Натрий-калиевый сплав - Sodium–potassium alloy
| Натрий-калиевый сплав | |
|---|---|
 Натрий-калиевый сплав под минеральным маслом.
| |
| Тип | металлический сплав |
| Физические свойства | |
| Плотность (ρ) | |
| Тепловые свойства | |
| Температура плавления (Т м ) | -12,6 ° С |
| Теплопроводность (k) при 100 ° C | 22,4 Вт / м⋅K |
| Удельная теплоемкость (c) | 982 Дж / кг⋅K |
| Электрические свойства | |
| Удельное сопротивление поверхности | 33,5–72,0 мкОм⋅см |
| Источник | |
Сплав натрия-калия , в просторечии называется NaK (обычно выражен / п æ к / ), представляет собой сплав из металлов щелочного натрия (Na, атомный номер 11) и калия (К, атомный номер 19) , что , как правило , в жидком состоянии при комнатной температуре. Доступны различные коммерческие сорта. NaK очень реактивен с водой (как и ее составные элементы) и может загореться при контакте с воздухом , поэтому при обращении с ним необходимо соблюдать особые меры предосторожности.
Характеристики
Физические свойства
NaK, содержащий от 40% до 90% калия по массе, является жидким при комнатной температуре . Эвтектической смесь состоит из 77% калия и 23% натрия, представляет собой жидкость от -12,6 до 785 ° C ( от 9,3 до 1,445.0 ° F), и имеет плотность 866 кг / м 3 при 21 ° C (70 ° F) и 855 кг / м 3 при 100 ° C (212 ° F), что делает его менее плотным, чем вода. Он очень реактивен с водой и обычно хранится в атмосфере гексана или других углеводородов или в инертном газе (обычно сухом азоте или аргоне ), если требуются высокая чистота и низкие уровни окисления.
NaK имеет очень высокое поверхностное натяжение , что заставляет его большие количества стягиваться в форму, похожую на пучок . Его удельная теплоемкость составляет 982 Дж / кг⋅К , что составляет примерно четверть от теплоемкости воды, но теплопередача выше при перепаде температур из-за более высокой теплопроводности.
Химические свойства
При хранении на воздухе он образует желтый слой надкиси калия и может воспламениться. Этот супероксид вступает во взрывоопасную реакцию с водой и органическими веществами. NaK недостаточно плотен, чтобы тонуть в большинстве углеводородов , но тонет в более легких минеральных маслах . Хранить таким образом небезопасно, если образовался супероксид. Большой взрыв произошел на объекте Y-12 в Ок-Ридж 8 декабря 1999 года, когда NaK, очищенный после случайного разлива и неправильно обработанный минеральным маслом, был поцарапан металлическим инструментом. Жидкий сплав также разрушает PTFE («тефлон»).
Другие сплавы с низкими температурами плавления
Другими сплавами с низкими температурами плавления являются Cs 77 K 23 при -37,5 ° C, Cs 95 Na 5 при -30 ° C и Na 8 Rb 92 при -5 ° C. Сплав, состоящий из 40,8% цезия, 11,8% натрия и 47,4% калия, имеет температуру плавления -79,4 ° C.
Применение
Охлаждающая жидкость
NaK использовался в качестве теплоносителя в экспериментальных ядерных реакторах на быстрых нейтронах . В отличие от коммерческих предприятий, их часто останавливают и сливают топливо. Использование свинца или чистого натрия, других материалов, используемых в практических реакторах, потребует постоянного нагрева для поддержания теплоносителя в жидком состоянии. Использование NaK решает эту проблему. Dounreay Fast Reactor представляет собой пример.
Советские радиолокационные спутники RORSAT питались от реактора БЭС-5 , охлаждаемого NaK. Помимо широкого диапазона температур жидкости, NaK имеет очень низкое давление пара , что важно в условиях космического вакуума .
Непреднамеренным последствием использования в качестве хладагента на орбитальных спутниках стало образование дополнительного космического мусора . Охлаждающая жидкость NaK просочилась с ряда спутников, включая Космос 1818 и Космос 1867 . Хладагент самовоспламеняется в виде натрий-калиевых капель размером до нескольких сантиметров. Эти объекты представляют собой космический мусор.
Процессорный кулер Danamics LMX Superleggera использует NaK для передачи тепла от процессора к его охлаждающим ребрам.
Осушитель
При контакте с водой образуется водород . Следовательно, натрий-калиевые сплавы используются в качестве осушителей при сушке растворителей перед дистилляцией .
Гидравлическая жидкость
Eutectic NaK (NaK-77) может использоваться в качестве гидравлической жидкости в высокотемпературных средах и средах с высоким уровнем излучения, в диапазоне температур от –12 до 760 ° C (от 10 до 1400 ° F). Его объемный модуль при 538 ° C (1000 ° F) составляет 2,14 ГПа, что выше, чем у гидравлического масла при комнатной температуре. Его смазывающие свойства плохие, поэтому поршневые насосы не подходят, и приходится использовать центробежные насосы. Добавление цезия сдвигает полезный диапазон температур от -71 до 704 ° C (от -96 до 1299 ° F). NaK-77 прошел испытания в гидравлической и гидравлической системах сверхзвуковой маловысотной ракеты .
Химические методы
NaK можно использовать в качестве катализатора в некоторых реакциях, таких как производство ибупрофена .
Синтез и производство
Промышленно NaK производится реактивной перегонкой . В этом непрерывном процессе в дистилляционную колонну подают хлорид калия и натрий. В зоне реакции хлорид калия реагирует с натрием с образованием хлорида натрия и калия. Легкокипящий калий обогащается в верхней зоне фракционирования и отводится в головной части колонны, а расплавленный хлорид натрия выводится из нижней части.