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鈉
堿金屬化學(xué)元素
Na
鈉（英文名：Sodium）是一種堿金屬化學(xué)元素，元素符號為Na，位于第三周期第ⅠA族，屬于s區(qū)元素，原子序數(shù)為11、原子量為22.99，其電子排布為1s22s22p?3s1。通常情況下，常溫下的鈉為質(zhì)地軟、輕、蠟狀且伸展性極好的銀白色金屬固體，20 ℃時的密度為971 kg/m3，熔點為97.81 ℃，沸點為881.4 ℃，可溶于液氨、汞，不溶于苯、石腦油、煤油。鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑，在空氣中容易發(fā)生氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘祷疑膳c許多金屬、非金屬和有機物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。鈉有22種同位素，分別為1?Na-3?Na，Na是唯一穩(wěn)定的同位素，其他同位素都帶有放射性。
基本信息
中文名
鈉
英文名
Sodium
拼音
nà
元素符號
Na
原子序數(shù)
11
原子質(zhì)量
22.99
元素類別
堿金屬元素
族
ⅠA（第一主族）
周期
第三周期
區(qū)
s區(qū)
電子排布
1s22s22p?3s1
CAS編號
7440-23-5
物理性質(zhì)
外觀
質(zhì)地軟、輕、蠟狀且伸展性極好的銀白色金屬固體
物態(tài)
固態(tài)
密度
971 kg/m3（20 ℃）
熔點
97.81 ℃
沸點
881.4 ℃
臨界點
2299.85 ℃、35.46 MPa
熔化熱
113.5 kJ/kg
汽化熱
4212 kJ/kg
水溶性
溶于液氨、汞，不溶于苯、石腦油、煤油
蒸氣壓
0.042 mmHg（327 ℃）
自燃溫度
＞115 ℃（在干燥空氣中）
原子性質(zhì)
氧化態(tài)
+1
電負性
0.9
原子半徑
0.186
在自然界中，鈉僅以化合物的形式廣泛地分布于陸地和海洋中，是地殼中含量排名第六的元素。鈉是動植物的必需元素，鈉廣泛存在于人體肌肉組織和神經(jīng)組織中，是細胞外液的主要陽離子，起到維持滲透壓、維持酸堿平衡、維持神經(jīng)和肌肉的正常興奮性的等作用。
由于鈉活潑的化學(xué)性質(zhì)，在許多情況下都具有一定的危險性。如鈉在遇水或暴露在潮濕空氣中會發(fā)熱，且極易引起燃燒或爆炸。對于鈉的消防處理，只能采用干沙或干粉進行滅火。
工業(yè)上常用的生產(chǎn)鈉的方法是通過電解熔融氯化鈉制備。鈉廣泛用于化工生產(chǎn)、照明行業(yè)、電池行業(yè)和鋼件淬火中。
發(fā)現(xiàn)歷史
1891年，采用電解熔融氫氧化鈉制備金屬鈉用于工業(yè)生產(chǎn)的方法獲得首次成功。
1921年，電解氯化鈉制備金屬鈉的方法開始用于工業(yè)生產(chǎn)。
分布情況
在自然界中，鈉不以單質(zhì)形式存在，通常以化合物（鈉鹽）的形式廣泛地分布于陸地和海洋中，其在海水中的含量約為2.7%，在地殼中含量約占2.4%，是地殼中排名第六的元素。海洋、鹽湖和鹽井是重要的鈉資源，對于礦物來說，鈉主要存在于巖鹽、天然堿，硝石和芒硝中。
鈉也是人體中的重要元素成分之一，成人體內(nèi)鈉含量為6200-6900 mg/kg。鈉廣泛存在于人體肌肉組織和神經(jīng)組織，且通常情況下約44%-50%的鈉存在于細胞外液中，40%-47%的鈉存在于骨骼中，9%-10%的鈉存在于細胞內(nèi)液。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
原子結(jié)構(gòu)
