氯化鈉

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氯化鈉
透明晶體
IUPAC名
Sodium chloride
英文名 Sodium chloride
別名 食鹽、石鹽、鹽、食用鹽
識別
CAS號 7647-14-5
PubChem 5234
RTECS VZ4725000
性質
化學式 NaCl
摩爾質量 58.44277 g·mol⁻¹
外觀 白色或無色晶體或粉末[1]
密度 2.17 g/cm³ (固)[1]
熔點 802.018 °C (1075.168 K)[1]
沸點 1465 °C (1738.15 K)[1]
溶解性 36.0 g/100 g (25 °C)[1]
溶解性 微溶於乙醇[1]
折光度n
D
1.55 (500 nm)[2]
結構
晶體結構 面心立方結構[1]
晶格常數 a = 564 pm[3]
配位幾何 七面體
危險性
警示術語 R:R36
安全術語 S:無
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
0
0
 
LD50 3 g/kg(口服,大鼠)[4]
相關物質
其他陰離子 氟化鈉溴化鈉
碘化鈉
其他陽離子 氯化鋰氯化鉀
氯化銣氯化銫
氯化鎂氯化鈣
氯化鋇
相關 乙酸鈉
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

氯化鈉化學式NaCl),是一種離子化合物。鈉離子和氯離子的原子質量分別為22.99和35.45g/mol。也就是說100g的氯化鈉中含有39.34 g的鈉和 60.66 g的氯。氯化鈉是海水鹽分的主要組成部分,它的存在也使得海水有其特有的鹹味苦味。氯化鈉也是細胞外液的主要鹽類,0.9%的氯化鈉水溶液俗稱為生理鹽水。其可食用的形態是食鹽的主要成分,多用於食物的調味和保存。

在工業中,主要用於製造氫氧化鈉以及應用於聚氯乙烯塑料木漿(紙漿)等許多其他產品的生產過程。由於它可以降低水的冰點,偶爾也用於解凍冰凍的路面。

用途[編輯]

氯化鈉的用途很廣,使用量也大。

各種化合物的生產[編輯]

氯化鈉是各種化學反應的生產中不可缺少的原料,不管是直接還是間接使用大都少不了。

氯鹼法[編輯]

電解飽和食鹽水溶液製取氫氧化鈉氯氣氫氣的工業生產方法,是重要的基礎化學工業之一。其反應如下:

2 NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH

氨鹼法[編輯]

也叫索爾維法,是工業生產碳酸鈉的主要方法。此反應需要氯化鈉和石灰石,其產物是氯化鈣和碳酸鈉。

硬水軟化[編輯]

硬水(如井水)含有大量的鎂離子鈣離子。硬水有許多危害,包括降低洗衣液的效果和阻塞水管。氯化鈉用於更新軟化硬水的離子交換樹脂,使其能重複使用。

晶體結構[編輯]

純淨的石鹽是氯化鈉晶體。

氯化鈉晶體的內部結構,是人類測試的第一個晶體結構[5]。氯化鈉的晶體形成立體對稱,每個離子有六個相鄰的離子,組成一個八面體。其晶體結構中,較大的離子排成立方最密堆積(ccp),較小的離子則填充離子之間的八面體的空隙。每個離子周圍都被六個其他的離子包圍著。這種結構也存在於其他很多化合物中,稱為氯化鈉型結構。

氯化鈉的晶體結構
名稱 英文名 代號 晶格結構 晶系 配位 舉例 示意圖(點擊可放大)
氯化鈉結構 NaCl structure B1型 面心立方晶格 立方晶系 [a] [b] NaCl-estructura cristalina.svg

氯化鈉的晶體主要有帶正電荷的Na+和帶負電荷的Cl-組成,Na+和Cl-在相互垂直的3個方向上的平面上以1:1的比例均勻分布,每個方向上的平面上電荷的代數和為0,稱為「電性中和面」。「電性中和面」內靜電力較強,但相互平行的相鄰的「電性中和面」之間的靜電力較弱,導致氯化鈉晶體的解理沿著這3個互相垂直的方向產生。因此,當氯化鈉晶體受到外力發生破裂時,容易沿著這3個方向破裂開形成一個垂直的「三面凹角」。

性質[編輯]

常壓下水鹽體系的相圖

物理性質[編輯]

氯化鈉在多數情況下是白色的粉末,其結晶是半透明的立方體,但也可能會因雜質而呈現出藍或紫的色調。氯化鈉的摩爾質量是58.443克/摩爾,熔點為801 °C(1,474 °F),沸點為1,465 °C(2,669 °F),密度是每立方厘米2.17克。莫氏硬度為2~2.5。[6][7]

氯化鈉易溶於水,常溫下在水中的溶解度是359克/升。食鹽水的物理性質與純水有較大的差異。常壓下,水鹽體系的低共熔點為−21.12 °C(−6.02 °F),低共熔物中鹽的質量分數為23.31%[c]。該質量分數的食鹽水沸點約為108.7 °C (227.7 °F)[8]。氯化鈉溶液的PH值不是正好等於7,而是視濃度,介於5.6至8.4之間[9]

氯化鈉的導電性[11]
溫度 °C 800 850 900 1000 1100
電導率 σ S·m−1 3,58 3,75 3,90 4,17 4,39

化學性質[編輯]

氯化鈉溶液中的NaCl(H2O)2,紅色O,白色H,綠色Cl,紫色Na[12]

氯化鈉是一種離子化合物化學式,代表鈉離子氯離子的比例是一比一,之間靠離子鍵結合。鈉原子將其3s態電子轉移到氯原子的3d態上,兩者都達到穩定的電子結構。帶正電的鈉離子與帶負電的氯離子相互吸引,穩定的結合在一起[13]

