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Sodium
相对原子质量22.99


来源于拉丁语的natron(碳酸钠)。sodium来自于阿拉伯语的suda(头痛药)。

把一大块钠放到水里后……

钠是碱金属中质地软、银白色的金属。钠的化学性质非常活泼,容易和空气中的氧气反应,遇水也会发生激烈反应,因此需要放到煤油中保存。

将含钠的化合物放到无色火焰中加热时,会出现黄色的焰色反应。隧道中的黄色照明灯就是钠灯。

岩石和海水中富含钠盐。食盐就是我们身边最常见的一种钠盐。味精中的谷氨酸钠、泡打粉中的碳酸氢钠(小苏打)、肥皂都是钠的化合物。洗涤灵或者食品添加剂中的成分上只要显示~钠,或者~Na,就包含钠盐。

通常情况下,我们的细胞外液中富含钠离子,细胞内液中富含钾离子,它们成对出现,与我们身体的调节密切相关。

我还在读高中的时候,有一次老师让我处理没用的钠。老师给我的是一个装有几个钠块的瓶子,但里面的煤油已经失去作用,钠的表面已经变得硬邦邦了。

那所高中的校园里有一条小溪。这条小溪与神田川相连,流向东京湾。我首先把小块的钠扔到了小溪里。随后,钠像爆炸一样,出现一道水柱。之后,我又向水里扔了大块的钠,发生了爆炸,激起很高的水柱。可是我并没有停下,直到我把所有钠都投进了水里。

当时校园里的小溪很脏,根本看不出来有鱼生活在里面,并且发生爆炸时,也没有鱼被炸上来。然而,当钠和水反应以后,就生成了氢氧化钠,小溪的部分水质变成了强碱性。我的行为让小溪的水质更加恶化了。请大家千万不要学我。

理科课上会进行黄豆大小的钠和水反应的实验。钠放到水中,会在水面上迅速游动,并伴有轻微的嘶嘶声,产生氢气,最后变成无色透明的小球。小球就是反应得到的氢氧化钠,它一旦进入眼睛,就会让人失明,所以实验时要佩戴防护镜。

用钠来做爆米花?!

美国有一本 Mad Science 的书中有一篇题为《用剧烈方法制作食盐》的实验很吸引我。

从氯气储气瓶中向反应容器倒入氯气,反应容器中会产生大量白烟。反应容器的上方挂有一个放有爆米花的塑料网。反应容器中提前放置着软软的银白色金属钠,氯气就是通向这里的。于是就会发生钠+氯气→氯化钠的剧烈反应,白烟状的氯化钠就会给上面的爆米花加上咸味。

这本书是我的朋友高桥信夫翻译的,他从作者那里听到了实验背后的故事:白烟的温度过高,把塑料网给熔化了,结果爆米花到处都是。

我曾经做过小规模的钠和氯气反应的实验:加热装有钠的试管,并导入氯气。试管内发生剧烈反应,并产生氯化钠。

天然盐的制作方法

日本的制盐从弥生时代(公元前300~250)就开始了。人们把海水撒向沙地,水蒸发后就得到盐的结晶。古代的技术虽然简陋,却也能成功地制盐。

海水的主要成分除了食盐(氯化钠),还有导致海水很苦的卤水,也就是矿物质成分。因此,如果只单纯蒸发海水,就会得到有矿物质混合的食盐,也就是很苦的盐。

所以,制盐时就要尽量不让这些矿物质混入其中。幸运的是,煮干海水后,首先析出的就是氯化钠。但是其中还是会混有少量矿物质,尝起来略带苦味,人们也因此认为“天然盐”好吃。并且,从营养层面来说,天然盐中含有人体需要的镁等矿物质。

尽管如此,还是存在一些问题。海水中盐分析出的饱和浓度必须达到30%,但实际上海水中盐分的浓度只有3.5%,也就是说,必须要把海水浓缩10倍。如果用上全部燃料煮干海水的话,成本太高。所以,首先需要用其他方法来制作较浓的海水(苦卤水)。

距今约1200年的平安时代以前,人们把干燥的海藻表面的盐分冲洗到陶器中,或者将烧干的海藻灰浸入海水中,再用布过滤等,制造苦卤水。

随后,在平安时代鼎盛时期,人们将海水洒到用沙子做成的盐田,并不断地搅拌,通过太阳照射蒸发水分。然后,人们将含盐的沙子收集起来,再用海水冲洗,就得到了苦卤水。

除了盐沙以外,人们还可以用泵让海水在立体的树状装置上流过,通过太阳照射或者风来蒸发水分,得到苦卤水,再把得到的苦卤水重复使用,得到更浓缩的苦卤水。这样一来,就无需过多人力来搅拌盐沙,大大提高了生产效率。并且,即使天气不好,也可以利用风力来蒸发,这使得盐的定量生产成为可能。20世纪70年代,人们开始使用阳离子交换膜这种高分子材料制作苦卤水,在蒸发时使用真空蒸发法,节约了燃料。

“文殊号”的钠泄漏

1995年12月8日,快中子增殖反应堆“文殊号”(位于日本福井县敦贺市,电力输出功率为28万千瓦)发生钠泄漏,引发了火灾。

这个反应堆的冷却剂不是水,而是液态钠。事故的直接原因是温度探测器的接管断裂,造成液体钠通过温度计的管子泄漏到系统外,和空气中的水蒸气发生反应,导致火灾。

快中子增殖反应堆可以将核燃料不能用的铀238高效率转化成钚239,从而生成更多燃料,但美国、英国、法国、德国以及研究快中子增殖反应堆的其他国家,都处于终止计划阶段,因为用于冷却的钠太难控制了。

小专栏
同位素被发现后,元素的概念更加明确

以实验为中心的元素定义即“用普通的化学方法不能使其再分解的物质就是元素”是有限制条件的。氢和氘是同位素关系,但是用电解这种普通的化学方法是可以将其分开的,而按照这个定义的说法,氢和氘就变成两种元素了。

因此,我们需要从原子性质的角度重新定义元素:元素是质子数相同的一类原子的总称。

其实,“元素”使用起来有时候有些模棱两可。比如你说“氧”,你到底是在说氧元素、臭氧的单质、氧气分子还是氧原子,这还需要语境来判断。 ldKdUMLHVrjBP2RfklHTrXHm5dfO20AH9qu0i4pfxPJuorvkTO3HlBWbOKqIDJ2c

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