鈉鉀元素的化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)先生 / 2019-05-15
鈉和鉀這兩種元素，大家都比較熟悉。提起鈉，人們馬上會(huì)想到食鹽一一氯化鈉。在人類的生存和發(fā)展中，鈉和鉀都起著舉足輕重的作用。
人類和鈉、鉀打交道已經(jīng)有幾千年的歷史。人們很久以前就知道食鹽司以吃。食鹽曾經(jīng)作為貨幣流通，是人類最早進(jìn)行貿(mào)易的商品之一。“圣經(jīng)”上記載過人們?yōu)闋?zhēng)奪食鹽而發(fā)生的戰(zhàn)爭(zhēng)。
不過，人們把鈉和鉀作為元素看待，還是1807年以后的事。在此之前人們一直把氫氧化鈉和氫氧化鉀看做不可能再分的元素。1807年，英國(guó)青年化學(xué)家酸維將電流通過熔融的氫氧化鉀，想檢驗(yàn)電流對(duì)氫氧化鉀的效應(yīng)，卻意外地分離出一種新的帶金屬光澤的物質(zhì)，取名叫鉀。戴維的發(fā)現(xiàn)震動(dòng)了當(dāng)時(shí)的科學(xué)界。1907年，人們還為此召開一百周年紀(jì)念會(huì)。
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金屬鉀、鈉的問世曾引起轟動(dòng)，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)人們的印象中，金屬的比重應(yīng)該比水大，入水能沉，并且很硬，只有在烈火中才能熔化。而鈉和鉀卻像蠟樣軟，可以用小刀輕輕切開，還可以浮在水面上，并且一秒鐘也不安靜，到處竄來竄去，發(fā)出咝咝的聲音并揚(yáng)起白煙，變得越來越小，最后完全消失。即使在
冰面上，鈉也能自行燃燒。后來的研究表明，金屬鈉在-80℃時(shí)就可與水反應(yīng)可見鈉、鉀的還原能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了氫。在煤油里，它們會(huì)平靜地待在里面，但如果把它們暴露在空氣中，馬上會(huì)失去英國(guó)化學(xué)家戴維銀白色的光澤而披上一層薄膜。鈉和鉀還能同鹵族元素氯、氯、溴、碘以及硫、磷、氮等元素直接反應(yīng)，也可以與氯化氫、氨等化合物發(fā)生反應(yīng)。
烈性金屬鈉在現(xiàn)代工業(yè)上有著十分廣泛的應(yīng)用。汽車必需的汽油防震劑四乙基鉛和四甲基鉛的生產(chǎn)要用鈉做基本原料。生產(chǎn)航天事業(yè)需要的耐高溫耐腐蝕材料，往往也離不開金屬鈉。
金屬鈉和鉀還是很好的冷卻劑，在核工業(yè)上廣泛應(yīng)用。鈉、鉀及其合金作為核反應(yīng)堆的傳熱介質(zhì)，熔點(diǎn)低，傳熱本領(lǐng)大。鈉、鉀、絕制成的合金，在-78℃才凝固，是目前熔點(diǎn)最低的合金。液態(tài)鈉傳熱的能力比水高四五倍。成批生產(chǎn)的鈉磚用于快熱中子反應(yīng)堆和超熱中子反應(yīng)堆，不僅使反應(yīng)堆體積小，而且造價(jià)低廉。液態(tài)金屬鈉可以作熔劑，制備與其他溶劑發(fā)生反應(yīng)的活性金屬粉。金屬鈣可以在液態(tài)鈉中重結(jié)晶制取純凈的鈣。
金屬鈉還是石油除硫的好材料。用鈉處理后的石油，顏色好，貯存穩(wěn)定，還能改善催化裂解的質(zhì)量，使裂解率達(dá)到99％。
金屬鈉和金屬汞形成汞齊，具有溫和的還原性，常在有機(jī)合成上應(yīng)用。鈉汞齊作弧光燈的電極，要比單獨(dú)使用汞所需要的電壓小，因此用來作鈉光燈。鈉燈發(fā)出的光線在人眼的最大靈敏度范圍之內(nèi)，從而，云霧天時(shí)，汽車在橙黃色鈉燈的路燈下行使也會(huì)平安無事
金屬鉀由于價(jià)格品貴而限制了它的應(yīng)用。鈉、鉀的氧化物有著特別重要的理論意義。鈉、鉀可以生成普通氧化物、過氧化物和超氧化物，鉀和臭氧反應(yīng)生成臭氧化鉀。而過氧化物遇到二氧化碳會(huì)自動(dòng)放出氧氣，因此，作為急救用的氧氣源，既便宜，又容易貯存。潛水員、礦工、太空飛行員戴上過氧化鉀面具可以保證氧的供應(yīng)。
在目前已知的一百多種元素中，人體中竟含有60多種。人體中元素的百分含量各不相同，有的含量較高(如碳、氫、氧等)，有的含量卻很低(如碘、氟、硅等)。在人體中，含量高的元素稱為宏量元素;其他元素(共占0.05％)稱為微量元素。
鈉元素是一種宏量元素，大約占人體總質(zhì)量的0.15％，雖然鈉的含量看起來很少，但在人體中卻發(fā)揮著十分重要的作用。
鈉在人體中有什么作用呢?
