Натрий с водой использование

Натрий: способы получения и химические свойства

Натрий — это щелочной металл, серебристо-белого цвета. Легкий, очень мягкий, низкая температура плавления.

Относительная молекулярная масса Mr = 22,990; относительная плотность по твердому состоянию d = 0,968; относительная плотность по жидкому состоянию d = 0, 27; t_пл = 97,83º C; t_кип = 886º C.

Способ получения

1. Натрий получают в промышленности электролизом расплава гидроксида натрия, в результате образуется натрий, кислород и вода:

4NaOH → 4Na + O₂↑ + 2H₂O

Качественная реакция

Качественная реакция на натрий — окрашивание пламени солями натрия в желтый цвет .

Химические свойства

Натрий — активный металл; на воздухе реагирует с кислородом и покрывается оксидной пленкой. Воспламеняется при умеренном нагревании; окрашивает пламя газовой горелки в темно-красный цвет.

1. Натрий — сильный восстановитель . Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами :

1.1. Натрий легко реагирует с галогенами с образованием галогенидов:

2Na + I₂ = 2NaI

1.2. Натрий реагирует с серой с образованием сульфида натрия:

2Na + S = Na₂S

1.3. Натрий активно реагирует с фосфором и водородом . При этом образуются бинарные соединения — фосфид натрия и гидрид натрия:

3Na + P = Na₃P

2Na + H₂ = 2NaH

1.4. С азотом натрий реагирует при температуре 100º С и электрическом разряде с образованием нитрида:

1.5. Натрий реагирует с углеродом с образованием карбида:

1.6. При взаимодействии с кислородом при температуре 250–400º C натрий образует пероксид натрия:

2. Натрий активно взаимодействует со сложными веществами:

2.1. Натрий реагирует с водой . Взаимодействие натрия с водой приводит к образованию щелочи и водорода:

2Na 0 + 2 H₂ O = 2 Na + OH + H₂ 0

2.2. Натрий взаимодействует с кислотами . При этом образуются соль и водород.

Например , натрий реагирует с разбавленной соляной кислотой :

2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂ ↑

2.3. Натрий может реагировать с аммиаком , при этом образуются амид натрия и водород:

2.4. Н атрий может взаимодействовать с гидроксидами:

Например , натрий взаимодействует с гидроксидом натрия при температуре 600º С:

2Na + 2NaOH = 2Na₂O + H₂

Источник

Умягчение воды методом натрий-катионирования

Технология умягчения воды на основе ионного обмена, а именно, на основе Натрий-катионирования основывается на химических реакциях обмена ионами – т.е. одни ионы (в нашем случае – ионы, формирующие жесткость воды – Кальций, Магний) извлекаются из воды, а взамен их в воду «добавляются» ионы замещения. В случае с использованием Na-катионирования такими «замещающими» ионами становятся ионы Натрия, не вызывающие эффекта «накипеобразования».

В виде набора химических реакций этот процесс можно выразить следующим образом:

(R в контексте рассматриваемых химических реакций представляет собой комплекс катионита, упрощенно называемый анионитной частью катионита) можно представить в виде следующих уравнений:

— 2NaR+ Ca(HCO₃)₂ ↔ CaR₂ + 2NaHCO₃– где гидрокарбонат кальция в процессе обмена преобразуется в гидрокарбонат Натрия с фиксацией ионов кальция в матрице ионообменного материала;

— 2NaR+ Mg(HCO₃)₂ ↔ MgR₂ + 2NaHCO₃ – где гидрокарбонат магния в процессе обмена преобразуется в гидрокарбонат Натрия с фиксацией ионов магния в матрице ионообменного материала;

— 2NaR+ CaCl₂ ↔ CaR₂ + 2NaCl– где аналогичным образом происходит замещение хлорида кальция на хлорид натрия;

— 2NaR+ MgSO₄ ↔ MgR₂ + Na₂SO₄– где сульфат магния преобразуется в сульфат натрия;

— 2NaR + CaSiO₃ ↔ CaR₂ + Na₂SiO₃– где силикат кальция преобразуется в силикат натрия.

Уравнения обменных реакций с солями MgCl₂, CaSO₄ и MgSiO₃ аналогичны приведенным уравнениям. Ионы, которые участвуют в реакциях обмена: Na + , с одной стороны, и Ca 2+ ; Mg 2+ , с другой стороны, называются противоионами.

Реакции ионного обмена обратимы.

Это один из важнейших принципов, на которых строится работа фильтров – умягчителей, в которых используется ионообменный материал. Суть обратимости процесса лежит во многократной возможности протекания реакций замещения.

