Самые важные функции натрия в организме

Наиболее важная жизнеобеспечивающая функция натрия в организме – это поддержание в норме осмотического давления. Речь идет о том, что для проникновения различных молекул сквозь клеточную мембрану необходимо регулировать давление в межклеточной жидкости и внутри самой клетки. Под действием этого давления молекулы питательных веществ проникают внутрь, а при смене давления продукты жизнедеятельности клетки выходят наружу. Регулируют колебания жидкостного давления ионы натрия. Из всего имеющегося в организме натрия около половины этого вещества содержится в межклеточной жидкости. Примерно 10% приходится на внутриклеточное содержимое, а остальное – включено в состав костной ткани и хрящевой.

Натрий способен не только регулировать движение воды в организме, но и удерживать ее для предотвращения обезвоживания клеток и тканей. Вот почему при избытке этого элемента появляется отечность. Натрий принимает участие в синтезе гормонов вазопрессина – увеличивающего объем жидкости в клетках и суживающего сосуды. А также натрийуретических пептидов – выводящих избыток жидкости из организма, расслабляя при этом сосудистые стенки. Синтез гормона адреналина тоже контролируется натрием.

Еще одна важная функция натрия – он принимает участие в формировании канальцев в клеточных мембранах, сквозь которые внутрь клетки поступают необходимые ей вещества. Он же отвечает за проникновение глюкозы в клетки, чтобы снабжать их энергией. От него зависит тонус сосудистых стенок и возбудимость нервно-мышечных волокон.

Без натрия нарушится выработка в желудке соляной кислоты, а значит – все процессы пищеварения. Этот элемент активизирует выработку пищеварительных ферментов, многих энзимов – особых белков, которые отвечают за важные химические реакции в организме (например, выработку ферментов поджелудочной железы, жирных кислот в печени). Щелочной характер натрия важен для поддержания рН-баланса в организме. Натрий – важнейший элемент для бесперебойной работы почек по выполнению их выводящей функции.

Полезные и приятные свойства натрия

С уровнем содержания натрия в организме напрямую связаны заболевания, развивающиеся из-за колебаний артериального давления. Поскольку этот элемент отвечает за спазмы и расслабление сосудов, то его недостаток может вызвать гипотонию, а избыток – провоцирует артериальную гипертензию. Следствием дисбаланса натрия в организме может стать стенокардия, нарушение работы почек, сбой в обмене веществ, проблемы с пищеварением. Избыток натрия может активизировать склеивание эритроцитов крови, повышая склонность к образованию тромбов. Продолжительный избыток натрия в крови значительно повышает риск неврозов, остеопороза, мочекаменной болезни и сахарного диабета.

Польза натрия для организма напрямую связана с его свойствами и выполняемыми функциями:

• предотвращает мышечные спазмы;
• регулирует работу сосудов;
• не допускает перегревания организма за счет стимуляции повышенного потоотделения;
• помогает связывать и выводить углекислый газ из тканей;
• отвечает за переваривание пищи за счет активизации ферментов и участия в выработке желудочного сока;
• влияет на передачу нервных импульсов и функционирование мозга;
• помогает сохранить в растворимом виде в крови кальций .

Хлорид натрия нашел широкое применение как антибактериальное средство. Его включают в состав зубных паст и ополаскивателей для полости рта. Лаурилсульфат и лауретсульфат натрия – важные компоненты шампуней, гелей для душа и других гигиенических средств, которые обладают как поверхностно-активными свойствами, так и антимикробным действием. В состав мыла обычно включаются соединения солей натрия и жирных кислот – стеариновой, лауриновой и пальмитиновой.

Говоря о пользе натрия, нельзя не вспомнить о его участии в поддержании молодости кожи за счет сохранения ее увлажненности. Натриевая соль гиалуроновой кислоты – один из наиболее популярных компонентов увлажняющей и антивозрастной косметики. Ее молекулы имеют маленький размер и способны проникать в дерму, не только увлажняя кожу за счет притягивания молекул воды, но и за счет стимулирования ферментов, отвечающих за выработку собственной гиалуроновой кислоты. Аскорбил фосфат натрия – вещество, обладающее свойствами антиоксиданта, способное стимулировать ферменты, отвечающие за синтез белков (например, коллагена) и препятствующие выработке меланина (а значит – появлению гиперпигментации).

«Вкусно» и «невредно»: правильный баланс натрия из продуктов

Наш организм не вырабатывает натрий самостоятельно. Все количество этого элемента, без которого невозможна жизнь, поступает извне с продуктами питания. Натрий настолько широко распространен в природе, что при регулярном сбалансированном питании его вполне достаточно для работы всех органов и систем.

