「弱钠」:修訂間差異
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弱钠,钠单质的同素异形体,化学式Na<sub>48</sub> | 弱钠,钠单质的同素异形体,化学式Na<sub>48</sub>.弱钠是由大量的弱钠分子构成的,每个弱钠分子包含48个钠原子.这一球状结构十分稳定,难以被拆分为钠原子.因此在化学反应中,弱钠往往作为整体存在,例如四氧化弱钠中,弱钠整体呈+8价,化学式Na<sub>48</sub>O<sub>4</sub>.<br/> | ||
弱钠在室温下为银色透明晶体,密度为1.37g/cm<sup>3</sup>,熔点为432℃,沸点2310℃. | |||
==结构== | |||
如上所述,弱钠不是由单个原子构成的,而是由48个原子结合在一起形成的分子构成的,这一分子一般为球状(见附图)。命名其为Na<sub>48</sub>,中文名为弱钠。需要注意的是,不同于正常的钠单质,因为弱钠分子中的钠钠魔键太强,所以弱钠在化学反应中是以一个集体存在的,而不会生成单个的钠原子。<br/> | |||
据推测,钠钠魔键的结构极大地影响了弱钠的诸多物理和化学性质,使之与钠单质有较大的区别. | |||
== | ==制备== | ||
常用的弱钠制备方法是金刚石低温催化法.<br/> | |||
取一块高纯度的钠(质量最好是250g),隔绝空气加热到约1073K,并将气压抽低至6.324kPa。于钠蒸汽中央放置一正二十面体结构的金刚石,然后将温度迅速降低至199.8±2.5K。观察可以发现,急剧的温度变化下金刚石碎裂成小块,并在此过程中和钠蒸汽充分接触.而钠蒸汽则会瞬间在金刚石表面凝结出透明晶体,同时带有金属光泽,这就是弱钠.<br/> | |||
在这里 | ==物理性质== | ||
=弱钠= | |||
弱钠的外观和钠的外观是一样的,都具有强烈金属光泽.弱钠比钠更加活泼,露置于空气中,瞬间变为灰白色.<br/> | |||
弱钠的莫氏硬度略低于钠单质,因此也较软,可以使用小刀切割.一般用手即可在弱钠块上留下痕迹.<br/> | |||
弱钠的密度为钠的<math>sqrt(2)</math>倍,约1.369g/cm³,一般取1.37g/cm³。<br/> | |||
弱钠分子间存在比较强的金属键,所以它的熔点高达705K,远高于铟、锡、铊、铅、铋。更加反常的是弱钠的沸点达2583K,高于Sn的沸点.原因不明,有科学家推测这也是魔键在暗中起作用.<br/> | |||
弱钠的导电性比钠单质稍微弱一点.<br/> | |||
=弱钠盐= | |||
弱钠盐大多数外观呈灰白色,常温下其固体导电性很差,可以认为是绝缘体.<br/> | |||
弱钠盐最特殊的性质在于它在水中的溶解度.一般来说,钠盐都是易溶于水,不溶于超临界二氧化碳、二硫化碳、四氯化碳、苯、无水乙醇、无水乙醚、乙酸乙酯、无水丙酮、己烷的。但是弱钠盐恰好相反。弱钠盐要么微溶(0.01g~1g/100gH<sub>2</sub>O)于水,要么难溶(<0.01g/100gH<sub>2</sub>O)于水。但是它可以少量溶解在上述几种溶剂中。不同于钠盐,弱钠盐几乎都易溶于液氨(即使酸根会把氨氧化成氮气和水,或者是N2O、NO,甚至产生硝酸);已知的唯一一个不溶于液氨的弱钠盐是Na<sub>48</sub>(MnO<sub>3</sub>)<sub>8</sub>,这种盐含有罕见的+5价锰。<br/> | |||
制备方法是将Na48(VO3)8和过量MnO2混合,然后全部投入到液氨里,进行搅拌。然后它就开始反应<br/> | |||
Na48(VO3)8+8MnO2=Na48(MnO3)8+8VO2<br/> | |||
往溶液里面通入少量的氯化氢气体后,VO2沉淀会消失,过量的MnO2也会被消耗掉。<br/> | |||
2NH3+2HCl+VO2=(NH4)2VO2Cl2<br/> | |||
MnO2+4HCl+2NH3=MnCl2+H2↑+2NH4ClO<br/> | |||
过滤一下沉淀物,得到的就是Na48(MnO3)8。<br/> | |||
==标 | ==化学性质== | ||
科学家们目前对于弱钠的各种化学性质有了较为透彻和深入的研究,以下列举重点. | |||
=化合价= | |||
化合物中,弱钠只存在三种化合价:0价、+4价和+8价。<br/> | |||
理论上Na<sub>48</sub>可以与一氧化碳在羰基锑催化下生成Na<sub>48</sub>(CO)<sub>16</sub>,其中Na<sub>48</sub>仍然显0价。<br/> | |||
但是科学家们在实际操作规程中未能合成该物质;相反,因为弱钠的还原性比正常的钠还强,所以生成了Na<sub>48</sub>O<sub>4</sub>、Na<sub>48</sub>C<sub>2</sub>、Na<sub>48</sub>C<sub>4</sub>、Na<sub>48</sub>C<sub>8</sub>等一系列化合物。<br/> | |||
