钠钾合金

钠与钾形成常温下为液态的合金

鈉鉀合金(Na)和(K)的合金,英文寫作NaK,常發音成'knack'[1]。值得注意的是它在室溫下為液態。市场上有不同级别的钠钾合金出售。钠鉀合金与空氣和剧烈反應,使用时必須注意。即使少至1克的钠钾合金仍可造成火災或爆炸。

钠钾合金
识别
CAS号 11135-81-2  checkY
性质
化学式 N/A
摩尔质量 N/A g·mol⁻¹
外观 液態金屬
密度 可变,约 0.866 g/mL
危险性
主要危害 可燃 (F),腐蚀性 (C)
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

物理性質

含有40%至90%(以重量计)钾的钠钾合金在室温下为液体。其中熔点最低的合金(低共熔混合物)含有78%的钾与22%的钠,在 -12.6 到 785 °C 都为液态,21和100°C时的密度分别为 866 kg/m³ 和 855 kg/m³,比水略輕。[2]鈉鉀合金與水產生劇烈反應,需被儲存於己烷或其它碳氫化合物裡。若有高純度及低氧化需求,也可儲存於鈍氣之中(通常是乾燥的氮氣或是氬氣)。[3]

當鈉鉀合金曝露於空氣中時,表層將產生黃色的超氧化鉀,可能會起火燃燒。這個超氧化物會與有機物起爆炸性反應。鈉鉀合金密度不高,會浮於多數碳水化合物上,但沉於較輕的礦物油中。需要注意的是,若表層有超氧化物,將鈉鉀化物以此方式保存並不安全。

鈉鉀合金的表面張力非常高,所以液滴會形成小圓麵包狀。它的熱容982 J/(kg.K)約為水的四分之一,但是熱傳速率比水快,因為有著較高的熱傳係數[4]

使用

冷卻劑

钠钾合金可作为冷却剂应用于實驗室的快中子反应器(Fast neutron reactor)中。不同於商業化的設備,這需要頻繁的關閉和抽油(defuel)。使用或純鈉,在實際反應器中使用的其他的材料,將需要持續加熱冷卻劑以使之保持液態。使用NaK即克服此問題。因此,NaK 在其他許多熱傳導應用中使用。

蘇聯RORSAT英语RORSAT雷達衛星即是由NAK-冷卻反應器提供動力。除了寬的液態溫度範圍之外,重要的是在真空中,NAK有非常低的蒸氣壓。但是一些冷卻劑洩漏時,NaK飛沫將造成嚴重的太空垃圾危害。

反應試劑

鈉鉀合金也可以作為許多反應的試劑,包括合成異丁苯丙酸前體

乾燥劑

钠和钾都可用于干燥蒸馏前的溶剂,但不加热时,反应仅限于固体表面发生。随着反应进行,氧化物的生成也减慢了反应速率。钠钾合金作为干燥剂则可避免以上问题,能作为金属有机化學中常用的干燥剂、除氧试剂、还原剂等,在金属有机化學中有着很大的优势,用途很广。

危险性

接触氧气卤素氧化剂二氧化碳四氯化碳氯仿二氯甲烷氯甲烷等能引起燃烧爆炸。 处置方法:乾砂、石粉、乾土; 不可接觸水、泡沫、四氯化碳和二氧化碳。

制备方法

在氩气保护下,将新剪开的金属钾和金属钠按质量比为3:1的比例投入到反应瓶中,逐渐摇晃,两种金属表面逐渐液化,继续摇晃至完全液化,得液态钠钾合金。

參考資料

  1. ^ Houghton, Rick, Emergency Characterization of Unknown Materials页面存档备份,存于互联网档案馆, CRC Press, 2007, p.89
  2. ^ Sodium-Potassium Alloy (NaK) (PDF). BASF. [2009-03-05]. (原始内容 (PDF)存档于2007-09-27). 
  3. ^ Strem Chemical. MSDS. [4 April 2012]. (原始内容存档于2018-07-19). 
  4. ^ Danamics LM10 - Liquid metal put to the test. NordicHardware. [失效連結] 2010-01-10 nordichardware.com