почему натрий горит в воде?

Answer 1

Любой студент-химик получает несказанное удовольствие от взрывов. Классический школьный эксперимент со взрывом - падение натрия в воду. В результате происходит бурная реакция с хорошим звуковым эффектом. Хотя этот эксперимент известен уже давно, и процессы, протекающие в нем, изучены, все же оставались некоторые непонятные детали.

Натрий - щелочной металл, в чистом виде при комнатной температуре представляет собой твердое вещество, легко режется ножом. Из за своей реактивности в природе встречается в основном в соединениях с другими элементами. Самый повседневный пример - NaCl, поваренная соль. В соли натрий стабилен, так как соединен с хлором. Однако чистый натрий - это совершено другая история. При соединении с водой происходит бурная реакция. Помещенный в воду кусочек натрия всплывает, из-за выделяющегося тепла плавится, становится белым, его бросает в разные стороны по поверхности воды. Электроны покидают металл, выделяется водород, который может воспламениться, издав характерный хлопок.

\mathsf{2Na + 2H_2O \ \xrightarrow{\ }\ 2NaOH + H_2\uparrow }

Вроде бы все известно. Но чешские ученые во главе с Павлом Юнгвиртом (Pavel Jungwirth) не были удовлетворены. Для получения взрыва химикаты, участвующие в нем, должны хорошо перемешаться. А натрий контактирует с водой только своей поверхностью, то есть реакция происходит только с атомами на поверхности куска натрия. Кроме того, при выделении водорода создается прослойка между натрием и водой, что должно еще больше замедлить реакцию.

Для изучения процесса ученые стали снимать опыт с натрием на камеру, а потом смотреть в замедленном темпе. Оказалось, что мене чем за миллисекунду после начала реакции от десятков до сотен маленьких острых иголочек проникает в воду. Эти шипы появляются из-за того, что когда электроны "сбегают" из металла в воду, на поверхности натрия накапливается избыточный положительный заряд. Взаимное отталкивание положительно заряженных частиц заставляет металл как бы разрываться изнутри, образуя такие вот шипы. В свою очередь это увеличивает площадь соприкосновения натрия с водой, вызывая еще боле бурную реакцию.

Внимание! Взрыв натрия при соединении с водой может причинить серьезные травмы. И даже попытка взять натрий голыми руками может привести к ожогам из-за влажности рук. Не повторяйте опыт самостоятельно!