值得注意的是,由于键能极高的钠钠魔键,一般弱钠只以+8价存在于化合物中,或者以0价单质存在. | |||
=分解= | |||
弱钠一般在化学反应中是作为一个整体的。即使用F<sub>2</sub>O<sub>7</sub>、臭卤(对于臭氟、臭氯、臭溴三种已知的三原子分子卤素单质的统称)、高氧酸酐、都无法把弱钠分子打开,更不要提普通的氟气、氯气、氧气了。因此可知弱钠分子极难拆分为单个的钠原子.<br/> | |||
现有资料显示,Na<sub>48</sub>分解产生正常的钠单质,伴随着巨量能量的释放。据计算,1个Na<sub>48</sub>分子完全分解成48个钠原子,所释放出来的能量相当于48000个Pb(N<sub>3</sub>)<sub>2</sub>分子完全分解。计算如下:<br/> | |||
1g的Pb(N<sub>3</sub>)<sub>2</sub>完全分解,放出的能量是2.148kJ;1mol的Pb(N3)2完全分解,放出的能量是2.148kJ*(14.007*6+207.2)≈625.588kJ;48000个Pb(N<sub>3</sub>)<sub>2</sub>分子完全分解,放出的能量是(625.588*48000/mol)J。这些能量正好等于一个Na<sub>48</sub>分子完全分解成48个钠原子所释放出来的能量。 | |||
那么,1molNa<sub>48</sub>分子完全分解成48mol钠原子,释放出来的能量就应该是625.588*48000=30028.224MJ. | |||
1g的Na<sub>48</sub>分子完全分解成1g的钠单质,释放出来的能量为30028.224/22.98977/48=27.211MJ. | |||
=和气体的反应= | |||
正常情况下,弱钠可以轻松与氧气、氮气、氢气、氨气、氙气等反应.<br/> | |||
10Na<sub>48</sub>+24NH<sub>3</sub>==Na<sub>48</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+9Na<sub>48</sub>H<sub>8</sub>.<br/> | |||
Na<sub>48</sub>+4H<sub>2</sub>==Na<sub>48</sub>H<sub>8</sub>.<br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8H<sub>3</sub>==Na<sub>48</sub>(H<sub>3</sub>)<sub>3</sub>.<br/> | |||
其中的H<sub>3</sub>是一种氢单质,称臭氢.<br/> | |||
其余的反应还有(不特别标注的,属于接触即反应): | |||
Na<sub>48</sub>+2O<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>O<sub>4</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+4O<sub>2</sub>=点燃=Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8O<sub>2</sub>=NH<sub>3</sub>(l)=Na<sub>48</sub>(O<sub>2</sub>)<sub>8</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+4F<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>F<sub>8</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+4Cl<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8ClO<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>+8O<sub>2</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+12N<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>8</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+20O<sub>2</sub>=561K=Na<sub>48</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+16NO<br/> | |||
