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NA 编辑
中文名称:钠
中文别名:钠锭;金属钠
英文名称:Sodium
英文别名:Sodium metal; Sodium ingot; Sodium dispersion;
Sodium stANDard solution; Sodium solution; Sodium Metals
CAS:7440-23-5
EINECS:231-132-9
分子量:22.9898
元素参数
元素周期表第三周期中ⅠA族有银白色金属光泽的固体,二号碱金属,是碱金属中最常见的。
原子序数:11
原子量:22.989770
原子体积(立方厘米/摩尔):23.7
相对原子质量:23
摩尔质量:23 g/mol
元素在太阳中的含量:(ppm) 40
地壳中含量:(ppm)23000
元素在海水中的含量:(ppm)10500
外层电子排布为:3s1
0族电子数:2-8-8
电子层:K-L-M
晶胞参数:
a = 429.06 pm
α = 90°
晶体结构体心立方格
物质状态固态(顺磁性)
氧化态:
Main Na+1
Other Na-1 (in liquid NH3)
电负性0.93(鲍林标度)
莫氏硬度:0.5
声音在其中的传播速率:(m/S)3200
电离能 (kJ/ mol)
M - M+ 495.8
M+ - M2+ 4562.4
M2+ - M3+ 6912
M3+ - M4+ 9543
M4+ - M5+ 13353
M5+ - M6+ 16610
M6+ - M7+ 20114
M7+ - M8+ 25490
M8+ - M9+ 28933
M9+ - M10+ 141360
汽化热96.96 kJ/mol
熔化热 2.598 kJ/mol
蒸气压14.3×10-6 帕(1234K)
热导率: W/(m·K)142
电导率:20-200
(25C_+1C)uS/cm
比热1230 J/(kg·K)
分子式:Na
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。
从个只有在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。
银白色立方体结构金属。新切面有银白色光泽,在空气中氧化转变为暗灰色。质软而轻,密度比水小,在-20℃时变硬,遇水剧烈反应,生成氢氧化钠和氢气并产生大量热量而自燃或爆炸。在空气中,燃烧时发亮黄色火焰。遇乙醇也会反应,跟乙醇的羟基反应,生成氢气和乙醇钠,同时放出热量。能与卤素和磷直接化合。能还原许多氧化物成元素状态,也能还原金属氯化物。溶于液氨时成蓝色溶液。在氨中加热生成氨基钠。溶于汞生成钠汞齐。相对密度(H2O)0.968。熔点97.82℃。沸点881.4℃。有腐蚀性。CAS号:7440-23-5
物理性质
钠单质很软,可以用小刀切割。切开外皮后,可以看到钠具有银白色的金属光泽,很快就会被氧化失去光泽。钠是热和电的良导体,具有较好的导磁性,钾钠合金(液态)是原子堆导热剂。钠的密度是0.97g/cm3,比水的密度小,比煤油密度大,钠的熔点是97.81℃,沸点是882.9℃。钠单质还具有良好的延展性,硬度也低,能够溶于汞和液态氨,溶于液氨形成蓝色溶液。
钠-22可以自发进行正β衰变,放出一个正电子。
化学性质
钠原子的最外层只有1个电子,很容易失去,所以有强还原性。因此,钠的化学性质非常活泼,能够和大量无机物,绝大部分非金属单质反应和大部分有机物反应,在与其他钠盐的焰色反应物质发生氧化还原反应时,作还原剂,都是由0价升为+1价,通常以离子键和共价键形式结合。金属性强,其离子氧化性弱。
高中化学认为钠盐均溶,但实际上醋酸铀酰锌钠、铋酸钠、Na六羟基合锑(Ⅴ)酸钠,Na2Ti3O7三钛酸钠皆不溶于水。
在常温时:4Na+O2==2Na2O (氧化钠,由于衍射显得有点灰色)
在点燃时:2Na+O2=点燃=Na2O2 (淡黄色粉末) 并发生:Na+O2=点燃=NaO2
