钠Na元素及金属钠的用途

钠（Na）元素及金属钠的用途

　　引言

　　钠的英文为 Sodium，化学元素符号是Na，这是源于拉丁文钠字Natrium 而来的缘故。钠位于元素周期表第三周期第一族。属碱金属元素族，是地壳中最丰富的元素之一[1]。金属钠是银白色，具有轻，软，低熔点，硬度小的特点，可以用刀子切割。金属钠有良好的导电性和导热性。钠原子最外层只有一个电子，而次外层有8 个电子，由于内层电子的屏蔽作用显著，很容易失去最外层的1 个电子，因此具有较强的金属性。在焰色放映中色反应中呈现黄色。金属钠容易失去自己的电子而被氧化，即便在很低的温度下，也能被空气中的空气氧化生成氧化钠。氧化钠是碱性氧化物，遇水吸收空气中的水分，再起化学反应，生成相应的强碱。金属钠与水反应还会生成可燃性气体——氢气。

　　一般情况下，打开金属钠的包装就会看到银白色的金属钠浸没在煤油里，或者在这种金属的外面涂一层蜡。这是因为这种金属和一般金属不一样，如果遇上了水或放置在空气，会立刻引起燃烧或爆炸。因此，金属钠不能暴露在空气中或浸没在水中存放。钠不与煤油，汽油和石蜡等发生作用，所以可把金属钠浸没在矿物油或液体石蜡中严密保存。目的是使他们与空气隔绝，同时还能与水隔离，这样就能免除变质和发生危险。包装金属钠的容器不得渗漏，容器内煤油和石蜡应添足，保证金属钠完全浸没在煤油或液体石蜡中，油面高出物品5-10 厘米[2-3]。

　　1 Na 元素及金属钠在各领域中的应用

　　1.1 钠在人体及动物机体中的作用

　　钠是动物与人必需的矿质营养元素，主要存在于体内的血液与水分中，能维持细胞渗透压和血液的酸碱平衡，主要是阴阳离子的平衡，并参与水的代谢[4-5]。此外，钠和其它离子一起参与维持正常肌肉神经的兴奋性，对心肌活动起调节作用。以重碳酸盐形式存在的钠，可抑制反刍动物瘤胃中产生过多的酸，为瘤胃微生物活动创造适宜的环境。牲畜主要通过饲料与饮水摄取钠，动物缺钠时生长性能受阻，降低热能与已消化蛋白质的利用，使体重减轻，并影响动物的生殖能力。另外，研究表明[6]，在蛋鸡饲料中适当添加钠元素可使产蛋量明显提高，蛋壳质量也同时明显改善。

　　脑对钠浓度很敏感，所以首先会无精打采及思考迟钝。若情况更严重，接下来会肌肉抽搐、神志不清、昏迷甚至死亡[7]。人体所需要的钠主要从食盐中取得，所以食盐是人们膳食中所不可缺乏的调味品，故有“百味之王”的美称[7]。与钠元素相关的Na-K 泵在人体的正常代谢中具有非常重要的作用，与一些疾病的发生也有着密切的关系。如肝水肿、白内障、囊纤维化、癫痫、偏头痛、高血压等[8]。研究发现[9]，钠泵抑制剂可抑制肝癌HepG2 细胞的增殖，引起细胞周期S 期阻滞，诱导细胞凋亡。

　　1.2 钠对物种及植被的影响

　　对大多数植物来说，钠不是必需的营养元素，但有部分植物包括一些牧草与饲料作物，钠是有益的元素，可改善牧草品质，提高其对牲畜的适口性。文献[10]研究表明，但随着土壤中钠元素含量的增加，物种的多样性和丰富度种数均下降。吴志芬等对黄河三角洲盐生殖被与水盐关系研究得出：随着土壤含盐量的升高，群落内物种种类会减少[11]；汤梦玲等对西北植被研究表明：在土壤盐分过高的情况下，生物多样性有退化现象[12]；许恒刚等通过研究土壤盐渍化对盐生植被的影响后认为：随着土壤盐碱度的增加，植被具有趋中、趋贫现象[13]。

