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鈉
堿金屬化學元素
Na
鈉（英文名：Sodium）是一種堿金屬化學元素，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。鈉的化學性質活潑，在空氣中容易發(fā)生氧化轉變?yōu)榘祷疑膳c許多金屬、非金屬和有機物發(fā)生化學反應。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
外觀
質地軟、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
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、維持神經和肌肉的正常興奮性的等作用。
由于鈉活潑的化學性質，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、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。
分布情況
在自然界中，鈉不以單質形式存在，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，成人體內鈉含量為6200-6900 mg/kg。鈉廣泛存在于人體肌肉組織和神經組織，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%的鈉存在于細胞內液。
物質結構
原子結構
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，由內向外分別含有2個、8個和1個電子。因此鈉的原子結構不穩(wěn)定，在發(fā)生反應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)定結構。
鈉的原子結構
晶體結構
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構，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構單元，只包含一個鈉原子。
體心立方
理化性質
物理性質
通常情況下，常溫下的鈉為質地軟、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)良的導熱體和導電體，具有良好的導磁性，同時也具有良好的延展性；鈉因其質地柔軟可用小刀切割，其新切面有銀白色光澤，會在空氣中氧化轉變?yōu)榘祷疑揖哂锌垢g性。
化學性質
與非金屬化合物反應
與水反應
鈉的化學性質活潑，在常溫或加熱時可與水發(fā)生爆炸性反應。
與氨氣反應
與二氧化碳反應
與鹵化氫反應
鈉可與鹵素化合物反應生成相應的鹵化鈉和氫氣。
與單質反應
與金屬單質反應
鈉和鉛可在熔融狀態(tài)下反應生成鈉鉛合金；
也可在氯乙烷的存在下相互翻譯生成氯化鈉。
與非金屬單質反應
- 與氧氣反應
鈉的化學性質活潑，在常溫或加熱時可與氧氣化合。
- 與氫氣反應
與有機物反應
- 與低元醇反應
鈉可與低元醇反應產生氫氣。
在一定溫度條件下，鈉可與乙炔反應產生氫氣。
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
鈉元素對于部分農業(yè)作物的生長是有益的，可以起替代鉀元素的功能，當鉀元素營養(yǎng)供給不足時，適當提高鈉的可以明顯促進植物的生長，提高作物產量。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。
鈉可調節(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，具有調節(jié)體內水分、維持酸堿平衡和血壓正常、增加神經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液的鉀共同維持著細胞內外體液的滲透壓平衡；鈉可以參與肌肉收縮、神經傳導、碳水化合物的吸收等生理活動，協(xié)助神經系統(tǒng)和肌肉的正常運作；鈉還可以使鈣或其他礦物質在血液中正常溶解。
鈉有調節(jié)水分的功能。鈉是維持體內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，會使神經肌肉傳導遲鈍，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，金屬鈉會凝附在石英管的內壁。
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。
應用領域
化工生產
鈉可作為許多化工產品的基礎原料，如氨鈉法制備的氰化鈉、置換氧化鉀制備金屬鉀、還原四氯化鈦生產海綿鈦。同時還可以作為許多產品的中間體，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用場景。鈉離子電池屬于新一代的化學能源，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)定的電化學性能，具有更高的安全性。
鈉離子電池的質量重，適用于大型設備能量存儲，因此可應用于工業(yè)、航天、軍事等能量存儲領域。鈉離子低成本，更使得鈉離子電池有望在智能電網及可再生能源的大規(guī)模儲能中實現(xiàn)廣泛的應用。
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?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常出現(xiàn)出汗、嘔吐、腹瀉，都會出現(xiàn)鈉缺乏癥。
體內鈉過量會破壞體液、血液的平衡，造成體液和血液的酸堿度失調，同時還會導致高血壓以及腎臟負擔過重而引發(fā)的腎臟疾病。
鈉失衡的改善措施
當體內鈉含量過低，可通過飲用淡鹽開水和適當?shù)氖秤酶缓c的食物，如豆類紅豆、水果類香蕉和巧克力等。
當體內鈉含量過高時，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。
泄露應急處理
- 若鈉發(fā)生泄露，應立即禁用污染水源，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、通風良好的專用庫房內，遠離火種、熱源。鈉需密封包裝，不可與空氣接觸，應與氧化劑、酸類、鹵素等分開存放，禁止混存。庫房應采用防爆型照明、通風設施，同時禁止采用易產生火花的機械設備和工具，儲區(qū)應備有合適的材料收容泄漏物。。
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