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11Na




外觀
金屬:銀白色


鈉的光譜線
概況
名稱·符號·序數 鈉(Sodium)·Na·11
元素類別 鹼金屬
·週期· 1·3·s
標準原子質量 22.98976928(2)
電子排布

[] 3s1
2,8,1

鈉的電子層(2,8,1)
歷史
發現 漢弗里·戴維(1807年)
分離 漢弗里·戴維(1807年)
命名 漢弗里·戴維(1807年)
物理性質
物態 固體
密度 (接近室溫
0.968 g·cm−3
熔點時液體密度 0.927 g·cm−3
熔點 370.87 K,97.72 °C,207.9 °F
沸點 1156 K,883 °C,1621 °F
臨界點 (推測)
2573 K,35 MPa
熔化熱 2.60 kJ·mol−1
汽化熱 97.42 kJ·mol−1
比熱容 28.230 J·mol−1·K−1

蒸汽壓

壓(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫(K) 554 617 697 802 946 1153
原子性質
氧化態 +1,-1
(強鹼性)
電負性 0.93(鮑林標度)
電離能

第一:495.8 kJ·mol−1
第二:4562 kJ·mol−1
第三:6910.3 kJ·mol−1

更多
原子半徑 186 pm
共價半徑 166±9 pm
范德華半徑 227 pm
雜項
晶體結構

體心立方晶格

磁序 順磁性
電阻率 (20 °C)47.7 n Ω·m
熱導率 142 W·m−1·K−1
膨脹係數 (25 °C)71 µm·m−1·K−1
聲速(細棒) (20 °C)3200 m·s−1
楊氏模量 10 GPa
剪切模量 3.3 GPa
體積模量 6.3 GPa
莫氏硬度 0.5
布氏硬度 0.69 MPa
CAS號 7440-23-5
最穩定同位素

主條目:鈉的同位素

同位素 豐度 半衰期 方式 能量MeV 產物
22Na 痕量 2.602 年 β+γ 0.5454 22Ne*
1.27453(2)[1] 22Ne
εγ - 22Ne*
1.27453(2) 22Ne
β+ 1.8200 22Ne
23Na 100% 穩定,帶12個中子

(英﹕Sodium,拉丁﹕Natrium)是一種化學元素,它的化學符號Na,它的原子序數是11。鈉單質不會在地球自然界中存在,因為鈉在空氣中會迅速氧化,並與產生劇烈反應,所以只能存在於化合物中。

性狀[編輯]

是一種質地軟(可以用普通餐刀切割)、輕、蠟狀而極有伸展性的銀白色(當剛切好時,存放久了會變暗)的1A族的鹼金屬元素。

鈉的化學性質很活潑。在空氣中很容易氧化生成氧化鈉,燃燒發出黃色火焰生成過氧化鈉。和水起爆炸反應(產生高溫使自己熔成一個銀白色的圓球在水面高速移動,並不斷釋放氫),生成氫氧化鈉鹼性溶液);與反應生成醇鈉。因此通常保存在煤油石蠟中。鈉可以和大部分元素反應,但是很難和反應。鈉在高溫下可以和矽酸鹽反應,侵蝕玻璃瓷器

發現[編輯]

1807年,英國化學家戴維首先用電解熔融氫氧化鈉的方法製得鈉並命名。

名稱由來[編輯]

從個只有在19世紀用的英文Natrium。來源natron,原指種天然鹼。此字從西班牙文法文,然後英文。最開始是在阿拉伯文寫為natrūn。希臘文是使用個阿拉伯文變體nitrūn,所以變成nítron(此字是的來源)。然後在從希臘文的nítron傳到西班牙文

分布[編輯]

鈉在自然界中以化合物的形式存在,是最常見的鹼性金屬,也是地球上第六豐富的元素[2]。鈉大量的存在於鈉長石(NaAlSi3O8)、食鹽(氯化鈉)、智利硝石(硝酸鈉)、純鹼(碳酸鈉)等礦物中。此外,在海水中以離子的形式存在,在海水中含量約為2.7%。鈉也是人體肌肉神經組織中的主要成分之一。

製備[編輯]

鈉的製備方法主要有當斯法Downs)和卡斯納法Castner)。

當斯法[編輯]

在食鹽(即氯化鈉)融熔液中加入氯化鈣,油浴加熱並電解,溫度為500℃,電壓6V,通過電解在陰極生成金屬鈉,在陽極生成氯氣。然後經過提純成型,用液體石蠟進行包裝。

化學方程式

 \rm 2NaCl \longrightarrow 2Na + Cl_2

卡斯納法[編輯]

