钠(sodium)

元素周期表第1A族元素，属轻金属。元素符号Na，原子序数11，相对原子质量22．989768，一种软的银白色低熔点金属。

1807年英国化学家戴维(H．Davy)用电解熔融氢氧化钠的方法首次制得金属钠。因为钠是由天然碱(soda)中提取的，所以命名为sodium。1890年卡斯特纳(H．Y．Castnel-)在英国建立了用电解氢氧化钠生产金属钠的工厂。1921年美国人道斯(J．c．Downs)研究成功用电解熔融氯化钠制取金属钠的方法，并于1925年投产，使金属钠的生产成本大幅度下降。1940年前后随着生产汽油抗爆剂四乙基铅用钠量的急剧增加，金属钠的产量也迅速扩大。

物理性质金属钠比水轻，质软，室温下可用小刀切割，低温下性脆，导热、导电性能好，具有明显的光电效应。

钠原子的外层电子构型为[Ne]3s’，易失去3s轨道上的一个电子而呈+1价。金属钠在较低温度下为密排六方晶体(n一376．7pm，f一615．4pm)，较高温度下为体心立方晶体(a=429．06pm)。

钠的热中子吸收截面为0．534b±0．005b。同位素序数(包括同素异构体)为7，质量数范围20～2623Na(天然钠)是质量数为22．9898的稳定同位素，天然丰度100％，核自旋为3／2，核磁矩+2．21740，用于核磁共振。六种人工放射性同位素中的22Na的半衰期为2．602a，核自旋为3，核磁矩+1．746，用作天然钠的放射性示踪原子。24Na的半衰期为15．0h，核自旋为4，核磁矩+1．690，用作同位素指示剂。其他放射性同位素的半衰期为1min或更短。钠的其他物理性质见表。

化学性质钠原子容易失去最外层上的一个电子呈+1价钠离子，表现出较强的金属性，几乎能与所有的无机和有机阴离子形成多种化合物。暴露于空气中的固体钠会迅速氧化，银白色的金属光泽变成暗灰色，因而常需保存于煤油或矿物油中。钠在空气中燃烧时呈特殊的黄色火焰，在393K温度燃烧时产生浓白色烟雾，低于433K温度及供氧不足下燃烧生成白色粉末状的氧化钠，在523～573K温度及供氧充足燃烧时生成黄色粉末状的过氧化钠(Na2O2)。在含有高压氧的高压釜内，将金属钠加热到573K温度可制得超氧化钠(NaO2)。钠在湿空气中除生成氧化钠外，还与水蒸气和CO反应分别生成氢氧化钠和碳酸钠。钠在室温下遇水会发生强烈反应，生成氢氧化钠并放出氢气和大量热。放出的这种热可以熔化金属并点燃氢气。钠与多量水反应则会发生爆炸。钠与水蒸气的反应比与

液体水反应较为缓和，在低温下生成氢氧化钠，在高温下生成氧化钠。钠与氢在室温下不反应，在熔点温度时能缓慢吸收氢，在473～623K温度时迅速吸收氢生成氢氧化钠，高于673K温度时氢化钠发生分解。低温下钠不与氮反应，高于573K温度时可与氮反应生成NaN3和Na2N。氮和氮化钠可溶于液体钠中。钠与CO气体在室温下反应缓慢，但与固体CO2接触时立刻发生爆炸。钠与CO在523～613K温度时反应生成羰基钠(Na6(C0)6)，873～1123K时生成碳酸钠和碳化钠。在1073～1173K温度下钠可与碳反应生成Na2C2。钠与卤素反应生成卤化物。钠在室温下能与氟迅速反应并着火；与氯反应较缓慢，．在氯气中加热时能燃烧生成氯化钠；钠在低温下不与溴、碘反应。钠既不与饱和烃反应，也不熔于其中。因此，通常用密度小、沸点高、闪点高和不易分解的饱和烃作为钠的油封保护剂。但钠可与不饱和烃反应，与醇反应放出氨气并生成烷氧基钠(CnH2n+1ONa)。钠容易溶解于液氨中形成蓝色溶液。金属钠在液氨中还能与氨缓慢作用生成NaNH4并放出氢气，在硝酸铁催化作用下还可以加速反应的进行。溶解在液氨中的金属钠可与氧气反应得到超氧化钠，如果与臭氧作用则生成臭氧化钠(NaO3)。钠的还原性很强，能将多种金属化合物还原成金属，其标准还原电位(Na+-Na)为-2．713V。钠是维持动植物生命的必要元素。

