各位同學 在實驗課裡看到老師將金屬鈉投入水中後 鈉不僅會浮在水面上 還會產生火焰 當時你一定感到驚訝又新奇吧！ 除了這些之外 鈉在自然界是何種形式存在？ 有哪些特點？ 還有 化學家是如何得到金屬鈉呢？ 讓我們一起來了解鈉的性質、製備方式以及它的用途吧！ 鈉的元素符號為Na 原子序11 是鹼金屬中的一種 在週期表中位於第一族 鈉原子的電子組態如畫面所示 因此很容易失去3s軌域的電子 而與氖具有相同的電子組態 此時化學性質與鈉原子相比 會安定許多 這也是為什麼自然界中的鈉均以＋1價離子的型態存在於離子化合物中 鈉在地殼中的含量排名第六 海水中亦含有大量的鈉離子 元素鈉最早是由英國化學家戴維在1807年藉由電解氫氧化鈉得到 他利用汞很容易與鈉金屬形成合金的特性 來保存電解後得到的活性金屬 目前工業上製備鈉的主要方法為當氏法 是透過電解熔融態的氯化鈉 過程中可加入氯化鈣作為助熔劑 降低氯化鈉的熔點 電解時 在陽極產生氯氣 陰極則生成金屬鈉 反應式如畫面所示 鈉是銀白色金屬 為電和熱的良好導體 具有熔點低 質地軟的特性 因為密度比水小 所以丟入水中時會浮在水面上 同時發生燃燒反應 若以刀片切割 會發現切面具有銀色金屬光澤 但因鈉的活性很大 會與氧氣迅速反應生成氧化鈉或過氧化鈉 使得切面轉為灰白色 因此金屬鈉須保存在礦物油中 另外 鈉與氧氣反應後生成的氧化鈉或過氧化鈉 溶於水後會呈鹼性 鈉在室溫下可與冷水反應生成氫氣及氫氧化鈉 同時會放出大量的熱 使氫氣發生燃燒 若預先在水中加入酚酞指示劑 可以觀察到隨著反應的進行 由於生成氫氧化鈉的緣故 水溶液會由無色逐漸變為紅色 反應式如畫面所示 若將鈉投入氯氣中 兩者會劇烈反應生成氯化鈉 其反應如上 由於鈉非常容易失去一個電子形成鈉離子 所以金屬鈉可做為強還原劑 另外由於液態鈉具有良好導熱性 所以可做為核反應爐的傳熱劑 鈉的化合物種類繁多 許多與我們的生活息息相關 例如氯化鈉 俗稱食鹽 是我們日常生活中非常重要的調味品 除了調味、醃漬食物外、還可以作為下雪時的融雪劑 另外 氯化鈉也是重要的工業原料 可以用來製造鈉 碳酸鈉 碳酸氫鈉 氫氧化鈉 氯氣 漂白水等多種物質 鈉離子在生物體中的平衡也扮演了重要角色 對細胞滲透壓的維持及神經傳導電位的變化都有重要影響 氫氧化鈉俗稱燒鹼或苛性鈉 化學式為NaOH 為具有腐蝕性的白色固體 在空氣中容易潮解 會與空氣中二氧化碳反應生成碳酸鈉與水 反應式如畫面所示 氫氧化鈉是實驗室常用的強鹼 但溶於水會劇烈放熱 水溶液呈鹼性 所以要小心操作 在酸鹼滴定實驗中 常會使用氫氧化鈉來測定未知濃度的酸 但因為氫氧化鈉很容易潮解 故需預先用鄰苯二甲酸氫鉀來進行標定 測出氫氧化鈉溶液的精確濃度 皂化反應則是利用氫氧化鈉將油脂水解 生成甘油及脂肪酸鈉 而脂肪酸鈉就是我們熟知的肥皂 反應式如畫面所示 在工業上 氫氧化鈉也是造紙、紡織及製藥的重要原料 碳酸鈉 化學式如畫面所示 俗稱蘇打或洗滌鹼 為白色粉末 易溶於水 碳酸鈉水溶液具滑膩感 呈鹼性 反應式如畫面所示 碳酸鈉與酸反應後 可生成二氧化碳氣體 反應式如上 在之前我們學過可以使用碳酸鈉來軟化硬水 讓硬水中鈣離子與鎂離子與碳酸根離子形成白色沉澱 達到去除水中的鈣、鎂離子的目的 此外 碳酸鈉可與過氧化氫形成過碳酸鈉 而過碳酸鈉具有清洗油汙以及漂白的效果 是目前常見的清潔用品之一 碳酸鈉還可以用來製造玻璃、麵點、紙漿及清潔劑等 用途相當廣泛 很早之前拉丁人便懂得由特定植物燃燒的灰燼中 提取碳酸鈉供洗滌用 現今工業上則是使用索耳未法來製造碳酸鈉 索耳未法是利用灰石及食鹽作為原料 將灰石加熱分解成二氧化碳後 再將二氧化碳通入含氨氣的飽和食鹽水中 生成碳酸氫鈉與氯化銨 其中碳酸氫鈉對水溶解度較低 所以會形成沉澱析出 我們只需將沉澱物過濾乾燥 將其加熱分解就可得到碳酸鈉 反應式如上 過程中放出的二氧化碳則可回收利用 至於另一個產物氯化銨的回收處理 則可以將先前灰石加熱所產生的氧化鈣溶於水 再將該水溶液與氯化銨反應 達到氨氣回收再利用的效果 整體來看 由於食鹽和灰石價格便宜且容易取得 所以碳酸鈉製作成本也相當低廉 碳酸氫鈉 又稱作酸式碳酸鈉 化學式如上 俗稱小蘇打或焙用鹼 是索耳未法的中間產物 外觀為白色粉末 可溶於水 但溶解度較碳酸鈉低 水溶液呈弱鹼性 若將碳酸氫鈉固體加熱或與酸反應 可生成二氧化碳氣體 碳酸氫鈉可作為制酸劑 用來中和過多的胃酸 也可作為烘焙用的焙粉 或是用來去除衣物上的油污 另外 傳統乾粉滅火器裡的乾粉也是碳酸氫鈉喔 相信大家看完影片後 對於鈉以及它的化合物一定有更多認識 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 鈉 元素符號為Na 原子序11 是鹼金屬之一 工業上以當氏法製備 金屬鈉可做為強還原劑 生活中有許多含有鈉的化合物 例如氯化鈉、碳酸鈉等 皂化反應是利用氫氧化鈉將油脂水解後 生成甘油及脂肪酸鈉 其中脂肪酸鈉就是我們熟知的肥皂