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钠是一种金属元素,在周期表中位于第3周期、第IA族,是碱金属元素的代表,质地柔软,能与水反应生成氢氧化钠,放出氢气,化学性质较活泼。钠元素以盐的形式广泛的分布于陆地和海洋中,钠也是人体肌肉组织和神经组织中的重要成分之一。

发现简史

伏特在19世纪初发明了电池后,各国化学家纷纷利用电池分解水成功。英国化学家戴维坚持不懈地从事于利用电池分解各种物质的实验研究。他希望利用电池将苛性钾分解为氧气和一种未知的“基”,因为当时化学家们认为苛性碱是氧化物。他先用苛性钾(氢氧化钾)的饱和溶液实验,所得的结果却和电解水一样,只得到氢气和氧气。后来他改变实验方法,电解熔融的苛性钾,在阴极上出现了具有金属光泽的、类似水银的小珠,一些小珠立即燃烧并发生爆炸,形成光亮的火焰,还有一些小珠不燃烧,只是表面变暗,覆盖着一层白膜。他把这种小小的金属颗粒投入水中,立即冒出火焰,在水面急速奔跃,发出刺刺的声音。就这样,戴维在1807年发现了金属钾,几天之后,他又从电解碳酸钠中获得了金属钠。
戴维将钾和钠分别命名为Potassium和sodium ,因为钾是从氢氧化钾(Potash),钠是从碳酸钠(Soda)中得到的,它们至今保留在英文中。钾和钠的化学符号K,Na分别来自它们的拉丁文名称Kalium和Natrium。
钠在土中爆炸

钠在土中爆炸

理化性质

物理性质

钠为银白色立方体结构金属,质软而轻可用小刀切割,密度比水小,为0.97g/cm3,熔点97.81℃,沸点:882.9℃。新切面有银白色光泽,在空气中氧化转变为暗灰色,具有抗腐蚀性。钠是热和电的良导体,具有较好的导磁性,钾钠合金(液态)是核反应堆导热剂。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。在-20℃时变硬。
切割金属钠

切割金属钠

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

化学性质

钠的化学性质很活泼,常温和加热
金属钠的性质

金属钠的性质

时分别与氧气化合,和水剧烈反应,量大时发生爆炸,和低元醇反应产生氢气,和电离能力很弱的液氨也能反应。
4Na + O 2= 2Na 2O (常温)
2Na+O 2= Na 2O 2(加热或点燃)
2Na+2H 2O=2NaOH+H 2↑,2Na+H 2O == 高温 ==Na 2O+H 2
2Na+2ROH=2RONa+H 2↑ (ROH表示低元醇)
2Na + 2NH 3(L) = 2NaNH 2 + H 2↑(此反应中“2NH 3(L)”表示液氨)
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,在与其他物质发生氧化还原反应时,作还原剂,都是由0价升为+1价(由于ns 1电子对),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。钠的相对原子质量为22.989770
高中化学认为钠盐均溶于水,但实际上醋酸铀酰锌钠、醋酸铀酰镁钠、醋酸铀酰镍钠、铋酸钠锑酸钠,钛酸钠皆不溶于水。
钠与水反应

钠与水反应

制备方法

戴维是通过电解法首先制得的金属钠,随后几十年内,工业上采用铁粉和高温氢氧化钠反应的方法制备金属钠,同时得到四氧化三铁和氢气。电解氢氧化钠也得到金属钠,但是此方法使用较少。当前工业上普遍采用氯化钠-氯化钙熔盐电解法制金属钠。

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

氢氧化钠为原料,放入铁质容器,熔化温度320~330℃,以为阳极,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:
(在此实验中由于熔融状态的钠的密度约为:0.968g/cm³,而熔融状态下的氢氧化钠的密度约为:2.130 g/cm³,所以最终产生的熔融状态的钠单质会浮在熔融的氢氧化钠上,与空气中的氧气快速化合发生危险,所以要在稀有气体的保护下进行此实验,否则会发生危险!)

工业用途

测定有机物中的氯。还原和氢化有机化合物。检验有机物中的。去除有机溶剂)中的水分。除去烃中的氧、碘或氢碘酸等杂质。制备钠汞齐、醇化钠、纯氢氧化钠过氧化钠氨基钠合金、钠灯、光电池,制取活泼金属。

生理作用

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%,骨骼中含量占40%~47%,细胞内液含量较低,仅占9%~10%。
1、钠是细胞外液中带正电的主要离子,参与水的代谢,保证体内水的平衡,调节体内水分与渗透压
2、维持体内酸和的平衡。
3、是胰液胆汁、汗和泪水的组成成分。
4、钠对ATP(腺嘌呤核苷三磷酸)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%,故高钠膳食对钙丢失有很大影响。
高温、重体力劳动、经常出汗的人需要注意补充钠(饮用淡盐水等)。
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。
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。
正常情况下,钠摄入过多并不蓄积,但某些特殊情况下,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。

储存方法

浸放于液体石蜡、矿物油和苯系物中密封保存,大量通常储存在铁桶中充气密封保存。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(呈黄色)附着在钠表面 。当保存在石蜡油中时,空气中的氧气也会进入石蜡油,使金属钠的表面变灰,形成氧化物膜。
保存在煤油中的钠

保存在煤油中的钠

在纯度要求不高的少量保存时可用煤油浸泡,如实验室保存。
贮于阴凉干燥处,远离火种、热源。少量一般保存在液体石蜡中。
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、卤代烃灭火。
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