钠
sodium
元素符号Na,银白色金属,在元素周期表中属IA族,原子序数11,原子量22.98977,较低温度下为密排六方晶体,较高温度下为体心立方晶体,常见化合价为+1。
1807年英国化学家戴维(H.Davy)用电解氢氧化钠的方法制得几滴金属钠。因钠是由碱(拉丁文soda)中提取,所以命名为 sodium。1890年英国人卡斯特纳(H.Y.Castner)在英国建厂,用电解氢氧化钠的方法生产金属钠。1921年美国人东斯 (J.C.Downs)研究成功电解熔融氯化钠制取金属钠,并于1925年投产,使金属钠的生产成本大幅度下降。1940年前后,随着生产汽油抗爆剂四乙基铅的用钠量急剧增加,金属钠的产量也迅速增加。目前全世界金属钠的年产量约20万吨。
钠广泛分布于自然界,主要以食盐(NaCl)的形态存在于海水、 盐湖之中。其他矿物有芒硝(Na2SO4)、天然碱(Na2CO3)等。中国的内蒙古、青海等地出产天然碱和芒硝。
性质和用途 金属钠很柔软,室温下可用小刀切割。钠在空气中表面迅速氧化,失去光泽。120℃时燃烧,并产生浓的白色烟雾;低于 160℃和供氧不足时,生成氧化钠(Na2O);250~300℃下供氧充足时,生成过氧化钠(Na2O2)。钠的化学性质非常活泼,遇水猛烈反应,放出氢气和大量的热。这种热可以熔化金属并点燃氢气,产生爆鸣。钠同氢在室温下不反应,200~350℃时反应生成氢化钠(NaH)。钠与CO2气体在室温下反应缓慢,但与干冰 (固体CO2)接触时立刻爆炸。钠与CO在250~340℃时反应,生成羰基钠[Na6(CO)6];在 600~850℃生成碳酸钠和碳化钠。
钠主要制成铅钠合金用于汽油抗爆剂四甲基铅或四乙基铅的生产。冶金工业中用金属钠作还原剂,制取钛、锆、铪、钽等金属,用钠量增长很快。钠用作铸造铝-硅合金的变质剂,使共晶体内的硅变成细小的纤维结构,从而提高合金的强度和塑性。在化学工业中,钠用于制造氰化钠、过氧化钠、氢化钠和氨基钠等化合物,它们在冶金、制药、农药、印染工业中均有广泛的用途。金属钠在还原脂类制取脂肪醇的用量日益增加。钠和钠钾合金的导热性和热稳定性好,中子吸收截面小,可以用作快中子增殖反应堆中的载热体。金属钠有很好的导电性,已被制成“钠电缆”,很有发展前途。钠的基本光谱线D1=5890┱,D2=5896┱,利用这种特性制造的钠灯,光电转化率高,发光量大,光线柔和,已广泛用于照明。此外,钠还是研究中的钠-硫电池的负极材料。
金属钠须保存在液体石蜡中,绝对不可与水接触。钠着火时,应使用干燥的碳酸钠、氯化钠、石棉灰等粉末灭火,禁止用水、泡沫灭火器和四氯化碳灭火器。处理残存的钠和钠渣时,应采用水蒸气,或水蒸气和氮气的混合气清洗。直接用水处理会引起爆炸。
电解制钠 卡斯特纳法 在 350℃下电解熔融的氢氧化钠(NaOH)。1925年前,曾用此法大量生产金属钠,由于电解时在阳极生成的水,同电解质中的钠又发生反应,生成NaOH和H2,所以电流效率不超过50%;后为电解氯化钠法取代。
东斯法 即电解氯化钠法,是目前工业上通用的方法(见熔盐电解)。虽然各种形式的钠电解槽都有自己的特点,但基本上沿用了东斯槽的结构形式(见图)。
东斯电解槽为钢制圆形壳体,内衬耐火砖,中间有一石墨阳极,周围为环状钢制带斜孔的阴极。阳极和阴极间隔有铁丝网或开孔的薄钢板制成的“隔膜”,使在阴极生成的钠不与阳极生成的氯气相遇。阳极和阴极间的间隙应保持在40~50毫米。钠从阴极析出后,因比重小于熔融电解质,沿阴极上浮,进入一个倒置环状的钠收集罩,并沿上升管进入收集罐中。上升管的温度控制在200℃左右,使在电解时与钠同时析出的钙在此管内结晶析出。上升管中装有定时转动的刮刀,将附在管壁上的钙刮下,返回熔体中,并发生Ca+2NaCl─→CaCl2+2Na反应,以增加钠的产量,保持电解质组成的稳定。氯气在阳极析出,从阳极室导出。通用的电解质组成(重量)为:CaCl258%,NaCl 42%;操作温度580~600℃,槽电压6~7伏,阴极电流密度为9600安/米2左右,电流效率可达80%以上。原料氯化钠无须经过除钙、镁和硫根等精制过程。制得的粗钠夹杂有氯化物、氧化物和钙,在液体石蜡保护下,加热至110~130℃,加压过滤,能除去大部分杂质;所得金属钠送铸钠机铸锭,包装。工业金属钠的纯度在99.6%以上,含钙<0.04%,含氯化物0.005%。将工业钠在0.1托、400℃下真空蒸馏,在氮或氩气保护下,可制取99.95%的高纯钠产品。
参考书目
M.Sittig, Sodium; Its Manufacture, Propertiesand Uses,Reinhold,New York,1956.
