Натрий: электронная формула атома и свойства

Автор Сидор Черненко December 16, 2023

Натрий - один из наиболее распространенных химических элементов на Земле. Его соединения широко используются в промышленности и в быту. Уникальные свойства натрия определяются особенностями строения его атома. Давайте разберемся, что представляет собой электронная формула атома натрия и как она влияет на химические и физические свойства этого удивительного элемента.

1. Место натрия в периодической системе элементов

Натрий имеет порядковый номер 11 в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Официальное название элемента - натрий (лат. Natrium). В периодической таблице натрий располагается в I группе (щелочные металлы), 3-м периоде. Натрий относится к s-элементам: его внешний электронный слой содержит только s-орбиталь.

Ближайшими s-элементами для натрия в периодической системе являются:

сверху - литий (Li, Z=3)
снизу - калий (K, Z=19)

Элементы главной подгруппы I группы называют щелочными металлами. Для них характерны:

низкая плотность;
высокая химическая активность;
способность легко отдавать единственный электрон внешнего слоя.

2. Электронное строение атома натрия

В основном (невозбужденном) состоянии атом натрия имеет следующую электронную формулу:

1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Это означает, что в атоме натрия имеется 3 электронных слоя и 11 электронов. Распределение электронов по слоям и орбиталям выглядит так:

Первый слой (1s) полностью заполнен двумя электронами.
Второй слой содержит 2 электрона на s-подуровне и 6 электронов на трех p-орбиталях.
Третий слой имеет один электрон на s-орбитали.

Таким образом, валентным для натрия является один электрон третьего энергетического уровня с квантовыми числами n = 3, l = 0. Этот электрон легко отдается атомом, что объясняет высокую химическую активность натрия.

3. Валентные возможности атома натрия

Под валентностью в химии понимают способность атома образовывать химические связи с другими атомами. Валентность определяется числом и расположением валентных электронов в атоме. У натрия в нормальном состоянии имеется всего один валентный электрон.

Поэтому в соединениях натрий проявляет степень окисления +1, отдавая свой единственный 3s-электрон. Реже встречается степень окисления -1, когда натрий принимает электрон.

Элемент	Возможные степени окисления
Литий Li	+1
Натрий Na	+1, -1
Калий K	+1, -1

Как видно из таблицы, натрий по валентным свойствам занимает промежуточное положение между литием и калием.

4. Влияние электронного строения на свойства натрия

Особенности электронного строения атома натрия определяют такие уникальные физические свойства металлического натрия, как:

Низкая плотность - 0,97 г/см3 при 20°С. Это связано с небольшой атомной массой и большим атомным радиусом.
Высокая химическая активность, обусловленная легкой отдачей единственного 3s1-электрона.
Хорошая электро- и теплопроводность за счет наличия свободных электронов.

При взаимодействии с другими веществами натрий легко отдает свой валентный электрон, проявляя положительную степень окисления +1.

Например, при реакции натрия с хлором образуется хлорид натрия NaCl. Атом натрия переходит в ион Na+ с зарядом ядра +11 и 10 электронами.

5. Окрашивание пламени солями натрия

Характерной реакцией для определения присутствия натрия является окрашивание пламени в интенсивный желтый цвет. Это свойство используется в качественном анализе и открытии натрия в сложных веществах.

Причина желтой окраски пламени при внесении солей натрия заключается в излучении света возбужденными атомами натрия с характерной длиной волны 589 нм.

6. Получение металлического натрия

В чистом виде натрий в природе не встречается. Для получения металлического натрия используется метод электролиза расплавленных солей, чаще всего хлорида натрия NaCl или гидроксида натрия NaOH.

Процесс электролиза протекает при температуре 300-400°С. На катод подается отрицательный потенциал, в результате чего происходит восстановление ионов Na+ до атомарного состояния с образованием металлического натрия.