钠钾合金

钠与钾形成常温下为液态的合金

钠钾合金(Na)和(K)的合金,英文写作NaK,常发音成'knack'[1]。值得注意的是它在室温下为液态。市场上有不同级别的钠钾合金出售。钠钾合金与空气和剧烈反应,使用时必须注意。即使少至1克的钠钾合金仍可造成火灾或爆炸。

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 液态金属
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。

物理性质

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,比水略轻。[2]钠钾合金与水产生剧烈反应,需被储存于己烷或其它碳氢化合物里。若有高纯度及低氧化需求,也可储存于钝气之中(通常是干燥的氮气或是氩气)。[3]

当钠钾合金曝露于空气中时,表层将产生黄色的超氧化钾,可能会起火燃烧。这个超氧化物会与有机物起爆炸性反应。钠钾合金密度不高,会浮于多数碳水化合物上,但沉于较轻的矿物油中。需要注意的是,若表层有超氧化物,将钠钾化物以此方式保存并不安全。

钠钾合金的表面张力非常高,所以液滴会形成小圆面包状。它的热容982 J/(kg.K)约为水的四分之一,但是热传速率比水快,因为有着较高的热传系数[4]

使用

冷却剂

钠钾合金可作为冷却剂应用于实验室的快中子反应器(Fast neutron reactor)中。不同于商业化的设备,这需要频繁的关闭和抽油(defuel)。使用或纯钠,在实际反应器中使用的其他的材料,将需要持续加热冷却剂以使之保持液态。使用NaK即克服此问题。因此,NaK 在其他许多热传导应用中使用。

苏联RORSAT英语RORSAT雷达卫星即是由NAK-冷却反应器提供动力。除了宽的液态温度范围之外,重要的是在真空中,NAK有非常低的蒸气压。但是一些冷却剂泄漏时,NaK飞沫将造成严重的太空垃圾危害。

反应试剂

钠钾合金也可以作为许多反应的试剂,包括合成异丁苯丙酸前体

干燥剂

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,能作为金属有机化学中常用的干燥剂、除氧试剂、还原剂等,在金属有机化学中有着很大的优势,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:干砂、石粉、干土; 不可接触水、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。

参考资料

  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. [失效链接] 2010-01-10 nordichardware.com