Реакция горения натрия с водой

Натрий легкий (плотность 0.97 г/см 3 ), мягкий и легкоплавкий (Т_пл 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.

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.

Не следует брать натрия слишком много, иначе возможен взрыв. Когда автор взял кусочек натрия размером с фасолину, то реакция началась спокойно, но через несколько секунд последовал взрыв. В результате брызги расплавленного натрия разлетелись во все стороны, часть их попала на фотоаппарат, в том числе — на стекло объектива. Многоразовое протирание объектива ваткой со спиртом спасло положение — снимки из других разделов статьи выполнены уже после взрыва с помощью этого же фотоаппарата. 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.

В маленькую чашку Петри налейте 10 мл концентрированной азотной кислоты HNO₃ и бросьте в нее кусочек натрия величиной не больше пшеничного зернышка. Натрий сразу же загорится ярким оранжевым пламенем, образуется белый дым. Когда кусочек почти растворится, последует взрыв. Во все стороны разлетятся брызги кислоты.

Эксперимент проводят под вытяжкой, пользуясь защитной маской из оргстекла. Поблизости не должно быть предметов, которые могут пострадать от кислоты. Лучше использовать пластмассовые чашки Петри или донышка пластиковых стаканов, поскольку стекло при взрыве часто трескается. Использовать бОльшие количества натрия опасно.

В чашку Петри налейте 10 мл концентрированной серной кислоты H₂SO₄ и бросьте туда кусочек натрия (не больше пшеничного зернышка). Металл загорится желтым пламенем и будет плавать по поверхности кислоты, пока не сгорит. В данном эксперименте взрывов не наблюдалось, но если использовать большие кусочки натрия, взрыв, без сомнения, произойдет.

Следует учитывать, что возможен выброс брызг концентрированной кислоты и расплавленного натрия.

После окончания горения натрия останется желтый пероксид натрия Na₂O₂, загрязненный продуктами разрушения керамики. Добавьте к нему несколько капель ледяной уксусной кислоты (или концентрированной муравьиной). Произойдет воспламенение, что объясняется образованием безводного пероксида водорода, который обладает сильными окислительными свойствами:

Несмотря на то, что щелочные металлы обладают близкими химическими свойствами, их «мнения» относительно кислорода сильно отличаются. При взаимодействии с кислородом литий образует оксид:

а калий, рубидий и цезий — супероксиды:

Me + O₂ = MeO₂, где Me = K, Rb, Cs

Таким образом, из всех щелочных металлов при действии кислорода «нормальный» оксид образует только литий. Оксиды других щелочных металлов получают «обходными путями», например:

2NaOH + 2Na = 2Na₂O + H₂ (реакция идет при сплавлении).

С чем натрий реагирует быстрее: с соляной кислотой или с водой?
What is faster: Reaction of Sodium with Water or with Concentrated Hydrochloric Acid

В прошлом номере журнала было описано взаимодействие натрия с водой, концентрированной азотной кислотой HNO₃, концентрированной серной кислотой H₂SO₄, а также с перекисью водорода [1]. Планировалось провести аналогичный эксперимент и с концентрированной соляной кислотой HCl, но от этой мысли пришлось отказаться. Было очевидно, что реакция пройдет бурно, визуально она вряд ли будет отличаться от взаимодействия натрия с серной или азотной кислотами.

Уже после выхода журнала автору подсказали, что натрий реагирует с концентрированной соляной кислотой медленнее, чем с водой. Это утверждение проверить легко — необходимо провести эксперимент.

Возьмем две выпарные чашки на 100 мл. В первую нальем на 2/3 концентрированной соляной кислоты, во вторую — сколько же воды. Поставьте чашки рядом. Возьмите два одинаковых кусочка натрия размером с горошину. Оба кусочка положите на листочек бумаги. Теперь бросьте по одному кусочку натрия в каждую из чашек — постарайтесь сделать это одновременно. Засеките время.

Натрий в соляной кислоте превратится в шарик, который будет быстро бегать по поверхности с приглушенным шипением. Воспламенения не произойдет. Аналогично будет и с водой (если не считать небольшой вспышки). Но уже через десять секунд разница станет очевидной: кусочек натрия, помещенный в соляную кислоту, будет уменьшаться значительно медленнее, чем такой же кусочек натрия в воде. В начале эксперимента может показаться, что натрий плавает по поверхности кислоты, не растворяясь.

В нашем эксперименте кусочек натрия полностью растворился в воде за 52 сек, а в концентрированной соляной кислоте — за 142 сек. Таким образом, натрий реагировал с HCl почти в три раза медленнее, чем с водой. Объяснить такое необычное поведение просто. Дело в том, что хлорид натрия плохо растворим в концентрированной соляной кислоте HCl. В процессе эксперимента почти сразу заметно образование белого осадка хлорида натрия NaCl. На поверхности металла образуется корка нерастворимого NaCl, которая замедляет взаимодействие натрия с концентрированной кислотой.

