鈉Na元素及金屬鈉的用途

鈉（Na）元素及金屬鈉的用途

　　引言

　　鈉的英文為 Sodium，化學元素符號是Na，這是源于拉丁文鈉字Natrium 而來的緣故。鈉位于元素周期表第三周期第一族。屬堿金屬元素族，是地殼中最豐富的元素之一[1]。金屬鈉是銀白色，具有輕，軟，低熔點，硬度小的特點，可以用刀子切割。金屬鈉有良好的導電性和導熱性。鈉原子最外層只有一個電子，而次外層有8 個電子，由于內層電子的屏蔽作用顯著，很容易失去最外層的1 個電子，因此具有較強的金屬性。在焰色放映中色反應中呈現黃色。金屬鈉容易失去自己的電子而被氧化，即便在很低的溫度下，也能被空氣中的空氣氧化生成氧化鈉。氧化鈉是堿性氧化物，遇水吸收空氣中的水分，再起化學反應，生成相應的強堿。金屬鈉與水反應還會生成可燃性氣體——氫氣。

　　一般情況下，打開金屬鈉的包裝就會看到銀白色的金屬鈉浸沒在煤油里，或者在這種金屬的外面涂一層蠟。這是因為這種金屬和一般金屬不一樣，如果遇上了水或放置在空氣，會立刻引起燃燒或爆炸。因此，金屬鈉不能暴露在空氣中或浸沒在水中存放。鈉不與煤油，汽油和石蠟等發生作用，所以可把金屬鈉浸沒在礦物油或液體石蠟中嚴密保存。目的是使他們與空氣隔絕，同時還能與水隔離，這樣就能免除變質和發生危險。包裝金屬鈉的容器不得滲漏，容器內煤油和石蠟應添足，保證金屬鈉完全浸沒在煤油或液體石蠟中，油面高出物品5-10 厘米[2-3]。

　　1 Na 元素及金屬鈉在各領域中的應用

　　1.1 鈉在人體及動物機體中的作用

　　鈉是動物與人必需的礦質營養元素，主要存在于體內的血液與水分中，能維持細胞滲透壓和血液的酸堿平衡，主要是陰陽離子的平衡，并參與水的代謝[4-5]。此外，鈉和其它離子一起參與維持正常肌肉神經的興奮性，對心肌活動起調節作用。以重碳酸鹽形式存在的鈉，可抑制反芻動物瘤胃中產生過多的酸，為瘤胃微生物活動創造適宜的環境。牲畜主要通過飼料與飲水攝取鈉，動物缺鈉時生長性能受阻，降低熱能與已消化蛋白質的利用，使體重減輕，并影響動物的生殖能力。另外，研究表明[6]，在蛋雞飼料中適當添加鈉元素可使產蛋量明顯提高，蛋殼質量也同時明顯改善。

　　腦對鈉濃度很敏感，所以首先會無精打采及思考遲鈍。若情況更嚴重，接下來會肌肉抽搐、神志不清、昏迷甚至死亡[7]。人體所需要的鈉主要從食鹽中取得，所以食鹽是人們膳食中所不可缺乏的調味品，故有“百味之王”的美稱[7]。與鈉元素相關的Na-K 泵在人體的正常代謝中具有非常重要的作用，與一些疾病的發生也有著密切的關系。如肝水腫、白內障、囊纖維化、癲癇、偏頭痛、高血壓等[8]。研究發現[9]，鈉泵抑制劑可抑制肝癌HepG2 細胞的增殖，引起細胞周期S 期阻滯，誘導細胞凋亡。

　　1.2 鈉對物種及植被的影響

　　對大多數植物來說，鈉不是必需的營養元素，但有部分植物包括一些牧草與飼料作物，鈉是有益的元素，可改善牧草品質，提高其對牲畜的適口性。文獻[10]研究表明，但隨著土壤中鈉元素含量的增加，物種的多樣性和豐富度種數均下降。吳志芬等對黃河三角洲鹽生殖被與水鹽關系研究得出：隨著土壤含鹽量的升高，群落內物種種類會減少[11]；湯夢玲等對西北植被研究表明：在土壤鹽分過高的情況下，生物多樣性有退化現象[12]；許恒剛等通過研究土壤鹽漬化對鹽生植被的影響后認為：隨著土壤鹽堿度的增加，植被具有趨中、趨貧現象[13]。