Na<sub>48</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+12O<sub>2</sub>=517K=Na<sub>48</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+8N<sub>2</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>(N<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+8O<sub>2</sub>=489K=Na<sub>48</sub>(NO<sub>2</sub>)<sub>8</sub>+8N<sub>2</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8H<sub>2</sub>O=Na<sub>48</sub>(OH)<sub>8</sub>+4H<sub>2</sub>↑<br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8NO<sub>2</sub>=TK(100<T<238)=Na<sub>48</sub>(NO<sub>2</sub>)<sub>8</sub><br/> | |||
可以看到,弱钠和相同气体反应,条件不同,产物也不同. | |||
Na<sub>48</sub>+16NO<sub>2</sub>=TK(261<T<363)=Na<sub>48</sub>(NO<sub>3</sub>)<sub>8</sub>+8NO<br/> | |||
这是弱钠与二氧化氮发生的反应。<br/> | |||
当然,弱钠在温度足够高的时候可以和反应生成的一氧化氮继续反应。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>+4NO=541K=Na<sub>48</sub>O<sub>4</sub>+2N<sub>2</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8NO=313K=Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub>+4N<sub>2</sub><br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8NO=210K,NH<sub>3</sub>(l)=Na<sub>48</sub>(NO)<sub>8</sub><br/> | |||
=和液体的反应= | |||
由于受魔键影响,弱钠与无论哪种液体反应,都是相当慢的,这点和正常的钠很不一样。<br/> | |||
它和H<sub>2</sub>O、HCl、H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>、HNO<sub>3</sub>、王水、逆王水、超盐酸反应的速度都是一样的,而且这与溶质浓度、溶液温度都无关,这是非常罕见的现象!<br/> | |||
它即使丢到超盐酸里也只会按照这个反应方程式进行反应:Na<sub>48</sub>+(HCl)<sub>10</sub>= H<sub>2</sub>Na<sub>48</sub>Cl<sub>10</sub>+4H<sub>2</sub>↑<br/> | |||
为什么H<sub>2</sub>Na<sub>48</sub>Cl<sub>10</sub>不能和Na<sub>48</sub>继续反应?因为位阻太大,超盐酸根只能一次结合一个弱钠分子.<br/> | |||
同理,弱钠和氮气反应只能生成叠氮化弱钠,为什么不能生成(Na<sub>48</sub>)<sub>3</sub>N<sub>8</sub>?也是因为位阻。<br/> | |||
合成(Na<sub>48</sub>)<sub>3</sub>N<sub>8</sub>是做不到的,也是不可能的,但是我们可以合成HNa<sub>48</sub>N<sub>3</sub>。你可以用混有少量氨气的氮气与纯的弱钠反应,也可以用氢叠氮酸和弱钠反应。<br/> | |||
说起来很奇特的是,氢叠氮酸和弱钠反应竟然只能生成HNa<sub>48</sub>N<sub>3</sub>,而合成叠氮化弱钠必须用氮气和弱钠反应。<br/> | |||
一般来说,把一块钠投入水中的时候,它会浮熔游响红(如果滴加了酚酞)。但是弱钠不会这样,它无论是和冷水还是和沸腾的王水反应,都是会沉到水底(因为它的密度大于水),同时自身表面不断冒出气泡,速度较快,但是不会被自己生成的氢气气泡带上来。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>+8HCl+12H<sub>2</sub>O=Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>·12H<sub>2</sub>O+4H<sub>2</sub><br/> | |||