Самый простой способ снабдить свой организм натрием – съесть чайную ложку соли или выпить минеральной воды с хлоридом натрия (к примеру, «Боржоми» - уровень натрия указывается на этикетке). Но традиционно мы получаем натрий из твердой пищи – хлеба, сыра, соленой рыбы, мясных продуктов, соленых овощей и квашеных

Чемпионами по содержанию натрия считаются обитатели океанских и морских вод – мидии, креветки, лобстеры, крабы, морские раки. Много натрия в морской капусте и в соевом соусе.

Примерный уровень содержания натрия в распространенных продуктах питания (мг на 100 г)

Мясные и молочные продукты		Рыба, морепродукты		Овощи		Фрукты
Молоко коровье	120	Раки морские	380	Капуста квашеная	800	Бананы	54
Телятина	100	Мидии	290	Фасоль стручковая	400	Черная смородина	34
Свинина	80	Камбала	200	Свекла	260	Абрикосы	31
Курятина	80	Креветки	150	Цикорий	160	Яблоки	27
Говядина	78	Сардины	140	Шпинат	85	Сливы	19
Творог	30	Кальмары	110	Картофель	30	Апельсины	14

Соленая сельдь	4800	Кукурузные хлопья	660
Колбаса копченая	2180	Ржаной хлеб	620
Колбаса п/к	1630	Майонез «Провансаль»	510
Оливки маринованные	1145	Тунец в масле	502
Колбаса вареная	1050	Томаты консервированные	480
Сыр твердый	998	Тушенка говяжья	440
Свиные сардельки	962	Батон хлеба	435
Шпроты в масле	629	Горошек консервированный	360

Совет! В жаркую погоду при интенсивной потере натрия с потоотделением быстро восстановят его недостаток рыбные консервы – например, тунец, скумбрия в масле. Сбалансировать избыток натрия помогут кисломолочные продукты

Некоторые исследования показали, что в этнических группах с культурой ежедневного потребления молочных продуктов (не менее 600 г в день) существенно реже развивается артериальная гипертензия, связанная с избытком натрия в организме.

Натрий можно получить из любых продуктов и напитков с пищевыми добавками – глутаматом натрия, нитритом натрия, бензоатом натрия и т.п. В любых консервах содержатся и поваренная соль и пищевые добавки с натрием.

Попадая с продуктами в организм, натрий начинает частично всасываться уже в желудке, но основная его часть усваивается в тонком кишечнике. Избыток элемента выводится в основном с мочой (95% натрия экскретируется почками) и калом, хотя при обильном потоотделении выведение через кожу может стать значимым фактором потери натрия.

Усвоение натрия может ухудшиться при рационе, состоящем преимущественно из белковой пищи или из соленых блюд. Улучшают усвоение элемента витамин К и витамин Д. Сохранить баланс калия и натрия в крови поможет достаточное количество в меню животных продуктов. Чем больше продуктов с натрием, тем быстрее выводится из организма магний и кальций.

Хорошая сочетаемость натрия с другими питательными веществами основывается на щелочной природе этого элемента. По мнению диетологов, продукты с высоким содержанием натрия (например, овощи, фрукты) желательно сочетать в рационе с продуктами, создающими кислую среду – с высоким содержанием фосфора, хлора, серы (к примеру, рыба, яйца).

Для того чтобы сохранить натрий в продуктах, не следует их замачивать или долго размораживать перед приготовлением, поскольку натрий легко вступает в реакции с водой и теряется. Лучше всего натрий сохраняется при непродолжительном запекании или тушении, поскольку не реагирует на высокие температуры, а при варке продуктов переходит в бульон. При хранении на свету в открытом состоянии продукты утрачивают натрий, который окисляется на воздухе.

Лучше много или мало – определение нормы натрия

Учитывая легкость получения натрия из продуктов и возможность коррекции его содержания в организме при помощи изменений в диете, существуют разные трактовки ежесуточной нормы потребления элемента. Так, к примеру, Американская ассоциация сердечных заболеваний считает минимально необходимой дозой для взрослых 500 мг/день, а максимальной – 1500 мг. Российское исследование, посвященное профилактике артериальной гипертензии, однозначно показало, что гарантией от развития этого заболевания является ежедневное потребление натрия не более 52 ммоль/сут (около 2,5 г). Потребление свыше 100-120 ммоль/сут (примерно 5,5 г) значительно повышает риск эссенциальной артериальной гипертензии (средний уровень потребления натрия, например, у москвичей составляет 161 ммоль/сут).

