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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(hào)是Na，這是源于拉丁文鈉字Natrium 而來的緣故。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(dǎo)電性和導(dǎo)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(nèi)層電子的屏蔽作用顯著，很容易失去最外層的1 個(gè)電子，因此具有較強(qiáng)的金屬性。在焰色放映中色反應(yīng)中呈現(xiàn)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(yīng)，生成相應(yīng)的強(qiáng)堿。金屬鈉與水反應(yīng)還會(huì)生成可燃性氣體——?dú)錃狻?/p>
一般情況下，打開金屬鈉的包裝就會(huì)看到銀白色的金屬鈉浸沒在煤油里，或者在這種金屬的外面涂一層蠟。這是因?yàn)檫@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在礦物油或液體石蠟中嚴(yán)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(xiǎn)。包裝金屬鈉的容器不得滲漏，容器內(nèi)煤油和石蠟應(yīng)添足，保證金屬鈉完全浸沒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(yīng)用
1.1 鈉在人體及動(dòng)物機(jī)體中的作用
鈉是動(dòng)物與人必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，主要存在于體內(nèi)的血液與水分中，能維持細(xì)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(duì)心肌活動(dòng)起調(diào)節(jié)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。牲畜主要通過飼料與飲水?dāng)z取鈉，動(dòng)物缺鈉時(shí)生長(zhǎng)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(dāng)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(duì)鈉濃度很敏感，所以首先會(huì)無精打采及思考遲鈍。若情況更嚴(yán)重，接下來會(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(diào)味品，故有“百味之王”的美稱[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)生也有著密切的關(guān)系。如肝水腫、白內(nèi)障、囊纖維化、癲癇、偏頭痛、高血壓等[8]。研究發(fā)現(xiàn)[9]，鈉泵抑制劑可抑制肝癌HepG2 細(xì)胞的增殖，引起細(xì)胞周期S 期阻滯，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
1.2 鈉對(duì)物種及植被的影響
對(duì)大多數(shù)植物來說，鈉不是必需的營(yíng)養(yǎng)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(duì)牲畜的適口性。文獻(xiàn)[10]研究表明，但隨著土壤中鈉元素含量的增加，物種的多樣性和豐富度種數(shù)均下降。吳志芬等對(duì)黃河三角洲鹽生殖被與水鹽關(guān)系研究得出：隨著土壤含鹽量的升高，群落內(nèi)物種種類會(huì)減少[11]；湯夢(mèng)玲等對(duì)西北植被研究表明：在土壤鹽分過高的情況下，生物多樣性有退化現(xiàn)象[12]；許恒剛等通過研究土壤鹽漬化對(duì)鹽生植被的影響后認(rèn)為：隨著土壤鹽堿度的增加，植被具有趨中、趨貧現(xiàn)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(duì)土壤物理性質(zhì)產(chǎn)生不良影響，而且導(dǎo)致植物營(yíng)養(yǎng)失調(diào)，抑制其對(duì)鈣的吸收[14-15]。文獻(xiàn)[16]研究了水稻在鈉鉀交互作用下的體內(nèi)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。
1.3 鈉在日常生活中的應(yīng)用
鈉在日常生活中應(yīng)用廣泛。節(jié)日里燃放的煙花中含有鈉元素。高壓鈉燈現(xiàn)在已大量應(yīng)用于道路和廣場(chǎng)的照明。鈉燈也可用于洗相的暗室，因?yàn)殁c燈發(fā)出的黃光不會(huì)使相紙曝光。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)[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(dǎo)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(nèi)的硅成為細(xì)小的纖維結(jié)構(gòu)，提高合金強(qiáng)度和塑性。
1.4 鈉在科技領(lǐng)域中的應(yīng)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(tǒng)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(yī)藥工業(yè)的原料[20]；在核能利用方面，金屬鈉可作為核反應(yīng)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(fù)合材料是近年來材料科學(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(jié)構(gòu)，其與聚合物基體的界面作用強(qiáng)，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(xiàn)[22]采用乳液插層法制備XSRB/基黏土（Na-lay）復(fù)合材料，采用小角x 射線衍射儀對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并對(duì)其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和力學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)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(jié)構(gòu)；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(qiáng)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(chǔ)能模量增大，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高。
1.5 鈉在其他方面的應(yīng)用
Na 是鋁熔體中的微量元素之一，其含量對(duì)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(nèi)殘存Na 含量高，使鋁合金粘度變大，嚴(yán)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(guī)格圓錠時(shí)，拉裂傾向非常大。文獻(xiàn)[24]對(duì)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(jié)合顯微結(jié)構(gòu)的變化，用DTA 方法研究了合金的凝固過程。結(jié)果表明，Si 相中的Na 含量隨著合金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(zhǎng)速度，變質(zhì)效果越好的樣品，這種變化越明顯，說明，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，還原類萜內(nèi)脂得到內(nèi)酯環(huán)的二稀或者臨位羥基內(nèi)醚，制備各類醇，C-O 鍵的斷裂和不對(duì)稱的光活性等有機(jī)反應(yīng)[25]。金屬鈉可以用于石油脫硫劑、氧化劑、漂白劑、染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥中間體、催化劑、香料[21]。其中用鈉制成的染料中的靛藍(lán)極為重要[26]，近年來由于靛藍(lán)染料迅猛發(fā)展，強(qiáng)勁的拉動(dòng)了金屬鈉產(chǎn)銷量的增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)產(chǎn)能成倍增長(zhǎng)。
2 結(jié)論
總結(jié)了鈉元素的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)及保存方法，詳細(xì)分析了鈉元素及金屬鈉在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)；（1）Na 元素對(duì)人及動(dòng)物機(jī)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）隨著土壤中鈉元素含量的增加，物種的多樣性和豐富度種數(shù)均有所下降，植被具有趨中、趨貧現(xiàn)象；（3）鈉元素及金屬鈉在科技領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
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