По мере пропускания воды через слой катионита количество ионов натрия, способных к обмену, уменьшается, а количество ионов кальция и магния, задержанных в матрице катионита, возрастает, то есть емкость катионита «истощается». Поэтому при возрастании в воде концентрации ионов натрия по сравнению с остающимся количеством ионов кальция и магния, процесс поглощения ионов Ca 2+ и Mg 2+ из воды замедляется, и равновесие реакций начинает сдвигаться в левую сторону. Это может привести к «проскоку» «сырой», не умягченной воды в фильтрат.

Чтобы этого избежать, следует провести регенерацию ионообменной смолы – пропустить через слой катионита реагент, который восстановит обменную емкость катионита – раствор хлорида натрия. На практике, раствор хлорида натрия, представляет собой насыщенный раствор пищевой (поваренной) или технической очищенной соли, с плотностью раствора, примерно равной 1,13.

Выбор хлорида натрия в качестве реагента для регенерации катионита процесса Na-катионирования не был случайным. Прежде всего, он привлекает своей доступностью и относительной дешевизной. Кроме того, основные продукты регенерации катионита (соединения, возникающие в процессе пропускания насыщенного раствора хлорида натрия через ионообменный материал) – это соли CaCl₂, MgCl₂, которые являются веществами, хорошо растворимыми в воде. Это их выгодно отличает, например, от СаСО₃ (если бы регенерация проводилась карбонатом натрия (Na₂CO₃)) или CaSO₄ (если бы регенерация проводилась сульфатом натрия (Na₂SO₄)).

Процесс регенерации катионита может быть представлен следующим образом:

— MgR₂ + 2Na+ ↔ 2 NaR + Mg 2+ — аналогичный процесс замещения, происходящий с ионами магния.

Таким образом, технология ионного обмена для умягчения воды представляет собой двунаправленный процесс, где сначала осуществляется замещение ионов кальция и магния, содержащихся в сырой (исходной) воде на ионы натрия, содержащиеся в матрице катионита. Далее, во время регенерации, осуществляется обратный процесс замещения -«перезарядка катионита», а продукты регенерации в виде соединений хлоридов кальция и магния – вымываются вместе с регенерирующим раствором в дренаж. После регенерации фильтры-умягчители полностью восстанавливают свои свойства.

Учитывая эффективность и технологичность используемых НПП «Национальный центр водных технологий» ионообменных материалов, срок их службы составляет, в среднем, от 4 до 7 лет, после чего необходимо осуществить замену катионита.

Факторы, влияющие на эффективность работы технологии.

При построении систем умягчения воды важно понимать, что на эффективность работы таких систем оказывают влияние несколько факторов, таких как:

— общая минерализация воды;

— водородный показатель воды (рН);

— общие органолептические характеристики воды, такие как цветность и мутность;

— наличие в воде соединений железа и органики.

Влияние общей минерализации на эффективность работы системы умягчения.

При построении комплексов умягчения воды важно учитывая общую минерализацию исходной воды, а также ее общий ионный состав.

При увеличении минерализации обрабатываемой воды (а увеличение идет, в основном, за счет увеличения содержания в воде натрия), получение глубокоумягченной воды традиционным Na-катионированием (в том числе даже двухступенчатым) становится все более проблематичным.

При проведении процессов умягчения и регенерации следует учитывать действие так называемых противоионов. Противоион – это тот ион, который вытесняется из ионита, то есть в умягчаемой воде ион Na + , а в регенерационном растворе — ионы Са 2+ , Mg 2+

Проблема эффективности протекающих ионообменных процессов вызвана тем, что с ростом концентраций натрия в исходной воде и фильтрате, вступает в силу Закон действующих масс – повышение концентрации в воде иона, содержащегося в катионите (продукта реакции), согласно этому закону, тормозит реакции умягчения воды или регенерации катионита.

Следовательно, чем выше минерализация исходной воды, которая, чаще всего, сопровождается увеличением концентрации ионов натрия, тем больше концентрация ионов натрия в умягченной воде (за счет переноса ионов натрия с матрицы катионита в фильтрат после закрепления на матрице ионита ионов кальция и магния) и, следовательно, выше противоионный эффект, что приводит к увеличению остаточной жесткости фильтрата.

Концентрация противоиона определяется не только начальным содержанием иона натрия в исходной воде, но и тем количеством натрия, которое будет вытеснено из катионита в процессе обмена на ионы жесткости – кальция и магния. Следствием этого становится проскок ионов кальция и магния в фильтрат, что ведет к недостаточной эффективности работы фильтров-умягчителей.

