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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。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 外文名: Sodium
    序号: 11 CAS号: 7440-23-5
    族: 1 周期: 3
    元素分区: s 原子质量: 22.98976928(2)g·mol−1
    密度: 0.97克/厘米3 外观: 银白色有金属光泽固体
    熔点: 97.72 沸点: 883
    临界点: 2299 化学式: Na
    分子量: 22.9898

    目录

    发现简史/钠 编辑

    钠
    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,只得到氢气氧气。后来他改变实验方法,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,复盖着一层白膜。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。

    简介/钠 编辑

    钠(Sodium)是一种化学元素,它的化学符号是Na,它的原子序数是11。钠单质不会在地球自然界中存在,因为钠在空气中会迅速氧化,并与水产生剧烈反应,所以只能存在于化合物中。

    性状/钠 编辑

    钠

    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

    化学反应/钠 编辑

    与氧气的反应

    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(超氧化钠)

    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,生成过氧化钠(Na₂O₂)和少量超氧化钠(NaO₂)淡黄色的烟。过氧化钠比氧化钠稳定,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

    与非金属的反应

    2.钠能跟卤素、硫、磷、氢等非金属直接发生反应,生成相应的化合物(以下反应常温下均反应),如

    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)

    与水的反应

    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

    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

    与酸溶液反应

    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

    与有机物反应

    钠还能与某些有机物反应,如钠与乙醇反应:

    2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2↑(生成物为氢气乙醇钠

    制备方法/钠 编辑

    戴维法

    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。

    钠

    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。

    钠

    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!)

    生理作用/钠 编辑

    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、维持体内酸和碱的平衡。

    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/钠 编辑

    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氩气密封保存。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。

    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。

    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、卤代烃灭火。

    ​主要用途/钠 编辑

    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和制造氢气;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。

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