氫氧化鈉為原料,放入鐵質容器,熔化溫度320~330℃,以為陽極,為陰極,在電極之間設置鎳網隔膜,電解電壓4~4.5V,陰極析出金屬鈉,並放出氧氣。再將製得的金屬鈉精製,用液體石蠟包裝。

化學方程式

 \rm 4NaOH \longrightarrow 4Na + 2H_2O + O_2

同位素[編輯]

已發現的同位素共有15種,包括鈉19鈉33,其中只有鈉23是穩定的,其他同位素都帶有放射性

相關化學反應[編輯]

燃燒金屬鈉主要產生淡黃色的過氧化鈉

在空氣中燃燒鈉能產生過氧化鈉

2 Na +  O_2 \rightarrow Na_2 O_2

在常溫會氧化成氧化鈉:(所以把鈉保存在煤油裏)

 4 Na + O_2 \rightarrow 2 Na_2 O

鈉與反應生成氫氧化鈉氫氣

2Na + 2H_2 O \rightarrow 2NaOH + H_2

氯氣中點燃生成氯化鈉

2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl

用途[編輯]

鈉在很多種重要的工業化工產品的生產中得到廣泛應用。鈉鉀合金可以用作核反應爐的冷卻材料,有機合成的還原劑。可用於製造氰化鈉維生素香料染料鈉汞齊四乙基鉛、金屬等,還可用於石油精製等方面。

鈉可用在鈉蒸氣燈中,尤其在內燃機用的致冷閥中作為一種傳熱劑。

氯化鈉(俗稱食鹽)是人體不可缺少的物質,是一種調味劑,被廣泛使用。

對人體的影響[編輯]

鈉是人體必需的礦物質營養素[3] [4]。體內的鈉大多存在於血液及細胞外液,於人體的體液平衡及其他的生理功能都有很大的關聯。鈉離子(下文中簡稱鈉)是細胞外液中帶正電的離子中含量最豐富的,在身體內有助維持滲透壓,也協助神經心臟肌肉及各種生理功能的正常運作。鈉與水在體內的代謝與平衡有相當密切的關係,對血壓更有相當的影響。鈉是各種體液內常見的離子成分,體內的鈉主要經由腎臟製造的尿液排除,但汗水大量流失時,也可排出相當量的鈉。體內對鈉的調節與對水的調節息息相關,在下視丘可分泌抗利尿激素,作用於腎臟以減少水的排除,進而調控體內水與鈉的比例。

含量與分佈[編輯]

人體鈉含量為105克,其中骨骼表面佔總含量的30%。血鈉正常濃度為每升血液含鈉3.15-3.4克。[5]

每日鈉流失量約為115毫克,其中23毫克由尿及排洩物排出,46-92毫克經由表皮流失。

吸收與排泄[編輯]

鈉的攝入主要是通過食物,尤其是食鹽(NaCl)。成人每日建議攝取量為2.3克,兒童與少年為1.5-2.2克[6]。每日攝入的鈉幾乎全部都由胃腸道吸收,人體鈉吸收率為95-100%。

鈉排出的主要途徑是腎臟、皮膚及消化道。皮膚對鈉的排洩主要是通過汗液的排出,特殊情況下,如大量出汗等,通過皮膚排出的鈉則大大增加。少量的鈉隨糞便排出。 一般情況下腎臟是鈉的主要排泄器官。腎臟根據身體鈉含量的情況調節尿中排鈉量。腎小管過濾的鈉有95%經腎小管再吸收:近端腎小管吸收約65%,亨利氏管吸收25%,其餘10%在遠端腎小管與鉀、氫分泌相交換。

生理與生化功能[編輯]

