是堿金屬元素的代表,質(zhì)地柔軟,鈉元素以鹽的形式廣泛的分布于陸地和海洋中,鈉也是人體肌肉組織和神經(jīng)組織中的重要成分之一。鈉的同位素目前發(fā)現(xiàn)共有22種,包括鈉18至鈉37,其中只有鈉23是穩(wěn)定的,其他同位素都帶有放射性。
通常狀態(tài)下鈉為銀白色立方體結(jié)構(gòu)金屬,質(zhì)軟而輕可用小刀切割,密度比水小,為0.97g/cm3,熔點97.81℃,沸點882.9℃。新切面有銀白色光澤,在空氣中氧化轉(zhuǎn)變?yōu)榘祷疑?,具有抗腐蝕性。鈉是熱和電的良導(dǎo)體,具有較好的導(dǎo)磁性,鉀鈉合金(液態(tài))是核反應(yīng)堆導(dǎo)熱劑。鈉單質(zhì)還具有良好的延展性,硬度也低,能夠溶于汞和液態(tài)氨,溶于液氨形成藍(lán)色溶液。在-20℃時變硬。
作為一種活潑的金屬元素,鈉元素在周期表中位于第3周期、第ⅠA族。能與水反應(yīng)生成氫氧化鈉,放出氫氣,化學(xué)性質(zhì)較活潑。常溫和加熱時鈉可分別與氧氣化合,和水劇烈反應(yīng),量大時發(fā)生爆炸。鈉還能在二氧化碳中燃燒,和低元醇反應(yīng)產(chǎn)生氫氣,和電離能力很弱的液氨也能反應(yīng)。
4Na + O2= 2Na2O (常溫)
2Na+O2= Na2O2(加熱或點燃)
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
2Na+2CO2 = Na2CO3+CO
2Na+2ROH=2RONa+H2↑ (ROH表示低元醇)
2Na + 2NH3(L)= 2NaNH2 + H2↑(此反應(yīng)中“2NH3(L)”表示液氨)
鈉原子的最外層只有1個電子,很容易失去,所以有強還原性。因此,鈉的化學(xué)性質(zhì)非?;顫?,能夠和大量無機物,絕大部分非金屬單質(zhì)反應(yīng)和大部分有機物反應(yīng),在與其他物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)時,作還原劑,都是由0價升為+1價(由于ns1電子對),通常以離子鍵和共價鍵形式結(jié)合。金屬性強,其離子氧化性弱。鈉的相對原子質(zhì)量為22.989770。
高中化學(xué)認(rèn)為鈉鹽均溶于水,但實際上醋酸鈾酰鋅鈉、醋酸鈾酰鎂鈉、醋酸鈾酰鎳鈉 、鉍酸鈉、銻酸鈉,鈦酸鈉皆不溶于水。
1、鈉在空氣中燃燒生成過氧化鈉,反應(yīng)的方程式為
2Na+O2(點燃) ===== Na2O2
鈉在空氣中燃燒時,會迅速熔化為一個閃亮的小球,發(fā)出黃色火焰,生成過氧化鈉(Na2O2)和少量超氧化鈉(Na2O4)淡黃色的煙.劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的黃色
2、鈉遇水燃燒
金屬鈉遇水能燃燒,產(chǎn)生有火焰,不過那不是鈉燃燒,而是鈉和水反應(yīng)生成的氫氣在燃燒?;瘜W(xué)方程式為:
2Na+2H2O=2NaOH+2H2↑
2H2+O2 = 2H2O
鈉遇水燃燒時的現(xiàn)象為:
鈉會浮在水面上,(原因是鈉的密度小于水)
鈉熔化成一個銀色小球,浮在水面上,(原因 是鈉與水的反應(yīng)是一個放熱反應(yīng),而鈉本身的熔點比較低)
鈉會在水面上游動,(原因是鈉與水反應(yīng)會產(chǎn)生大量的氫氣,所以會聽到嘶嘶聲,這聲音就是氫氣與水摩擦而產(chǎn)生的聲音,是由于氫氣氣泡的作用產(chǎn)生的)
發(fā)出爆炸聲,(原因是由于氫氣可燃,又是放熱反應(yīng),所以熱量有可能點燃?xì)錃?。由于空氣的混合,所以會產(chǎn)生爆炸的聲音,氫氣是可燃性氣體,混入空氣點燃會發(fā)生爆炸。)
看到明顯的紅色,(原因是鈉與水的反應(yīng)生成的是NaOH,是強堿,如果水中滴入了酚酞試液,就會變紅)
在工業(yè)上鈉可用于測定有機物中的氯。還原和氫化有機化合物。檢驗有機物中的氮、硫、氟。去除有機溶劑(苯、烴、醚)中的水分。除去烴中的氧、碘或氫碘酸等雜質(zhì)。制備鈉汞齊、醇化鈉、純氫氧化鈉、過氧化鈉、氨基鈉、合金、鈉燈、光電池,制取活潑金屬。
目前,世界上鈉的工業(yè)生產(chǎn)多數(shù)是采用電解氯化鈉的方法。 電解氯化鈉制金屬鈉通常在電解槽里進行。電解時氯化鈉需要熔融,因氯化鈉的熔點為801 ℃,在技術(shù)上有困難。所以用熔融溫度約為580 ℃的40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈉和60%氯化鈣的低共熔物(即兩種或兩種以上物質(zhì)形成的熔點最低的混合物),這樣可降低電解時所需的溫度,從而也降低了鈉的蒸氣壓。電解時,氯氣在陽極放出,當(dāng)電流通過熔鹽時,金屬鈉和金屬鈣同時被還原出來,浮在陰極上方的熔鹽上面,從管道溢出。把熔融的金屬混合物冷卻到105 ℃~110 ℃,金屬鈣成晶體析出,經(jīng)過濾就可以把金屬鈉跟金屬鈣分離。
純度要求不高的少量保存時可用煤油浸泡,放在陰涼處,遠(yuǎn)離火種、熱源。用鑷子夾住,在煤油中用小刀切割,切勿與皮膚接觸;用濾紙吸干煤油,吸干后濾紙不可丟棄,應(yīng)及時燒掉;未用完的鈉屑不能亂丟,可放在少量乙醇中使其緩慢氧化。少量一般保存在液體石蠟中。與氧化劑、酸類、鹵素分儲分運。滅火:石墨粉、碳酸鈉干粉、碳酸鈣干粉。禁用水、鹵代烴滅火。
大量金屬鈉通常儲存在鐵桶中充氬氣密封保存。金屬鈉不能保存在煤油中是因為與煤油中的有機酸等物質(zhì)反應(yīng)成有機酸鈉等物質(zhì)(呈黃色)附著在鈉表面。當(dāng)保存在石蠟油中時,空氣中的氧氣也會進入石蠟油,使金屬鈉的表面變灰,形成氧化物膜。