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钠   11Na
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外观
金属:银白色


钠的光谱线
概况
名称·符号·序数 钠(Sodium)·Na·11
元素类别 碱金属
·周期· 1 ·3·s
标准原子质量 22.98976928(2)
电子排布

[Ne] 3s1
2,8,1

钠的电子层(2,8,1)
历史
发现 汉弗里·戴维(1807年)
分离 汉弗里·戴维(1807年)
命名 汉弗里·戴维(1807年)
物理性质
物态 固体
密度 (接近室温
0.968 g·cm−3
熔点时液体密度 0.927 g·cm−3
熔点 370.87 K,97.72 °C,207.9 °F
沸点 1156 K,883 °C,1621 °F
临界点 (推测)
2573 K,35 MPa
熔化热 2.60 kJ·mol−1
汽化热 97.42 kJ·mol−1
比热容 28.230 J·mol−1·K−1

蒸汽压

压/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温/K 554 617 697 802 946 1153
原子性质
氧化态 +1,-1
(强碱性)
电负性 0.93(鲍林标度)
电离能

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

更多
原子半径 186 pm
共价半径 166±9 pm
范德华半径 227 pm
杂项
晶体结构 体心立方
磁序 顺磁性
电阻率 (20 °C)47.7 n Ω·m
热导率 142 W·m−1·K−1
膨胀系数 (25 °C)71 µm·m−1·K−1
声速(细棒) (20 °C)3200 m·s−1
杨氏模量 10 GPa
剪切模量 3.3 GPa
体积模量 6.3 GPa
莫氏硬度 0.5
布氏硬度 0.69 MPa
CAS号7440-23-5
最稳定同位素

主条目:钠的同位素

同位素 丰度 半衰期 (t1/2) 衰变
方式 能量MeV 产物
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% 稳定,带12个中子

拉丁语Natrium化学符号Na[2]是一种化学元素,它的原子序数是11,相对原子质量为23。钠单质不会在地球自然界中存在,因为钠在空气中会迅速氧化,并与产生剧烈反应,所以常见于化合物中,元素状态的钠通常以特殊物质(如石蜡煤油)保存,以防与空气中的水分或氧气产生化合物。

性质[编辑]

是一种质地软(可以用普通餐刀切割)、轻、蜡状而极有延展性、银白色(但会因氧化而变暗)的1A族的碱金属元素

钠的化学性质很活泼。在空气中很容易氧化生成氧化钠.

阳离子燃烧发出金黄色火焰生成过氧化钠

和水起爆炸反应(产生高温使自己熔成一个银白色的圆球在水面高速移动,并不断释放氢),生成氢氧化钠碱性溶液)。

反应生成醇钠。因此通常保存在煤油石蜡中。钠可以和大部分元素反应,但是很难和反应。钠在高温下可以和硅酸盐反应,侵蚀玻璃瓷器

发现[编辑]

1807年,英国化学家戴维首先用电解熔融氢氧化钠的方法制得钠并命名。

名称由来[编辑]

其拉丁文为Natrium,从一个只有在19世纪前用的英文字来源natron,原指一种天然碱。此字从西班牙文传至法文,然后到英文。最开始是在阿拉伯文,写为natrūn。希腊文是使用阿拉伯文的变体nitrūn,所以变成nítron(此字是的来源)。然后在从希腊文的nítron传到西班牙文

英文中钠的名字Sodium来自其发现时电解的原材料-苏打粉(Soda)。

分布[编辑]

钠在自然界中以化合物的形式存在,是最常见的碱性金属,也是地球上第六丰富的元素[3]。钠大量的存在于钠长石(NaAlSi3O8)、食盐(氯化钠,NaCl)、智利硝石(硝酸钠,NaNO3)、纯碱(碳酸钠,Na2CO3)等矿物中。此外,在海水中以离子的形式存在,在海水中含量约为2.7%。钠也是人体肌肉神经组织中的主要成分之一。

制备[编辑]

钠的制备方法主要有当斯法Downs)和卡斯纳法Castner)。

当斯法[编辑]

在食盐(即氯化钠)熔融液中加入氯化钙,油浴加热并电解,温度为500℃,电压6V,通过电解在阴极生成金属钠,在阳极生成氯气。然后经过提纯成型,用液体石蜡进行包装。

化学方程式

卡斯纳法[编辑]

