Положение в периодической системе

Натрий (Na) — элемент № 11, 3-й период, главная подгруппа 1-й группы (IA), s-блок. Типичный щелочной металл со стабильной степенью окисления +1.

Строение атома

Атом: $Z=11$, электронная конфигурация $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^1$ (или $[\mathrm{Ne}]\,3s^1$). Внешний электрон легко отдаётся → образуется катион $\mathrm{Na}^+$. Распределение по оболочкам: 2–8–1. Основной стабильный изотоп — $^{23}$Na. Первая энергия ионизации ≈ 496 кДж/моль; стандартный потенциал пары $\mathrm{Na^+/Na}$ ≈ −2.71 В — сильный восстановитель.

Физические свойства

• Мягкий серебристо-белый металл, быстро тускнеет на воздухе (образуется тонкая плёнка оксидов/пероксидов).

• Кристаллическая решётка при комнатной температуре — ОЦК.

• Плотность ~0.97 г/см³ (плавает на воде).

• $t_\text{плав}$ ≈ 97.8 °C; $t_\text{кип}$ ≈ 883 °C.

• Хорошо проводит тепло и электричество, ковкий и тягучий.

• Окрашивает пламя в ярко-жёлтый цвет (характерная «натриевая» линия ~589 нм).

• Хранится под керосином/минеральным маслом, поскольку активно реагирует с влагой и кислородом воздуха.

Химические свойства (взаимодействие с неметаллами)

Натрий — типичный восстановитель; с большинством неметаллов реагирует энергично, часто с нагреванием или самовоспламенением.

С кислородом
Зависит от условий (температура, парциальное давление O₂):

• При ограниченном O₂ и умеренном нагреве:

  $$4\mathrm{Na} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Na_2O}$$

• При избытке O₂ чаще образуется пероксид:

  $$2\mathrm{Na} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{Na_2O_2}$$

(Оксиды и пероксиды — основные; в присутствии влаги дают щёлочь.)

С галогенами (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) — бурно, с выделением тепла:

Аналогично: NaF, NaBr, NaI. С фтором — особенно энергично (вплоть до пламени при низких температурах).

С серой — при нагревании (может воспламеняться):

Также возможны полисульфиды $\mathrm{Na_2S_x}$.

С фосфором — при нагревании:

С водородом — при 300–400 °C:

(Натрий гидрид — сильное основание/восстановитель.)

С азотом — в обычных условиях практически не реагирует; нитриды натрия нестойки и образуются лишь при специальных условиях.

С углеродом — прямой реакции нет; с галогенидами/оксидом углерода возможны косвенные процессы при особых условиях, но это уже не простое «Na + C».

Реакция с водой

С холодной водой — быстрая и сильно экзотермическая реакция; натрий плавает, шипит, расплавляется в шарик; выделяется водород и образуется щёлочь:

Раствор становится сильнощелочным (фенолфталеин — малиновый). Теплота реакции может воспламенить выделяющийся $\mathrm{H_2}$ (пламя обычно видно жёлтым из-за натрия). С горячей водой — ещё более бурно.

Побочные/сопутствующие:

• Образующиеся $\mathrm{Na_2O}$ и $\mathrm{Na_2O_2}$ на поверхности на воздухе также дают $\mathrm{NaOH}$ с влагой:
  $\mathrm{Na_2O + H_2O \rightarrow 2NaOH}$,
  $\mathrm{Na_2O_2 + 2H_2O \rightarrow 2NaOH + H_2O_2}$.

Итоги (коротко)

• Периодическая таблица: 3-й период, 1-я группа, s-блок; степень окисления +1.

• Атом: $[\mathrm{Ne}]\,3s^1$; легко отдаёт 1 электрон → $\mathrm{Na^+}$.

• Физика: мягкий, лёгкий, плавится при ~98 °C, плавает на воде, жёлто окрашивает пламя.

• Химия: сильный восстановитель; с неметаллами даёт ионные соли (галогениды, сульфид, фосфид), с кислородом — оксид/пероксид; с водой — $\mathrm{NaOH}$ и $\mathrm{H_2}$ (бурно).