Секреты реакции металлического натрия с водой. Секреты реакции металлического натрия с водой Исследования реакции учеными из Чехии

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:

1. Налить в кристаллизатор дистиллированную воду, чтобы она занимала больше половины объема посудины.
2. Добавить в жидкость несколько капель индикатора.
3. 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.
4. Достать кусочек натрия из банки пинцетом и промокнуть фильтровальной бумагой, чтобы очистить от масла.
5. 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.

1. Работать исключительно в защитных очках.
2. Ни в коем случае не наклоняться над посудиной, когда металл находится на воде.
3. Отходить от кристаллизатора на несколько метров сразу после того, как металл будет брошен в воду.
4. Быть всегда наготове, так как взрыв может произойти в любой момент.
5. Не подходить к катализатору, пока не убедитесь, что реакция закончилась.

Свойства металлического натрия: Видео

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

Понадобятся натрий Na и калий K, дистиллированная вода, спиртовой раствор индикатора фенолфталеина, кристаллизаторы, пинцет или щипцы, скальпель или острый нож, фильтровальная бумага.

В кристаллизаторы наливают воды и добавляют по несколько капель раствора фенолфталеина. Отрезают скальпелем на листе фильтровальной бумаги от кусков щелочных металлов небольшие, величиной с горошину, “дольки”. Кусочки натрия и калия обсушивают фильтровальной бумагой и опускают в кристаллизаторы. Прежде чем взять очередной кусочек металла, тщательно протирают концы пинцета фильтровальной бумагой, чтобы не занести в бюксы воду. Наблюдают “бегающие” по поверхности воды шарики расплавленного металла, причем движение калиевого шарика более стремительно, чем натриевого. Он вскоре загорается фиолетовым пламенем. За каждым из “бегающих” шариков остается малиновый “шлейф” из-за того, что в результате реакций:
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
образуется щелочной гидроксид (сильное основание), который окрашивает индикатор фенолфталеин в малиново-фиолетовый цвет.

Металлические изделия и предметы очищают от грязи, обезжиривают раствором соды, промывают в воде, на несколько секунд опускают в 50%-ный раствор азотной кислоты и повторно промывают дистиллированной водой. Подготовленное изделие выдерживают 30-50 минут в горячем растворе, содержащем на 1 л воды 280 г гептагидрата сульфата никеля и 100 мл концентрированной соляной кислоты. После получения никелевого покрытия (оно получается плотным и блестящим) изделие промывают водой и полируют суконкой.

Кристаллы меди

Все умеют выращивать кристаллы различных солей. А вот кристаллы меди не всякий сумеет вырастить. Для этого необычного опыта понадобиться: CuSO4, поваренная соль, кусок жести и стакан (можно обыкновенный). Из куска жести вырежте круг, чтобы он свободно входил в стакан. В стакан насыпте порошок сульфата меди(медного купороса) слоем в 5 мм и засыпте этот слой солью. ВНИМАНИЕ! Слои не перемешивать. Закройте слои кружком из фильтровальной бумаги и накройте кружком из жести. Встакан налейте раствор соли.

Через две недели вырастут довольно крупные кристаллы меди. Чтобы они хорошо сохранились поместите их в пробирку с раствором серной кислоты.

Горение металлов.

Горение металлов в кислороде, хлоре широко известно. Менее знакомо горение металлов в парах серы. В штатив укрепляют вертикально большую пробирку, наполненную на одну треть серой, и нагревают до кипения серы. Затем в пробирку опускают пучок тонкой медной проволоки (можно предварительно нагреть) и наблюдают бурную реакцию.

Горение натрия.

На асбестовую сетку кладут листок фильтровальной бумаги, обильно смоченный водой. Затем на бумагу кладут кусочек натрия. Натрий реагирует с водой, за счет выделившейся энергии плавится, самовоспламеняется и горит ярким желтым пламенем. В реакцию горения включаются и выделившийся водород и фильтровальная бумага.

Никелирование металлических предметов.

Металлические изделия и предметы очищают от грязи, обезжиривают раствором соды, промывают в воде, на несколько секунд опускают в 50%-ный раствор азотной кислоты и повторно промывают дистиллированной водой. Подготовленное изделие выдерживают 30-50 минут в горячем растворе, содержащем на 1 л воды 280 г гептагидрата сульфата никеля и 100 мл концентрированной соляной кислоты. После получения никелевого покрытия (оно получается плотным и блестящим) изделие промывают водой и полируют суконкой.)

Серебрение медных предметов.

Медные предметы и изделия тщательно очищают от грязи, промывают раствором соды и опускают на несколько дней в отработанный раствор фиксажа. После получения серебрянного покрытия изделие промывают водой и полируют суконной тряпочкой.