11
Na
Natrium (Sodium)
Elektronkonfiguration:1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
1s
↿⇂
2s
↿⇂
3s
↿
4s
5s
6s
7s
2p
↿⇂
↿⇂
↿⇂
3p
4p
5p
6p
7p
3d
4d
5d
6d
4f
5f
Fysikaliska Egenskaper
- Atommassa: 22.989769 u (3.8195 x 10⁻²⁶ kg)
- Aggregeringstillstånd vid rumstemperatur (20-25 grader Celsius): Fast
- Kristallstruktur: Kroppcentrerad kubisk (BCC)
- Densitet (vid STP): 0.971 g/cm³
- Smältpunkt: 97.79°C
- Kokpunkt: 882.94°C
- Löslighet: Löslig i vatten
- Färg och lukt: Silverfärgad och luktlös
- Flamfärg: Gul
- Reaktivitet: Mycket reaktivt, reagerar kraftigt med vatten och luft
Överflöd i Universum
- Förekomst i universum: 0.002% av universums massa
Huvudsakliga Förekomstplatser på Jorden
- Huvudsakliga förekomstplatser på jorden: Finns i stora mängder i havsvatten och i mineraler som halit (naturligt natriumklorid)
Alla Upptäckare
- Upptäckare: Humphry Davy (1807, Storbritannien), genom elektrolys av smält natriumhydroxid
Elementtyp
- Elementtyp: Metall
- Klassificering: Alkalimetall
Förekomst i Naturen
- Naturlig form: Monoatomisk i föreningar, som i natriumklorid (NaCl)
Placering i Periodiska Tabellen
- Grupp: 1
- Period: 3
- Block: s-block
- Energinivåer: 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
- Valenselektroner: 1
- Elektronkonfiguration: [Ne] 3s¹
- Orbitalfyllningsdiagram:
1s ↿⇂
2s ↿⇂
2p ↿⇂ ↿⇂ ↿⇂
3s ↿ - De azimutala (𝑙), magnetiska (𝑚) och huvudsakliga (𝑛) kvanttalen för den högsta ockuperade atombanan: l=0, m=0, n=3
Kemiska Egenskaper
- Elektronegativitet: 0.93 (Paulingskalan)
- Elektronaffinitet: 0.55 eV, 53 kJ/mol
- Första joniseringsenergi: 495.8 kJ/mol
- Andra joniseringsenergi: 4562 kJ/mol
- Bindningsenergi: Kräver 2.20 MeV för att hålla atomkärnan stabil
- Oxidationstillstånd: +1
- Atomradie: 186 pm (van der Waals)
- Metallisk karaktär: Hög metallisk karaktär
Fysikaliska Egenskaper (fortsättning)
- Smältpunkt: 370.944 K (97.79°C)
- Kokpunkt: 1156.09 K (882.94°C)
- Densitet: 0.971 g/cm³
- Värmeledningsförmåga: Bra värmeledare
- Trippelpunkt: Ej relevant
- Kritisk punkt: Ej relevant
- Smältvärme: 2.60 kJ/mol
- Förångningsvärme: 97.42 kJ/mol
- Molär värmekapacitet: 28.230 J/(mol·K)
Kemisk Reaktivitet
- Reagerar med:
- Halogener (t.ex. fluor, klor, brom och jod) för att bilda natriumhalider, t.ex. natriumklorid (NaCl)
- Syre för att bilda natriumoxid (Na₂O)
- Vatten för att bilda natriumhydroxid (NaOH) och vätgas (H₂)
- Kväve för att bilda natriumazid (NaN₃)
- Organiska föreningar, kan genomgå substitution och addition reaktioner
Magnetiska Egenskaper
- Magnetisk typ: Paramagnetisk
- Magnetiskt moment: 0.00 Am²
- Dipolmoment: 0.00 D
Huvudsakliga Isotoper (Relativt överflöd)
- Huvudsakliga Isotoper (Relativt överflöd)
- Natrium-23 (²³Na) – 100% (relativt överflöd)
- Antal protoner: 11
- Antal neutroner: 12
- Användning och Förekomst i Vetenskap och Teknik: Vanlig i natrium-jon batterier och som kylmedel i vissa kärnreaktorer
- Halveringstider för Instabila Isotoper
- Natrium-22 (²²Na): Halveringstid på cirka 2.6 år
Nyckelpunkter:
- Natrium:
- Mycket reaktiv metall, lagras under olja för att förhindra oxidation.
