной основе ускоряют возгорание натрия. Те, которые основаны на диоксиде углерода и бромхлордифторметане , не должны использоваться для сжигания натрия. Металлические пожары относятся к классу D , но не все огнетушители класса D эффективны при тушении натриевых пожаров. Эффективным средством тушения натриевых пожаров является Met-LX. Другие эффективные агенты включают Lith-X, содержащий графитовый порошок и фосфорорганический антипирен , и сухой песок.

Пожары натрия в ядерных реакторах предотвращаются путем изоляции натрия от кислорода окружающими трубами, содержащими инертный газ. Пожары натрия в бассейнах предотвращаются с помощью различных конструктивных мер, называемых системами улавливающих поддонов. Они собирают просачивающийся натрий в резервуар для сбора утечек, где он изолируется от кислорода.

Загорание жидкого натрия более опасно, чем загорание твердого натрия, особенно при недостаточном опыте безопасного обращения с расплавленным натрием. В техническом отчете для Управления пожарной охраны США Р. Дж. Гордон пишет (курсив в оригинале)

После воспламенения натрий очень трудно потушить. Он будет бурно реагировать с водой, как отмечалось ранее, и с любым огнетушащим веществом, содержащим воду. Он также вступает в реакцию со многими другими распространенными огнетушащими веществами, включая двуокись углерода, соединения галогенов и большинство сухих химических веществ. Единственными безопасными и эффективными средствами пожаротушения являются полностью сухие инертные материалы, такие как огнетушащие вещества класса D, кальцинированная сода, графит, диатомовая земля или хлорид натрия, все из которых можно использовать для захоронения небольшого количества горящего натрия и исключения кислорода из доходит до металла.

Огнетушащее вещество должно быть абсолютно сухим, так как даже следы воды в материале могут вступить в реакцию с горящим натрием и вызвать взрыв. Хлорид натрия признан средством пожаротушения из-за его химической стабильности, однако он гигроскопичен (имеет свойство притягивать и удерживать молекулы воды на поверхности кристаллов соли) и должен храниться абсолютно сухим, чтобы его можно было безопасно использовать в качестве огнетушащего вещества. . Каждый кристалл хлорида натрия также содержит небольшое количество влаги в структуре кристалла.

Расплавленный натрий чрезвычайно опасен, потому что он гораздо более реакционноспособен, 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 в виде быстро расширяющегося газового пузыря внутри расплавленной массы. Даже незначительное количество воды может вызвать такую ​​реакцию. Любое количество воды, введенное в бассейн с расплавленным натрием, может вызвать сильный взрыв внутри жидкой массы, высвобождая водород в виде быстро расширяющегося газа и заставляя расплавленный натрий выплескиваться из контейнера.

При возгорании расплавленного натрия горение происходит на поверхности жидкости. Инертный газ, такой как азот или аргон, можно использовать для образования инертного слоя над резервуаром с горящим жидким натрием, но газ должен подаваться очень осторожно и удерживаться на поверхности. За исключением кальцинированной соды, большинство порошкообразных реагентов, которые используются для тушения небольших пожаров в твердых частицах или мелких лужах, опускаются на дно расплавленной массы горящего натрия — натрий всплывает наверх и продолжает гореть. Если горящий натрий находится в контейнере, можно потушить огонь, накрыв контейнер крышкой, чтобы исключить попадание кислорода.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки