Натрий активно реагирует с водой. Секреты реакции металлического натрия с водой

Натрий является очень активным металлом, который реагирует со многими веществами. Реакции с участием натрия могут протекать бурно со значительным выделением тепла. При этом часто происходит воспламенение, и даже взрыв. Для безопасной работы с натрием необходимо иметь четкое представление о его физических и химических свойствах.

Натрий легкий (плотность 0.97 г/см3), мягкий и легкоплавкий (Тпл 97,86° С) металл. По твердости он напоминает парафин или мыло. На воздухе натрий очень быстро окисляется, покрываясь серой пленкой, что состоит из перекиси Na2O2 и карбоната, поэтому натрий хранят в хорошо закрытых банках под слоем безводного керосина или масла.

Кусочек натрия нужного размера отрезают, не вынимая металл из керосина, с помощью ножа или скальпеля. Из банки натрий достают пинцетом. Все инструменты должны быть сухими! После этого натрий освобождают от остатков керосина с помощью фильтровальной бумажки. В некоторых случаях металл очищают скальпелем от слоя перекиси, поскольку контакт перекиси со свежей поверхностью натрия может привести к взрыву. Натрий нельзя брать руками. Обрезки натрия сплавляют при слабом нагревании под слоем керосина.

Посуду, в которой был натрий, ни в коем случае не допускается мыть водой - это может привести к взрыву с трагическими последствиями. Остатки натрия устраняют добавлением спирта, только после этого можно применять воду.

Работать с натрием необходимо в защитных очках. Никогда не забывайте, с чем вы имеете дело - взрыв может произойти в самый неожиданный и неподходящий момент, и к этому нужно быть готовым.

Реакция натрия с водой

В кристаллизатор налейте на 3/4 воду и добавьте в нее несколько капель фенолфталеина. Бросьте в кристаллизатор кусочек натрия размером с половину горошины. Натрий останется на поверхности, поскольку он легче воды. Кусочек начнет активно реагировать с водой с выделением водорода. От тепла реакции металл расплавится и превратится в серебристую капельку, которая будет активно бегать по поверхности воды. При этом слышится шипение. Иногда водород, который выделяется, загорается желтым пламенем. Такой цвет придают ему пары натрия. Если воспламенения не произошло, водород можно поджечь. Однако кусочки натрия размером меньше пшеничного зернышка гаснут.

В результате реакции образуется щелочь, которая действует на фенолфталеин, поэтому кусочек натрия оставляет за собой малиновый след. Под конец опыта практически вся вода в кристаллизаторе окрасится в малиновый цвет.

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Стенки кристаллизатора должны быть свободны от жира и других загрязнений. В случае необходимости их промывают раствором щелочи, иначе натрий прилипает к стенкам, и кристаллизатор может треснуть.

Опыт следует проводить в защитной маске или защитных очках. Во время реакции держитесь на некотором расстоянии и ни в коем случае не наклоняйтесь над кристаллизатором. Попадание расплавленного натрия или брызг щелочи в глаза грозит практически гарантированной слепотой.

Источник www.chemistry-chemists.com

В разделе на вопрос как реагирует натрий с водой? заданный автором Даниил Гурецкий лучший ответ это Натрий является очень активным металлом, который реагирует со многими веществами. Реакции с участием натрия могут протекать бурно со значительным выделением тепла. При этом часто происходит воспламенение, и даже взрыв. Для безопасной работы с натрием необходимо иметь четкое представление о его физических и химических свойствах. Реакция натрия с водой
В кристаллизатор налейте на 3/4 воду и добавьте в нее несколько капель фенолфталеина. Бросьте в кристаллизатор кусочек натрия размером с половину горошины. Натрий останется на поверхности, поскольку он легче воды. Кусочек начнет активно реагировать с водой с выделением водорода. От тепла реакции металл расплавится и превратится в серебристую капельку, которая будет активно бегать по поверхности воды. При этом слышится шипение. Иногда водород, который выделяется, загорается желтым пламенем. Такой цвет придают ему пары натрия. Если воспламенения не произошло, водород можно поджечь. Однако кусочки натрия размером меньше пшеничного зернышка гаснут.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2
В результате реакции образуется щелочь, которая действует на фенолфталеин, поэтому кусочек натрия оставляет за собой малиновый след. Под конец опыта практически вся вода в кристаллизаторе окрасится в малиновый цвет.
Источник:

Ответ от Невроз [гуру]
С образованием основания и водорода

Ответ от Малосольный [гуру]
Бурно, радостно и охотно. Любо-дорого смотреть!

Ответ от Михаил Сидоров [новичек]
Плавает потом взрывается = СЛЕДЫ НА ПОТОЛКЕ...опасно, натрий хранят в емкостях заполненных гелеобразным веществом не реагирующим с натрием

Ответ от Id 155255087 [мастер]
Натрий стоит на первом месте по активности металлов... О4ень бурно реагирует с водой... И поэтому он образует едкую щёло4ь - едкий натр.. и выделяет газ - водород..

Если поместить кусочек натрия в воду, можно вызвать бурную, часто взрывную реакцию

Иногда мы узнаём что-то в начале жизни и просто принимаем, как данность, что мир работает именно так. К примеру, если бросить кусочек чистого натрия в воду, можно получить легендарную взрывную реакцию. Как только кусочек намокнет, реакция заставляет его шипеть и разогреваться, он прыгает по поверхности воды и даже выдаёт язычки пламени. Это, конечно, просто химия. Но не происходит ли чего-то ещё на фундаментальном уровне? Именно это и хочет узнать наш читатель Семён Стопкин из России:

Какие силы управляют химическими реакциями, и что происходит на квантовом уровне? В частности, что происходит, когда вода взаимодействует с натрием?

Реакция натрия с водой - это классика, и у неё есть глубокое объяснение. Начнём с изучения прохождения реакции.

Первое, что нужно знать о натрии - на атомном уровне у него всего на один протон и один электрон больше, чем у инертного, или благородного газа, неона. Инертные газы не реагируют ни с чем, и всё из-за того, что все их полностью заполнены электронами. Эта сверхстабильная конфигурация рушится, когда вы переходите на один элемент далее в периодической таблице Менделеева, и это происходит со всеми элементами, демонстрирующими похожее поведение. Гелий сверхстабилен, а литий чрезвычайно активен химически. Неон стабилен, а натрий активен. Аргон, криптон и ксенон - стабильны, но калий, рубидий и цезий - активны.

Причина заключается в дополнительном электроне.

Таблица Менделеева рассортирована по периодам и группам согласно количеству свободных и занятых валентных электронов - а это первейший фактор в определении химических свойств элемента

Когда мы изучаем атомы, мы привыкаем считать ядро твёрдым, мелким, положительно заряженным центром, а электроны - отрицательно заряженными точками на орбите вокруг него. Но в квантовой физике этим дело не заканчивается. Электроны могут вести себя, как точки, в особенности если выстрелить в них другой высокоэнергетической частицей или фотоном, но если их оставить в покое, они расплываются и ведут себя, как волны. Эти волны способны самонастраиваться определённым образом: сферически (для s-орбиталей, содержащих по 2 электрона), перпендикулярно (для p-орбиталей, содержащих по 6 электронов), и далее, до d-орбиталей (по 10 электронов), f-орбиталей (по 14) и т.д.

Орбитали атомов в состоянии с наименьшей энергией находятся вверху слева, и при продвижении вправо и вниз энергии растут. Эти фундаментальные конфигурации управляют поведением атомов и внутриатомными взаимодействиями.

Заполняются эти оболочки из-за , запрещающего двум одинаковым (например, электронам) занимать одно и то же квантовое состояние. Если в атоме электронная орбиталь заполнилась, то единственное место, где можно разместить электрон - это следующая, более высокая орбиталь. Атом хлора с удовольствием примет дополнительный электрон, поскольку ему не хватает всего одного для заполнения электронной оболочки. И наоборот, атом натрия с удовольствием отдаст свой последний электрон, поскольку он у него лишний, а все остальные заполнили оболочки. Поэтому натрий хлор так хорошо и получается: натрий отдаёт электрон хлору, и оба атома находятся в энергетически предпочтительной конфигурации.

Элементы первой группы периодической таблицы, особенно литий, натрий, калий, рубидий и т.д. теряют свой первый электрон гораздо легче всех остальных

На самом деле количество энергии, необходимое для того, чтобы атом отдал свой внешний электрон, или энергия ионизации, оказывается особенно низкой у металлов с одним валентным электроном. Из чисел видно, что гораздо легче забрать электрон у лития, натрия, калия, рубидия, цезия и т.п., чем у любого другого элемента

Кадр из анимации, демонстрирующей динамическое взаимодействие молекул воды. Отдельные молекулы H 2 O имеют V-образную форму и состоят из двух атомов водорода (белые), соединённых с атомом кислорода (красные). Соседние молекулы H 2 O кратковременно реагируют друг с другом через водородные связи (бело-голубые овалы)

Так что же происходит в присутствии воды? Вы можете представлять себе молекулы воды как крайне стабильные - H 2 O, два водорода, связанные с одним кислородом. Но молекула воды чрезвычайно полярная - то есть, с одной стороны молекулы H 2 O (со стороны, противоположной двум водородам) заряд получается отрицательным, а с противоположной - положительным. Этого эффекта достаточно для того, чтобы некоторые молекулы воды - порядка одной на несколько миллионов - распадались на два иона - один протон (H +) и ион гидроксила (OH –).

В присутствии большого количества чрезвычайно полярных молекул воды одна из нескольких миллионов молекул распадётся на ионы гидроксила и свободные протоны - этот процесс называется

Последствия этого довольно важны для таких вещей, как кислоты и основания, для процессов растворения солей и активизации химических реакций, и т.п. Но нас интересует, что происходит при добавлении натрия. Натрий - этот нейтральный атом с одним плохо держащимся внешним электроном - попадает в воду. А это не просто нейтральные молекулы H 2 O, это ионы гидроксила и отдельные протоны. Важны нам прежде всего протоны - они и подводят нас к ключевому вопросу:

Что энергетически предпочтительнее? Иметь нейтральный атом натрия Na вместе с отдельным протоном H+, или ион натрия, потерявший электрон Na + вместе с нейтральным атомом водорода H?

Ответ прост: в любом случае электрон перепрыгнет с атома натрия на первый же встречный отдельный протон, который попадётся ему на пути.

Потеряв электрон, ион натрия с удовольствием растворится в воде, как делает ион хлора, приобретя электрон. Гораздо более выгодно энергетически - в случае натрия - чтобы электрон спарился с ионом водорода

Именно поэтому реакция происходит так быстро и с таким выходом энергии. Но это ещё не всё. У нас получились нейтральные атомы водорода, и, в отличие от натрия, они не выстраиваются в блок отдельных атомов, связанных вместе. Водород - это газ, и он переходит в ещё более энергетически предпочтительное состояние: формирует нейтральную молекулу водорода H 2 . И в результате образуется много свободной энергии, уходящей в разогрев окружающих молекул, нейтральный водород в виде газа, который выходит из жидкого раствора в атмосферу, содержащую нейтральный кислород O 2 .

Удалённая камера снимает вблизи главный двигатель Шатла во время тестового прогона в космическом центре имени Джона Стенниса. Водород - предпочтительное топливо для ракет благодаря его низкому молекулярному весу и избытку кислорода в атмосфере, с которым он может реагировать

Если накопить достаточное количество энергии, водород и кислород тоже вступят в реакцию! Это яростное горение выдаёт водяной пар и огромное количество энергии. Поэтому при попадании кусочка натрия (или любого элемента их первой группы периодической таблицы) в воду случается взрывной выход энергии. Всё это происходит из-за переноса электронов, управляемого квантовыми законами Вселенной, и электромагнитных свойств заряженных частиц, составляющих атомы и ионы.

Энергетические уровни и волновые функции электронов, соответствующие различным состояниям атома водорода - хотя почти такие же конфигурации присущи всем атомам. Уровни энергии квантуются кратно постоянной Планка, но даже минимальная энергия, основное состояние, имеет две возможные конфигурации в зависимости от соотношения спинов электрона и протона

Итак, повторим, что происходит, когда кусочек натрия падает в воду:

натрий немедля отдаёт внешний электрон в воду,
где он поглощается ионом водорода и формирует нейтральный водород,
эта реакция высвобождает большое количество энергии, и разогревает окружающие молекулы,
нейтральный водород превращается в молекулярный водородный газ и поднимается из жидкости,
и, наконец, при достаточном количестве энергии атмосферный водород вступает с водородным газом в реакцию горения.