化合物包括氯化钠、次氯酸钠、氢氧化钠、氧化钠、过氧化钠、硝酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、硅酸钠等。

氯化钠无色透明的立方晶体，熔点1074K，沸点1686K，密度2165kg／m3。氯化钠溶于水，但不水解，溶液呈中性，在水中的溶解度随温度升高而略有增大，温度低于273．15K时可获得二水合物(NaCl•2H2O)。氯化钠是食盐和石盐的主要成分，存在于海水(约含Na1．05％)、盐湖水和岩盐中，其他的钠化合物大都直接或间接从氯化钠制取的。工业上用电解熔融氯化钠的方法制取金属钠。氯化钠的其他重要工业应用包括生产氯气、氢氧化钠和碳酸钠。

次氯酸钠电解氯化钠可产出次氯酸钠。它是一种仅存于水溶液中的不稳定化合物，大量用于家庭氯气漂白。次氯酸钠也可用作纸张和纺织品的工业漂白剂，用于水的处理及制取某些医药和防腐剂、杀菌剂等。

氢氧化钠易溶于水的无色晶体。熔点591．4K，沸点1663K。在空气中可吸收水分而潮解，因此，固体氢氧化钠常用作干燥剂。氢氧化钠溶于水时会放出大量热，在水溶液中完全电离为Na+和0H-。氢氧化钠属强腐蚀性的强碱，与氢氧化钾一起统称为苛性碱。钠能与酸、酸性氧化物起中和反应，与盐起复分解反应，使指示剂变色。可用浓碳酸钠溶液与氢氧化钙反应的苛化法和氯化钠水溶液电解法(包括隔膜电解法和汞齐电解法(见汞齐冶金)制备氢氧化钠。氢氧化钠是重要的化学试剂和化工原料，广泛用于造纸、冶金、石油、电子和人造纤维等工业部门。

氧化钠和过氧化钠氧化钠极易与水化合生成氢氧化钠。过氧化钠为淡黄色粉末，是一种极强的氧化剂和漂白剂，与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气，可用作航空和潜水人员的供氧剂。

硝酸钠无色透明三方晶体，熔点579．8K。称天然的硝酸钠矿石为钠硝石或智利硝石。硝酸钠易潮解，特别是含微量氯化钠时更易潮解，易溶于水。硝酸钠于653K时开始分解。工业上用碳酸钠或氢氧化钠溶液吸收硝酸生产中的含硝尾气制取硝酸钠。硝酸钠主要用于制取硝酸、硝酸钾和亚硝酸钠，也用于生产氮肥、炸药和玻璃，还可用作盐溶浴和传热介质。

硫酸钠斜方晶体，熔点1157K，密度2680kg／m3，生成热-1383．5kJ／mol。称天然的十水硫酸钠矿石为芒硝，十水和无水的硫酸钠的转变温度为305．384lK。硫酸钠可从芒硝、无水芒硝制得，也可由硫酸与氯化钠合成。硫酸钠常用作生产牛皮纸、纸板、玻璃、洗涤剂和各种化学试剂的原料。

碳酸氢钠又称小苏打，是一种易溶于水的白色粉末，密度2200kg／m3。干的碳酸氢钠在543K温度时分解生成碳酸钠，但在水溶液中加热至323K温度便开始分解，溶液呈弱碱性。碳酸氢钠用氨碱法制备，利用碳酸氢钠的低溶解性从母液中分离。碳酸氢钠可作为发酵粉的成分、橡胶工业中的发泡剂、食品工业中的饮料添加剂以及干粉灭火器的主要组分。利用碳酸氢钠具有弱碱性性质制取的缓冲溶液，可用于治疗胃酸或尿酸过多和酸中毒疾病。碳酸氢钠还用于鞣革、毛、丝加工等工业部门中。

碳酸钠又称纯碱或苏打，是一种易溶于水的白色粉末，加热至1124K熔化而不分解，密度2532kg／m3。除无水的碳酸钠外，还有一水、七水、十水碳酸钠。碳酸钠热稳定性好，高温下它能使许多稳定物质产生碱解作用。用氨碱法(亦称索尔维法)制备碳酸钠。碳酸钠用于制取其他钠盐并广泛用于肥皂、玻璃、造纸、冶金等工业部门中。以二氧化碳处理碳酸钠可以制得碳酸氢钠。