- Mjuk och lätt att skära, med en smältpunkt på cirka 96 grader Celsius.
- Reagerar snabbt med luft och vatten, bildar natriumoxid (Na₂O) och natriumhydroxid (NaOH).
- Experiment med natrium:
- Natrium i vatten reagerar våldsamt och producerar vätgas som brinner med en orange låga.
- Ett gram natrium i vatten visar en snabb och kraftig reaktion.
- Natriumklorid:
- Transparent för infrarött ljus och används i vetenskapliga instrument.
- Kristallstruktur i form av kuber, vilket resulterar i att sprickor bildar rätvinkliga mönster.
- Naturligt natriumklorid används för att göra bordslampor och kommer ofta från underjordiska saltgruvor.
Frågor:
- Varför lagras natrium under olja?
- Natrium är mycket reaktivt och lagras under olja för att förhindra att det reagerar med luftens fuktighet och syre.
- Vad händer när natrium reagerar med vatten?
- Natrium reagerar våldsamt med vatten och producerar vätgas som kan antändas och brinna med en orange låga.
- Vad är speciellt med sprickmönstret i natriumkloridkristaller?
- Sprickorna i natriumkloridkristaller bildar rätvinkliga mönster på grund av kristallens kubiska struktur.
- Hur används natriumklorid i vetenskapliga instrument?
- Natriumklorid är transparent för infrarött ljus och används i fönster för infraröda instrument.
- Varför har natrium symbolen Na i det periodiska systemet?
- Natrium har symbolen Na från det latinska namnet “natrium”.
Quiz
Natriums Egenskaper och Reaktioner
Natriums Allmänna Egenskaper
- Fråga: Varför förvaras natrium under olja?
- A. För att skydda det från solljus.
- B. För att förhindra att natrium reagerar med luft och fukt. (Korrekt)
- C. För att göra det lättare att hantera.
- D. För att förbättra dess reaktivitet.
- Förklaring: Natrium är ett mycket reaktivt metall som snabbt reagerar med luft och fukt, vilket leder till oxidbildning. Förvaring under olja förhindrar dessa reaktioner.
Fysisk Egenskaper hos Natrium
- Fråga: Vad händer när en bit natrium skärs upp?
- A. Det blir omedelbart svart.
- B. Det förblir glänsande utan någon reaktion.
- C. Det blir snabbt matt på grund av oxidbildning. (Korrekt)
- D. Det exploderar.
- Förklaring: När natrium skärs upp, exponeras en glänsande yta som snabbt blir matt på grund av oxidbildning i kontakt med luft.
Natriums Reaktion med Vatten
- Fråga: Vilken gas bildas när natrium reagerar med vatten?
- A. Koldioxid
- B. Syre
- C. Väte (Korrekt)
- D. Kväve
- Förklaring: När natrium reagerar med vatten bildas natriumhydroxid och vätgas. Reaktionen är starkt exoterm, vilket kan leda till att vätgasen antänds.
Visuell Demonstration av Natriumreaktion
- Fråga: Vad är den observerbara färgen på lågan när natrium reagerar med vatten?
- A. Blå
- B. Grön
- C. Orange (Korrekt)
- D. Lila
- Förklaring: När natrium reagerar med vatten och vätgasen antänds, ser man en orange låga. Detta är typiskt för natriumspektrumet.
Struktur hos Natriumklorid
- Fråga: Varför bildar natriumklorid sprickor vid rät vinkel när det bryts?