Металлический натрий

Всё это можно просто и элегантно объяснить при помощи правил химии, и именно так это часто и делают. Однако правила, управляющие поведением всех химических реакций, происходит из ещё более фундаментальных законов: законов квантовой физики (таких, как принцип запрета Паули, управляющий поведением электронов в атомах) и электромагнетизм (управляющий взаимодействием заряженных частиц). Без этих законов и сил не будет никакой химии! И благодаря им каждый раз, уронив натрий в воду, вы знаете, чего следует ожидать. Если вы ещё не поняли - нужно надевать защиту, не брать натрий руками и отходить подальше, когда начинается реакция!

Самой интересной на школьных уроках химии была тема о свойствах активных металлов. Нам не только подавали теоретический материал, но и демонстрировали интересные эксперименты. Наверное, все помнят, как учитель бросал в воду маленький кусочек металла, а он метался по поверхности жидкости и воспламенялся. В этой статье мы разберемся, как происходит реакция натрия и воды, почему металл взрывается.

Металлический натрий – это серебристое вещество, по плотности напоминающее мыло или парафин. Натрий характеризуется хорошей тепло- и электропроводностью. Именно поэтому его используют в промышленности, в частности для изготовления аккумуляторов.

Натрий обладает высокой химической активностью. Часто реакции проходят с выделением большого количества тепла. Иногда это сопровождается воспламенением или взрывом. Работа с активными металлами требует хорошей информационной подготовки и опыта. Хранить натрий можно только в хорошо закрытых тарах под слоем масла, так как на воздухе металл быстро окисляется.

Самой популярной реакцией натрия является его взаимодействие с водой. В ходе реакции натрий плюс вода образуется щелочь и водород:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

Водород окисляется кислородом из воздуха и взрывается, что мы и наблюдали в ходе школьного эксперимента.

Исследования реакции учеными из Чехии

Реакция натрия с водой очень проста для понимания: взаимодействие веществ приводит к образованию газа H2, который, в свою очередь, окисляется с помощью О2, находящегося в воздухе, и воспламеняется. Кажется, все просто. Но профессор Павел Юнгвирт из Академии наук Чехии так не считал.

Дело в том, что в процессе реакции образуется не только водород, но и пары воды, так как выделяется большое количество энергии, вода нагревается и испаряется. Так как натрий имеет низкую плотность, паровая подушка должна выталкивать его вверх, изолируя от воды. Реакция должна затухать, но этого не происходит.

Юнгвирт решил подробно изучить этот процесс и снял эксперимент на высокоскоростную камеру. Процесс снимался со скоростью 10 тыс. кадров в секунду и просматривался с 400-кратным замедлением. Ученые заметили, что металл, попадая в жидкость, начинает выпускать отростки в виде шипов. Объясняется это следующим образом:

Щелочные металлы, попав в воду, начинают выступать в роли донора электронов и отдают негативно заряженные частицы.
Кусочек металла обретает положительный заряд.
Положительно заряженные протоны начинают отталкиваться друг от друга, образуя металлический отростки.
Отростки-шипы прокалывают паровую подушку, поверхность контакта реагирующих веществ увеличивается, и реакция усиливается.

Как провести эксперимент

Кроме водорода, в ходе реакции воды и натрия образуется щелочь. Чтобы это проверить, можно использовать любой индикатор: лакмус, фенолфталеин или метилоранж. Легче всего будет работать с фенолфталеином, так как он бесцветный в нейтральной среде и реакцию будет легче наблюдать.

Чтобы провести эксперимент нужно:

Налить в кристаллизатор дистиллированную воду, чтобы она занимала больше половины объема посудины.
Добавить в жидкость несколько капель индикатора.
Отрезать кусочек натрия, размером с полгорошины. Для этого используют скальпель или тонкий нож. Резать металл нужно в таре, не винимая натрий из масла, чтобы избежать окисления.
Достать кусочек натрия из банки пинцетом и промокнуть фильтровальной бумагой, чтобы очистить от масла.
Бросить натрий в воду и наблюдать за процессом с безопасного расстояния.