鈉原子的原子半徑為0.186 ，其核外電子排布為1s22s22p?3s1，由一個帶11個正電荷的核和核外11個電子組成。核外11個電子分為三個電子層，由內(nèi)向外分別含有2個、8個和1個電子。因此鈉的原子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在發(fā)生反應(yīng)時更傾向于失去最外層的單個電子形成8個電子的最外層電子層形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。
鈉的原子結(jié)構(gòu)
晶體結(jié)構(gòu)
鈉晶體屬于金屬晶體，鈉原子之間以金屬鍵相互作用。鈉的晶胞中含有2個鈉原子，分別位于晶胞中的原點和體心。
金屬鈉的常用晶胞
鈉晶體為體心立方結(jié)構(gòu)，每個鈉原子周圍都含有8個相鄰的鈉原子，這8個鈉原子形成一個平行六面體結(jié)構(gòu)單元，只包含一個鈉原子。
體心立方
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
通常情況下，常溫下的鈉為質(zhì)地軟、輕、蠟狀且伸展性極好的銀白色金屬固體，20 ℃時的密度為971 kg/m3，熔點為97.81 ℃，沸點為881.4 ℃，可溶于液氨、汞，不溶于苯、石腦油、煤油。在干燥空氣中鈉可在＞115 ℃的溫度條件下發(fā)生自燃。鈉的臨界點為2299.85 ℃、35.46 MPa，其熔化熱和汽化熱分別為113.5 kJ/kg和4212 kJ/kg，327 ℃時的蒸氣壓為0.042 mmHg。
鈉是優(yōu)良的導(dǎo)熱體和導(dǎo)電體，具有良好的導(dǎo)磁性，同時也具有良好的延展性；鈉因其質(zhì)地柔軟可用小刀切割，其新切面有銀白色光澤，會在空氣中氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘祷疑揖哂锌垢g性。
化學(xué)性質(zhì)
與非金屬化合物反應(yīng)
與水反應(yīng)
鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑，在常溫或加熱時可與水發(fā)生爆炸性反應(yīng)。
與氨氣反應(yīng)
與二氧化碳反應(yīng)
與鹵化氫反應(yīng)
鈉可與鹵素化合物反應(yīng)生成相應(yīng)的鹵化鈉和氫氣。
與單質(zhì)反應(yīng)
與金屬單質(zhì)反應(yīng)
鈉和鉛可在熔融狀態(tài)下反應(yīng)生成鈉鉛合金；
也可在氯乙烷的存在下相互翻譯生成氯化鈉。
與非金屬單質(zhì)反應(yīng)
- 與氧氣反應(yīng)
鈉的化學(xué)性質(zhì)活潑，在常溫或加熱時可與氧氣化合。
- 與氫氣反應(yīng)
與有機物反應(yīng)
- 與低元醇反應(yīng)
鈉可與低元醇反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
在一定溫度條件下，鈉可與乙炔反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
同位素
鈉的已知同位素有22種，分別為Na-Na，其中唯一穩(wěn)定存在的同位素為 Na，除此之外其余的同位素都帶有放射性。其中Na的半衰期為2.601 9 a，放射性衰變方式（分支比，%）：β（89.9），EC（10.1）。
生理功能
促進植物生長
鈉是土壤和植物種的重要元素，其含量對于植物的生長具有重要影響。鈉是植物生長過程中必須的營養(yǎng)元素，適當(dāng)適量的對植物施鈉可明顯提高植物產(chǎn)量，且鈉含量過高會影響土壤堿化，抑制植物生長。