氢氧化钠为原料,放入铁质容器,熔化温度320~330℃,以为阳极,为阴极,在电极之间设置镍网隔膜,电解电压4~4.5V,阴极析出金属钠,并放出氧气。再将制得的金属钠精制,用液体石蜡包装。

化学方程式

同位素[编辑]

已发现的同位素共有15种,包括钠19钠33,其中只有钠23是稳定的,其他同位素都带有放射性

相关化学反应[编辑]

燃烧金属钠主要产生淡黄色的过氧化钠

在空气中燃烧钠能产生过氧化钠

在常温会氧化成氧化钠:(所以把钠保存在煤油里)

钠与反应生成氢氧化钠氢气

钠在氯气中点燃生成氯化钠

用途[编辑]

钠在很多种重要的工业化工产品的生产中得到广泛应用。钠钾合金可以用作快中子反应堆的冷却材料,有机合成的还原剂。可用于制造氰化钠维生素香料染料钠汞齐四乙基铅、金属等,还可用于石油精制等方面。

钠可用在钠蒸气灯中,尤其在内燃机用的致冷阀中作为一种传热剂。

氯化钠(俗称食盐)是人体不可缺少的物质,是一种调味剂,被广泛使用。

对人体的影响[编辑]

钠是人体必需的矿物质营养素[4] [5]。体内的钠大多存在于血液及细胞外液,于人体的体液平衡及其他的生理功能都有很大的关联。钠离子(下文中简称钠)是细胞外液中带正电的离子中含量最丰富的,在身体内有助维持渗透压,也协助神经心脏肌肉及各种生理功能的正常运作。钠与水在体内的代谢与平衡有相当密切的关系,对血压更有相当的影响。钠是各种体液常见的离子成分,体内的钠主要经由肾脏制造的尿液排除,但汗水大量流失时,也可排出相当量的钠。体内对钠的调节与对水的调节息息相关,在下视丘可分泌抗利尿激素,作用于肾脏以减少水的排除,进而调控体内水与钠的比例。

含量与分布[编辑]

人体钠含量为105克,其中骨骼表面占总含量的30%。血钠正常浓度为每升血液含钠3.15-3.4克。[6]

每日钠流失量约为115毫克,其中23毫克由尿及排泄物排出,46-92毫克经由表皮流失。

吸收与排泄[编辑]

钠的摄入主要是通过食物,尤其是食盐(NaCl)。成人每日建议摄取量为2.3克,儿童与少年为1.5-2.2克[7]。每日摄入的钠几乎全部都由胃肠道吸收,人体钠吸收率为95-100%。

钠排出的主要途径是肾脏、皮肤及消化道。皮肤对钠的排泄主要是通过汗液的排出,特殊情况下,如大量出汗等,通过皮肤排出的钠则大大增加。少量的钠随粪便排出。 一般情况下肾脏是钠的主要排泄器官。肾脏根据身体钠含量的情况调节尿中排钠量。肾小管过滤的钠有95%经肾小管再吸收:近端肾小管吸收约65%,亨利氏管吸收25%,其余10%在远端肾小管与钾、氢分泌相交换。

生理与生化功能[编辑]