　　鈉是鹽堿化土壤中含量較高的元素，其大量存在不僅對土壤物理性質產生不良影響，而且導致植物營養失調，抑制其對鈣的吸收[14-15]。文獻[16]研究了水稻在鈉鉀交互作用下的體內吸收轉運機制。

　　1.3 鈉在日常生活中的應用

　　鈉在日常生活中應用廣泛。節日里燃放的煙花中含有鈉元素。高壓鈉燈現在已大量應用于道路和廣場的照明。鈉燈也可用于洗相的暗室，因為鈉燈發出的黃光不會使相紙曝光。經研究發現[17]，鈉元素還可用于制造鈉鈣玻璃，這種玻璃具有耐磨、耐熱、耐壓等良好性能。由于金屬鈉具有很好的導電性，已被制成鈉電纜，很有發展前途[18]。在鑄造業用作鋁硅合金變質劑，是合金晶體內的硅成為細小的纖維結構，提高合金強度和塑性。

　　1.4 鈉在科技領域中的應用

　　金屬鈉生產鉛鈉合金，進而生產抗爆劑四乙基鉛是其主要的傳統用途[19]。金屬鈉法生產三苯膦即三苯基膦主要用于石油化工生產催化劑和醫藥工業的原料[20]；在核能利用方面，金屬鈉可作為核反應堆的冷卻劑。難熔金屬如鈦(熔點1 725 ℃) 、鋯(1 857 ℃) 、鈮(2 468℃) 的冶煉中，常采用金屬鈉作還原劑[21]。

　　聚合物/土復合材料是近年來材料科學領域研究的熱點之一[22]。黏土作為一種層狀硅酸鹽，具有特殊的片層結構，其與聚合物基體的界面作用強，可以納米尺寸分散于基體中，從而能有效地改善聚合物的力學性能等。文獻[22]采用乳液插層法制備XSRB/基黏土（Na-lay）復合材料，采用小角x 射線衍射儀對其微觀結構進行了表征，并對其動態力學性能和力學性能進行了研究。結果表明，在XSBR/a-lay 共混物乳膠薄膜中，Na-lay 的層間距加大，形成了插層結構；XSBR/a-lay 混煉膠和硫化膠中的Na-lay 呈剝離狀態。Na-lay 的加入使XSBR 薄膜的拉伸強度得到提高，混煉膠和硫化膠的力學性能得到明顯改善；硫化膠的儲能模量增大，玻璃化轉變溫度升高。

　　1.5 鈉在其他方面的應用

　　Na 是鋁熔體中的微量元素之一，其含量對鋁合金鑄造、加工性能影響很大。研究表明[23]，熔體中Na 含量高，尤其是在用Na 鹽變質處理后，爐內殘存Na 含量高，使鋁合金粘度變大，嚴重惡化鋁合金鑄造性能，尤其在生產流動性差的鋁合金或小規格圓錠時，拉裂傾向非常大。文獻[24]對不同Na 含量的Al-Si 共晶合金各相中Na 的分布進行了分析，并結合顯微結構的變化，用DTA 方法研究了合金的凝固過程。結果表明，Si 相中的Na 含量隨著合金Na 的重量百分比的增加而增加；在一定的冷卻速度下，加入Na 可提高Al-Si 共晶合金的共晶析出溫度，降低Al-Si 共晶合金的生長速度，變質效果越好的樣品，這種變化越明顯，說明，Na 的變質作用不是抑制其成核而是促使其成核。

　　金屬鈉作為一種廉價易得的還原劑，可用于加氫還原，還原裂解，還原類萜內脂得到內酯環的二稀或者臨位羥基內醚，制備各類醇，C-O 鍵的斷裂和不對稱的光活性等有機反應[25]。金屬鈉可以用于石油脫硫劑、氧化劑、漂白劑、染料、農藥、醫藥中間體、催化劑、香料[21]。其中用鈉制成的染料中的靛藍極為重要[26]，近年來由于靛藍染料迅猛發展，強勁的拉動了金屬鈉產銷量的增長，國內產能成倍增長。

　　2 結論

　　總結了鈉元素的物理性質、化學性質及保存方法，詳細分析了鈉元素及金屬鈉在各領域中的應用。研究發現；（1）Na 元素對人及動物機體的新陳代謝作用重大，Na 元素與一些疾病的發關系密切；（2）隨著土壤中鈉元素含量的增加，物種的多樣性和豐富度種數均有所下降，植被具有趨中、趨貧現象；（3）鈉元素及金屬鈉在科技領域應用廣泛。

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