В природе содержится 24 % натрия. В организме человека его содержится до 0,5 % от массы тела. Этот химический элемент является очень активным. Он вступает во взаимодействие с огромным количеством других веществ, образуя все новые и новые соединения. Такая способность объясняется тем, что его атомное строение имеет как бы недостроенный вид. Натрию не хватает электронов, как не хватает кирпичей недостроенному кирпичному дому, и он стремится отнять эти электроны у любого другого вещества, которое встречается у него на пути. Но, как правило, происходит наоборот, и натрий лишается последнего электрона. Именно поэтому натрий в свободном, так называемом полном, состоянии встретить практически невозможно.
Натрий – это серебристо-белый металл с розовым оттенком. Он легче воды, и поэтому, если опустить кусочек натрия в воду, он будет плавать. Хранить натрий лучше всего под слоем керосина, поскольку на воздухе он достаточно быстро окисляется с образованием на поверхности рыхлой пленки пероксида – соединения натрия с кислородом воздуха. Соприкосновение металла с водой вызывает бурную реакцию с образованием щелочи и водорода.
Пары и летучие соединения натрия окрашивают пламя в желтый цвет.
Использование натрия и его соединений получило широкое распространение в различных отраслях промышленности и медицине. Гидроксид натрия (или щелочь) – сильное, хорошо растворимое в воде соединение. Он применяется в промышленности для получения различных солей натрия, обезжиривания изделий, приготовления мыла и т. д.
Соли натрия. Для промышленности имеет значение целый ряд соединений натрия: карбонат натрия (кальцинированная сода), гидрокарбонат натрия (питьевая вода), нитрат натрия (натриевая селитра), хлорид и сульфат натрия и др. Карбонат натрия – сода. В безводном состоянии кальцинированная сода – белый порошок, легко растворимый в воде. Ее водный раствор обладает щелочной реакцией вследствие образования наряду с гидрокарбонатом натрия щелочи. Охлаждение насыщенных растворов карбоната натрия ниже 32 °С вызывает кристаллизацию этого соединения с образованием кристаллической соды. Сода находит применение в промышленности при обезжиривании, изготовлении различных солей, в стекольной промышленности, красильном производстве и ряде других случаев. Гидрокарбонат натрия (питьевая сода) – белый, устойчивый на воздухе порошок, при нагревании переходящий в карбонат, который растворим меньше, чем гидрокарбонат. Гидрокарбонат натрия применяют в качестве порошка, при изготовлении шипучих напитков, в медицине он находит широкое применение для снижения кислотности желудочного сока.
Хлорид натрия (поваренная соль) – белый кристаллический порошок с высокой температурой плавления, хорошо растворяется в воде. Это соединение очень важно для баланса солевого обмена нашего организма.
Натрий в природе встречается в форме многочисленных соединений: поваренная соль, чилийская селитра, мирабилит, криолит и др. Получают металлический натрий электролизом расплава солей, обычно хлоридов. Для разделения выделяющегося металла и хлора служат сетчатая диафрагма и колокол.
Калий был открыт Г. Дэви практически одновременно с натрием в 1807 г. Свойства калия заметно отличаются от свойств натрия, что обусловлено различием величины радиуса их атомов и ионов. В природе имеются 3 изотопа этого элемента К (39), К (40), К (41). Один из них – К (40) – радиоактивен, и определенная доля радиоактивности минералов и почвы связана с присутствием этого изотопа. Его период полураспада велик – 1,32 млрд лет. Определить присутствие калия в образце довольно легко: пары металла и его соединения окрашивают пламя в фиолетово-красный цвет.
Внешне калий – блестящий серебристо-белый металл с температурой плавления 98 °С, т. е. меньше, чем температура кипения воды. Плотность его невелика (0,85 г/см>3), и он даже мог бы плавать в воде, если бы не взаимодействовал с ней. Калий – мягкий металл и легко режется ножом. Ввиду активного взаимодействия калия с воздухом металл хранят под слоем органического вещества: чаще всего керосина или минерального масла. На воздухе калий хранить нельзя, так как он тотчас же начинает окисляться (взаимодействовать с кислородом воздуха). Образуется рыхлая пористая (поэтому и не препятствующая дальнейшему доступу воздуха) пленка, которая имеет объем меньше, чем подвергшийся окислению металл. Из-за уменьшения объема оксидная пленка уже не покрывает всю поверхность металла, на ней имеются поры и трещины, через которые кислород проникает к слою еще не окисленного металла. Продукты взаимодействия калия с кислородом – оксидант, пероксидные и супероксидные соединения.
При соприкосновении калия с водой протекает бурный процесс, при котором металл выделяет из воды водород. Эта реакция очень опасна, поскольку при ней выделяется столько тепла, что возгораются и калий, и водород. Известно, что возгорание водорода сопровождается сильнейшим взрывом. Гидроксид калия (едкое кали) – весьма ценное для техники вещество. Его используют при очистке нефтепродуктов и красителей, в мыловарении и текстильной промышленности как осушающее вещество и в других целях. Пероксид калия применяется как сильнейший окислитель. При небольшом нагревании калий активно взаимодействует с большинством неметаллов (серой, хлором, азотом, фосфором и др.), с водородом реакция протекает при 200 °С. Образующийся гидрид очень активен и способен самовозгораться на воздухе. Реакция взаимодействия калия и брома сопровождается взрывом. В природе калий встречается в минералах, в почве, растениях и организмах. Минералы сильвинит (КCl8NaCl) и карнолит (KCl – MdCl2 – 6H2O) – основные источники получения калия. Чаще всего металлический калий получают путем замещения его в соединениях натрием (KJH + Na = K + NaОH). Металлический калий применяется в виде сплава с натрием в атомных реакциях как теплоноситель. Соли калия широко применяются в сельском хозяйстве и многих областях промышленности. В качестве удобрений применяются калийная селитра (KNО3), фосфат и метафосфат калия (K2HPO4) и (KPO3), каменная соль (КCl), сульфат (К2SO4). Карбонат калия используется в мыловаренной и стекольной промышленностях.