以上为弱钠与稀盐酸反应的反应方程式。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>·12H<sub>2</sub>O是一种银色透明固体,质脆,容易形成碎屑。且不同于NaCl,Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>·12H<sub>2</sub>O难溶于水,水溶液是银色的。<br/> | |||
它在加热到58℃时失去部分结晶水,产生Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>·8H<sub>2</sub>O,加热到68℃时继续失去结晶水,产生Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>·6H<sub>2</sub>O,一直加热到100℃时失去所有结晶水,变为Na<sub>48</sub>Cl<sub>8</sub>。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>溶解在液态氨中会生成Na<sub>48</sub>(NH<sub>4</sub>)<sub>4</sub>(NH<sub>2</sub>)<sub>12</sub>,中文名为十二氨合铵弱钠。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>(NH<sub>4</sub>)<sub>4</sub>(NH<sub>2</sub>)<sub>12</sub>是一种紫蓝色透明晶体,对热对氧化剂都不稳定。<br/> | |||
它加热到0℃以上就会分解成Na<sub>48</sub>(NH<sub>2</sub>)<sub>8</sub>,加热到100℃时更会分解为Na<sub>48</sub>(NH)<sub>4</sub>。<br/> | |||
而Na<sub>48</sub>(NH)<sub>4</sub>的液氨溶液接触顺铂后会生成不稳定的Na<sub>48</sub>(NH<sub>2</sub>)<sub>4</sub>,其中Na<sub>48</sub>分子作为一个整体,极罕见的只显+4价。<br/> | |||
顺铂本身不变,所以顺铂是该反应的催化剂。<br/> | |||
=和固体的反应= | |||
氯化弱钠和过二硫酸钾K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>反应会生成过二硫酸弱钠Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub>。反应方程式略。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub>是一种橘黄色晶体,质脆,易成碎屑。Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub>水溶性极差,完全不溶于水,也不发生水解。<br/> | |||
Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub>非常稳定,加热到498℃时才生成氧气,反应方程式:Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub>=Δ=Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)<sub>4</sub>+2O<sub>2</sub>↑<br/> | |||
再继续加热到732℃时就生成有害气体了:Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)<sub>4</sub>=Δ=Na<sub>48</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>4</sub>+4SO<sub>2</sub>↑+2O<sub>2</sub>↑<br/> | |||
它可以与氨水反应,生成(NH<sub>4</sub>)8Na<sub>48</sub>(S<sub>2</sub>O<sub>8</sub>)<sub>4</sub><br/> | |||
但是这个结构不稳定,只能稳定存在约187μs,随后就转变为(NH<sub>4</sub>)8Na<sub>48</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>8</sub>。<br/> | |||
它可以改写为Na<sub>48</sub>·8NH<sub>4</sub>·8SO<sub>4</sub>。<br/> | |||
事实上,弱钠在大多数时候和钠单质差别不大。<br/> | |||
过氧化弱钠在有氧气的时候会自发的和三氧化二铁反应,生成高铁酸弱钠<br/> | |||
Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub>+2Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+O<sub>2</sub>=Na<sub>48</sub>(FeO<sub>4</sub>)<sub>4</sub><br/> | |||
