хим. блок / техника безопасности / источники опасности при работе с натрием

Источники опасности при работе c натрием.

Натрий (плотность 0,97 г/см3, температура плавления 97,7 °С). Вследствие высокой химической активности натрия работа с ним в лаборатории представляет серьезную опасность. В то же время натрий широко применяется для абсолютирования углеводородов и простых эфиров. Частая работа с ним приводит к известному психологическому эффекту — адаптации к опасности. Даже опытные работники иногда грубо нарушают правила обращения с металлическим натрием. Ежегодно по этой причине в химических лабораториях происходит значительное число взрывов и пожаров.

Натрий взаимодействует с кислородом воздуха при комнатной температуре с образованием оксида. Реагируя с влагой воздуха, оксид переходит в гидроксид. Куски натрия, оставленные на воздухе, быстро обрастают расплывающейся коркой гидроксида. Такие куски ошибочно могут быть приняты за один из обычно применяемых осушителей. При мытье посуды водой в таких случаях иногда происходят взрывы, которые особенно опасны из-за их неожиданности. К тому же лаборанты при мытье посуды нередко работают без очков.

Во избежание несчастных случаев следует уничтожать остатки натрия сразу после их образования.

Во влажном воздухе достаточно большие куски через некоторое время могут воспламениться. Дисперсии металлического натрия в углеводородах немедленно воспламеняются на воздухе при удалении растворителя.

Сотрудник А. выполнял работу, связанную с получением и использованием дисперсии металлического натрия в органическом растворителе. До этого ему неоднократно приходилось работать со щелочными металлами, однако с необходимостью получения дисперсии он столкнулся впервые. В оригинальной статье, откуда сотрудник заимствовал методику работы, ничего не говорилось о повышенной опасности дисперсий щелочных металлов, указывалось только, что все манипуляции необходимо проводить в аргоне.

Сотрудник приготовил дисперсию натрия в толуоле в колбочке вместимостью 200 мл под аргоновой «подушкой», затем вылил в токе аргона полученную дисперсию в литровую реакционную колбу и отложил пустую колбочку на поддон для грязной посуды, стоящий рядом с установкой в вытяжном шкафу. Он заметил, что на стенках и горле колбочки остался налет мелкораздробленного натрия, и собирался ополоснуть ее спиртом. Однако сразу же. как только в колбочку попал воздух, произошла вспышка. Сотрудник инстинктивно огдернул руки и при этом уронил капельную воронку, содержащую 200 мл органического растворителя. Воронка разбилась, растворитель воспламенился, огонь охватил реакционную колбу. К счастью колба не разбилась и пожар удалось сравнительно быстро ликвидировать с помощью углекислотных огнетушителей.

При анализе происшествия выяснилось, что сотрудник не знал о том. что дисперсии натрия мгновенно воспламеняются в воздухе. За три месяца до этого он сдал экзамен по технике безопасности, однако в инструкции по работе со щелочными металлами не были упомянуты свойства дисперсии. Во время предварительного обсуждения работы с руководителем сотрудник не информировал его о том, что собирается заменить обычно используемую натриевую проволоку дисперсией, считая это несущественной деталью.

Натрий бурно взаимодействует с водой:

Na + H20 = NaOH + 1/2H2 + 142 кДж/моль.

Теплоты реакции часто бывает достаточно для воспламенения образующегося водорода. При растворении небольших кусочков натрия в холодной воде (ниже 40 °С) воспламенения, как правило, не происходит. Однако, если подвижность кусочков натрия ограничена (например, они помешены в вязкий раствор или на мокрую фильтровальную бумагу), воспламенение неизбежно. Особенно опасен контакт натрия с водой в условиях, когда выделяющийся водород накапливается в ограниченном объеме, например при попадании воды в колбу с остатками натрия; следствием обычно бывает взрыв воздушно-водородной смеси. При контакте натрия со льдом происходит взрыв.

Со спиртами (особенно низшими) натрий реагирует весьма энергично:

Na + CH3OH = CH3ONa + l/2H2 + 201 кДж/моль

Присутствие воды в спирте значительно ускоряет реакцию. Взаимодействие этилового спирта, содержащего более 5% воды, с натрием небезопасно. При реакции натрия со спиртами следует также принимать меры против образования взрывоопасной воздушно-водородной смеси.

С горячим глицерином натрий реагирует бурно, выделяющийся водород немедленно воспламеняется, поэтому использование глицериновых бань для нагревания установок, содержащих натрий, не менее опасно, чем использование водяных бань.

С диоксидом углерода, в отличие от лития, натрий не реагирует вплоть до температуры красного каления. Однако загоревшийся натрий продолжает гореть после вытеснения воздуха диоксидом углерода, причем интенсивность горения увеличивается. Контакт твердого диоксида углерода (сухого льда) с натрием приводит к сильному взрыву.

В отличие от лития, натрий не реагирует с азотом, горение металла в атмосфере азота прекращается.

Смеси натрия с галогенпроизводными углеводородов, за исключением полностью фторированных, взрываются от удара или сжатия, а также при повышении температуры. Мелкораздробленный натрий взаимодействует с неразбавленными галогеналкилами и галогенарилами со взрывом. Критическим фактором при взаимодействии натрия с галогенпроизводными углеводородов служит температура. Так, при получении бутилбензола по реакции Вюрца из бромбензола и 1-бромбутана в присутствии натрия в среде эфира при температуре ниже 15 °С реакция почти не идет. Выше 15 °С реакция идет достаточно активно, а выше 30 °С выходит из-под контроля.

Получение амальгамы натрия путем прямого контакта с ртутью сопровождается значительным выделением теплоты. При отсутствии, мер предосторожности температура может достичь 400 °С. Во избежание взрывов и разбрызгивания ртути взаимодействие следует либо проводить под слоем инертной защитной жидкости, например толуола или минерального масла, либо постепенно добавлять ртуть к натрию из капельной воронки.

Дисперсии натрия в эфире, толуоле или тетрагидрофуране применяются для восстановления многих металлов из их галогенндов. Получаемые таким способом порошки кадмия, хрома, кобальта, меди, железа, марганца, молибдена, никеля, алюминия, олова, цинка, индия, магния и других металлов обладают высокой химической активностью и пирофорны. Смеси натрия с галогенидами металлов чувствительны к удару. При этом хлорид и бромид железа(III), бромид иодид железа(II), хлорид и бромид кобальта(II) вызывают очень сильные взрывы. Сильные взрывы дают смеси натрия с галогенидами алюминия, сурьмы, мышьяка, висмута, меди(II), ртути, серебра, свинца, а также с пентахлоридом ванадия. Хлорид алюминия, галогениды меди(I), кадмия, никеля дают слабые взрывы. Смеси натрия с галогенидами щелочных и щелочноземельных металлов не взрывоопасны.

Чувствительны к удару смеси натрия с органическими соединениями, содержащими нитрогруппы, например с нитрометаном, нитробензолом, динитробензолом, динитронафталином, этилнитритом, этилнитратом, тринитроглицерином и др. Взрывоопасность смесей повышается с увеличением числа нитрогрупп.

Безводные хлороводород, фтороводород и серная кислота медленно реагируют с натрием. Контакт водных растворов кислот с металлом вызывает взрыв.

 

вернуться к началу раздела "Техника
безопасности в химической лаборатории"