W.A.Hart & O.F.Beumel Jr.,The Chemistry of Lithium, Sodium,Potassium,Rubidium,Cesium and Francium, Pergamon, Oxford, 1973.
钠
声母:n
字头:钠,(,鈉,)
四笔号码:3768
注音:nà
摘要:na
笔画:09画
部首画:05
部首:钅部
释义:金属元素,符号Na,银白色,质软,化学性质极活泼,用途很广。是人体必需的微量元素之一。
部首查询:05钅部
钠
sodium
一种化学元素 。 化学符号 Na , 原子序数 11 ,原子量22.989768,属周期系ⅠA族,为碱金属的成员。钠的英文名称来源于拉丁文soda,含义是天然碱。古代就已经利用苏打(碳酸钠)做洗涤剂,盐(氯化钠)做调味品,硝石(硝酸钠)做肥料。但钠的化合物都特别稳定,尽管化学家用了很多还原剂( 如碳等 ), 也难以将金属钠还原出来 。一直到1807 年 ,英国 H. 戴维才用电解氢氧化钠熔体的方法制得金属钠。钠在地壳中的含量为2.83%,占第六位。最重要的资源是海洋、盐湖和盐井中的氯化钠,含量极为丰富,矿物则有岩盐(氯化钠)、天然碱(碳酸钠)、硼砂(硼酸钠 )、硝石(硝酸钠)、芒硝(硫酸钠)。
钠是银白色金属,很软,可用小刀切割。熔点97.81℃,沸点882.9℃,密度0.97克/厘米3(20℃ )。钠的化学性质极活泼,与空气接触后就在表面形成碳酸盐和氧化物而失去光泽,所以钠要保存在煤油中。钠在有限量氧气中加热,生成氧化钠;在过量氧气中加热,生成过氧化钠;将金属钠溶于液氨中与氧气作用,生成超氧化钠,钠与臭氧作用,生成臭氧化钠。钠与水、冰或雪都会迅速反应,生成氢氧化钠和氢气,反应时放出的热量足以使金属钠熔化并着火。钠与氢气在200~350℃时作用,生成氢化钠。在室温下钠不与氮、溴、碘作用,与氯作用缓慢,但与氟剧烈反应。钠与氨作用,生成氨基钠,并放出氢气。钠与汞形成钠汞齐,是还原剂 。钠的氧化态只有+1,形成+1价化合物。金属钠属于危险品,贮存和使用时都要注意安全,由钠引起的火灾,不能用水或泡沫灭火剂扑灭,而要用碳酸钠干粉。钠离子能使火焰呈黄色,可用焰色反应和火焰光度计检测。
金属钠用电解法生产。早期使用的卡斯特纳法,电解氢氧化钠熔体的同时产生水,它与产物金属钠作用,又生成了氢氧化钠,使电解效率降低,因而逐渐被淘汰。现用的均为东斯法,用比氢氧化钠便宜的氯化钠为原料,但氯化钠的熔点太高(801℃),在此温度下 , 产生的氯气对电极和电解槽的腐蚀太强,因此采用电解氯化钠和氯化钙的混合物(熔融温度约600℃),石墨为阳极 ,铁为阴极 ,阳极产生氯气,阴极生成 金属钠 。 如再 用真空 蒸馏法提纯 , 可得纯 度为99.95%的金属钠。
金属钠在生产内燃机用汽油的抗爆剂四乙铅方面用量很大,它可用铅钠合金与氯乙烷的反应制得。其他用来生产钠丁橡胶。在冶金工业中常用钠做还原剂,将一些难熔金属的卤化物还原为金属(如钛、锆、铪、钽等)。金属钠和钠钾合金可用作反应堆载热体。钠灯的光电转化率高,发光量大,广泛用于道路照明。
钠是一种化学元素,它的化学符号是Na,它的原子序数是11。
性状
钠是一种质地软、轻、蜡状而极有伸展性的银白色的1A族的碱金属元素。
钠的化学性质很活泼。在空气中很容易氧化生成氧化钠,燃烧发出黄色火焰生成过氧化钠。和水起爆炸反应,生成氢氧化钠,与醇反应生成醇钠。因此通常保存在煤油中。钠可以和大部分元素反应,但是很难和硼、碳、铁和镍反应。钠在高温下可以和硅酸盐反应,侵蚀玻璃和瓷器。
发现