硅酸钠钠的硅酸盐组成较复杂，以氧化物形式”Na2O•mSiO4表示其成分时，随n和m值的不同，可以分为许多类。较重要的有正硅酸钠(2Na2O•SiO2或Na2SiO4)、偏硅酸钠(Na2O•SiO2或Na2SiO3)和二硅酸钠(Na2O•2SiO2或Na2Si2O5)三类。将石英砂与纯碱按不同比例混合，经高温共熔可制得各类硅酸钠盐。称偏硅酸钠的透明浆状溶液为水玻璃。水玻璃遇酸分解，析出胶状的硅酸沉淀。硅酸钠在肥皂、造纸等工业中用作填料，也可用作粘合剂、防火材料。水玻璃还可作洗涤剂等。

应用用钠制成的铅钠合金用于汽油抗爆剂四甲基铅或四乙基铅的生产。冶金工业中用金属钠作还原剂制取钛、锆、铪、钽等金属。钠用作铸造铝硅合金的变质剂，使共晶体内的硅变成细小的纤维结构，从而提高合金的强度和塑性。在化学工业中钠用于制造氰化钠、过氧化钠、氢化钠和氨基钠等化合物，这些化合物在冶金、制药、农药、印染工业中均有广泛用途。钠和钠钾合金的导热性和热稳定性好，中子吸收截面小，可作快中子增殖反应堆中的载热体和某些发动机中的热交换介质。金属钠的导电性好，已被制成很有发展前途的“钠电缆”。钠的基本光谱线D1=588．995nm、D2=589．592nm，利用这种特性制造的钠灯，其光电转化率高，发光量大，光线柔和，已广泛用于照明。钠还是钠一硫电池的负极材料。

金属钠须保存在液体石蜡中，不可与水接触。钠着钠na火时应使用干燥的碳酸钠、氯化钠、石棉灰等粉末灭火，禁止用水、泡沫和四氯化碳灭火。处理残存的钠和钠渣时应采用水蒸气或水蒸气和氮气的混合气清洗，直接用水处理会引起爆炸。

矿产资源自然界中钠以氯化钠的形式大量存在于岩盐和海水中，约占海水溶解组分的31％。钠的地壳丰度为2．27％，海水含钠1．06％。除岩盐外，钠的其他矿物有芒硝、天然碱、钠硝石和硼砂等。中国内蒙古、青海等地盛产天然碱和芒硝。

制取工艺主要有卡斯特纳法和道斯法。

卡斯特纳法这是一种在623K温度下电解熔融氢氧化钠制取金属钠的方法。1925年以前用此法大量生产金属钠。由于电解时在阳极上生成的水与电解质中的钠又发生反应生成氢氧化钠和氢气，所以电流效率不超过50％，后被道斯法取代。

道斯法即电解氯化钠法，是目前工业上制取金属钠的通用方法。虽然各种形式的钠电解槽都有其特点，但基本上沿用了道斯槽的结构形式。

道斯电解槽为钢制的圆形壳体，内衬耐火砖，中间有一石墨阳极，周围为带有斜孔的环状钢制阴极。阳极和阴极间有铁丝网或开孔的薄钢板制成的隔膜，使在阴极上生成的钠不与阳极生成的氯气相遇。阴、阳极间距离40～50mm，钠从阴极析出后，因密度小于熔融电解质而沿阴极上浮，进入一个倒置的环状钠收集罩内，并沿上升管进入收集罐中。上升管的温度为473K左右，使在电解时与钠同时析出的钙在管内结晶析出。上升管中装有定时转动的刮刀，将附在管壁上的钙刮下，返回熔体中，并发生反应：

以增加钠的产量，保持电解质组成的稳定。氯气在阳极析出，从阳极室导出。通用的电解质组成为CaCl258％和：NaCl42％，电解温度853～873K，槽电压6～7V，阴极电流密度9600A／m2左右，电流效率在80％以上。原料氯化钠无需经过除钙、镁和硫酸根等精制过程。制得的粗钠夹杂氯化物、氧化物和钙。粗钠在液体石蜡保护下，先加热至383～403K温度，然后加压过滤，可除去大部分杂质。所得金属钠经铸钠机铸锭、包装。工业金属钠纯度在99．6％以上，一般含Ca在0．04％以下，含氯化物0．005％。在13．3322Pa压力和673K温度，并在氮气或氩气保护下蒸馏工业金属钠可制取99．95％的高纯钠。