氯化鈉溶於水時,完全電離為鈉離子與氯離子[14]。他們會使純水靠氫鍵鍵合形成的正常結構(四面體排列)遭到破壞[15]。Na+與水分子的結合力大約是水分子間氫鍵的4倍[d][16]

從冷溶液中析出的鹽當中,每個鹽分子帶有兩個結晶水:NaCl·2H2O。

氯化鈉溶液的檢驗可分兩步完成。首先,向溶液中滴入硝酸酸化過的硝酸銀溶液,有白色沉澱(氯化銀沉澱)產生,證明有Cl-。然後用鉑絲蘸取少量溶液,置於酒精燈上灼燒,火焰呈黃色,可證含有Na+[17]

氯化鈉相關的化學反應
製取金屬鈉 2NaCl(熔融)=電解=2Na+Cl2
電解飽和食鹽水 2NaCl + 2H2O =電解= H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH
硝酸銀反應 NaCl + AgNO3=NaNO3 + AgCl↓
氯化鈉固體中加入濃硫酸 2NaCl+H2SO4(濃)=加熱=2HCl↑+Na2SO4
NaCl+H2SO4(濃)=微熱=HCl↑+NaHSO4

製法[編輯]

玻利維亞烏尤尼鹽沼內的天然鹽坨

海水鹽湖是氯化鈉的主要來源。

  • 蒸發鹹水(如晾曬海水),在水沒有完全蒸乾前濾出氯化鈉晶體。適合大量生產。[18]
  • 少量精製:將粗鹽溶解於水中,過濾掉不溶性雜質,再加精製劑如NaOHNa2CO3CaCl2 等,使SO42−Ca2+Mg2+ 等可溶性雜質轉化成沉澱,並濾除。最後用鹽酸將pH調節至7以下,蒸乾溶液,得到氯化鈉晶體。
  • 實驗室里的製備方法:將過量的鹽酸和氫氧化鈉溶液混合,蒸乾溶液,析出氯化鈉晶體。

用途[編輯]

根據1974年的統計數據,美國生產的氯化鈉中只有2.7%作為家用食鹽出售,16.6%用於路面除冰[19],4.2%用於動物飼料,1.8%用於硬水軟化,剩餘60%以上均被用於工業生產[20]

食鹽是一種鹹味調料。

餐飲[編輯]

氯化鈉能產生人類能感知的鹹味,是一種常見的調味料。食鹽中一般含有97至99%的氯化鈉[21][22]。此外,海鹽及新鮮開採的石鹽(多數來自史前海洋)也含有微量的稀有元素,這些稀有元素通常對健康有益。

食鹽中的是人體必需的營養素之一,但攝取過量的食鹽易得高血壓[23],或其它心血管疾病[24]世界衛生組織建議,成年人每天應攝取少於2克的鈉,相當於5公克食鹽[25]

醫學[編輯]

氯化鈉對於地球上的生命非常重要。大部分生物組織中含有多種類。鈉離子在體內負責調節神經衝動的傳導。血液中的離子濃度直接關係到體液的安全水平的調節,濃度失常會導致高鈉血症低血鈉症[26]

0.9%的氯化鈉水溶液稱為生理鹽水,因為它與血漿有相同的滲透壓生理鹽水是主要的體液替代物,廣泛用於治療及預防脫水[e],也用於靜脈注射治療及預防血量減少性休克。

工業[編輯]

氯化鈉是無機重化工業的基礎,在無機化工中,使用的食鹽比其他任何原料都要多[27]。其中,消耗食鹽最多的工藝是氯鹼法,該工藝通過電解食鹽水製備氫氧化鈉氯氣氫氣,通過電解熔鹽獲得金屬和氯氣。氯氣主要被用於合成含氯有機化合物(如氯氟烴聚氯乙烯)和消毒漂白,氫氧化鈉則被廣泛運用於無機化工和紙漿處理。另一種消耗食鹽量比較大的工藝是氨鹼法,該法通過往食鹽水中注入二氧化碳來製備碳酸氫鈉,進而製備碳酸鈉。大部分碳酸鈉被用於製造玻璃[28]

參見[編輯]

注釋[編輯]

  1. ^ Na+Cl離子周圍都由6個異號離子八面體方式配位
  2. ^ 數以百計的二元化合物,如鹵化物氧化物硫化物硒化物氮化物碳化物中,許多都是B1型的。
  3. ^ 低共熔點是鹽水能夠達到的最低溫度。質量分數大於23.31%的鹽水在冷卻到該溫度之前會析出鹽(或其水合物),質量分數小於23.31%的鹽水在冷卻到該溫度之前則會析出冰。
  4. ^ 但這種作用低於共價鍵的強度。
  5. ^ 人類與其他靈長類不同,人類通過出汗分泌大量的氯化鈉。

參考資料[編輯]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition. 2016-06-24: 4–85. ISBN 1-4987-5428-7 (英語). 
  2. ^ RefractiveIndex.INFO: Refractive index of NaCl (Sodium chloride)
  3. ^ W.T.Barrett, W.E.Wallace: Studies of NaCl-KCI Solid Solutions. I. Heats of Formation, Lattice Spacings, Densities, Schottky Defects and Mutual Solubilities. In: Journal of the American Chemical Society 76(2), 1954, S. 366–369, doi:10.1021/ja01631a014
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  5. ^ 氯化鈉的晶體結構. 中國數字科技館. [2017-10-23]. 
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  10. ^ Burgess, J. Metal Ions in Solution. New York: Ellis Horwood. 1978. ISBN 0-85312-027-7. 
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