Таблица 1.Ориентировочные значения жесткости воды после натрий-катионирования в зависимости от минерализации исходной воды, при условии, что минерализация формируется за счет роста содержания ионов натрия.

Источник

Эксперимент «Натрий на воде»

Почему металл не тонет, а бегает по воде?

Можно ли заставить металл бегать по воде? Давайте проверим!

Меры предосторожности

Проводите опыт в защитных перчатках, очках и маске. Соблюдайте технику безопасности при работе с огнем и горючими предметами, а также активными металлами (литий, натрий, калий, рубидий, цезий).

Внимание! Не проводите этот опыт самостоятельно — только в присутствии профессионала!

Реагенты и оборудование:

• металлический натрий;
• 1%-й р-р фенолфталеина;
• 1%-й р-р индигокармина;
• 1%-й р-р тимолового синего;
• вода;
• кристаллизатор (3 шт.).

Пошаговая инструкция

В кристаллизаторы наливаем воду и добавляем растворы индикаторов: в первый кристаллизатор капаем фенолфталеин, во второй — индигокармин, а в третий — тимоловый синий. Добавляем по кусочку металлического натрия. Наблюдаем изменение окраски во всех трех кристаллизаторах.

Пояснение процессов

Натрий — очень активный металл, он способен вытеснять водород из воды. Реакция натрия и воды нередко сопровождается взрывом. Если маленький кусочек натрия бросить в кристаллизатор с водой и кислотно-основным индикатором, натрий будет быстро бегать по поверхности жидкости. При этом он будет плавиться, превращаясь в красивую «бусину», которая может даже загореться!

Почему натрий бегает

При взаимодействии с водой выделяется водород, который подталкивает натрий к «бегству».

Почему натрий плавится и загорается

Реакция натрия с водой сопровождается выделением огромного количества тепла — из-за этого металл плавится. Этой энергии реакции достаточно, чтобы поджечь выделяющейся водород!

Почему изменяется цвет растворов

Фенолфталеин, индигокармин и тимоловый синий являются кислотно-основными индикаторами, то есть веществами, которые изменяют свой цвет в зависимости от водородного показателя среды. При взаимодействии натрия с водой образуется гидроксид натрия, который является очень сильным основанием — так среда становится щелочной. Фенолфталеин меняет цвет от бесцветного к малиновому, индигокармин — от синего к зеленому, а тимоловый синий — от желтого к синему.

Источник

Содержание натрия в питьевой воде. Как очистить?

Любая вода — водопроводная, родниковая или скважинная — это сложный по составу раствор, в котором обнаруживается не один десяток элементов периодической системы. При этом она может быть вполне безвредной или, наоборот, опасной для здоровья. Для того, чтобы пить чистую воду и не бояться за свое здоровье жители Подмосковья и соседних областей устаналивают системы очистки воды для загородного дома. Показатель, по которому определяют пригодность воды для питья, называют предельно допустимой концентрацией (ПДК). Он определен для каждого элемента, в том числе для натрия. Высокое содержание натрия в воде может привести к негативным последствиям.

Источники натрия в воде

Натрий содержится в воде в виде положительно заряженных ионов. Это результат электролитической диссоциации солей или оснований. Источники натрий в подземных водах можно разделить на два типа:

• Природные. Хлорид натрия — одна из самых распространенных солей на земле. В высоких концентрациях она содержится в морях, океанах и озерах. Другие растворимые соли натрия содержатся в магматических и осадочных горных породах.
• Техногенные. Удобрения (натриевая селитра), антигололедные реагенты и стоки промышленных предприятий попадают в открытые водоемы, из которых ведется водозабор. Ионы натрия способны проникать и в подземные источники.

Еще один поставщик натрия — ионообменная смола, которая используется для снижения жесткости воды в фильтрах умягчения.

Натрий в воде: ПДК

Содержание в воде солей натрия должно строго нормироваться на законодательном уровне. Нормы для питьевой воды по натрию указаны в СанПиН 2.1.4.1074-01. Согласно требованиям СанПиН содержание натрия в воде не должно превышать 120000 мкг/дм3. Рекомендации ВОЗ и нормативы ЕС более лояльны. В них указана ПДК 200000 мкг/л.

Как определить натрий в воде

Солоноватый вкус воды указывает на избыток натрия в воде. Определить точное количество натрия в воде можно только лабораторным путем. Для определения натрия в воде образцы воды исследуют в специализированных лабораториях, которые работают с проверенными надежным оборудованием. Превышение ПДК для воды по натрию может свидетельствовать также о наличии других вредных и опасных примесей. Натрий входит в такие соединения как селитра (нитрат), едкий натр (сильная щелочь), и цианистый натрий (сильный яд).

