Введение
Сплав ртути и натрия
Натриевая амальгама, обычно обозначаемая как Na(Hg), — это сплав ртути и натрия. Термин «амальгама» используется для сплавов, интерметаллических соединений и растворов (как твердых, так и жидких), в которых ртуть является основным компонентом. Натриевые амальгамы часто применяются в реакциях в качестве сильных восстановителей, обладающих лучшими характеристиками обращения по сравнению с твёрдым натрием. Они менее опасно реагируют с водой и часто используются в виде водной суспензии. Натриевая амальгама использовалась в качестве реагента ещё в 1862 году. Метод её синтеза был описан Дж. Альфредом Уонклином в 1866 году.
Структура и состав
"Амальгаме натрия" не приписывается какая-либо конкретная формула. Na5Hg8 и Na3Hg – четко определенные соединения. В натриевых амальгамах расстояния между атомами ртути (Hg-Hg) увеличиваются примерно до 5 Å, в то время как для самой ртути они составляют около 3 Å. Обычно амальгамы классифицируют по массовому проценту натрия. Амальгамы с содержанием 2% Na являются твердыми при комнатной температуре, тогда как некоторые менее концентрированные амальгамы остаются жидкими.
Подготовка
Металлический натрий экзотермически растворяется в ртути, то есть с выделением тепла, поэтому образование амальгамы натрия широко известно как опасное из-за возможности возникновения искр. Процесс вызывает локальное закипание ртути, и по этой причине образование обычно проводят в вытяжном шкафу и часто используют бескислородные методы, такие как синтез под безводным жидким парафином. Амальгаму натрия можно приготовить в лаборатории, растворяя металлический натрий в ртути или наоборот. Амальгамы натрия можно приобрести у поставщиков химических реактивов.
Применение
Амальгама натрия используется в органической химии как сильный восстановитель, который безопаснее в обращении, чем металлический натрий. Она применяется в реакции Эмде и для восстановления ароматических кетонов до спиртов. Амальгама натрия используется в конструкции натриевых ламп высокого давления, обеспечивая подачу натрия для получения необходимого цвета и ртути для настройки электрических характеристик лампы.
Электролиз ртутных ячеек
Натриевая амальгама является побочным продуктом производства хлора методом электролиза в ртутных ячейках. В такой ячейке рассол (концентрированный раствор хлорида натрия) подвергается электролизу между жидким ртутным катодом и титановым или графитовым анодом. Хлор образуется на аноде, а натрий, образующийся на катоде, растворяется в ртути, формируя натриевую амальгаму. Обычно эту натриевую амальгаму отводят и взаимодействуют с водой в "декомпозиционной ячейке" для получения водорода, концентрированного раствора гидроксида натрия и ртути, которая затем возвращается в процесс для повторного использования. В идеале, вся ртуть должна быть полностью переработана, однако некоторое количество неизбежно теряется. В связи с опасениями по поводу попадания ртути в окружающую среду, процесс с использованием ртутных ячеек постепенно заменяется установками, использующими менее токсичные катоды.