Для наглядности можно перелить содержимое левой чашки в колбочку и показать ее на темном фоне.

Перед началом эксперимента желательно смочить полоски универсальной индикаторной бумаги в чашках с водой и кислотой, а потом положить эти бумажки возле соответствующих чашек.

Эксперименты с супероксидом калия KO₂
Experiments with Potassium Superoxide

Andrew Allen / http://mattson.creighton.edu/, перевод с английского

Супероксид калия — желтое твердое вещество. Если оставить его на воздухе, то под действием влаги и углекислого газа он разложится с образованием белых продуктов.

Супероксид калия парамагнитен, что можно объяснить нечетным числом валентных электронов в анионе О₂ — (6e — + 6e — + 1e — = 13e — ). Наличие неспаренного электрона также обуславливает и желтый цвет вещества. Чтобы продемонстрировать парамагнитные свойства, подвесим пробирку с KO₂ как показано на фотографии. Если к пробирке приблизить неодимовый магнит, будет заметно, что вещество притягивается к магниту. Маленькая картинка получена наложением двух изображений пробирки: с магнитом и без магнита.

Для проведения реакций с KO₂ мы использовали установку, которая показана на фотографиях. В стеклянную трубку от пипетки насыпали около 0.6 гр KO₂, с обоих концов слой уплотнили тампонами из стекловаты.

С помощью резиновых трубок стеклянную трубку соединили со шприцами.

Левый шприц установки заполнен CO₂, стеклянная трубка содержит KO₂, а правый шприц служит для сбора газообразных продуктов реакции (см. фотографии). Если через слой желтого KO₂ продавить CO₂, цвет вещества изменится на белый в результате образования K₂CO₃. Для эксперимента было взято примерно 2 ммоль CO₂ и 8 ммоль KO₂, следовательно, углекислый газ был в недостатке. В правом шприце должен собраться кислород.

Для начала исследуем газ из шприца-приемника (который вероятно содержит кислород) с помощью раствора универсального кислотно-основного индикатора.

Универсальный индикатор

Чтобы провести сравнение, во втором стаканчике пропустим через раствор этого же индикатора углекислый газ.

На фотографии справа показан шприц с углекислым газом, а слева шприц с исследуемым газом, который вероятно содержит кислород.

Как мы видим, газ из левого шприца не изменяет цвет индикатора, в то время как углекислый газ приводит к понижению рН раствора и переходу окраски индикатора с зеленой в желтую.

Теперь проведем традиционную пробу для обнаружения кислорода. Возьмем тлеющую лучинку

и внесем ее в шприц с газом, который вероятно содержит кислород. Лучинка ярко загорится. Наличие кислорода доказано.

После этого покажем отсутствие в исследуемом газе CO₂. Для этого возьмем две пробирки с профильтрованным раствором гидроксида кальция. В первую пробирку пропустим газ из шприца с CO₂. Раствор станет мутным в результате образования карбоната кальция:

В то же время газ из второго шприца не вызывает помутнение известковой воды.

Таким образом, исследуемый газ содержит кислород и не содержит углекислый газ.

И наконец, последнее испытание — взаимодействие исследуемого газа и углекислого газа с 6 M раствором NaOH. Кислород не реагирует со щелочью, зато CO₂ должен поглощаться раствором полностью:

Как видите, весь газ в шприце с CO₂ «исчезает». На фотографии в левом шприце было 60 мл CO₂(газ) + 10 мл 6 M NaOH. Обратите внимание, что весь газ прореагировал. Шприц справа содержит 60 мл O₂(газ), который был получен в первой реакции + 10 мл 6 M NaOH. Взаимодействия не наблюдается.

На следующих трех фотографиях показано как NO (бесцветный газ в левом шприце) продавливается через слой KO₂, в результате чего образуется бурый диоксид азота. Реакция сильно экзотермична.

И наконец, заключительный эксперимент. Диоксид серы — бесцветный газ в левом шприце продавливаем через KO₂. Как мы предполагаем, при этом образуется SO₃.

На фотографии место протекания реакции видно как темная область, которая смещается по мере прохождения взаимодействия слева на право. Внутри трубки с супероксидом калия было замечено небольшое красное пламя, но, к сожалению, мы не сумели его заснять.

Источник

Вам также может понравиться

Как экономить воду и энергию? Откройте для себя 13 эффективных способов сэкономить дома

Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также

Дождевая вода в саду и на балконе – как ею пользоваться?

В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно

Ящерица бежит по воде мем

Ящерица Христа В тропических лесах Америки встречается

Ячневая крупа пропорции при варке с водой

Крупа ячневая: как варить вкусную кашу – хитрости