Почему натрий в воде взрывается?

Л. Викторова
(«ХиЖ», 2016, №2)

s20160231 Na.jpgХимиков по-­прежнему волнуют вечные вопросы, включая вроде бы мелкие и ясные, давно вошедшие в школьные учебники. Например — почему металлический натрий, как и другие щелочные металлы, взрывается в воде. Этот эксперимент учителя в школах, да и в университетах, всегда приберегают на десерт, потому что кусочек металла, мечущийся в воде в сопровождении грома и пламени, впечатляет всех.

Все мы знаем, что происходит, поскольку это объясняют в школе. Металлический натрий взаимодействует с водой, образуется водород, который в присутствии кислорода воздуха стремительно окисляется — взрывается. Что же здесь непонятного?

Для профессора Павла Юнгвирта (Pavel Jungwirth), руководителя лаборатории в Институте органической химии и биохимии Чешской академии наук в Праге, здесь не все было ясно. При реакции щелочного металла с водой получается водород, а также пары воды, поскольку металл сильно разогревается. Образующаяся газопаровая подушка должна изолировать металл от поверхности воды, и реакция должна неизбежно затухать. Но не затухает, как всем известно.

Чешские химики поставили эксперимент («Химия и жизнь, 2015, 3). В воду помещали каплю сплава Na­K, все происходящее снимали на высокоскоростную камеру (10 000 кадров в секунду), а затем просматривали с замедлением в 400 раз. В результате удалось разглядеть, как капля металла, попав в воду и начав взаимодействовать с ней, обрастает множеством металлических отростков и становится похожей на морского ежа. Почему это происходит?

Учитель химии в школе объясняет ученикам, что щелочной металл, попав в воду, начинает стремительно отдавать ей электроны. Правда, учитель не уточняет, что металл становится положительно заряженным. А это — ключ к пониманию происходящего. Положительные заряды внутри металла начинают отталкиваться, в результате капля металла выбрасывает отростки в разные стороны. Поверхность контакта металла с водой резко увеличивается, отростки прокалывают газопаровую подушку, и реакция не только не затухает, а усиливается («Nature Chemistry», 2015, 7, 250—254, doi: 10.1038/nchem.2161).

Авторы исследования постарались как можно шире распространить информацию и видео в Интернете, чтобы она дошла до учителей химии. Мы тоже решили внести свою лепту.

Разные разности
Иммунитет и грязный воздух
Без всякой науки мы понимаем, что воздух должен быть чистым и свежим. Но где взять такой воздух в городах, особенно в крупных, в той же самой Москве, например?
Парадокс золотых самородков
Недавно австралийские ученые решили повнимательнее присмотреться к кварцу, в котором зарождаются золотые слитки. Какие у него есть необычные свойства? Одно такое свойство мы знаем — способность под давлением порождать пьезоэлектричество. Так, мо...
Пишут, что...
…за четыре года, прошедших с момента возвращения «Чанъэ-5» на Землю, ученые проанализировали доставленный лунный грунт и нашли в нем минерал (NH4)MgCl3·6H2O, который содержит более 40% воды… …у людей с успешным фенотипом старения, то есть у до...
Лучшее дерево для города
Немецкие ученые обследовали 5600 городских деревьев и их взаимодействие с окружающей средой. На основе этих данных исследователи создали интерактивную программу «Городское дерево». Она учитывает местоположение, состояние почвы и освещенность в&n...