1807年,英国化学家戴维首先用电解熔融的氢氧化钠的方法制得钠并命名。
名称由来
從個只有在19世纪用的英文字Natrium。来源natron,原指种天然碱。此字从西班牙文传法文,然后英文。最开始是在阿拉伯文写为natrūn。希腊文是使用个阿拉伯文变体nitrūn,所以变成nítron(此字是氮的来源)。然后在从希腊文的nítron传到西班牙文。
分布
钠在自然界中以化合物的形式存在。分布很广泛。钠大量的存在于钠长石(NaAlSi3O8)、食盐(氯化钠)、智利硝石(硝酸钠)、纯碱(碳酸钠)等矿物中。此外,在海水中以钠离子的形式存在,在海水中含量约为2.7%。钠也是人体肌肉和神经组织中的主要成分之一。
制备
钠的制备方法主要有当斯法(Downs)和卡斯纳法(Castner)。
当斯法
在食盐中加入氯化钙,电解浴加热,温度为500℃,电压6V,通过电解在阴极生成金属钠,在阳极生成氯气。然后经过提纯成型,用液体石蜡进行包装。
化学方程式:
2NaCl → 2Na + Cl2
卡斯纳法
以氢氧化钠为原料,放入铁质容器,熔化温度320~330℃,以镍为阳极,铁为阴极,在电极之间设置镍网隔膜,电解电压4~4.5V,阴极析出金属钠,并放出氢气。再将制得的金属钠精制,用液体石蜡包装。
化学方程式:
4NaOH → 4Na + H2 + O2
同位素
已发现的钠的同位素共有15种,包括钠19至钠33,其中只有钠23是稳定的,其他同位素都带有放射性。
用途
钠在很多种重要的工业化工产品的生产中得到广泛应用。钠-钾合金可以用作核反应堆的冷却材料,有机合成的还原剂。可用于制造氰化钠、维生素、香料、染料、钠汞齐、四乙基铅、金属钛等,还可用于石油精制等方面。
钠可用在钠蒸气灯中,尤其在内燃机用的致冷阀中作为一种传热剂。
对人体的影响
钠在身体内有助血压、神经、肌肉的正常运作。钠是细胞外液中带正电的主要离子,能够参于水的代谢,保证体内水的平衡。钠还可以维持体内酸和碱的平衡。它是胰汁、胆汁、汗和泪水的组成成分。
人体缺乏钠会引致生长缓慢、食欲减退、昏睡、低血糖、心悸等症状,导致哺乳期的女性奶水减少、肌肉痉挛、恶心、腹泻和头痛。过多的钠则会引致水肿、血压高。如果误将食盐当作食糖给婴幼儿食用,有可能导致死亡。身体健康者会透过肾将多余的钠排出体外。
婴儿和儿童的每日的钠需要量估计为58毫克。健康的成年人每日食用的钠量比幼儿稍高便可维持钠的平衡。
参见
- 元素周期表
- 同位素列表
- 碱金属
补充
【中文名称】钠
【英文名称】sodium
【结构或分子式】
Na
【相对分子量或原子量】22.9898
元素英文名称:Sodium
相对原子质量:22.99
核内质子数:11
核外电子数:11
核电核数:11
质子质量:1.8403E-26
质子相对质量:11.077
所属周期:3
所属族数:IA
摩尔质量:23
氢化物:NaH
氧化物:Na2O
最高价氧化物:Na2O
密度:0.971
熔点:97.81
沸点:882.9
外围电子排布:3s1
核外电子排布:2,8,1
颜色和状态:银白色金属
原子半径:2.23
常见化合价+1
【密度】0.97
【熔点(℃)】97.82
【沸点(℃)】882.9
【性状】
银白色金属,柔软而有延展性,常温时是蜡状,低温时变脆。
【用途】
可用于还原四氯化钛以制取钛。另外钠可用作有机合成和某些金属冶炼的还原剂、合成橡胶的催化剂、石油的脱硫剂、核反应堆的热载体,并用于制氢化钠、过氧化钠、氨基钠等。钠光灯可用作单色光源。
【制备或来源】
自然界中有食盐和天然碱,海水中含有大量的食盐。工业上主要由电解熔融氯化钠而制得。
