鈉（Na）元素及金屬鈉的用途

　　引言

　　鈉的英文為 Sodium，化學(xué)元素符號是Na，這是源于拉丁文鈉字Natrium 而來(lái)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(diǎn)，硬度小的特點(diǎn)，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(gè)電子，而次外層有8 個(gè)電子，由于內層電子的屏蔽作用顯著(zhù)，很容易失去最外層的1 個(gè)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(xué)反應，生成相應的強堿。金屬鈉與水反應還會(huì )生成可燃性氣體——氫氣。

　　一般情況下，打開(kāi)金屬鈉的包裝就會(huì )看到銀白色的金屬鈉浸沒(méi)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(huì )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(méi)在水中存放。鈉不與煤油，汽油和石蠟等發(fā)生作用，所以可把金屬鈉浸沒(méi)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(shí)還能與水隔離，這樣就能免除變質(zhì)和發(fā)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(méi)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(lǐng)域中的應用

　　1.1 鈉在人體及動(dòng)物機體中的作用

　　鈉是動(dòng)物與人必需的礦質(zhì)營(yíng)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(yáng)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(jīng)的興奮性，對心肌活動(dòng)起調節作用。以重碳酸鹽形式存在的鈉，可抑制反芻動(dòng)物瘤胃中產(chǎn)生過(guò)多的酸，為瘤胃微生物活動(dòng)創(chuàng )造適宜的環(huán)境。牲畜主要通過(guò)飼料與飲水攝取鈉，動(dòng)物缺鈉時(shí)生長(cháng)性能受阻，降低熱能與已消化蛋白質(zhì)的利用，使體重減輕，并影響動(dòng)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(chǎn)蛋量明顯提高，蛋殼質(zhì)量也同時(shí)明顯改善。

　　腦對鈉濃度很敏感，所以首先會(huì )無(wú)精打采及思考遲鈍。若情況更嚴重，接下來(lái)會(huì )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(chēng)[7]。與鈉元素相關(guān)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(fā)生也有著(zhù)密切的關(guān)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(fā)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(lái)說(shuō)，鈉不是必需的營(yíng)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(zhì)，提高其對牲畜的適口性。文獻[10]研究表明，但隨著(zhù)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(guān)系研究得出：隨著(zhù)土壤含鹽量的升高，群落內物種種類(lèi)會(huì )減少[11]；湯夢(mèng)玲等對西北植被研究表明：在土壤鹽分過(guò)高的情況下，生物多樣性有退化現象[12]；許恒剛等通過(guò)研究土壤鹽漬化對鹽生植被的影響后認為：隨著(zhù)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(zhì)產(chǎn)生不良影響，而且導致植物營(yíng)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(chǎng)的照明。鈉燈也可用于洗相的暗室，因為鈉燈發(fā)出的黃光不會(huì )使相紙曝光。經(jīng)研究發(fā)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(fā)展前途[18]。在鑄造業(yè)用作鋁硅合金變質(zhì)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(lǐng)域中的應用

　　金屬鈉生產(chǎn)鉛鈉合金，進(jìn)而生產(chǎn)抗爆劑四乙基鉛是其主要的傳統用途[19]。金屬鈉法生產(chǎn)三苯膦即三苯基膦主要用于石油化工生產(chǎn)催化劑和醫藥工業(yè)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(diǎn)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(lái)材料科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)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(xué)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(xiàn)衍射儀對其微觀(guān)結構進(jìn)行了表征，并對其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和力學(xué)性能進(jìn)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(tài)。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(xué)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(zhì)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(chǎn)流動(dòng)性差的鋁合金或小規格圓錠時(shí)，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(jìn)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(guò)程。結果表明，Si 相中的Na 含量隨著(zhù)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(cháng)速度，變質(zhì)效果越好的樣品，這種變化越明顯，說(shuō)明，Na 的變質(zhì)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(jià)易得的還原劑，可用于加氫還原，還原裂解，還原類(lèi)萜內脂得到內酯環(huán)的二稀或者臨位羥基內醚，制備各類(lèi)醇，C-O 鍵的斷裂和不對稱(chēng)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(lái)由于靛藍染料迅猛發(fā)展，強勁的拉動(dòng)了金屬鈉產(chǎn)銷(xiāo)量的增長(cháng)，國內產(chǎn)能成倍增長(cháng)。

　　2 結論

　　總結了鈉元素的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及保存方法，詳細分析了鈉元素及金屬鈉在各領(lǐng)域中的應用。研究發(fā)現；（1）Na 元素對人及動(dòng)物機體的新陳代謝作用重大，Na 元素與一些疾病的發(fā)關(guān)系密切；（2）隨著(zhù)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(lǐng)域應用廣泛。

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