По нормам всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), для снижения риска инсультов и предупреждения заболеваний сердца, связанных с повышенным артериальным давлением, рекомендуется употреблять с пищей не больше 2 г натрия в день (5 г соли).

Ориентировочные нормы потребления натрия (мг/сут)

Нормы употребления натрия повышаются для людей, выполняющих тяжелую физическую работу, для спортсменов во время тренировок, для тех, кто сильно потеет из-за жаркой погоды или принимает мочегонные средства. Дополнительный натрий нужен при пищевых отравлениях, сопровождающихся сильной рвотой и поносом.

Есть и неофициальные расчеты – на 1 л выпитой в сутки воды можно съесть 1 г соли (половина чайной ложки). При этом нужно помнить о содержании натрия в продуктах питания, о добавлении соли в супы и другие готовые блюда, и учитывать это количество.

Сложность такого учета и становится причиной того, что переизбыток натрия у современных людей встречается значительно чаще, чем дефицит.

Избыток натрия в организме развивается, чаще всего, из-за злоупотребления солью в рационе, а также может быть вызван:

• нарушением питьевого режима (когда человек много двигается и работает, но мало пьет воды);
• неумеренным потреблением соленых продуктов;
• частым употреблением чипсов, сухариков и орешков: прочих снэков, в которых много соли;
• сильной рвотой и поносом без компенсации потерянной жидкости;
• длительным приемом Кортизона и других гормональных препаратов для лечения коры надпочечников;
• хроническими болезнями почек, когда нарушено функционирование почечных фильтров и натрий задерживается в организме.

Причиной передозировки натрия бывает сахарный диабет и избыточная выработка надпочечниковых гормонов (синдром Кушинга), нарушение водно-солевого обмена.

Опасность передозировки натрия в том, что он ускоряет выведение калия из организма, а калий отвечает за снабжение мозга кислородом, за нормализацию ритма сердца и выделительные функции почек. Гипернатриемия проявляется судорогами, повышенной возбудимостью, сильным сердцебиением, повышенной температурой тела, сильными отеками, поскольку почки не справляются с выведением избытка натрия. Резко увеличивается масса тела, повышается артериальное давление, значительно возрастает риск развития инсульта.

Опасности дисбаланса содержания натрия

Дисбаланс натрия может привести к довольно серьезным последствиям для здоровья – вызвать отклонения в работе нервной и сердечно-сосудистой систем, нарушить пищеварение, стать причиной дисфункции почек, расстройства кровообращения, скопления жидкости в легких. Некоторые исследования показали, что повышенное содержание натрия в рационе ведет к риску развитию катаракты (в связи с повышением глазного давления), отказ от соли становится причиной снижения выработки инсулина и повышает синтез гормона ренина, влияющего на возникновение внезапных инсультов и инфарктов.

Проявления дисбаланса натрия в организме

	Недостаток натрия	Переизбыток натрия
Дыхательная система	Дефицит кислорода, проявляющийся синюшностью кожи	Тяжелая одышка, остановка дыхания
Органы пищеварения	Тошнота и рвота, кишечные колики, непрекращающееся слюноотделение	Сильная жажда, шершавый язык, сухость во рту
Сердце и сосуды	Снижение давления, тахикардия, склонность к сосудистому коллапсу	Высокое давление, отечность
Нервная система	Головные боли, головокружение, общая слабость, апатия, мышечные подергивания, иногда расстройства сознания	Повышенная возбудимость, гиперактивность, судороги в мышцах, беспокойство
Кожа	Холодная на ощупь, липкая, утратившая эластичность, высыпания на коже, выпадение волос	Покраснение кожи, клейкость слизистых оболочек

Симптомы недостаточности натрия объясняются уменьшением его количества во внеклеточной жидкости. Главная опасность продолжительного дефицита натрия в том, что в организме начинают усиленно накапливаться соединения азота, что грозит серьезными последствиями вплоть до смертельного исхода.

Факторы, которые могут способствовать развитию дефицита натрия:

• диета с ограничением соли или отказом от нее;
• злоупотребление кофе (кофеин является слабым диуретиком);
• злоупотребление мочегонными средствами, клизмами (в том числе с водой);
• избыточное употребление воды (она способна сильно «разбавить» натрий);
• сильное потоотделение, в том числе при высокой температуре;
• сильная рвота и понос;
• заболевания печени (цирроз), надпочечников, нарушение синтеза антидиуретического гормона, эндокринные нарушения;
• травмы, ожоги и хирургические операции (натрий концентрируется в области поврежденных клеток).

