鈉（英文名：Sodium）是一種堿金屬化學元素，元素符號為Na，位于第三周期第ⅠA族，屬于s區元素，原子序數為11、原子量為22.99，其電子排布為1s22s22p?3s1。通常情況下，常溫下的鈉為質地軟、輕、蠟狀且伸展性極好的銀白色金屬固體，20 ℃時的密度為0.968 g/c立方米，m3，熔點為97.72 ℃，沸點為881.4 ℃，可溶于液氨、汞，不溶于苯、石腦油、煤油。鈉的化學性質活潑，在空氣中容易發生氧化轉變為暗灰色，可與許多金屬、非金屬和有機化合物發生化學反應。它能與電負性較大的非金屬元素如氧、硫、氮、氫以及鹵族元素等直接作用，一般是形成離子型化合物。鈉有22種同位素，分別為18Na-37Na，23Na是唯一穩定的同位素，其他同位素都帶有放射性。
在自然界中，鈉僅以化合物的形式廣泛地分布于陸地和海洋中，是地殼中含量排名第六的元素。鈉是動植物的必需元素，鈉廣泛存在于人體肌肉組織和神經組織中，是細胞外液的主要陽離子，起到維持滲透壓、維持酸堿平衡、維持神經和肌肉的正常興奮性的等作用。
由于鈉活潑的化學性質，在許多情況下都具有一定的危險性。如鈉在遇水或暴露在潮濕空氣中會發熱，且極易引起燃燒或爆炸。對于鈉的消防處理，只能采用干沙或干粉進行滅火。
工業上常用的生產鈉的方法是通過電解熔融氯化鈉制備。鈉廣泛用于化工生產、照明行業、電池行業和鋼件淬[cuì]火中。
發現歷史
1807年，英國化學家漢弗里·戴維（Humphry Davy）通過電解熔融氫氧化鈉首次分離獲得了質地柔軟的銀白色鈉。相關化學反應方程式如下：
鈉（Sodium）的名稱來自阿拉伯語suda，意思是偏頭痛，因為在中世紀的歐洲人們就知道碳酸鈉或蘇打水有緩解頭痛的特性。其化學符號Na來自它的拉丁文名稱Natrium。
1891年，采用電解熔融氫氧化鈉制備金屬鈉用于工業生產的方法獲得首次成功。
1921年，電解氯化鈉制備金屬鈉的方法開始用于工業生產。
分布情況
在自然界中，鈉不以單質形式存在，通常以化合物（鈉鹽）的形式廣泛地分布于陸地和海洋中，主要來源于地殼物質的風化和侵蝕，海水中約含有2.6%的NaCl（鈉主要以NaCl形式存在），在地殼中含量約為1.1%，是地殼中排名第六的元素。海洋、鹽湖和鹽井是重要的鈉資源，對于礦物來說，鈉主要存在于巖鹽、天然堿，硝石和芒硝中。
鈉也是人體中的重要元素成分之一，成人體內大約有77-100克鈉。鈉廣泛存在于人體肌肉組織和神經組織中，是細胞外液的主要陽離子，體內鈉大約有77～100克，約占體重的0.15%，其中細胞外液占45%～50%，細胞內液9%～10%，骨骼占40%～47%。
物質結構
原子結構
鈉原子的原子半徑為0.186，其核外電子排布為1s22s22p?3s1，由一個帶11個正電荷的核和核外11個電子組成。核外11個電子分為三個電子層，由內向外分別含有2個、8個和1個電子。因此鈉的原子結構不穩定，在發生反應時更傾向于失去最外層的單個電子形成8個電子的最外層電子層形成穩定結構。
晶體結構
鈉晶體屬于金屬晶體，鈉原子之間以金屬鍵相互作用。鈉的晶胞中含有2個鈉原子，分別位于晶胞中的原點和體心。