- A. På grund av sin hexagonala kristallstruktur.
- B. På grund av sin amorfa struktur.
- C. På grund av sin kubiska kristallstruktur. (Korrekt)
- D. På grund av sin tetragonala kristallstruktur.
- Förklaring: Natriumklorid har en kubisk kristallstruktur, vilket gör att det bildar sprickor vid rät vinkel när det bryts.
Natriumklorids Transparenta Egenskaper
- Fråga: Varför är natriumklorid användbart i infraröda optiska system?
- A. För att det är genomskinligt i synligt ljus.
- B. För att det är billigt.
- C. För att det är genomskinligt i infrarött ljus. (Korrekt)
- D. För att det är mycket hållbart.
- Förklaring: Natriumklorid är genomskinligt i infrarött ljus, vilket gör det användbart i infraröda optiska system.
Natriumsymbolens Betydelse
- Fråga: Vad har natriums kemiska symbol ‘Na’ för personlig betydelse för talaren :)?
- A. Det är initialerna för talarens födelsestad.
- B. Det är talarens favoritämne.
- C. Det var talarens mors smeknamn. (Korrekt)
- D. Det är namnet på talarens husdjur.
- Förklaring: Talarens mor hade smeknamnet ‘Na’, vilket gör att natriums kemiska symbol ‘Na’ ger en känsla av värme och tillgivenhet.
Kreativa Uppmaningar
- Designa ett experiment där du jämför reaktionen mellan olika alkaliska metaller och vatten.
- Jag rekommenderar att testa litium, natrium och kalium i små mängder och observera skillnaderna i reaktionernas intensitet och färg.
- Skapa en modell som visar hur natrium reagerar med syre och bildar natriumoxid.
- Jag föreslår att använda bollar och pinnar för att representera natrium- och syreatomer och visa hur de binder och bildar natriumoxid.
- Utforska hur natriumklorid kan användas i konst och designa en lampa eller annan prydnad.
- Jag rekommenderar att använda stora kristaller av natriumklorid och belysa dem med färgat ljus för att skapa intressanta visuella effekter.
- Undersök hur natrium används i industrin och skriv en rapport om dess olika användningsområden.
- Jag föreslår att undersöka natriums roll i produktionen av glas, textilier och tvål och skriva en rapport som förklarar dessa processer.
- Skapa en säkerhetsmanual för att hantera reaktiva metaller som natrium i ett laboratorium.
- Jag rekommenderar att inkludera användning av skyddsutrustning, säkerhetsrutiner vid spill och hur man förvarar reaktiva metaller korrekt.
- Gör en presentation om de kemiska och fysikaliska egenskaperna hos natrium och dess föreningar.
- Jag föreslår att samla information om natriums smältpunkt, reaktivitet och dess olika föreningar som natriumhydroxid och natriumklorid.
- Utforska historien bakom upptäckten av natrium och dess tidiga användningar.
- Jag rekommenderar att läsa om Humphry Davy, som upptäckte natrium 1807, och skapa en tidslinje över hur natrium har använts genom historien.
- Designa en serie experiment för att visa hur natrium påverkas av olika atmosfäriska förhållanden.
- Jag föreslår att testa hur natrium reagerar med fuktig luft, torr luft och olika gaser och dokumentera reaktionerna.
- Skapa en interaktiv utställning om natrium och dess reaktioner för en skolvetenskapsmässa.
- Jag rekommenderar att skapa modeller, experiment och informationsskyltar för att visa natriums reaktivitet och dess användningar i vardagen.
- Analysera hur natrium och andra alkaliska metaller påverkar miljön och föreslå åtgärder för att minimera riskerna.
- Jag föreslår att undersöka utsläpp från industrin och utveckla metoder för att hantera och minska miljöpåverkan från alkaliska metaller.
- Designa ett experiment där du jämför reaktionen mellan olika alkaliska metaller och vatten.