当然,没氧气不要紧,如果存在碱金属过氧化物或者碱金属超氧化物,这个反应也会发生,不过会消耗一部分氧元素。<br/> | |||
举个例子:Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub>+2Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub>+2Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=Na<sub>48</sub>(FeO<sub>4</sub>)<sub>4</sub>+2Na<sub>2</sub>O<br/> | |||
此外,过氧化弱钠也会和氧化铜反应,生成铜酸弱钠<br/> | |||
Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub>+8CuO=Na<sub>48</sub>(CuO<sub>2</sub>)<sub>8</sub><br/> | |||
过氧化弱钠还能和高锰酸钠/锰酸钠反应,生成高锰酸弱钠/锰酸弱钠,同时置换出过氧化钠。<br/> | |||
过氧化弱钠也可以和氧化高钴反应,生成高钴酸弱钠,但是这里的钴是+4价,反应方程式:<br/> | |||
Na<sub>48</sub>O<sub>8</sub>+2Co<sub>2</sub>O<sub>3</sub>=Na<sub>48</sub>(CoO<sub>3</sub>)<sub>4</sub>+O<sub>2</sub>↑<br/> | |||
过氧化弱钠和三氧化二镍的反应和上面差不多,请自行参考。<br/> | |||
=还原性= | |||
将弱钠加热到500℃时,它就会熔化。可以往液态的弱钠里加银、铂、金、铟、铊、锗、锡、铅、铋等金属,与弱钠反应。<br/> | |||
它会分别生成Na<sub>48</sub>Ag<sub>10</sub>、Na<sub>48</sub>Pt<sub>5</sub>、Na<sub>48</sub>Au<sub>10</sub>、Na<sub>48</sub>In<sub>10</sub>、Na<sub>48</sub>Tl<sub>10</sub>、Na<sub>48</sub>Ge<sub>4</sub>、Na<sub>48</sub>Ge<sub>8</sub>、Na<sub>48</sub>Sn<sub>4</sub>、Na<sub>48</sub>Sn<sub>8</sub>、Na<sub>48</sub>Pb<sub>4</sub>、Na<sub>48</sub>Pb<sub>10</sub>、Na<sub>48</sub>Pb<sub>20</sub>(Pb<sup>2-</sup>)、Na<sub>48</sub>Pb<sub>22</sub>(Pb4<sup>9-</sup>和Pb<sup>2-</sup>),Na<sub>48</sub>Bi<sub>10</sub>(与Bi<sub>2</sub>Li<sub>2</sub>反应也可得到)<br/> | |||
在 | ==强钠== | ||
科学家的理论计算表明,很有可能存在一种性质相对钠单质和弱钠恰好相反的钠单质,命名为强钠。但自然界未能发现强钠,也尚未有科学家制备出强钠。人们只能通过比较弱钠和钠单质的数据来推测强钠的性质。 | |||
==注意事项== | |||
以上内容大部分属于化学内容,夹杂着一些超理内容,请注意识别。 |
於 2020年2月21日 (五) 12:32 的修訂
弱鈉,鈉單質的同素異形體,化學式Na48.弱鈉是由大量的弱鈉分子構成的,每個弱鈉分子包含48個鈉原子.這一球狀結構十分穩定,難以被拆分為鈉原子.因此在化學反應中,弱鈉往往作為整體存在,例如四氧化弱鈉中,弱鈉整體呈+8價,化學式Na48O4.
弱鈉在室溫下為銀色透明晶體,密度為1.37g/cm3,熔點為432℃,沸點2310℃.
結構
如上所述,弱鈉不是由單個原子構成的,而是由48個原子結合在一起形成的分子構成的,這一分子一般為球狀(見附圖)。命名其為Na48,中文名為弱鈉。需要注意的是,不同於正常的鈉單質,因為弱鈉分子中的鈉鈉魔鍵太強,所以弱鈉在化學反應中是以一個集體存在的,而不會生成單個的鈉原子。
據推測,鈉鈉魔鍵的結構極大地影響了弱鈉的諸多物理和化學性質,使之與鈉單質有較大的區別.
製備
常用的弱鈉製備方法是金剛石低溫催化法.
取一塊高純度的鈉(質量最好是250g),隔絕空氣加熱到約1073K,並將氣壓抽低至6.324kPa。於鈉蒸汽中央放置一正二十面體結構的金剛石,然後將溫度迅速降低至199.8±2.5K。觀察可以發現,急劇的溫度變化下金剛石碎裂成小塊,並在此過程中和鈉蒸汽充分接觸.而鈉蒸汽則會瞬間在金剛石表面凝結出透明晶體,同時帶有金屬光澤,這就是弱鈉.