Употребление продуктов с высоким содержанием калия тоже ускоряет выведение натрия, поэтому требует коррекции диеты.

Совет! В жаркую погоду при сильном потоотделении, особенно на пляже при горячем солнце, избежать дефицита натрия и предотвратить тепловой удар поможет 0,5 л слегка подсоленной воды (можно минеральной хлоридной без газа – например, «Миргородской)

Недостаток натрия может долго компенсироваться самим организмом за счет извлечения его из костной ткани. Однако часто повторяющиеся инфекционные заболевания, апатия и повышенная утомляемость, нарушение равновесия при передвижении, утрата аппетита и ощущения вкуса еды, необъяснимое снижение веса – все эти признаки могут свидетельствовать о развивающемся дефиците натрия. Если не принять меры, может начаться интенсивный распад белков, нарушение осмотического давления, повышение остаточного азота. В такой ситуации даже выпитая чистая вода в большом количестве может стать причиной смерти.

При резком снижении уровня натрия в организме могут развиться судороги, а избыток – спровоцировать потерю ориентации в пространстве.

Дисбаланс натрия корректируется изменением рациона и питьевого режима. Если недостаточность натрия невелика – надо пить меньше воды и пересмотреть рацион в пользу продуктов с высоким содержанием натрия (например, морепродуктов, морской капусты), чтобы восполнить дефицит элемента в организме. Если натрия многовато – нужно, прежде всего, ограничить соль в рационе. В более серьезных случаях врач может рекомендовать при дефиците натрия - лекарства, способствующие выделению жидкости или, наоборот, при избытке элемента - отменить препараты, удерживающие в крови натрий. В тяжелых случаях переизбытка натрия может понадобиться внутривенное введение бессолевого раствора, а затем – чтобы предотвратить риск гипонатриемии – раствора хлорида натрия.

Лекарственные препараты с содержанием натрия

Влияние натрия на множество процессов в организме обусловило широкий перечень препаратов, которые применяются при различных патологиях. Рассмотрим некоторые из них, особенно часто применяемые.

Хлорид натрия (хлористый натрий). Применяют при сильной рвоте, тяжелом поносе, обильном диурезе или повышенном потоотделении, при значительных ожогах. Выпускается в порошках, таблетках и ампулах, но чаще всего применяется для внутривенного введения.

Гидрокарбонат натрия (двууглекислый натрий). Применяют при интоксикациях организма, инфекционных заболеваниях, а также в качестве нейтрализатора кислоты (в том числе при повышенной кислотности желудка). При ацидозе или инфекциях назначается в таблетках, при интоксикации – внутривенно. При стоматитах или при попадании кислот на слизистые оболочки – в виде раствора для промываний.

Борат натрия (бура). Антисептик наружного применения, выпускается в виде мазей, растворов для полосканий.

Сульфат натрия (глауберова соль). Применяют как слабительное средство: 15 г для взрослого растворить в стакане воды, действовать начнет через 4 часа.

Тиосульфат натрия (серноватистокислый натрий). Используется как десенсибилизатор и противовоспалительное средство: при аллергиях, невралгиях, артрите - внутривенно, при чесотке – наружно в виде раствора для примочек.

Нитрит натрия (натрий азотистокислый). Применяют как сосудорасширяющее средство при стенокардии, спазмах мозговых сосудов. Выпускается в виде раствора, который можно использовать для инъекций или внутрь – 0,1 г 2-3 раза в день.

Метамизол натрия. Обладает обезболивающим действием, применяется при острых респираторных инфекциях и в качестве жаропонижающего средства. Выпускается в таблетках и ампулах.

Фторид натрия. Широко применяется в стоматологии, поскольку обладает способностью влиять на регенерацию тканей зубов и созревание зубной эмали, обладает противомикробным действием. Используется как в инъекционной, так и в топической форме – в растворах, ополаскивателях и даже в составе лечебной зубной пасты.

Оксибутират натрия. Обладает седативным и миорелаксантным действием, в большой дозе может вызвать состояние сна, активирует обменные процессы в тканях мозга и сердца. Выпускается в виде порошков.

Практически все препараты с содержанием натрия обладают разными побочными эффектами, поэтому их применение обязательно должно быть согласовано с врачом.

Сколько соли мы должны употреблять в день, чтобы не навредить здоровью? Как разобраться в том, где содержится соль в магазинных продуктах и как она скрыта в виде пищевых натриевых добавок? В чем скрытая угроза натрия для организма, поступающего в виде соли? Ответы на эти и другие вопрос смотрите в видео ниже.

- элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

В воде натрий ведет себя почти так же, как литий: реакция идёт с бурным выделением водорода, в растворе образуется гидроксид натрия.

История и происхождение названия

Схема атома натрия

Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречающаяся в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.

Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.

Название «натрий» (natrium) происходит от арабского натрун по-гречески - nitron и первоначально оно относилось к природной соде. Сам элемент ранее именовался содием Sodium.

Получение

Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C:

Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO

Затем появился другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.

Физические свойства

Металлический натрий, сохраняемый в керосине

Качественное определение натрия с помощью пламени - ярко-жёлтый цвет эмиссионного спектра «D-линии натрия», дублет 588,9950 и 589,5924 нм.

Натрий - серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7° С), температура плавления 97,86° С, температура кипения 883,15° С.

Химические свойства

Щелочной металл, на воздухе легко окисляется. Для защиты от кислорода воздуха металлический натрий хранят под слоем керосина . Натрий менее активный чем литий , поэтому с азотом реагирует только при нагревании:

2Na + 3N 2 =2NaN 3

При большом избытке кислорода образуется пероксид натрия

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Применение

Металлический натрий широко используется в препаративной химии и промышленности как сильный восстановитель, в том числе в металлургии. Натрий используется в производстве весьма энергоёмких натриево-серных аккумуляторов. Его также применяют в выпускных клапанах грузовиков как теплоотвод. Изредка металлический натрий применяется в качестве материала для электрических проводов, предназначенных для очень больших токов.

В сплаве с калием, а также с рубидием и цезием используется в качестве высокоэффективного теплоносителя. В частности, сплав состава натрий 12 %, калий 47 %, цезий 41 % имеет рекордно низкую температуру плавления −78 °C и был предложен в качестве рабочего тела ионных ракетных двигателей и теплоносителя для атомных энергоустановок.

Натрий также используется в газоразрядных лампах высокого и низкого давления (НЛВД и НЛНД). Лампы НЛВД типа ДНаТ (Дуговая Натриевая Трубчатая) очень широко применяются в уличном освещении. Они дают ярко-жёлтый свет. Срок службы ламп ДНаТ составляет 12-24 тысяч часов. Поэтому газоразрядные лампы типа ДНаТ незаменимы для городского, архитектурного и промышленного освещения. Также существуют лампы ДНаС, ДНаМТ (Дуговая Натриевая Матовая), ДНаЗ (Дуговая Натриевая Зеркальная) и ДНаТБР (Дуговая Натриевая Трубчатая Без Ртути).

Металлический натрий применяется в качественном анализе органического вещества. Сплав натрия и исследуемого вещества нейтрализуют этанолом, добавляют несколько миллилитров дистиллированной воды и делят на 3 части, проба Ж. Лассеня (1843), направлена на определение азота, серы и галогенов (проба Бейльштейна)

Хлорид натрия (поваренная соль) - древнейшее применяемое вкусовое и консервирующее средство.
- Азид натрия (Na 3 N) применяется в качестве азотирующего средства в металлургии и при получении азида свинца.
- Цианид натрия (NaCN) применяется при гидрометаллургическом способе выщелачивания золота из горных пород, а также при нитроцементации стали и в гальванотехнике (серебрение, золочение).
- Хлорат натрия (NaClO 3) применяется для уничтожения нежелательной растительности на железнодорожном полотне.

Биологическая роль

В организме натрий находится большей частью снаружи клеток (примерно в 15 раз больше чем в цитоплазме). Это разницу поддерживает натрий-калиевый насос, который откачивает попавший внутрь клетки натрий.

Совместно с калием натрий выполняет следующие функции:
Создание условий для возникновения мембранного потенциала и мышечных сокращений.
Поддержание осмотической концентрации крови.
Поддержание кислотно-щелочного баланса.
Нормализация водного баланса.
Обеспечение мембранного транспорта.
Активация многих энзимов.

Натрий содержится практически во всех продуктах, хотя большую его часть организм получает из поваренной соли. Усвоение в основном происходит в желудке и тонкой кишке. Витамин Д улучшает усвоение натрия, однако, чрезмерно соленая пища и пища богатая белками препятствуют нормальному всасыванию. Количество поступившего с едой натрия показывает содержание натрия в моче. Для богатой натрием пищи характерна ускоренная экскреция.

Дефицит натрия у питающегося сбалансированой пищей человека не встречается, однако, некоторые проблемы могут возникнуть при вегетарианских диетах. Временный дефицит может быть вызвано использованием мочегонных, поносом, обильным потением или избыточным употреблением воды. Симптомами нехватки натрия являются потеря веса, рвота, образование газов в желудочно-кишечном тракте, и нарушение усвоения аминокислот и моносахаридов . Продолжительный дефицит вызывает мышечные судороги и невралгию.