　　钠是盐碱化土壤中含量较高的元素，其大量存在不仅对土壤物理性质产生不良影响，而且导致植物营养失调，抑制其对钙的吸收[14-15]。文献[16]研究了水稻在钠钾交互作用下的体内吸收转运机制。

　　1.3 钠在日常生活中的应用

　　钠在日常生活中应用广泛。节日里燃放的烟花中含有钠元素。高压钠灯现在已大量应用于道路和广场的照明。钠灯也可用于洗相的暗室，因为钠灯发出的黄光不会使相纸曝光。经研究发现[17]，钠元素还可用于制造钠钙玻璃，这种玻璃具有耐磨、耐热、耐压等良好性能。由于金属钠具有很好的导电性，已被制成钠电缆，很有发展前途[18]。在铸造业用作铝硅合金变质剂，是合金晶体内的硅成为细小的纤维结构，提高合金强度和塑性。

　　1.4 钠在科技领域中的应用

　　金属钠生产铅钠合金，进而生产抗爆剂四乙基铅是其主要的传统用途[19]。金属钠法生产三苯膦即三苯基膦主要用于石油化工生产催化剂和医药工业的原料[20]；在核能利用方面，金属钠可作为核反应堆的冷却剂。难熔金属如钛(熔点1 725 ℃) 、锆(1 857 ℃) 、铌(2 468℃) 的冶炼中，常采用金属钠作还原剂[21]。

　　聚合物/土复合材料是近年来材料科学领域研究的热点之一[22]。黏土作为一种层状硅酸盐，具有特殊的片层结构，其与聚合物基体的界面作用强，可以纳米尺寸分散于基体中，从而能有效地改善聚合物的力学性能等。文献[22]采用乳液插层法制备XSRB/基黏土（Na-lay）复合材料，采用小角x 射线衍射仪对其微观结构进行了表征，并对其动态力学性能和力学性能进行了研究。结果表明，在XSBR/a-lay 共混物乳胶薄膜中，Na-lay 的层间距加大，形成了插层结构；XSBR/a-lay 混炼胶和硫化胶中的Na-lay 呈剥离状态。Na-lay 的加入使XSBR 薄膜的拉伸强度得到提高，混炼胶和硫化胶的力学性能得到明显改善；硫化胶的储能模量增大，玻璃化转变温度升高。

　　1.5 钠在其他方面的应用

　　Na 是铝熔体中的微量元素之一，其含量对铝合金铸造、加工性能影响很大。研究表明[23]，熔体中Na 含量高，尤其是在用Na 盐变质处理后，炉内残存Na 含量高，使铝合金粘度变大，严重恶化铝合金铸造性能，尤其在生产流动性差的铝合金或小规格圆锭时，拉裂倾向非常大。文献[24]对不同Na 含量的Al-Si 共晶合金各相中Na 的分布进行了分析，并结合显微结构的变化，用DTA 方法研究了合金的凝固过程。结果表明，Si 相中的Na 含量随着合金Na 的重量百分比的增加而增加；在一定的冷却速度下，加入Na 可提高Al-Si 共晶合金的共晶析出温度，降低Al-Si 共晶合金的生长速度，变质效果越好的样品，这种变化越明显，说明，Na 的变质作用不是抑制其成核而是促使其成核。

　　金属钠作为一种廉价易得的还原剂，可用于加氢还原，还原裂解，还原类萜内脂得到内酯环的二稀或者临位羟基内醚，制备各类醇，C-O 键的断裂和不对称的光活性等有机反应[25]。金属钠可以用于石油脱硫剂、氧化剂、漂白剂、染料、农药、医药中间体、催化剂、香料[21]。其中用钠制成的染料中的靛蓝极为重要[26]，近年来由于靛蓝染料迅猛发展，强劲的拉动了金属钠产销量的增长，国内产能成倍增长。

　　2 结论

　　总结了钠元素的物理性质、化学性质及保存方法，详细分析了钠元素及金属钠在各领域中的应用。研究发现；（1）Na 元素对人及动物机体的新陈代谢作用重大，Na 元素与一些疾病的发关系密切；（2）随着土壤中钠元素含量的增加，物种的多样性和丰富度种数均有所下降，植被具有趋中、趋贫现象；（3）钠元素及金属钠在科技领域应用广泛。

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