  • 葡萄糖吸收
    • 小腸細胞面對腸腔細胞膜上具有攜帶蛋白Na+/glucose cotransport,與葡萄糖或半乳糖及鈉離子形成一複合體後,將單醣和鈉送入細胞內。小腸細胞面對微血管之細胞膜上具有鈉泵,利用ATP將細胞內的鈉釋入血液,而葡萄糖或半乳糖則經由血液輸往肝臟。
  • 鈉離子通道
    • 穿過細胞膜上的蛋白質,提供鈉離子進出細胞的通道,可維持細胞內外的電位差。
  • 鈉離子/氫離子交換和氯離子/碳酸氫離子交換
    • 細胞內外的離子交換,保持電中性。鈉離子/氫離子交換用一個細胞外的質子交換細胞內的鈉離子,可調控細胞內的 pH 值、細胞體積及鈉離子的進出;目前已發現六種 isoform。氯離子/碳酸氫離子交換則是用一個細胞內的碳酸氫離子換一個細胞外的氯離子。
  • 調節水分平衡
    • 鈉離子的濃度與血液體積有正比關係;鈉離子濃度太高時,血液及細胞外液也會增加,造成高血壓 。人體在心臟、血管及腎都有血壓的偵察器。當血壓不正常時身體就會開始調節。當身體水分缺乏時,細胞外液溶質濃度增加(高濃度之鈉),因而使血漿滲透壓上升,此反應會刺激下視丘滲透壓感應器讓身體產生口渴的感覺,並同時刺激腦下腺後部產生抗利尿激素 (ADH)。當此激素進入循環系統而流至腎臟時,它會使遠端腎小管和集尿管壁對水的通透性增加,並促進水分再吸收以降低血漿滲透壓。若細胞外液溶質濃度下降,下視丘滲透壓感應器則不受刺激,不會產生ADH,較多的水分將隨尿液排出體外,得以維持正常電解質濃度。
  • 離子平衡之調節
    • 細胞外液鈉濃度的調節受到神經和激素的控制。當細胞外液鈉濃度低、鉀離子濃度增加時,會刺激腎上腺皮質分泌醛固酮,該激素可以增加遠曲小管和集尿管的通透性,使得更多的鈉得以再吸收回小管周邊微血管中,並排除較多鉀離子;隨著鈉離子的增加,細胞外液體積增加而升高血壓。當細胞外鈉濃度很高時,腎上腺皮質停止分泌醛固酮,因此有較多的鈉得以被排除;當腎上腺無法製造足量的醛固酮時,大量的鈉離子排至尿液中,水因滲透壓而與鈉一起離開體外,因此血量顯著下降,如此病人會死於血壓過低。
  • 協助氯離子再吸收
    • 當鈉離子再吸收時,因為它帶有正電荷,故會吸引一個陰離子(通常為氯離子)一起通過細胞膜,因此氯離子之再吸收即與鈉離子之再吸收平行。
  • 動作電位
    • 鈉可由細胞膜的鈉離子通道進出細胞。在神經系統中,鈉及其他離子可造成動作電位 ,用於傳遞神經訊息。

異常症狀[編輯]

低血鈉症[編輯]

體液中鈉的濃度太低即為低血鈉症(Hyponatremia)。發生的原因可能是:攝取過多水份、腎臟功能損壞、肝硬化心臟病、長期腹瀉ADH分泌不正常等。當血液中的鈉濃度突降時,嚴重的症狀很快就出現。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。

輕微的低血鈉症可由控制飲食中的液體量(一天少於1L)而治療。嚴重的低血鈉症很危急,醫生可用藥物或靜脈注射緩慢增加血液中的鈉含量。若血液中的鈉濃度增加太快,會造成嚴重且通常為永久的腦部損傷。

高血鈉症[編輯]

血液中鈉的濃度太高即為高血鈉症(Hypernatremia),主要由脫水引起。發生的原因可能有:攝取過少水分、腹瀉、嘔吐發燒、過度出汗尿崩症、腦下垂體受損、其他電解質失調、鐮型血球病、使用藥物等等。高血鈉症在老年人當中最普遍。高血鈉症最重要的症狀起因於腦部官能障礙,嚴重高血鈉症會導致混亂、肌肉痙攣、發作、昏迷、甚至死亡。

高血鈉症可由恢復供水治療。較嚴重的高血鈉症要經由靜脈給予稀釋液體(含水以及少量仔細調整濃度的鈉 )。血液中的鈉濃度必須非常緩慢的下降,否則會造成永久的腦部損害。

痛風[編輯]

經常進食含高鈉食物也會引致痛風症。

參考資料[編輯]

  1. ^ Endt, P. M. Energy levels of A = 21–44 nuclei (VII). Nuclear Physics A. 12/1990, 521: 1–400. Bibcode:1990NuPhA.521....1E. doi:10.1016/0375-9474(90)90598-G. 
  2. ^ 藝術與建築索引典—鈉 於2010年11月4日查閱
  3. ^ Gropper SS, Groff JL, et al. (2005)Advanced Nutrition and Human Metabolism, 4th ed., pp. 402-404. Wardswirth, ISBN 0-534-55986-7
  4. ^ http://www.shiliao.com.cn/2005/3-11/15350868087.html
  5. ^ Institute of Medicine (2005) Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 269-423. National Academy Press, ISBN 0-309-53049-0
  6. ^ Institute of Medicine (2005) Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 269-463. National Academy Press, ISBN 0-309-53049-0

參考[編輯]