Переизбыток натрия вызывает отек ног и лица, а так же повышеное выделение калия с мочой. Максимальное количество соли, которое может быть переработано почками составляет примерно 20-30 грамм, большее количество уже опасно для жизни.

Натрий – простое вещество, расположившееся в первой группе третьего периода периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева. Представляет собой очень мягкий, серебристый щелочной металл, имеющий фиолетовый оттенок, будучи разделённым на тонкие слои. Температура плавления натрия чуть ниже необходимой для закипания воды, а температура кипения – 883 градуса по Цельсию. При комнатной температуре его плотность составляет 0.968 г/см3. Из-за своей низкой плотности при необходимости, натрий возможно разрезать обычным ножом.

Натрий очень распространен на нашей планете: различные его соединения здесь можно найти как в море или земной коре, где он содержится в относительно больших количествах, так и в составе многих живых организмов, но не встречается в живой природе в чистом виде в связи со своей поразительно высокой активностью. Натрий является одним из обязательных микроэлементов, необходимых для нормальной жизнедеятельности человека – поэтому для восполнения его естественной убыли из организма необходимо употреблять около 4-5 грамм его соединения с хлором – т.е. обычной поваренной соли.

Натрий в истории

Различные соединения натрия были известны человеку ещё со времён древнего Египта. Египтяне первыми начали активно использовали натрии содержащую соду из солёного озера Натрон для различных житейских нужд. Соединения натрия упоминались даже в библии в качестве компонента моющего средства, однако впервые в чистом виде натрий был получен английским химиком Хемфри Деви в 1807 году,в ходе экспериментов с его производными веществами.

Изначально, натрий именовался sodium – производным от арабского слова, обозначающего головную боль. Слово «натрий» было позаимствовано из египетского языка и впервые, в современной истории, было использовано шведским обществом врачей как обозначение содосодержащих минеральных солей.

Химические свойства натрия

Натрий является активным щелочным металлом – т.е. он очень быстро окисляется при контакте с воздухом и его приходить хранить в керосине, при этом натрий имеет очень низкую плотность и часто всплывает на его поверхность. Являясь очень сильным восстановителем, натрий и вступает в реакции с большинством неметаллов, а будучи металлом активным, реакции с его применением зачастую проходят очень быстро и бурно. Например, если поместить в воду кусочек натрия, то он начинает активно самовоспламеняться, что в итоге приводит к взрыву. Воспламенение и выделение кислорода происходят при реакции натрия и его производных с множеством других веществ, однако с разбавленными кислотами он взаимодействует как обычный металл. С благородными газами, йодом и углеродом натрий в реакцию не вступает, и так же очень плохо реагирует с азотом , образуя при этом довольно неустойчивое вещество в виде тёмно-серых кристаллов – нитрид натрия.

Применение натрия

Основное применение натрий находит в химической промышленности и металлургии, где, чаще всего, он используется в качестве восстановителя, благодаря своим химическим свойствам. Так же его используют в качестве осушителя для таких органических растворителей как эфир и ему подобных; для производства проводов, способных выдерживать огромные напряжения. В этой же сфере натрий применяют как основной компонент в производстве натриево-серных аккумуляторов, имеющих высокую удельную энергию, т.е. меньший расход топлива. Главный недостаток этого типа аккумуляторов – это высокая рабочая температура, а, следовательно – риск воспламенения и взрыва натрия при аварии.

Ещё одна сфера применения натрия – это фармакология, где множество производных натрия используются в качестве реактивов, полупродуктов и вспомогательных веществ при создании различных сложных лекарств, а так же антисептиков. Раствор хлорида натрия относительно сходен плазме крови человека и быстро выводится из организма, поэтому его используют при необходимости поддержания и нормализации давления крови.

На сегодняшний день некоторые соединения натрия – это обязательный компонент при производстве бетона и других строительных материалов. Благодаря использованию материалов, содержащих производные от натрия компоненты их можно использовать при строительных работах во время низких температур.

Из-за своей распространенности и простоты промышленного производства, натрий имеет довольно малую стоимость. Сегодня его производят так же как и при его первом получении — подвергая различные натриесодержащие породы воздействию сильного электрического тока. Благодаря этому, а так же своей необходимости во многих видах промышленности, объемы его производства только растут.

На́трий - элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы химических элементов , с атомным номером 11. Обозначается символом Na (лат. Natrium). Простое вещество натрий (CAS-номер: 7440-23-5) - мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета.

