钠——食盐里的元素
  • 来源:科普时报
  • 作者:宋丹
  • 2021-02-27 15:11

钠,元素周期表第11号元素,是碱金属族的代表元素。

钠是一种金属元素,质地柔软,能与水发生反应生成氢氧化钠,并放出氢气,化学性质比较活泼。很多学生非常喜欢观看钠在水中反应的实验:钠会浮在水面,并溶成一个银白色的金属小球,在水面无规则地四处游动,还伴有嘶嘶的响声,如果向水中滴入酚酞试液,还能看到溶液变红的现象。

遗憾的是自然界里并没有金属钠,因为它太活泼了,会与氧气和水发生反应,生成氧化物或氢氧化物。直到19世纪初,意大利物理学家伏打发明了原电池以后,各国化学家纷纷利用电池成功地电解了水。英国化学家汉弗里·戴维从中受到启发,开始不停地利用电池分解各种物质,在电解苛性钾(氢氧化钾)的饱和溶液时也得到了与电解水一样的结果——氢气和氧气。是不是水对电解的结果有影响呢?于是他改变实验方法,开始电解熔融苛性钾(无水的液体状态),结果在阴极得到了具有金属光泽、类似于水银的金属钾。几天以后,他又用同样的方法从电解熔融碳酸钠的阴极上找到了金属钠。

钠是人体中一种重要无机元素。一般情况下,成人体内钠含量大约为3200mmol(女)~4170mmol(男)(mmol中文意思是毫摩尔,表示物质的量的单位),约占体重0.15%。是细胞外液中带正电的主要离子,参与水的代谢,保证体内水、酸、碱的平衡,调节体内水分与渗透压,是维持生命不可或缺的元素。在我们的细胞内,需要维持高钾低钠,而细胞外部的溶液则需要维持高钠低钾的浓度平衡。这一平衡几乎是每一个生命活动的基础。细胞壁上的蛋白质可形成钠的通道,用于调节细胞内外液体的浓度。钠元素过量和缺乏都会让人体感到不适:缺乏时,容易倦怠、淡漠、无神,严重时还会恶心、呕吐、血压下降,所以在高温、重体力劳动、大量出汗后,由于钠过量排出则必须适当饮用淡盐水来补充钠;钠过量时,则容易出现水肿、血压上升、血浆胆固醇升高等症状,因此医生经常会建议人们清淡饮食,少盐少油,防止钠摄入量过多造成血压升高,而钠元素就藏在我们吃的食盐(氯化钠)里。

1957年,钠被用来冷却美国第一台商用核反应堆,但由于随后几年的堆芯损坏和放射性泄露等事故,使人们不得不放弃使用钠作为冷却剂,因为一旦钠失火,是不能用水来灭的。钠与水会发生反应产生氢气,如遇明火会造成更大的爆炸。但是这个实验,让人们发现钠可以用来制作冷却剂。钠在工业上还有很多其他的应用,如制备钠汞齐、过氧化钠、钠灯、光电池等。

化学家对钠本身的性质还有一个惊人的发现。吉林大学物理学院院长马琰铭和他的团队,证实了压缩可以极大程度地改变金属钠的光学性质。他们首次发现,将金属钠暴露在逐渐增高的压强下,会使其逐渐失去对可见光的反射,从而在200万个大气压时转变为“透明”的宽带隙绝缘体。透明已经很让人惊讶了,更神奇的是,在这样的高压下,金属钠居然还有绝缘体的一面。这项研究成果已发表在国际权威期刊《自然》上,并被入选2009年中国基础研究十大新闻,它确实让人们对金属钠的性质有了不一样的认识。

(作者系武汉市第二十中学化学教师、武汉市科学家科普团成员)

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