鈉鉀合金

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。市場上有不同級別的鈉鉀合金出售。鈉鉀合金與空氣和劇烈反應,使用時必須注意。即使少至1克的鈉鉀合金仍可造成火災或爆炸。

鈉鉀合金
識別
CAS號 11135-81-2  checkY
性質
化學式 N/A
莫耳質量 N/A g·mol⁻¹
外觀 液態金屬
密度 可變,約 0.866 g/mL
危險性
主要危害 可燃 (F),腐蝕性 (C)
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

物理性質

含有40%至90%(以重量計)鉀的鈉鉀合金在室溫下為液體。其中熔點最低的合金(低共熔混合物)含有78%的鉀與22%的鈉,在 -12.6 到 785 °C 都為液態,21和100°C時的密度分別為 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

鈉鉀合金可作為冷卻劑應用於實驗室的快中子反應器(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英語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

鈉和鉀都可用於乾燥蒸餾前的溶劑,但不加熱時,反應僅限於固體表面發生。隨著反應進行,氧化物的生成也減慢了反應速率。鈉鉀合金作為乾燥劑則可避免以上問題,能作為金屬有機化學中常用的乾燥劑、除氧試劑、還原劑等,在金屬有機化學中有著很大的優勢,用途很廣。

危險性

接觸氧氣鹵素氧化劑二氧化碳四氯化碳氯仿二氯甲烷氯甲烷等能引起燃燒爆炸。 處置方法:乾砂、石粉、乾土; 不可接觸水、泡沫、四氯化碳和二氧化碳。

製備方法

在氬氣保護下,將新剪開的金屬鉀和金屬鈉按質量比為3:1的比例投入到反應瓶中,逐漸搖晃,兩種金屬表面逐漸液化,繼續搖晃至完全液化,得液態鈉鉀合金。

參考資料

  1. ^ Houghton, Rick, Emergency Characterization of Unknown Materials頁面存檔備份,存於網際網路檔案館, CRC Press, 2007, p.89
  2. ^ Sodium-Potassium Alloy (NaK) (PDF). BASF. [2009-03-05]. (原始內容 (PDF)存檔於2007-09-27). 
  3. ^ Strem Chemical. MSDS. [4 April 2012]. (原始內容存檔於2018-07-19). 
  4. ^ Danamics LM10 - Liquid metal put to the test. NordicHardware. [失效連結] 2010-01-10 nordichardware.com