История и происхождение названия

Натрий (а точнее, его соединения) использовался с давних времён. Например, сода (натрон), встречается в природе в водах натронных озёр в Египте. Природную соду древние египтяне использовали для бальзамирования, отбеливания холста, при варке пищи, изготовлении красок и глазурей. Плиний Старший пишет, что в дельте Нила соду (в ней была достаточная доля примесей) выделяли из речной воды. Она поступала в продажу в виде крупных кусков, из-за примеси угля окрашенных в серый или даже чёрный цвет.
Название «натрий» происходит от латинского слова natrium (ср. др.-греч. νίτρον), которое было заимствовано из среднеегипетского языка (nṯr), где оно означало среди прочего: «сода», «едкий натр».
Аббревиатура «Na» и слово natrium были впервые использованы академиком, основателем шведского общества врачей Йенсом Якобсом Берцелиусом (Jöns Jakob Berzelius, 1779-1848) для обозначения природных минеральных солей, в состав которых входила сода. Ранее элемент именовался содием (лат. sodium). Название sodium, возможно, восходит к арабскому слову suda, означающему «головная боль», так как сода применялась в то время в качестве лекарства от головной боли.
Натрий впервые был получен английским химиком Хемфри Дэви в 1807 году электролизом твердого NaOH.

Получение

Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000 °C.
Затем появился другой способ получения натрия - электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.

Физические свойства

Натрий - серебристо-белый металл, в тонких слоях с фиолетовым оттенком, пластичен, даже мягок (легко режется ножом), свежий срез натрия блестит. Величины электропроводности и теплопроводности натрия достаточно высоки, плотность равна 0,96842 г/см³ (при 19,7 °C), температура плавления 97,86 °C, температура кипения 883,15 °C.
Под давлением становится прозрачным и красным, как рубин.

Стоит ли после всего этого удивляться не прекращающемуся росту производства натрия?

Заканчиваем наш рассказ об элементе № 11 словами Дмитрия Ивановича Менделеева, написанными много лет назад, но вдвойне справедливыми для наших дней: «Получение металлического натрия относится к важнейшим открытиям в химии не потому одному, что через то расширилось и стало более правильным понятие о простых телах, но потому особенно, что в натрии видны химические свойства, лишь слабо выраженные в других общеизвестных металлах».

Подробный рассказ о химических свойствах натрия опущен по той причине, что это один из немногих разделов химии, которые достаточно полно излагаются в школьных учебниках.

• НАТРИЙ НА ПОДВОДНОЙ ЛОДКЕ. Na плавится при 98, а кипит только при 883°С. Следовательно, температурный интервал жидкого состояния этого элемента достаточно велик. Именно поэтому (и еще благодаря малому сечению захвата нейтронов) натрий стали использовать в ядерной энергетике как теплоноситель. В частности, американские атомные подводные лодки оснащены энергоустановками с натриевыми контурами. Тепло, выделяющееся в реакторе, нагревает жидкий натрий, который циркулирует между реактором и парогенератором. В парогенераторе натрий, охлаждаясь, испаряет воду, и полученный нар высокого давления вращает паровую турбину. Для тех же целей используют сплав натрия с калием.
• НЕОРГАНИЧЕСКИЙ ФОТОСИНТЕЗ. Обычно при окислении натрия образуется окись состава Na 2 O. Однако если сжигать натрий в сухом воздухе при повышенной температуре, то вместо окиси образуется перекись Na 2 O 2 . Это вещество легко отдает свой «лишний» атом кислорода и обладает поэтому сильными окислительными свойствами. Одно время перекись натрия широко применяли для отбелки соломенных шляп. Сейчас удельный вес соломенных шляп в использовании перекиси натрия ничтожен; основные количества ее используются для отбелки бумаги и для регенерации воздуха на подводных лодках. При взаимодействии перекиси натрия с углекислым газом протекает процесс, обратный дыханию: 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2 , т. е. углекислый газ связывается, а кислород выделяется. Совсем как в зеленом листе!
• НАТРИЙ И ЗОЛОТО. К тому времени, как был открыт №11, алхимия была уже не в чести, и мысль превращать натрий в золото не будоражила умы естествоиспытателей. Однако сейчас ради получения золота расходуется очень много натрия. «Руду золотую» обрабатывают раствором цианистого натрия (а его получают из элементного натрия). При этом золото превращается в растворимое комплексное соединение, из которого его выделяют с помощью цинка. Золотодобытчики - среди основных потребителей элемента № 11. В промышленных масштабах цианистый Na получают при взаимодействии натрия, аммиака и кокса при температуре около 800°С.
• НАТРИЕВЫЕ ПРОВОДА. Электропроводность натрия в три раза ниже, чем электропроводность меди . Но натрий в 9 раз легче! Выходит, что натриевые провода выгоднее медных. Конечно, тонкие провода из натрия не делают, но вот шины для больших токов целесообразно изготовлять именно из натрия. Эти шины представляют собой заваренные с торцов стальные трубы, внутри заполненные натрием. Такие шины дешевле медных.