【其他】
原子序数11,原子量22.989770,化合价+1。化学性质活泼,能与非金属直接化合。在空气中氧化急速。燃烧时呈黄色火焰。与水剧烈作用,生成氢气和氢氧化钠。一般储存于煤油中。
氧化物离解能(Do):2.8(eV)
元素电离能(Ei): 5.14(eV)
主要吸收线及其主要参数:
┌────┬───┬──┬──┬───┬───┬───┐
│λ(nm) │ f │ W │ F │ S* │ CL │ R·S │
├────┼───┼──┼──┼───┼───┼───┤
│589.0(D)│0.76 │ 0.7│A-P │0.01 │0.001 │ │
│589.0(D)│0.76 │ 0.7│N-A │0.02 │ │1.0 │
│330.2(D)│0.055 │ 0.7│A-A │5.0 │ │185 │
└────┴───┴──┴──┴───┴───┴───┘
λ:波长
f:振子强度
W:单色器光谱通带
N-A(氧化亚氮-乙炔焰) A- A(空气乙炔焰) A- P(空气-丙烷焰)
S*:元素的特征浓度(1%吸收灵敏度)
CL:元素的检测极限
R·S:同一元素主要吸收线间的相对灵敏度
F:火焰类型
〕
元素符号: Na 英文名: Sodium 中文名: 钠
相对原子质量: 22.9898 常见化合价: +1 电负性: 0.93
外围电子排布: 3s1 核外电子排布: 2,8,1
同位素及放射线: Na-22[2.6y] *Na-23 Na-24[14.96h]
电子亲合和能: 0 KJ·mol-1
第一电离能: 496 KJ·mol-1 第二电离能: 4562 KJ·mol-1 第三电离能: 6912 KJ·mol-1
单质密度: 0.971 g/cm3 单质熔点: 97.81 ℃ 单质沸点: 882.9 ℃
原子半径: 2.23 埃 离子半径: 0.97(+1) 埃 共价半径: 1.54 埃
常见化合物: Na20 Na2O2 NaCl Na2S NaH NaOH Na2CO3 NaHCO3 Na2SO4 NaHSO4
发现人: 戴维 时间: 1807 地点: 英格兰
名称由来:
中世纪拉丁文:sodanum(头痛药);元素符号来自于拉丁文“natrium”(钠)。
元素描述:
柔软的银白色金属,在地壳中含量第六。在空气中燃烧时发出耀眼的白色火焰。
元素来源:
通过电解熔融的氯化钠(食盐),硼砂或冰晶石获得。
元素用途:
纯净的金属钠并没有多大用处,然而钠的化合物可以应用在医药、农业和摄影器材中。氯化钠就是餐桌上的食盐。液态的钠有时用于冷却核反应堆{钠钾合金在室温下呈液态,是核反应堆的导热剂,起把反应堆产生的热量传导给蒸气轮机的作用}。
钠,原子序数11,原子量22.989768,是最常见的碱金属元素。元素名来源拉丁文,原意是“天然碱”。1807年英国化学家戴维首先用电解熔融的氢氧化钠的方法制得钠,并命名。在地壳中钠的含量为2.83%,居第六位,主要以钠盐的形式存在。
钠是有银白色光泽的软金属,用小刀就能很容易的切割。熔点97.81°C,沸点882.9°C,密度0.97克/厘米³。通常保存在煤油中。
钠是一种活泼的金属。钠与水会产生激烈的反应,生成氢氧化钠和氢;钠还能与钾、锡、锑等金属生成和金;金属钠与汞反应生成汞齐,这种合金是一种活泼的还原剂,在许多时候比纯钠更适用。钠离子能使火焰呈黄色,可用来灵敏地检测钠的存在。
以往金属钠主要用于制造车用汽油的抗暴剂,但由于会污染环境,已经日趋减少。金属钠还用来制取钛,及生产氢氧化钠、氨基钠、氰化钠等。熔融的金属钠在增值反应堆中可做热交换剂。