钠在空气中点燃时,迅速熔化为一个闪亮的小球,发出黄色火焰,生成Na2O2和少量NaO2淡黄色的烟。过氧化钠比氧化钠稳定,是钠的氧化物中最稳定的,氧化钠可以和氧气加热时化合成为过氧化钠,化学方程式为:2Na2O+O2=△=2Na2O2
与非金属
2Na+Cl2==2NaCl (放出大量热,生成大量白烟)
2Na+S==Na2S(硫化钠)(钠与硫研磨会发生爆炸)
2Na+Br2==2NaBr(溴化钠)(溴化钠可以用作镇静剂)
与水反应
在烧杯中加一些水,滴入几滴酚酞溶液,然后把一小块钠放入水中。为了安全应在烧杯上加盖玻璃片。
观察到的现象及由现象得出的结论有:
1、钠浮在水面上(钠的密度比水小)
2.钠熔成一个闪亮的小球(钠与水反应放出热量,钠的熔点低)
3.钠在水面上四处游动(有气体生成)
钠单质与水的反应4.发出嘶嘶的响声(生成了气体,反应剧烈)
5.事先滴有酚酞试液的水变红(有碱生成)
反应方程式
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
钠由于能跟水剧烈反应,能引起氢气燃烧甚至爆炸,所以钠失火决不能用水或泡沫灭火器扑救,必须用干燥沙土来灭火。钠具有很强的还原性,可以从一些熔融的金属卤化物中把金属置换出来。由于钠极易与水反应,所以不能用钠把居于金属活动性顺序钠之后的金属从其盐的水溶液中置换出来,而是先和水反应生成氢氧化钠,再由氢氧化钠与盐反应。但在高温下,利用反应平衡原理,可以用金属钠来制钾、铷、铯
与酸溶液
钠与水反应本质是和水中氢离子的反应,所以钠与盐酸反应,不是先和水反应,
钠与酸溶液的反应涉及到钠的量,如果钠少量,只能与酸反应,如钠与盐酸的反应:
2Na+2HCl=2NaCl+H2↑
如果钠过量,则优先与酸反应,然后再与酸溶液中的水反应。
注意:钠和酸反应十分剧烈,极易产生爆炸,在试验中应注意钠的量和酸的浓度。
与盐反应
(1)与盐的水溶液反应
将钠投入盐的水溶液中,钠先会和溶液中的水反应,生成的氢氧化钠如果能与盐反应则继续反应。
如将钠投入硫酸铜溶液中:
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
(2)高温下的置换反应
这类反应多数为置换反应,常见于金属冶炼工业中,如
4Na+TiCl4==熔融==4NaCl+Ti(条件为高温且需要氩气做保护气)
Na+KCl=高温=K(g)+NaCl
钠与熔融盐反应不能证明金属活动性的强弱
与有机物
钠还能与某些有机物反应,如钠与乙醇反应:
2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2↑(生成物为氢气和乙醇钠)
有关化学方程式
4Na+O2=2Na2O (白色固体)
2Na+O2=点燃=Na2O2 (淡黄色粉末)
Na+O2=点燃=NaO2(超氧化钠)
4Na+9Pb=加热=Na4Pb9
Na+Tl=加热=NaTl
先遇水反应
6Na+2NaNO2=高温=N2↑+4Na2O
Na+KCl=高温=K(g)+NaCl
2NaOH+CuSO4=Na2SO4+Cu(OH)2↓
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(即氯化钠)融熔液中加入氯化钙,油浴加热并电解,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:
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,并放出氧气。再将制得的金属钠精制,用液体石蜡包装。
化学方程式:
应用范畴
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。
氯化钠(俗称食盐)是人体不可缺少的物质,是一种调味剂,被广泛使用。
工业用途
纯净的金属钠在工业上并没有多大用处,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。熔融的金属钠在增值反应堆中可做热交换剂。 ) 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,钾,及生产氢氧化钠、氨基钠、氰化钠等。