物理性質
弱鈉
弱鈉的外觀和鈉的外觀是一樣的,都具有強烈金屬光澤.弱鈉比鈉更加活潑,露置於空氣中,瞬間變為灰白色.
弱鈉的莫氏硬度略低於鈉單質,因此也較軟,可以使用小刀切割.一般用手即可在弱鈉塊上留下痕跡.
弱鈉的密度為鈉的<math>sqrt(2)</math>倍,約1.369g/cm³,一般取1.37g/cm³。
弱鈉分子間存在比較強的金屬鍵,所以它的熔點高達705K,遠高於銦、錫、鉈、鉛、鉍。更加反常的是弱鈉的沸點達2583K,高於Sn的沸點.原因不明,有科學家推測這也是魔鍵在暗中起作用.
弱鈉的導電性比鈉單質稍微弱一點.
弱鈉鹽
弱鈉鹽大多數外觀呈灰白色,常溫下其固體導電性很差,可以認為是絕緣體.
弱鈉鹽最特殊的性質在於它在水中的溶解度.一般來說,鈉鹽都是易溶於水,不溶於超臨界二氧化碳、二硫化碳、四氯化碳、苯、無水乙醇、無水乙醚、乙酸乙酯、無水丙酮、己烷的。但是弱鈉鹽恰好相反。弱鈉鹽要麼微溶(0.01g~1g/100gH2O)於水,要麼難溶(<0.01g/100gH2O)於水。但是它可以少量溶解在上述幾種溶劑中。不同於鈉鹽,弱鈉鹽幾乎都易溶於液氨(即使酸根會把氨氧化成氮氣和水,或者是N2O、NO,甚至產生硝酸);已知的唯一一個不溶於液氨的弱鈉鹽是Na48(MnO3)8,這種鹽含有罕見的+5價錳。
製備方法是將Na48(VO3)8和過量MnO2混合,然後全部投入到液氨里,進行攪拌。然後它就開始反應
Na48(VO3)8+8MnO2=Na48(MnO3)8+8VO2
往溶液裏面通入少量的氯化氫氣體後,VO2沉澱會消失,過量的MnO2也會被消耗掉。
2NH3+2HCl+VO2=(NH4)2VO2Cl2
MnO2+4HCl+2NH3=MnCl2+H2↑+2NH4ClO
過濾一下沉澱物,得到的就是Na48(MnO3)8。
化學性質
科學家們目前對於弱鈉的各種化學性質有了較為透徹和深入的研究,以下列舉重點.
化合價
化合物中,弱鈉只存在三種化合價:0價、+4價和+8價。
理論上Na48可以與一氧化碳在羰基銻催化下生成Na48(CO)16,其中Na48仍然顯0價。
但是科學家們在實際操作規程中未能合成該物質;相反,因為弱鈉的還原性比正常的鈉還強,所以生成了Na48O4、Na48C2、Na48C4、Na48C8等一系列化合物。
值得注意的是,由於鍵能極高的鈉鈉魔鍵,一般弱鈉只以+8價存在於化合物中,或者以0價單質存在.
分解
弱鈉一般在化學反應中是作為一個整體的。即使用F2O7、臭鹵(對於臭氟、臭氯、臭溴三種已知的三原子分子鹵素單質的統稱)、高氧酸酐、都無法把弱鈉分子打開,更不要提普通的氟氣、氯氣、氧氣了。因此可知弱鈉分子極難拆分為單個的鈉原子.