Все инструменты, используемые в эксперименте, должны быть чистыми и сухими.

Вы увидите, что натрий не погружается в воду, а остается на поверхности, что объясняется плотностью веществ. Натрий начнет реагировать с водой, выделяя тепло. От этого металл расплавится и превратится в капельку. Эта капелька начнет активно двигаться по воде, издавая характерное шипение. Если кусочек натрия был не слишком маленьким, он загорится желтым пламенем. Если кусочек был слишком большим, может произойти взрыв.

Также вода поменяет свой цвет. Это объясняется выделением щелочи в воду и окрашиванием растворенного в ней индикатора. Фенолфталеин станет розовым, лакмус синим, а метилоранж – желтым.

Это опасно

Взаимодействие натрия с водой очень опасно. В ходе эксперимента можно получить серьезные травмы. Гидроксид, пероксид и оксид натрия, которые образуются в ходе реакции, могут разъедать кожу. Щелочь, разбрызгиваясь, может попасть в глаза и привести к серьезным ожогам и даже слепоте.

Манипуляции с активными металлами должны проводиться в химических лабораториях под наблюдением лаборанта, который имеет опыт работы с щелочными металлами.

Химические опыты многогранны по своей глубине, сложности, эффектности. Вспоминая самые красивые реакции, невозможно пройти мимо «фараоновой змеи» или взаимодействия яда змеи с человеческой кровью. Однако химики идут дальше, уделяя внимание и более опасным экспериментам, одним из которых становится реакция воды и натрия.

Возможности натрия

Натрий – чрезмерно активный металл, вступающий во взаимодействие со многими известными веществами. Реакция с натрием часто протекает бурно, сопровождаясь значительным выделением тепла, воспламенением, а порой – даже . Безопасность работы с веществом требует четкого понимания его физических и химических характеристик.

Натрий не очень твердый по структуре. Он отличается следующими свойствами:

низкой плотностью (0,97 г/см³);
мягкостью;
легкоплавкостью (Тпл 97,81 °С).

На воздухе металл быстро окисляется, поэтому его следует держать в закрытых емкостях под слоем вазелина или керосина. Прежде чем экспериментировать с и водой, следует отрезать тонким скальпелем кусочек натрия, вынуть его из емкости пинцетом и тщательно очистить от остатков керосина фильтровальной бумагой.

Важно! Все инструменты должны быть сухими!

Работать с металлом необходимо в специальных очках, ведь малейший неосторожный шаг может привести ко взрыву.

История исследования взрывов

Впервые необходимостью исследования реакции воды и натрия задались ученые Чешской академии наук под руководством Павла Юнгвирта. по детонации натрия в воде, известный еще с XIX столетия, был тщательно проанализирован и описан.

Реакция натрия с водой предполагала погружение в обычную воду кусочка металла и была неоднозначной: вспышки то происходили, то нет. Позже удалось установить и причину : нестабильность объяснялась размерами и формой используемого кусочка натрия.

Чем большими были габариты металла, тем сильнее и опаснее становилась реакция натрия и воды.

Замедленная съемка реакции показала, что через пять миллисекунд с момента погружения в воду металл « », выпуская сотни «игл». Мгновенно уходящие в воду электроны металла приводят к накоплению в нем положительного заряда: отталкивание положительных частиц разрывает металл, из-за чего и появляются «иглы». Одновременно увеличивается площадь металла, что и вызывает столь бурную реакцию.

В ходе реакции образуется щелочь, которая оставляет за кусочком натрия малиновый след. В конце опыта практически вся вода в кристаллизаторе станет малиновой.

Такая реакция требует от исследователя полного соблюдения мер безопасности: проводить опыт в защитных очках, стараясь держаться как можно дальше от кристаллизатора. Даже незначительные, на первый взгляд, погрешности могут привести ко взрыву. Попадание малейшей частицы натрия или щелочи в глаза опасно.

Внимание! Не пытайтесь повторить эти опыты самостоятельно!