实验用途
在初中教学中,常将金属钠与水的反应用作演示实验向学生展示碱金属的活泼性;在高中化学实验中会让学生自己动手操作,并且增多了钠与乙醇的反应,用以比较水与乙醇的酸性或极性。在科研实验中,金属钠可用来对有机试剂进行深度除水,例如GPC(凝胶液相色谱)对流动液的除水要求特别高,用作流动液或溶剂的四氢呋喃须经过初步除水(用沸石分子筛或无水硫酸镁等干燥剂过夜干燥)、深度除水及蒸馏才能使用。深度除水就可以用金属钠与四氢呋喃在70度左右进行回流,加入少量二苯甲酮作为指示剂,当液体变为深紫色时,水就已经除干净,直接将回流冷凝管改为直形冷凝管,把温度稍微再提高,就可以蒸出已经深度除水的四氢呋喃。
储存方法
少量浸放于液体石蜡、柴油或不含游离氧和水分的矿物油中密封保存,大量通常储存在铁桶中充氩气密封保存。商品金属钠不能保存在煤油中是因为与煤油中的有机酸等物质反应成有机酸钠等物质(呈土黄色)附着在钠表面。当保存在石蜡油中时,如果没有密封,空气中的氧气便会进入石蜡油,使金属钠的表面变灰,形成氧化物膜。
安全措施
贮于阴凉干燥处,远离火种、热源。少量是一般保存在液体石蜡中。
与氧化剂、酸类、卤素分储分运。
灭火:石墨粉、碳酸钠干粉、碳酸钙干粉。禁用水、氯代烃灭火。
1、钠是细胞外液中带正电的主要离子,参于水的代谢,保证体内水的平衡,调节体内水分与渗透压。
2、维持体内酸和碱的平衡。
3、是胰汁、胆汁、汗和泪水的组成成分。
4、钠对ATP的生产和利用、肌肉运动、心血管功能、能量代谢都有关系,此外,糖代谢、氧的利用也需有钠的参与。
5、维持血压正常。
6、增强神经肌肉兴奋性。
人体影响
钠是人体中一种重要无机元素,一般情况下,成人体内钠含量大约为3200(女)-4170(男)mmol,约占体重的0.15%,体内钠主要在细胞外液,占总体钠的44%-50%,骨骼中含量也高达40%-47%,细胞内液含量较低,仅9%-10%。
吸收代谢
人体钠的主要来源为食物。钠在小肠上部吸收,吸收率极高,几乎可全部被吸收,故粪便中含钠量很少。钠在空肠的吸收大多是被动性的,在回肠则大部分是主动的吸收。钠与钙在肾小管内的重吸收过程发生竞争,故钠摄入量高时,会相应减少钙的重吸收,而增加尿钙排泄。因尿钙丢失约为钙潴留的50%,故高钠膳食对骨丢失有很大影响。
需要人群
高温、重体力劳动、经常出汗的人需要注意补充钠。
食物来源钠普遍存在于各种食物中,一般动物性食物高于植物性食物,但人体钠来源主要为食盐、以及加工、制备食物过程中加入的钠或含钠的复合物(如谷氨酸、小苏打等),以及酱油、盐渍或腌制肉或烟熏食品、酱咸菜类、发酵豆制品、咸味休闲食品等。
缺乏人体内钠在一般情况下不易缺乏、但在某些情况下,如禁食、少食,膳食钠限制过严而摄入非常低时,或在高温、重体力劳动、过量出汗、肠胃疾病、反复呕吐、腹泻使钠过量排出而丢失时,或某些疾病,如艾迪生病引起肾不能有效保留钠时,胃肠外营养缺钠或低钠时,利尿剂的使用而抑制肾小管重吸收钠时均可引起钠缺乏。钠的缺乏在早期症状不明显,倦怠、淡漠、无神、甚至起立时昏倒。失钠达0.5g/kg体重以上时,可出现恶心、呕吐、血压下降、痛性吉尔痉挛,尿中无氯化物检出。
过量正常情况下,钠摄入过多并不蓄积,但某些情况下,如误将食盐当食糖加入婴儿奶粉中喂养,则可引起中毒甚至死亡。急性中毒,可出现水肿、血压上升、血浆胆固醇升高、脂肪清除率降低、胃黏膜上皮细胞受损等。钠的适宜摄入量(AI)成人为2200MG/d。
符号 | Z(p) | N(n) | 质量(u) | 半衰期 | 原子核自旋 | 相对丰度 | 相对丰度的变化率 |
激发能量 | |||||||
18Na | 11 | 7 | 18.02597(5) | 1.3(4)E-21 s | (1-)# | ||
19Na | 11 | 8 | 19.013877(13) | <40 ns | (5/2+)# | ||