正常人體內(nèi)流動(dòng)的血液，有一個(gè)比較恒定的酸堿度，即pH值在7.357.45之間，當(dāng)血液的pH值小于7.35或大于7.45時(shí)，就發(fā)生酸中毒或堿中毒，人就會(huì)感到疲乏、軟弱、呼吸增深，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致死亡。維持pH酸堿度主要靠血液中的緩沖劑 NAHCO-H12CO3，而鈉離子(Na)是這一緩沖劑的主要角色。
鈉離子還是構(gòu)成人體體液的重要成分。人的心臟跳動(dòng)離不開體液，所以成人每天需攝入一定量的鈉離子，同時(shí)經(jīng)汗液、尿液中每天又排出部分鈉離子，以維持體內(nèi)鈉離子的含量基本不變。這就是人出汗或動(dòng)手術(shù)后需補(bǔ)充一定量食鹽水的原因。
體液中Na＇過多，易于使血壓升高，也易使心臟的負(fù)擔(dān)加重。因此，凡心臟病、高血壓患者，忌食過多的食鹽(NaC)。若體液內(nèi)Na＇過少，則血液UHUANUE YUANSUDA TANMI中鉀的含量就會(huì)升高(血鉀高)，升高到一定程度后，也會(huì)影響心臟的動(dòng)體內(nèi)鈉元素對(duì)腎也有影響。凡腎炎患者，其體內(nèi)Na不易排出、如果過多地?cái)z人Na＂(食鹽)，患者病情就可能加重，因此，腎炎患者應(yīng)適當(dāng)?shù)厣贁z人食鹽。
鉀、鈉的氫氧化物稱為苛性堿?？列詨A可以與某些金屬或非金屬，基至玻璃發(fā)生反應(yīng)，所以盛裝荷性堿試劑要用塑料瓶。氫氧化鈉很喜歡水，一塊于燥的氫氧化鈉放在空氣中，它的表面很快就會(huì)“出汗”、最后變成幅狀物氫氧化鈉的這種性質(zhì)，使它可以用來作干燥劑。特別應(yīng)當(dāng)注意的是千萬(wàn)不要讓堿液入眼中，否則就會(huì)把眼睛設(shè)傷。如果不小心把堿液弄到皮膚上，要迅速用水沖洗，并用稀小蘇打或肥皂水洗滌?？列詨A的許多優(yōu)點(diǎn)使它成為實(shí)驗(yàn)室使用的重要試劑。在工業(yè)上大量用在制造肥皂、造紙、治金、人造纖維石油等方面。
還有一個(gè)重要的鈉的化合物是“純堿”一一碳酸鈉，俗稱“蘇打”。最初，人們是從一些海生植物的灰中提取蘇打，然而，產(chǎn)量非常有限?，F(xiàn)在，人們用食鹽、硫酸與石灰石做原料制造純堿。純堿是白色晶體，常用于洗滌。玻璃、肥皂、造紙、石油等工業(yè)都要消耗成干上萬(wàn)噸純堿。
至于“小蘇打”，則是碳?xì)溻c的俗稱。醫(yī)治胃病的小蘇打片、“蘇打餅干”，便是用它做的。小蘇打是細(xì)小的白色品體微有咸味，常用作發(fā)酵劑，因?yàn)樗軣峄蚴芩嶙饔?，很易放出二氧化碳?xì)怏w，在面團(tuán)中形成蜂窩狀。
鈉、鉀元素對(duì)人的生長(zhǎng)和正純堿常發(fā)育非常重要。一個(gè)正常人每年要攝取5-～10千克食鹽。鹽不僅使食物鮮美，而且還為我們體內(nèi)提供必要的氯。由氯可以產(chǎn)生胃液的組成物鹽酸。人體內(nèi)的鈉的總量大約為90克，鉀160克。鈉的主要功能是維持細(xì)胞外液的滲透壓，使神經(jīng)細(xì)胞對(duì)外界刺激的反應(yīng)維持正常。鉀主要維持細(xì)胞的新陳代謝，同時(shí)也維持神經(jīng)細(xì)胞對(duì)外界刺激的正常反應(yīng)。人體缺少了鈉和鉀，就會(huì)感到疲意、食欲不振、頭痛、肌肉空、惡心、神志不清、心律失常、低血壓等。值得提出的是，我們要多吃些含鉀量多的蔬菜、水果、肉類、谷類、豆類等，不要偏食，否則會(huì)引起缺鉀癥。
眾所周知，植物很需要鉀。植物從土壤里攝得鉀，來配合光合作用和呼吸作用。有人做過這樣的試驗(yàn)，取一枝施過鉀肥的植物葉子放在干燥的空氣中，一晝夜基本上沒有水分蒸發(fā)，而沒有施鉀肥的葉子，水分丟失94％。植物缺鉀，葉片會(huì)發(fā)黃，布滿棕褐色斑點(diǎn)，此時(shí)稈莖細(xì)小容易倒伏。向日葵杯中鉀的含量高，所以抗風(fēng)能力強(qiáng)。煙農(nóng)很熟悉煙草生長(zhǎng)的“牌氣”，在煙草地里施些含鉀多的草木灰肥料或鉀肥。目前，80％的鉀化合物用于鉀肥。
鈉、鉀元素的化學(xué)性質(zhì)雖然人們研究了一二百年，由于它們的化合物數(shù)以千計(jì)，所以對(duì)它們的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。近年來，人們又開辟了嶄新的領(lǐng)域。鈉、鉀原子具有很低的電離能，在液氨溶液中可形成深藍(lán)色的溶液。這種溶液很奇特，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能。飽和的鈉氨溶液的電導(dǎo)接近純金屬的電導(dǎo)，溶液變稀，電導(dǎo)突然降低;溶液再稀，電導(dǎo)反而又升高。利用先進(jìn)的測(cè)試儀器確認(rèn)這種溶液中有負(fù)一價(jià)的鈉離子存在。利用鈉負(fù)離子可以制成半導(dǎo)體。相信不久在這個(gè)領(lǐng)域又會(huì)有新的科技成果出現(xiàn)。
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