鈉元素對于部分農(nóng)業(yè)作物的生長是有益的，可以起替代鉀元素的功能，當(dāng)鉀元素營養(yǎng)供給不足時，適當(dāng)提高鈉的可以明顯促進植物的生長，提高作物產(chǎn)量。對于部分具有C4光合途徑和景天酸代謝(CAM)途徑的植物種類，磷酸烯醇式丙酮酸的再生、葉綠素合成、丙酮酸鹽(或酯)通過葉綠體被膜的運移等都需要鈉的參加，施鈉能夠刺激這些植物的生長。
鈉在調(diào)節(jié)細胞滲透壓方面比鉀的作用更明顯，對許多鹽土植物都有明顯的生長效應(yīng)。
鈉可調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞運動，作為長距離運輸?shù)姆聪螂x子，參與光電合成等。另外，某些鹽生植物的特殊酶類也需要Na，但在細胞質(zhì)中，許多酶的活性能被K激活，而被Na抑制。
維持生命活動
鈉是人體必不可少的常量元素，具有調(diào)節(jié)體內(nèi)水分、維持酸堿平衡和血壓正常、增加神經(jīng)肌肉興奮性和組成鈉泵等生理功能。鈉廣泛存在于細胞外液中和細胞內(nèi)液的鉀共同維持著細胞內(nèi)外體液的滲透壓平衡；鈉可以參與肌肉收縮、神經(jīng)傳導(dǎo)、碳水化合物的吸收等生理活動，協(xié)助神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉的正常運作；鈉還可以使鈣或其他礦物質(zhì)在血液中正常溶解。
鈉有調(diào)節(jié)水分的功能。鈉是維持體內(nèi)水量的恒定主要元素，鈉的含量直接決定誰的含量，所以攝人過多的食鹽，則會發(fā)生水腫；過少則會易引起脫水。
鈉有對ATP的生成和利用的作用，因此鈉的含量對肌肉運動、心血管功能及能量代謝都有影響。鈉不足時ATP的生成和利用減少，能量的生成和利用較差，會使神經(jīng)肌肉傳導(dǎo)遲鈍，出現(xiàn)肌無力、神志模糊甚至昏迷或出現(xiàn)心血管功能受抑制的癥狀。
鈉有維持酸堿平衡的作用。鈉在腎臟被重吸收后，與氫離子交換，可清除體內(nèi)的二氧化碳，保持體液的酸堿度恒定。腎對鈉的主動重吸收，引起氯的被動重吸收，有利于胃酸的形成，幫助消化。
制備方法
食鹽熔融電解法
通過電解熔融氯化鈉可以制備金屬鈉，其原理如下：
電解燒堿法
鋯還原制備法
將原料鉬酸鈉和鋯粉按照一定的化學(xué)比例均勻混合，并壓成棒狀，在石英管中加熱并抽至真空加熱至一定溫度，即可發(fā)生反應(yīng)，金屬鈉會凝附在石英管的內(nèi)壁。
堿金屬的疊氮化物高溫分解制備法
疊氮化物制取堿金屬的裝置
檢測方法
可采用高氯酸標準溶液滴定法來測定有機酸堿金屬鹽類物質(zhì)的含量。以有機堿羧甲基纖維素鈉為例，采用冰醋酸作為酸性溶劑，增強其相對堿度，便于強酸性的高氯酸滴定，同時加入一定量的乙酸酐去除水分，以結(jié)晶紫為指示劑、高氯酸標準溶液-冰醋酸作為滴定劑，即可測定鈉的含量，滴定至溶液顯藍綠色即為滴定終點。
應(yīng)用領(lǐng)域
化工生產(chǎn)
鈉可作為許多化工產(chǎn)品的基礎(chǔ)原料，如氨鈉法制備的氰化鈉、置換氧化鉀制備金屬鉀、還原四氯化鈦生產(chǎn)海綿鈦。同時還可以作為許多產(chǎn)品的中間體，如氨基鈉作為染料靛藍粉中間體、硼氫化鈉、原甲酸三甲酯和甲酸三乙酯等的醫(yī)藥中間體。
照明行業(yè)
鈉燈是一種氣體放電燈，在防腐蝕的玻璃外殼內(nèi)兩端裝有電極，抽至真空后加入一定量的鈉，通電后鈉蒸發(fā)，受電子激發(fā)的影響即可發(fā)出黃光。按照鈉蒸氣壓力的高低可分為低壓鈉燈和高壓鈉燈，高壓鈉燈具有耗電少、壽命長和可以良好的穿透霧氣等優(yōu)點，是機場、碼頭和高速公路等場所的必要設(shè)備。
醫(yī)藥行業(yè)
鈉可作為制造西力生、維生素和咖啡因等醫(yī)藥產(chǎn)品的制作原料。
鈉離子電池