20Na | 11 | 9 | 20.007351(7) | 447.9(23) ms | 2+ | ||
21Na | 11 | 10 | 20.9976552(8) | 22.49(4) s | 3/2+ | ||
22Na | 11 | 11 | 21.9944364(4) | 2.6027(10) yr | 3+ | ||
23Na | 11 | 12 | 22.98 97692809(29) | 稳定 | 3/2+ | 1 | |
24Na | 11 | 13 | 23.99096278(8) | 14.9590(12) h | 4+ | ||
25Na | 11 | 14 | 24.9899540(13) | 59.1(6) s | 5/2+ | ||
26Na | 11 | 15 | 25.992633(6) | 1.077(5) s | 3+ | ||
27Na | 11 | 16 | 26.994077(4) | 301(6) ms | 5/2+ | ||
28Na | 11 | 17 | 27.998938(14) | 30.5(4) ms | 1+ | ||
29Na | 11 | 18 | 29.002861(14) | 44.9(12) ms | 3/2(+#) | ||
30Na | 11 | 19 | 30.008976(27) | 48.4(17) ms | 2+ | ||
31Na | 11 | 20 | 31.01359(23) | 17.0(4) ms | (3/2+) | ||
32Na | 11 | 21 | 32.02047(38) | 12.9(7) ms | (3-,4-) | ||
33Na | 11 | 22 | 33.02672(94) | 8.2(2) ms | 3/2+# | ||
34Na | 11 | 23 | 34.03517(96)# | 5.5(10) ms | 1+ | ||
35Na | 11 | 24 | 35.04249(102)# | 1.5(5) ms | 3/2+# | ||
36Na | 11 | 25 | 36.05148(102)# | <260 ns | |||
37Na | 11 | 26 | 37.05934(103)# | 1# ms | 3/2+# |
已发现的钠的同位素共有22种,包括钠18至钠37,其中只有钠23是稳定的,其他同位素都带有放射性。
备注:画上#号的数据代表没有经过实验的证明,只是理论推测而已,而用括号括起来的代表数据不确定性。
过氧化钠,化学式Na2O2,淡黄色粉末,密度2.805g/cm3。它具有强氧化性,是一级无机强氧化剂。在熔融状态时遇到过氧化钠粉末棉花、炭粉、铝粉等还原性物质会发生爆炸。因此存放时应注意安全,不能与易燃物接触。它易吸潮,遇水或CO2时会发生反应,生成氧气。它不溶于乙醇,可与空气中的二氧化碳作用而放出氧气,常用在缺乏空气的场合,如矿井、坑道、潜水、宇宙飞船等方面,可将人们呼出的二氧化碳再转变为氧气,以供人们呼吸之用。过氧化钠在工业上常用做漂白剂、杀菌剂、消毒剂、去臭剂、氧化剂等。通常可通过在不含二氧化碳的干燥空气流中把金属钠加热到300℃来制取过氧化钠。由于它易潮解,易和二氧化碳反应,必须保存在密封的器皿中。
氯化钠
氯化钠,俗称食盐,是无色立方结晶或白色结晶。密度2.165g/cm3。熔点801℃。沸点1413℃。溶于水、甘油,微溶于氯化钠晶体乙醇、液氨。不溶于盐酸。在空气中微有潮解性。由海水(平均含2.4%氯化钠)引入盐田,经日晒干燥,浓缩结晶,制得粗品。亦可将海水,经蒸汽加温,砂滤器过滤,用离子交换膜电渗析法进行浓缩,得到盐水(含氯化钠160~180g/L)经蒸发析出盐卤石膏,离心分离,制得的氯化钠95%以上(水分2%)再经干燥可制得食盐(table salt)。还可用岩盐、盐湖盐水为原料,经日晒干燥,制得原盐。用地下盐水和井盐为原料时,通过三效或四效蒸发浓缩,析出结晶,离心分离制得。用于制造纯碱和烧碱及其他化工产品,矿石冶炼。食品工业和渔业用于盐腌,还可用作调味料的原料和精制食盐。
氢氧化钠
