Sodium 相對原子質量22.99

來源於拉丁語的natron(碳酸鈉)。sodium來自阿拉伯語的suda(頭痛藥)。

把一大塊鈉放到水裏後……

鈉是堿金屬中質地軟、銀白色的金屬。鈉的化學性質非常活潑,容易和空氣中的氧氣反應,遇水也會發生激烈反應,因此需要放到煤油中保存。

將含鈉的化合物放到無色火焰中加熱時,會出現黃色的焰色反應。隧道中的黃色照明燈就是鈉燈。

岩石和海水中富含鈉鹽。食鹽就是我們身邊最常見的一種鈉鹽。味精中的穀氨酸鈉、泡打粉中的碳酸氫鈉(小蘇打)、肥皂都是鈉的化合物。洗滌靈或者食品添加劑中的成分上隻要顯示—鈉,或者—Na,就包含鈉鹽。

通常情況下,我們的細胞外液中富含鈉離子,細胞內液中富含鉀離子,它們成對出現,與我們身體的調節密切相關。

我還在讀高中的時候,有一次老師讓我處理沒用的鈉。老師給我的是一個裝有幾個鈉塊的瓶子,但裏麵的煤油已經失去作用,鈉的表麵已經變得硬邦邦了。

那所高中的校園裏有一條小溪。這條小溪與神田川相連,流向東京灣。我首先把小塊的鈉扔到了小溪裏。隨後,鈉像爆炸一樣,出現一道水柱。之後,我又向水裏扔了大塊的鈉,發生了爆炸,激起很高的水柱。可是我並沒有停下,直到我把所有鈉都投進了水裏。

當時校園裏的小溪很髒,根本看不出來有魚生活在裏麵,並且發生爆炸時,也沒有魚被炸上來。然而,當鈉和水反應以後,就生成了氫氧化鈉,小溪的部分水質變成了強堿性。我的行為讓小溪的水質更加惡化了。請大家千萬不要學我。

理科課上會進行黃豆大小的鈉和水反應的實驗。鈉放到水中,會在水麵上迅速遊動,並伴有輕微的嘶嘶聲,產生氫氣,最後變成無色透明的小球。小球就是反應得到的氫氧化鈉,它一旦進入眼睛,就會讓人失明,所以實驗時要佩戴防護鏡。

用鈉來做爆米花?!

美國有一本Mad Science的書中有一篇題為《用劇烈方法製作食鹽》的實驗很吸引我。

從氯氣儲氣瓶中向反應容器倒入氯氣,反應容器中會產生大量白煙。反應容器的上方掛有一個放有爆米花的塑料網。反應容器中提前放置著軟軟的銀白色金屬鈉,氯氣就是通向這裏的。於是就會發生鈉+氯氣→氯化鈉的劇烈反應,白煙狀的氯化鈉就會給上麵的爆米花加上鹹味。

這本書是我的朋友高橋信夫翻譯的,他從作者那裏聽到了實驗背後的故事:白煙的溫度過高,把塑料網給熔化了,結果爆米花到處都是。

我曾經做過小規模的鈉和氯氣反應的實驗:加熱裝有鈉的試管,並導入氯氣。試管內發生劇烈反應,並產生氯化鈉。

天然鹽的製作方法

日本的製鹽從彌生時代(公元前300—公元250)就開始了。人們把海水撒向沙地,水蒸發後就得到鹽的結晶。古代的技術雖然簡陋,卻也能成功地製鹽。

海水的主要成分除了食鹽(氯化鈉),還有導致海水很苦的鹵水,也就是礦物質成分。因此,如果隻單純蒸發海水,就會得到有礦物質混合的食鹽,也就是很苦的鹽。

所以,製鹽時就要盡量不讓這些礦物質混入其中。幸運的是,煮幹海水後,首先析出的就是氯化鈉。但是其中還是會混有少量礦物質,嚐起來略帶苦味,人們也因此認為“天然鹽”好吃。並且,從營養層麵來說,天然鹽中含有人體需要的鎂等礦物質。

盡管如此,還是存在一些問題。海水中鹽分析出的飽和濃度必須達到30%,但實際上海水中鹽分的濃度隻有3.5%,也就是說,必須把海水濃縮10倍。如果用上全部燃料煮幹海水的話,成本太高。所以,首先需要用其他方法來製作較濃的海水(苦鹵水)。

距今約1200年的平安時代以前,人們把幹燥的海藻表麵的鹽分衝洗到陶器中,或者將燒幹的海藻灰浸入海水中,再用布過濾等,製造苦鹵水。

隨後,在平安時代鼎盛時期,人們將海水灑到用沙子做成的鹽田,並不斷地攪拌,通過太陽照射蒸發水分。然後,人們將含鹽的沙子收集起來,再用海水衝洗,就得到了苦鹵水。

除了鹽沙以外,人們還可以用泵讓海水在立體的樹狀裝置上流過,通過太陽照射或者風來蒸發水分,得到苦鹵水,再把得到的苦鹵水重複使用,得到更濃縮的苦鹵水。這樣一來,就無須過多人力來攪拌鹽沙,大大提高了生產效率。並且,即使天氣不好,也可以利用風力來蒸發,這使得鹽的定量生產成為可能。20世紀70年代,人們開始使用陽離子交換膜這種高分子材料製作苦鹵水,在蒸發時使用真空蒸發法,節約了燃料。

“文殊號”的鈉泄漏

1995年12月8日,快中子增殖反應堆“文殊號”(位於日本福井縣敦賀市,電力輸出功率為28萬千瓦)發生鈉泄漏,引發了火災。

這個反應堆的冷卻劑不是水,而是液態鈉。事故的直接原因是溫度探測器的接管斷裂,造成**鈉通過溫度計的管子泄漏到係統外,和空氣中的水蒸氣發生反應,導致火災。

快中子增殖反應堆可以將核燃料不能用的鈾238高效率轉化成鈈239,從而生成更多燃料,但美國、英國、法國、德國以及研究快中子增殖反應堆的其他國家,都處於終止計劃階段,因為用於冷卻的鈉太難控製了。

小專欄 同位素被發現後,元素的概念更加明確

以實驗為中心的元素定義即“用普通的化學方法不能使其再分解的物質就是元素”是有限製條件的。氫和氘是同位素關係,但是用電解這種普通的化學方法是可以將其分開的,而按照這個定義的說法,氫和氘就變成兩種元素了。

因此,我們需要從原子性質的角度重新定義元素:元素是質子數相同的一類原子的總稱。

其實,“元素”使用起來有時候有些模棱兩可。比如你說“氧”,你到底是在說氧元素、臭氧的單質、氧氣分子還是氧原子,這還需要語境來判斷。