  • 葡萄糖吸收
    • 小肠细胞面对肠腔细胞膜上具有携带蛋白Na+/glucose cotransport,与葡萄糖或半乳糖及钠离子形成一复合体后,将单糖和钠送入细胞内。小肠细胞面对微血管之细胞膜上具有钠泵,利用ATP将细胞内的钠释入血液,而葡萄糖或半乳糖则经由血液输往肝脏。
  • 钠离子通道
    • 穿过细胞膜上的蛋白质,提供钠离子进出细胞的通道,可维持细胞内外的电位差。
  • 钠离子/氢离子交换和氯离子/碳酸氢离子交换
    • 细胞内外的离子交换,保持电中性。钠离子/氢离子交换用一个细胞外的质子交换细胞内的钠离子,可调控细胞内的 pH 值、细胞体积及钠离子的进出;目前已发现六种 isoform。氯离子/碳酸氢离子交换则是用一个细胞内的碳酸氢离子换一个细胞外的氯离子。
  • 调节水分平衡
    • 钠离子的浓度与血液体积有正比关系;钠离子浓度太高时,血液及细胞外液也会增加,造成高血压 。人体在心脏、血管及肾都有血压的侦察器。当血压不正常时身体就会开始调节。当身体水分缺乏时,细胞外液溶质浓度增加(高浓度之钠),因而使血浆渗透压上升,此反应会刺激下视丘渗透压感应器让身体产生口渴的感觉,并同时刺激脑下腺后部产生抗利尿激素 (ADH)。当此激素进入循环系统而流至肾脏时,它会使远端肾小管和集尿管壁对水的通透性增加,并促进水分再吸收以降低血浆渗透压。若细胞外液溶质浓度下降,下视丘渗透压感应器则不受刺激,不会产生ADH,较多的水分将随尿液排出体外,得以维持正常电解质浓度。
  • 离子平衡之调节
    • 细胞外液钠浓度的调节受到神经和激素的控制。当细胞外液钠浓度低、钾离子浓度增加时,会刺激肾上腺皮质分泌醛固酮,该激素可以增加远曲小管和集尿管的通透性,使得更多的钠得以再吸收回小管周边微血管中,并排除较多钾离子;随着钠离子的增加,细胞外液体积增加而升高血压。当细胞外钠浓度很高时,肾上腺皮质停止分泌醛固酮,因此有较多的钠得以被排除;当肾上腺无法制造足量的醛固酮时,大量的钠离子排至尿液中,水因渗透压而与钠一起离开体外,因此血量显著下降,如此病人会死于血压过低。
  • 协助氯离子再吸收
    • 当钠离子再吸收时,因为它带有正电荷,故会吸引一个阴离子(通常为氯离子)一起通过细胞膜,因此氯离子之再吸收即与钠离子之再吸收平行。
  • 动作电位
    • 钠可由细胞膜的钠离子通道进出细胞。在神经系统中,钠及其他离子可造成动作电位 ,用于传递神经讯息。

异常症状[编辑]

低血钠症[编辑]

体液中钠的浓度太低即为低血钠症(Hyponatremia)。发生的原因可能是:摄取过多水分、肾脏功能损坏、肝硬化心脏病、长期腹泻ADH分泌不正常等。当血液中的钠浓度突降时,严重的症状很快就出现。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。

轻微的低血钠症可由控制饮食中的液体量(一天少于1L)而治疗。严重的低血钠症很危急,医生可用药物或静脉注射缓慢增加血液中的钠含量。若血液中的钠浓度增加太快,会造成严重且通常为永久的脑部损伤。

高血钠症[编辑]

血液中钠的浓度太高即为高血钠症(Hypernatremia),主要由脱水引起。发生的原因可能有:摄取过少水分、腹泻、呕吐发烧、过度出汗尿崩症、脑下垂体受损、其他电解质失调、镰型血球病、使用药物等等。高血钠症在老年人当中最普遍。高血钠症最重要的症状起因于脑部官能障碍,严重高血钠症会导致混乱、肌肉痉挛、发作、昏迷、甚至死亡。

高血钠症可由恢复供水治疗。较严重的高血钠症要经由静脉给予稀释液体(含水以及少量仔细调整浓度的钠 )。血液中的钠浓度必须非常缓慢的下降,否则会造成永久的脑部损害。

痛风[编辑]

经常进食含高钠食物也会引致痛风症。

参见[编辑]

注释[编辑]

  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. ^ 夏征农陈至立 (编). 《辞海》第六版彩图本. 上海: 上海辞书出版社. 2009年: 第3227页. ISBN 9787532628599. 
  3. ^ 艺术与建筑索引典—钠[永久失效链接] 于2010年11月4日查阅
  4. ^ Gropper SS, Groff JL, et al. (2005)Advanced Nutrition and Human Metabolism, 4th ed., pp. 402-404. Wardswirth, ISBN 978-0-534-55986-1
  5. ^ http://www.shiliao.com.cn/2005/3-11/15350868087.html
  6. ^ Institute of Medicine (2005) Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 269-423. National Academy Press, ISBN 978-0-309-53049-1
  7. ^ Institute of Medicine (2005) Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. pp. 269-463. National Academy Press, ISBN 978-0-309-53049-1

外部链接[编辑]