鈉晶體為體心立方（BCC）結構，鈉原子位于立方體的8個角頂和立方體的中心，每個鈉原子周圍有8個最近鄰的鈉原子（角頂原子與中心原子互為最近鄰）。一個體心立方晶胞包含2個鈉原子。
理化性質
物理性質
通常情況下，常溫下的鈉為質地軟、輕、蠟狀且伸展性極好的銀白色金屬固體，20 ℃時的密度為0.968 g/cm3，熔點為97.81 ℃，沸點為881.4 ℃，可溶于液氨、汞，不溶于苯、石腦油、煤油。在干燥空氣中鈉可在＞115 ℃的溫度條件下發生自燃。鈉的臨界點為2299.85 ℃、35.46 MPa，其熔化熱和汽化熱分別為113.5 kJ/kg和4212 kJ/kg，327 ℃時的蒸氣壓為0.042 mmHg。
鈉是優良的導熱體和導電體，具有良好的導磁性，同時也具有良好的延展性；鈉因其質地柔軟可用小刀切割，其新切面有銀白色光澤，會在空氣中氧化轉變為暗灰色，且具有抗腐蝕性。
化學性質
與非金屬化合物反應
與水反應
鈉的化學性質活潑，在常溫或加熱時可與水發生爆炸性反應。
與氨氣反應
鈉與氨氣在鐵或鐵離子的催化下可反應生成氫氣，而鈉與液態氨作用時不會有氫氣放出。
與二氧化碳反應
鈉與二氧化碳在350 ℃的溫度條件下和赤熱的條件下反應分別生成草酸鈉和碳酸鈉。
與鹵化氫反應
與單質反應
與金屬單質反應
鈉和鉛可在熔融狀態下反應生成鈉鉛合金；
也可在氯乙烷的存在下相互反應生成氯化鈉。
與非金屬單質反應
鈉的化學性質活潑，在常溫或加熱時可與氧氣化合。
鈉可與氫氣在一定溫度條件下反應生成氫化鈉。
與有機物反應
鈉在有機合成上用作還原劑，它能與醇、醚等多種有機試劑反應生成鈉的有機化合物。
在一定溫度條件下，鈉可與乙炔反應產生氫氣。
同位素
鈉的已知同位素有22種，分別為18Na-37Na，其中23Na是唯一穩定存在的同位素，天然豐度接近100%，這一特性使鈉在常規應用中（如工業、能源）無需考慮同位素分離，除此之外其余的同位素都帶有放射性，半衰期從毫秒級到數年不等。其中22Na的半衰期約為2.6年，通過β+衰變至22Ne。
22Na源主要用于正電子湮滅的實驗研究，22Na在放射正電子后，可立即釋放一個具有一定能量的γ射線，利用這一條γ射線所產生的信號作為正電子湮滅壽命測量的起始信號。通過正電子湮滅壽命測量、湮滅γ射線角關聯測量、多普勒頻移測量，可用來研究物質結構、固體表面結構等。22Na源也用于正電子發射標準、正電子束化學研究，γ譜儀刻度，井間示蹤技術和農業及昆蟲學研究等方面。
23Na會在急性中子輻射的照射下轉變成同位素24Na，因此可以通過測量血液中的24Na和23Na的比例可以計算受害者的輻射劑量。
生理功能
促進植物生長
鈉是土壤和植物種的重要元素，其含量對于植物的生長具有重要影響。鈉是植物生長過程中必須的營養元素，適當適量的對植物施鈉可明顯提高植物產量，且鈉含量過高會影響土壤堿化，抑制植物生長。
鈉元素對于部分農業作物的生長是有益的，可以起替代鉀的功能，當鉀元素營養供給不足時，適當提高鈉的可以明顯促進植物的生長，提高作物產量。對于部分具有C4光合途徑和景天酸代謝(CAM)途徑的植物種類，磷酸烯醇丙酮酸的再生、葉綠素合成、丙酸鹽（或）通過葉綠體被膜的運移等都需要鈉的參加，施鈉能夠刺激這些植物的生長。