氢氧化钠,片碱俗称火碱、烧碱、片碱、苛性钠。纯的无水氢氧化钠为白色半透明,结晶状固体。氢氧化钠极易溶于水,溶解度随温度的升高而增大,溶解时能放出大量的热,288K时其饱和溶液浓度可26.4mol/L(1:1)。它的水溶液有涩味和滑腻感,溶液呈强碱性,具备碱的一切通性。市售烧碱有固态和液态两种:纯固体烧碱呈白色,有块状、片状、棒状、粒状,质脆;纯液体烧碱为无色透明液体。氢氧化钠还易溶于乙醇、甘油;但不溶于乙醚、丙酮、液氨。对纤维、皮肤、玻璃、陶瓷等有腐蚀作用,溶解或浓溶液稀释时会放出热量;与无机酸发生中和反应也能产生大量热,生成相应的盐类;与金属铝和锌、非金属硼和硅等反应放出氢;与氯、溴、碘等卤素发生歧化反应。能从水溶液中沉淀金属离子成为氢氧化物;能使油脂发生皂化反应,生成相应的有机酸的钠盐和醇,这是去除织物上的油污的原理。
碳酸钠
碳酸钠,俗称纯碱、苏打。溶于无水乙醇,不溶于丙醇。稳定性较强,但高温下也可分解,生成氧化钠和二氧化碳。碳酸钠粉末长期暴露在空气中能吸收空气中的水分及二氧化碳,生成碳酸氢钠,并结成硬块。吸湿性很强 ,很容易结成硬块。含有结晶水的碳酸钠有3种:NA2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。
碳酸氢钠
碳酸氢钠,俗称小苏打。为晶体,或不透明单斜晶系细微结晶。比重2.159。无臭、味咸,可溶于水,微溶于乙醇。其水小苏打溶液因水解而呈微碱性,受热易分解,在65℃以上迅速分解,在270℃时完全失去二氧化碳,在干燥空气中无变化,在潮湿空气中缓慢分解。用作食品工作的发酵剂、汽水和冷饮中二氧化碳的发生剂、黄油的保存剂。可直接作为制药工业的原料,用于治疗胃酸过多。还可用于电影制片、鞣革、选矿、冶炼、金属热处理,以及用于纤维、橡胶工业等。同时用作羊毛的洗涤剂、泡沫灭火剂,以及用于农业浸种等。 食品工业中一种应用最广泛的疏松剂,用于生产饼干、糕点、馒头、面包等,是汽水饮料中二氧化碳的发生剂;可与明矾复合为碱性发酵粉,也可与纯碱复合为民用石碱;还可用作黄油保存剂。消防器材中用于生产酸碱灭火机和泡沫灭火机。橡胶工业利用其与明矾、H发孔剂配合起均匀发孔的作用用于橡胶、海棉生产。冶金工业用作浇铸钢锭的助熔剂。机械工业用作铸钢(翻砂)砂型的成型助剂。印染工业用作染色印花的固色剂,酸碱缓冲剂,织物染整的后处理剂。医药工业用作制酸剂的原料。
超氧化钠
超氧化钠,化学式Na2O4;NaO2。常温时为淡黄色, 高温时由深黄到橙黄, 暴露在空气中会逐渐放出氧而失去黄色。若长期暴露在空气中, 将变成过氧化钠、氢氧化钠及碳酸钠的混合物。保存于密闭容器内, 温度在65℃以下较稳定, 100℃时开始缓慢分解析出氧, 250℃以上剧烈分解放出氧气。其为强氧化剂。接触易燃物、有机物、还原剂能引起燃烧爆炸。遇水或水蒸汽产生热, 量大时能发生爆炸。
氧化钠
氧化钠,分子式为Na2O ,白色固体。不燃,具腐蚀性、强刺激性,可致人体灼伤。对人体有强烈刺激性和腐蚀性。
硫酸钠
硫酸钠,化学式:Na2SO4,无机化合物,十水合硫酸钠又名芒硝,白色、无臭、有苦味的结晶或粉末, 有吸粉末湿性。外形为无色、透明、大的结晶或颗粒性小结晶。主要用于制水玻璃、玻璃、瓷釉、纸浆、致冷混合剂、洗涤剂、干燥剂、染料稀释剂、分析化学试剂、医药品等。
亚硫酸钠
亚硫酸钠,分子式:Na2SO3(·7H2O),常见的亚硫酸盐,无色、单斜晶体或粉末。对眼睛、皮肤、粘膜有刺激作用,可污染水源。受高热分解产生有毒的硫化物烟气。工业上主要用于制亚硫酸纤维素酯、硫代硫酸亚硫酸钠粉末钠、有机化学药品、漂白织物等, 还用作还原剂、防腐剂、去氯剂等。
硝酸钠
硝酸钠,分子式NaNO3,熔点为306.8℃,密度为2.257克/立方厘米(20℃时),为无色透明或白微带黄色菱粉末形晶体。其味苦咸,易溶于水和液氨,微溶于甘油和乙醇中,易潮解,特别在含有极少量氯化钠杂质时,硝酸钠潮解性就大为增加。在加热时,硝酸钠易成分解成亚硝酸钠和氧气。硝酸钠可助燃,须存储在阴凉通风的地方。
钠(*)(易制爆)
本品根据《危险化学品安全管理条例》受公安部门管制。