Натрий же, напротив, концентрируется во внеклеточной жидкости, где его количество в 28 раз больше калия; в тканях натрия в пять раз меньше, чем калия.
Взрослые животные организмы содержат калия несколько больше, чем натрия, а в тканях зародышей натрия больше; соотношение этих элементов в них приближается к соотношению в морской воде. Некоторые ученые рассматривают этот факт как непосредственное доказательство возникновения жизни в море. Калий участвует в синтезе гликогена и белка. При недостатке этого элемента в организме человек испытывает общую слабость, нарушается нормальная сердечная деятельность. Натрий, в свою очередь, необходим для регулирования кислотно-щелочного равновесия, для работы скелетной мускулатуры и нормальной пульсации сердца.
Вспомните, как задыхались герои Жюля Верна в герметически закупоренном «Наутилусе», который оказался в ледяной ловушке. Сумей они убрать из воздуха лодки лишний углекислый газ и добавить кислорода, этого не случилось бы. В наше время проблема регенерации воздуха решена с помощью перекисных соединений натрия и калия. Смесь перекиси натрия с надперекисью калия, поглощая углекислый газ, с легкостью выделяет эквивалентное количество кислорода.
Na2O2 + K2O4 + 2CO2 = Na2CO3 + K2CO3 + 2O2.
Таким образом, воздух, выдыхаемый человеком, полностью регенерируется.
Оба эти вещества получают, сжигая металл в токе сухого кислорода. Продажный препарат перекиси натрия имеет желтоватую окраску, но очень чистый реактив бесцветен. Надперекись калия при обычных условиях — ярко-желтый пушистый кристаллический порошок. Оба соединения — очень сильные окислители. В прошлом перекись натрия была одним из сильнейших отбеливающих средств. Ее и сейчас добавляют в белильные и стиральные порошки.
Перекиси щелочных металлов употребляются в качестве твердых заменителей перекиси водорода для получения некоторых красителей, гидролиза крахмала, производства пороха, отбелки древесной массы на бумажных фабриках.
Производство перекисей является одним из крупных потребителей натрия и калия. Не уступает ему в этом отношении производство цианидов щелочных элементов.
Цианистые соли обладают способностью образовывать комплексные растворимые соединения золота и серебра. В 1844 году русский ученый П. Р. Багратион предложил использовать цианистый натрий для извлечения золота и серебра из их руд. На воздухе в растворе цианистого натрия эта реакция протекает так:
4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 = 4NaAu(CN)2 + 4NaOH.
Цианистые соли очень ядовиты; их используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Цианистый натрий применяется также для поверхностной закалки сталей и в производстве пластических масс, искусственных смол, лаков и красок. Обычно цианистый натрий получают обработкой расплавленного натрия сухим газообразным аммиаком при 300 °C с последующим действием угля при 800 °C. Суммарная реакция процесса такова:
2Na + 2NH3 + 2C = 2NaCN + 3H2.
В последнее время возрастает доля натрия в производстве стиральных порошков и синтетических моющих средств.
Немалое количество натрия идет на производство каучука. Основой каучука является дивинил, но он полимеризуется в каучук только при действии катализатора, а лучший из них — металлический натрий. Реакция идет тем быстрее, чем большей поверхностью обладает натрий, чем большие массы дивинила с ним соприкасаются. Поэтому тонкий слой натрия наносят на поверхность железного прута. Обычно на тонну каучука расходуется 3 килограмма натрия.
Но львиную долю металлического натрия забирает сейчас производство тетраэтилсвинца — отличного антидетонатора.
Речь идет о гидроокисях щелочных металлов, или едких щелочах. Едкими их назвали потому, что они разрушают, разъедают живую ткань. Это сильные щелочи, они отнимают влагу у животной ткани и вступают в соединение с белком. Ткань набухает, а при длительном действии возникает ожог. Едкий натр в расплавленном состоянии разъедает стеклянную и фарфоровую посуду, а при доступе воздуха — даже платиновую. Все гидраты окисей щелочных металлов отлично растворяются в воде.
На практике едкий натр получают электролизом раствора поваренной соли; едкое кали — электролизом хлористого калия. В мире производят несколько миллионов тонн едкого натра. Он применяется во многих отраслях химической промышленности. Действием разбавленного раствора едкого натрия при 140 °C выделяют из растительных материалов целлюлозу — важнейшее сырье различных отраслей промышленности.
Большое количество щелочи потребляет мыловаренная промышленность. Мыло — это натриевые и калиевые соли жирных кислот.