鈉在調節細胞滲透壓方面比鉀的作用更明顯，對許多鹽土植物都有明顯的生長效應。
鈉可調節保衛細胞運動，作為長距離運輸的反向離子，參與光電合成等。另外，某些鹽生植物的特殊酶類也需要Na，但在細胞質中，許多酶的活性能被K+激活，而被Na+抑制。
維持生命活動
鈉是人體必不可少的常量元素，具有調節體內水分、維持酸堿平衡和血壓正常、增加神經肌肉興奮性和組成鈉泵等生理功能。鈉廣泛存在于細胞外液中和細胞內液的鉀共同維持著細胞內外體液的滲透壓平衡；鈉可以參與肌肉收縮、神經傳導、糖類的吸收等生理活動，協助神經系統和肌肉的正常運作；鈉還可以使鈣或其他礦物質在血液中正常溶解。
鈉有維持血壓的功能。鈉調節細胞外液，構成細胞外液滲透壓，細胞外液鈉濃度的持續變化對血壓有很大影響。
鈉有調節水分的功能。鈉是維持體內水量的恒定主要元素，鈉的含量直接決定水的含量，所以攝人過多的食鹽，則會發生水腫；過少則會易引起脫水。
鈉有對ATP的生成和利用的作用，因此鈉的含量對肌肉運動、心血管功能及能量代謝都有影響。鈉不足時ATP的生成和利用減少，能量的生成和利用較差，會使神經肌肉傳導遲鈍，出現肌無力、神志模糊甚至昏迷或出現心血管功能受抑制的癥狀。
鈉有維持酸堿平衡的作用。鈉在腎臟被重吸收后，與氫離子交換，可清除體內的二氧化碳，保持體液的酸堿度恒定。腎對鈉的主動重吸收，引起氯的被動重吸收，有利于胃酸的形成，幫助消化。
制備方法
食鹽熔融電解法
通過電解熔融氯化鈉可以制備金屬鈉，其原理如下：
在電解過程中加入氯化鈣可以使氯化鈉的熔點降低到600 ℃，防止鈉揮發和促使生成的金屬鈉在熔融物質中上浮，避免其分布在熔融鹽中，降低產率。
電解燒堿法
該方法以燒堿為原料，加入硝酸鈉、硫調色劑等，以鐵為陽極，銅為陰極電解制備金屬鈉。
鋯還原制備法
用鋯粉還原鈉的鉻酸鹽或重鉻酸鹽、鉬酸鹽、鎢酸鹽制備金屬鈉，且用鉬酸鈉作為原料時，產率幾乎為理論量。
以原料酸鈉和鎢酸鈉為例：
將原料鉬酸鈉和鋯粉按照一定的化學比例均勻混合，并壓成棒狀，在石英管中加熱并抽至真空加熱至一定溫度，即可發生反應，金屬鈉會凝附在石英管的內壁。
堿金屬的疊氮化物高溫分解制備法
以疊氮化鈉為原料在真空高溫的條件下加熱分解，即可制備較純且不含雜質氣體的金屬鈉。其反應原理如下：
檢測方法
可采用高氯酸標準溶液滴定法來測定有機酸堿金屬鹽類物質的含量。以有機堿羧甲基纖維素鈉為例，采用乙酸作為酸性溶劑，增強其相對堿度，便于強酸性的高氯酸滴定，同時加入一定量的乙酸酐去除水分，以結晶紫為指示劑、高氯酸標準溶液-冰醋酸作為滴定劑，即可測定鈉的含量，滴定至溶液顯藍綠色即為滴定終點。
應用領域
化工生產
鈉可作為許多化工產品的基礎原料，如鉛汽油添加劑和石油脫硫劑、氧化劑、過氧化鈉、農藥、催化劑、香料、有機化合物生產用的鈉化合物。氨鈉法制備的氰化鈉、置換氧化鉀制備鉀、還原氯化鈦生產海綿鈦。同時還可以作為許多產品的中間體，如氨基鈉作為染料靛藍粉中間體、硼氫化鈉、原甲酸三甲酯和甲酸三乙酯等的醫藥中間體。
照明行業