Чем вреден натрий в воде

Повышенное содержание натрия вызывает ухудшение вкусовых качеств воды. Она становится соленой или солено-горькой. Высокая концентрация ионов натрия в воде может быть причиной следующих нарушений в организме человека:

• Обезвоживание, вызванное ухудшением водно-солевого баланса на клеточном уровне.
• Нарушение обмена калия. При регулярном употреблении воды с превышением ПДК натрия возрастает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний.
• Ухудшение пищеварения. Натрий участвует в образовании желудочного сока.
• Вода с повышенным содержанием натрия может вызывать тошноту, рвоту и головокружение.

Как очистить воду от натрия?

Из всех известных способов очистки воды от натрия лучше всего справляются фильтры обратного осмоса. Технология разделения на концентрат и пермеат состоит в прохождении исходной воды через полупроницаемую мембрану. Тонкая перегородка проводит молекулы воды, но задерживает ионы натрия и других растворенных солей.

Эффективность очистки определяется селективностью мембраны к определенному веществу. Фильтрующие элементы для обратноосмотических систем задерживают до 98 % ионов натрия. Селективность мембраны зависит от многих факторов, в том числе от температуры и давления. Последний параметр также влияет на производительность системы и соотношение пермеата к концентрату (расход воды).

Селективность мембраны зависит от производителя. Идентичные по конструкции и материалу рабочего слоя картриджи разных брендов имеют неодинаковую эффективность по удалению натрия. Краевой эффект — некачественное закрепление мембранного полотна и другие нарушения сплошности позволяют раствору свободно протекать на сторону пермеата. В результате концентрация ионов натрия в нем оказывается далекой от установленных норм. Низкое качество фильтрующих элементов — результат нарушений технологии производства, использование устаревшего оборудования.

Для доведения водопроводной воды до норм питьевой применяют установки обратного осмоса, рассчитанные на одну или несколько водоразборных точек. Убрать натрий из воды можно с помощью бытового и промышленного осмоса.

1. Удаление натрия из воды обратным осмосом на весь дом

«Как снизить натрий в воде», — вопрос, которым задаются миллионы жителей по всему миру. Водоподготовительные сооружения городских водозаборных станций удаляют большинство вредных примесей и обеззараживают воду. Однако они не в состоянии справиться, если в воде много натрия. Существуют установки обратного осмоса для частного дома или даже для многоэтажных домов, производительность которых позволяет давать чистую питьевую воду для всех абонентов в непрерывном режиме.

В состав системы очистки воды с высоким содержанием натрия входят следующие элементы:

От водозаборной станции до кухонного крана конечного потребителя вода проходит по магистрали, а это — не один километр трубопровода. Из него выносятся шлам, окисленное железо и соли жесткости. Кроме того, обеззараживание воды подразумевает дозирование хлорсодержащих реагентов. Все перечисленные вещества сокращают срок службы мембраны — самого дорогого элемента системы. Поэтому фильтры предварительной подготовки для удаления повышенного натрия в воде устанавливают непосредственно перед обратным осмосом.

Для достижения требуемой производительности и выхода пермеата к системе прикладывают высокое давление. В наиболее мощных установках оно достигает 50 атмосфер и нагнетается насосом.

2. Бытовая установка (под мойку)- выгодный и эффективный метод удаления натрия из воды

Удаление солей натрия из воды возможно с помощью бытовых установок обратного осмоса. Бытовые системы очистки воды — это компактные (часто — моноблочные) установки, которые вмещаются в тумбочку под мойку и полностью снижают большое содержание натрия в воде. Они содержат те же фильтры предварительной подготовки, только имеют более скромные размеры. Установки имеют сравнительно низкую производительность, и чтобы в доме всегда был запас очищенной воды, они комплектуются накопительными баками на 3 — 18 литров. Рабочее давление большинства бытовых систем не превышает 3 атмосфер, поэтому повысительный насос в них — это опция.

Очищенная бытовым осмосом вода стоит дороже, чем та, что прошла через общедомовой фильтр. Но она выигрывает по стоимости у бутилированной. Однако при одинаковой селективности мембран вода из бытового фильтра оказывается чище, поскольку не проходит через стояк и поквартирную разводку. Оба варианта — «на дом» и «под мойку» — пользуются спросом на рынке оборудования для водоподготовки.

Источник