• НАТРИЙ В ВОДЕ. Каждый школьник знает, что произойдет, если бросить кусочек натрия в воду. Точнее, не в воду, а на воду, потому что натрий легче воды. Тепла, которое выделяется при реакции натрия с водой, достаточно, чтобы расплавить натрий. И вот бегает по воде натриевый шарик, подгоняемый выделяющимся водородом . Однако реакция натрия с водой - не только опасная забава; напротив она часто бывает полезной. Натрием надежно очищают от следов воды трансформаторные масла, спирты, эфиры и другие органические вещества, а с помощью амальгамы натрия (т. е. сплава натрия с ртутью) можно быстро определить содержание влаги во многих соединениях. Амальгама реагирует с водой намного спокойнее, чем сам натрий. Для определения влажности к пробе органического вещества добавляют определенное количество амальгамы натрия и по объему выделившегося водорода судят о содержании влаги.
• НАТРИЕВЫЙ ПОЯС ЗЕМЛИ. Вполне естественно, что на Земле Na никогда не встречается в свободном состоянии - слишком активен этот металл. Но в верхних слоях атмосферы - на высоте около 80 км - обнаружен слой атомарного натрия. На такой высоте практически нет кислорода, паров воды и вообще ничего, с чем натрий мог бы вступить в реакцию. Спектральными методами натрий был обнаружен и в межзвездном пространстве.
• ИЗОТОПЫ НАТРИЯ. Природный натрий состоит только из одного изотопа с массовым числом 23. Известны 13 радиоактивных изотопов этого элемента, причем два из них представляют значительный интерес для науки. Натрий-22, распадаясь, излучает позитроны - положительно заряженные частицы, масса которых равна массе электронов. Этот изотоп с периодом полураспада 2,58 года используют в качестве позитронного источника. А изотоп натрий-24 (его период полураспада около 15 часов) применяют в медицине для диагностики и для лечения некоторых форм лейкемии - тяжелого заболевания крови.

Как получают натрий

Современный электролизер для получения натрия - довольно внушительное сооружение, внешне напоминающее печь. Эта «печка» сложена из огнеупорного кирпича и снаружи окружена стальным кожухом. Снизу через дно электролизера введен графитовый анод, окруженный кольцеобразной сеткой - диафрагмой. Эта сетка не дает возможности натрию проникнуть в анодное пространство, где выделяется хлор . Иначе элемент №11 сгорел бы в хлоре. Анод, кстати, тоже кольцеобразный. Он сделан из стали. Обязательная принадлежность электролизера - два колпака. Один устанавливают над анодом для сбора хлора, другой - над катодом для отвода натрия.

В электролизере загружают смесь тщательно высушенных хлористого натрия и хлористого кальция. Такая смесь плавится при более низкой температуре, чем чистый хлористый натрий. Обычно электролиз ведут при температуре около 600°С.

На электроды подают постоянный ток напряжением около 6 в; на катоде происходит разряд ионов Na + и выделение металлического натрия. Натрий всплывает и отводится в специальный сборник (разумеется, без доступа воздуха). На аноде разряжаются ноны хлора Cl - и выделяется газообразный хлор - ценный побочный продукт натриевого производства.

Обычно электролизер работает под нагрузкой 25 - 30 тыс. А, при этом в сутки производится 400 - 500 кг натрия и 600 - 700 кг хлора.

«САМЫЙ МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ МЕТАЛЛ». Так иногда называют натрий. Это не совсем справедливо: в менделеевской таблице нарастание металлических свойств происходит по мере продвижения справа налево и сверху вниз. Так что у аналогов натрия по группе - франция , рубидия , цезия , калия - металлические свойства выражены сильнее, чем у натрия. (Конечно, имеются в виду только химические свойства.) Но и у натрия есть полный комплекс «металлических» химических свойств. Он легко отдает свои валентные электроны (по одному на атом), всегда проявляет валентность 1+ , обладает ярко выраженными восстановительными свойствами. Гидроокись натрия NaOH - сильная щелочь. Все это объясняется строением атома натрия, на внешней оболочке которого один электрон, и с ним атом легко расстается.