鈉燈是一種氣體放電燈，在防腐蝕的玻璃外殼內兩端裝有電極，抽至真空后加入一定量的鈉，通電后鈉蒸發，受電子激發的影響即可發出黃光。按照鈉蒸氣壓力的高低可分為低壓鈉燈和高壓鈉燈，高壓鈉燈具有耗電少、壽命長和可以良好的穿透霧氣等優點，是機場、碼頭和高速公路等場所的必要設備。
醫藥行業
鈉離子電池
與鋰離子電池類似，鈉離子電池通過正電荷電子在電極之間的穿梭運動而放電。與鋰離子電池相比，鈉離子電池可用性更高且成本更低，但鈉離子電池較為適用于固定應用場景。鈉離子電池屬于新一代的化學能源，鈉資源豐富，成本低廉分布廣泛，具有更高的半電池點位和更加穩定的電化學性能，具有更高的安全性。
鈉離子電池的質量重，適用于大型設備能量存儲，因此可應用于工業、航天、軍事等能量存儲領域。鈉離子低成本，更使得鈉離子電池有望在智能電網及可再生能源的大規模儲能中實現廣泛的應用。
鋼件猝火
熔融鈉的冷卻能力強。液態鈉的溫度范圍較廣，復合鋼鐵零件熱處理所需溫度范圍，可根據熱處理要求適當的選擇熔融鈉的溫度。熔融鈉主要用于鋼件淬火后的回火，也可用于后續熱處理加熱，具有熱導率高、傳熱系數高和粘度低等優點。
安全事宜
健康危害
低鈉血癥
低鈉血癥可細分為急性/超急性鈉血癥和慢性低鈉血癥。
對于急性/超急性鈉血癥，在血清鈉濃度降低至125-130 mmol/L時會出現惡心等不適癥狀。血清鈉降低至115-120 mmol/L則可能會出現頭痛、嗜睡、意識模糊、發生癇性發作、昏迷和呼吸停止等生理不適現象，常多發于馬拉松運動員、精神病患者或搖頭丸使用者。
對于慢性低鈉血癥，相較于急性低鈉血癥，患者的腦水腫癥狀和神經系統癥狀較輕；臨床癥狀常出現于血清鈉含量低于120 mmol/L時會出現乏力、惡心、嘔吐、頭暈、步態不穩、記憶力下降、意識模糊等臨床癥狀。
高鈉血癥
高血鈉癥是在血鈉濃度大于145 mmol/L時出現的病理狀態，分為急性高容量性高鈉血癥、慢性高容量性高鈉血癥、急性低容量性高鈉血癥、慢性低容量性高鈉血癥、正常容量性高鈉血癥、轉移性高鈉血癥六種基本類型。
高鈉血癥的臨床表現取決于血鈉濃度升高的速度和程度，急性高鈉血癥比慢性高鈉血癥的癥狀更嚴重。主要臨床表現為神經精神癥狀包括嗜睡和昏迷。高鈉血癥的早期主要癥狀表現為口渴、軟弱無力、惡心嘔吐等，晚期則會出現腦細胞脫水的相關癥狀，如煩躁易怒、精神低落、抽搐或癲癇等癥狀。
泄露應急處理
消防安全
鈉在遇水或暴露在潮濕空氣中會發熱，且極易引起燃燒或爆炸；與碘或乙炔反應劇烈，極易引起燃燒或爆炸。在一定溫度下遇四氯化碳在會發生爆炸。
對于有關鈉的火災消防處理，可以采用干沙或干粉進行滅火如干燥氯化鈉粉末、干燥石墨粉、碳酸鈉干粉、碳酸鈣干粉、干沙等滅火。禁止使用水、泡沫、二氧化碳等滅火劑進行滅火。
儲存
鈉在空氣中容易氧化，通常保存在煤油中，需置于惰性氣體（如氬氣）保護下，并避免與水接觸。。儲存于陰涼、干燥、通風良好的專用庫房內，遠離火種、熱源。鈉需密封包裝，不可與空氣接觸，應與氧化劑、酸類、鹵族元素等分開存放，禁止混存。庫房應采用防爆型照明、通風設施，同時禁止采用易產生火花的機械設備和工具，儲區應備有合適的材料收容泄漏物。。
參考資料 >
Sodium.pubchem.2023-02-23