Натрий и хлор: элементы и их соединения¶
Натрий (химический символ Na, атомный номер 11) и хлор (химический символ Cl, атомный номер 17) — два химических элемента, занимающих ключевое место в периодической системе Д. И. Менделеева и в повседневной практике человечества. Натрий относится к группе щелочных металлов (I группа, главная подгруппа), хлор — к галогенам (VII группа). Их важнейшее совместное соединение — хлорид натрия (поваренная соль, NaCl) — определило развитие пищевых технологий, химической промышленности и физиологии живых организмов.
¶Положение в периодической системе
| Характеристика | Натрий | Хлор |
|---|---|---|
| Атомный номер | 11 | 17 |
| Атомная масса | 22,99 а. е. м. | 35,45 а. е. м. |
| Группа | I (щелочные металлы) | VII (галогены) |
| Период | 3 | 3 |
| Электронная конфигурация | 3s¹ | 3s²3p⁵ |
| Степень окисления | +1 | −1, +1, +3, +5, +7 |
Оба элемента расположены в третьем периоде, что объясняет сходство радиусов их ионов и склонность к образованию устойчивой ионной связи. Натрий легко отдаёт единственный валентный электрон, превращаясь в катион Na⁺; хлор, напротив, стремится принять электрон, образуя анион Cl⁻. Это электростатическое «притяжение противоположностей» лежит в основе образования NaCl.
¶История открытия
Металлический натрий впервые получил английский химик Хамфри Дэви в 1807 году электролизом расплавленного гидроксида натрия. Название элемента происходит от арабского «натрон» — так называли природную соду.
Хлор был открыт шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле в 1774 году при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой. Первоначально его считали оксидом неизвестного элемента; лишь в 1810 году Дэви доказал, что это самостоятельный химический элемент, и дал ему имя «хлор» (от греческого «хлорос» — «жёлто-зелёный»).
¶Физические и химические свойства
Натрий — мягкий серебристо-белый металл, легко режется ножом, плавится при 97,8 °C. Из-за высокой химической активности хранится под слоем керосина или минерального масла. На воздухе быстро окисляется, с водой реагирует бурно, с выделением водорода, который может воспламениться. Горит жёлтым пламенем — это свойство используется в натриевых лампах уличного освещения.
Хлор — газ жёлто-зелёного цвета с резким удушливым запахом, тяжелее воздуха примерно в 2,5 раза. Температура кипения — около −34 °C. Хлор — сильный окислитель, реагирует с большинством металлов и многими неметаллами, образуя хлориды. В больших концентрациях токсичен: применялся как боевое отравляющее вещество в Первую мировую войну.
¶Хлорид натрия и его значение
Поваренная соль — важнейшее природное соединение обоих элементов. В природе встречается в виде минерала галита, в составе морской воды (около 3 %), соляных озёр и подземных залежей. Крупные месторождения в России расположены в районе озера Баскунчак, Соль-Илецка, в Пермском крае (Верхнекамское месторождение).
Соль выполняет несколько функций:
- пищевой консервант и вкусовая добавка;
- сырьё для промышленного получения натрия, хлора, соды, гидроксида натрия;
- участник водно-солевого обмена в организме человека и животных.
¶Применение
Натрий используется в металлургии как восстановитель, в ядерной энергетике как теплоноситель (жидкий натрий), в производстве натриевых ламп и органическом синтезе.
Хлор применяется для обеззараживания воды и сточных вод, в производстве пластмасс (поливинилхлорид), растворителей, пестицидов, отбеливателей, лекарственных препаратов.
Хлорид натрия служит основой для электролиза в хлор-щелочной промышленности — одной из крупнейших отраслей мировой химии.
¶Биологическая роль
Оба элемента незаменимы для живых организмов. Ионы натрия поддерживают осмотическое давление, участвуют в передаче нервных импульсов и мышечных сокращениях. Ионы хлора входят в состав желудочного сока (соляная кислота HCl), регулируют кислотно-щелочной баланс. Суточная потребность человека в поваренной соли составляет 5–10 г; её избыток повышает риск гипертонии, недостаток приводит к нарушению обмена веществ.
¶Техника безопасности
Металлический натрий пожароопасен и хранится в инертной среде. Хлор относится к веществам второго класса опасности; работа с ним требует герметичного оборудования и средств защиты органов дыхания. Хлорид натрия в бытовых концентрациях безвреден, однако большие дозы опасны для здоровья.
¶Интересные факты
- В 1 литре морской воды содержится около 27 г хлорида натрия.
- Натрий входит в десятку самых распространённых элементов земной коры (около 2,3 %).
- Хлор был первым боевым отравляющим веществом, массово применённым в 1915 году под Ипром.
- Символ Na происходит от латинского названия «natrium», а Cl — от греческого «chloros».
Источники: учебники по общей и неорганической химии, справочные данные ИЮПАК, Большая российская энциклопедия, материалы по истории химии.