Высшие сорта жидкого туалетного мыла, а также специальные жидкие медицинские мыла получают, используя едкое кали.
В больших количествах едкие щелочи употребляются в промышленности органических красителей, в текстильном производстве, для очистки минеральных масел и т. д.
Еще 5 тысяч лет тому назад египтяне выделывали стекло сплавлением чистого белого песка с содой и мелом. Соду древние египтяне добывали из содовых озер. В природе она образуется там, где есть залежи мирабилита Na2SO4. Особые виды бактерий восстанавливают мирабилит до сульфида натрия Na2S. При действии углекислого газа и воды последний превращается в соду. На дне содовых озер и на берегу образуется минерал соды — трона Na2CO3·NaHCO3·2H2O.
До конца XVIII века стекольные и мыловаренные заводы, текстильная промышленность Западной Европы работали на природной соде. Широко использовалась сода, добывавшаяся на средиземноморском побережье Испании сжиганием щелочьсодержащих растений.
В России XVIII века в больших количествах вырабатывался поташ K2CO3, который и применялся в стеклоделии. Для того чтобы получить пуд поташа, сжигали лес на площади 120 квадратных метров. В Москву доставляли также астраханскую и испанскую соду.
Техника получения растительной соды была в конце XVIII века весьма примитивна, и даже лучший сорт ее — испанская «барилла» — содержал всего 25–30 процентов основного продукта.
В середине XVIII века стеклоделам, мыловарам и текстильщикам стало не хватать соды…
В 1775 году Парижская академия наук объявила конкурс на способ производства соды из поваренной соли. Через 15 лет парижский нотариус получил конверт, в котором находилось описание производства искусственной соды из глауберовой соли Na2SO4. Автором патента оказался химик-любитель Леблан, домашний врач герцога Орлеанского. По его способу глауберова соль, получаемая действием серной кислоты на поваренную соль, сплавлялась с углем и углекислым кальцием при 1000 °C.
Сплав соды с сульфидом кальция выщелачивали, то есть действовали на него водой. Сода переходила в раствор.
По способу Леблана соду получали до семидесятых годов XIX века. Упали вполовину цены на ткани, оконные стекла и мыло. До Леблана оконные стекла во Франции считались роскошью. Но способ был далеко не идеальным: получалось много отходов, он требовал большого расхода топлива, аппаратура была слишком громоздкой, реакции шли в основном с твердыми веществами.
В 1861 году бельгийский промышленник Сольвэ предложил аммиачный способ получения соды. Он более дешев и прост, не страдает недостатками леблановского способа: в раствор поваренной соли вводятся аммиак и избыток углекислого газа. Образующийся бикарбонат аммония в результате обмена переходит в бикарбонат натрия:
NH4HCO3 + NaCl ↔ NaHCO3 + NH4Cl.
При нагревании бикарбонат натрия легко переходит в карбонат, соду.
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2.
Na2CO3 поступает в продажу в виде безводной, так называемой кальцинированной соды.
В настоящее время соду по способу Сольвэ получают в огромных количествах. В мире ежегодно производится несколько миллионов тонн этого продукта.
Аммиачный способ хорош, но и он не без недостатков. В нем не полностью используется хлористый натрий, происходят потери углекислого газа, аммиака и извести. В 1939 году советский ученый А. П. Белопольский разработал способ производства соды на базе мирабилита. Этот способ предусматривает комплексное использование сырья. В его основе лежит реакция:
Na2SO4 + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O = 2NaHCO3 + (NH4)2SO4.
Получаются сразу два ценных продукта — сода и сернокислый аммоний. Способ Белопольского не нашел пока промышленного применения.
Пятая часть всей соды перерабатывается в едкий натр, около трети используется в производстве алюминия. Содой обрабатывают исходное сырье для получения окиси алюминия — бокситы.
Промежуточный продукт содового процесса — бикарбонат натрия — применяется в медицине и пищевой промышленности. Питьевая сода — так называют в быту это вещество — должна быть очень чистой, не содержать ядовитых примесей (мышьяка и др.).
Более трети всей получаемой соды потребляется стекольной промышленностью.
Элементы щелочных земель
Металлический кальций и его аналоги — стронций и барий — были получены впервые около 150 лет тому назад, но соединения кальция служат человеку с глубочайшей древности.
Гораздо меньшее значение по сравнению с кальцием имели, да и сейчас имеют стронций и барий и их соединения. К группе щелочноземельных элементов, о которых сейчас идет речь, принадлежит по своим химическим свойствам и радий. Однако не химические свойства, а радиоактивность сделала этот элемент провозвестником новой эпохи в науке.