與鋰離子電池類似，鈉離子電池通過正電荷電子在電極之間的穿梭運動而放電。與鋰離子電池相比，鈉離子電池可用性更高且成本更低，但鈉離子電池較為適用于固定應(yīng)用場景。鈉離子電池屬于新一代的化學(xué)能源，鈉資源豐富，成本低廉分布廣泛，具有更高的半電池點位和更加穩(wěn)定的電化學(xué)性能，具有更高的安全性。
鈉離子電池的質(zhì)量重，適用于大型設(shè)備能量存儲，因此可應(yīng)用于工業(yè)、航天、軍事等能量存儲領(lǐng)域。鈉離子低成本，更使得鈉離子電池有望在智能電網(wǎng)及可再生能源的大規(guī)模儲能中實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用。
鋼件猝火
熔融鈉的冷卻能力強。液態(tài)鈉的溫度范圍較廣，復(fù)合鋼鐵零件熱處理所需溫度范圍，可根據(jù)熱處理要求適當(dāng)?shù)?a class="dict" href="/azgame/od2747207.html">選擇熔融鈉的溫度。熔融鈉主要用于鋼件淬火后的回火，也可用于后續(xù)熱處理加熱，具有熱導(dǎo)率高、傳熱系數(shù)高和粘度低等優(yōu)點。
安全事宜
健康危害
體內(nèi)缺乏鈉會造成生長緩慢、食欲不振、體重減輕、肌肉痙攣、嘔吐腹瀉、頭痛等癥狀；若乳母體內(nèi)缺乏鈉，則會出現(xiàn)乳汁分泌不足的癥狀。長期不食用加食鹽的食物或經(jīng)常出現(xiàn)出汗、嘔吐、腹瀉，都會出現(xiàn)鈉缺乏癥。
體內(nèi)鈉過量會破壞體液、血液的平衡，造成體液和血液的酸堿度失調(diào)，同時還會導(dǎo)致高血壓以及腎臟負擔(dān)過重而引發(fā)的腎臟疾病。
鈉失衡的改善措施
當(dāng)體內(nèi)鈉含量過低，可通過飲用淡鹽開水和適當(dāng)?shù)氖秤酶缓c的食物，如豆類紅豆、水果類香蕉和巧克力等。
當(dāng)體內(nèi)鈉含量過高時，對于高血壓患者的初期鈉過高可以注意飲食以少量鈉為主，并通過運動、睡眠來調(diào)整；對于潴鈉性高鈉血癥，可通過速尿、利尿酸鈉等促使鈉、水由腎排出；對于濃縮性高血鈉，建議科學(xué)地補充水分，并采取措施制止水分繼續(xù)丟失，以使過高血滲透壓得以下降。
泄露應(yīng)急處理
- 若鈉發(fā)生泄露，應(yīng)立即禁用污染水源，同時隔離泄漏污染區(qū)，限制人員出入。
- 應(yīng)急處理人員需戴正壓自給式呼吸器，穿著防靜電、防腐和防毒服，同時注意禁止接觸泄漏物，保持泄漏物質(zhì)干燥的同時盡可能切斷泄漏源。
- 對于鈉的小量泄漏：采用干燥的沙土或其他不燃材料覆蓋泄漏物，并使用塑料布覆蓋來減少和避免泄漏物的分散，同時避免雨淋。采用金屬容器收納并保存在煤油或液體石蠟中。
- 對于鈉的粉末泄漏：用塑料布或帆布覆蓋泄漏物，避免泄漏物的分散，并保持相關(guān)環(huán)境干燥。
消防安全
鈉在遇水或暴露在潮濕空氣中會發(fā)熱，且極易引起燃燒或爆炸；與碘或乙炔反應(yīng)劇烈，極易引起燃燒或爆炸。在一定溫度下遇四氯化碳在會發(fā)生爆炸。
儲存
鈉在空氣中容易氧化，通常保存在煤油中。儲存于陰涼、干燥、通風(fēng)良好的專用庫房內(nèi)，遠離火種、熱源。鈉需密封包裝，不可與空氣接觸，應(yīng)與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放，禁止混存。庫房應(yīng)采用防爆型照明、通風(fēng)設(shè)施，同時禁止采用易產(chǎn)生火花的機械設(shè)備和工具，儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。。
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作者