現有資料顯示,Na48分解產生正常的鈉單質,伴隨着巨量能量的釋放。據計算,1個Na48分子完全分解成48個鈉原子,所釋放出來的能量相當於48000個Pb(N3)2分子完全分解。計算如下:
1g的Pb(N3)2完全分解,放出的能量是2.148kJ;1mol的Pb(N3)2完全分解,放出的能量是2.148kJ*(14.007*6+207.2)≈625.588kJ;48000個Pb(N3)2分子完全分解,放出的能量是(625.588*48000/mol)J。這些能量正好等於一個Na48分子完全分解成48個鈉原子所釋放出來的能量。
那麼,1molNa48分子完全分解成48mol鈉原子,釋放出來的能量就應該是625.588*48000=30028.224MJ.
1g的Na48分子完全分解成1g的鈉單質,釋放出來的能量為30028.224/22.98977/48=27.211MJ.
和氣體的反應
正常情況下,弱鈉可以輕鬆與氧氣、氮氣、氫氣、氨氣、氙氣等反應.
10Na48+24NH3==Na48(N3)8+9Na48H8.
Na48+4H2==Na48H8.
Na48+8H3==Na48(H3)3.
其中的H3是一種氫單質,稱臭氫.
其餘的反應還有(不特別標註的,屬於接觸即反應):
Na48+2O2=Na48O4
Na48+4O2=點燃=Na48O8
Na48+8O2=NH3(l)=Na48(O2)8
Na48+4F2=Na48F8
Na48+4Cl2=Na48Cl8
Na48+8ClO2=Na48Cl8+8O2
Na48+12N2=Na48(N3)8
Na48(N3)8+20O2=561K=Na48(NO3)8+16NO
Na48(N3)8+12O2=517K=Na48(NO3)8+8N2
Na48(N3)8+8O2=489K=Na48(NO2)8+8N2
Na48+8H2O=Na48(OH)8+4H2↑
Na48+8NO2=TK(100<T<238)=Na48(NO2)8
可以看到,弱鈉和相同氣體反應,條件不同,產物也不同.
Na48+16NO2=TK(261<T<363)=Na48(NO3)8+8NO
這是弱鈉與二氧化氮發生的反應。
當然,弱鈉在溫度足夠高的時候可以和反應生成的一氧化氮繼續反應。
Na48+4NO=541K=Na48O4+2N2
Na48+8NO=313K=Na48O8+4N2
Na48+8NO=210K,NH3(l)=Na48(NO)8
和液體的反應
由於受魔鍵影響,弱鈉與無論哪種液體反應,都是相當慢的,這點和正常的鈉很不一樣。
它和H2O、HCl、H2SO4、HNO3、王水、逆王水、超鹽酸反應的速度都是一樣的,而且這與溶質濃度、溶液溫度都無關,這是非常罕見的現象!
它即使丟到超鹽酸里也只會按照這個反應方程式進行反應:Na48+(HCl)10= H2Na48Cl10+4H2↑
為什麼H2Na48Cl10不能和Na48繼續反應?因為位阻太大,超鹽酸根只能一次結合一個弱鈉分子.
同理,弱鈉和氮氣反應只能生成疊氮化弱鈉,為什麼不能生成(Na48)3N8?也是因為位阻。
合成(Na48)3N8是做不到的,也是不可能的,但是我們可以合成HNa48N3。你可以用混有少量氨氣的氮氣與純的弱鈉反應,也可以用氫疊氮酸和弱鈉反應。
說起來很奇特的是,氫疊氮酸和弱鈉反應竟然只能生成HNa48N3,而合成疊氮化弱鈉必須用氮氣和弱鈉反應。
一般來說,把一塊鈉投入水中的時候,它會浮熔游響紅(如果滴加了酚酞)。但是弱鈉不會這樣,它無論是和冷水還是和沸騰的王水反應,都是會沉到水底(因為它的密度大於水),同時自身表面不斷冒出氣泡,速度較快,但是不會被自己生成的氫氣氣泡帶上來。
Na48+8HCl+12H2O=Na48Cl8·12H2O+4H2
以上為弱鈉與稀鹽酸反應的反應方程式。
Na48Cl8·12H2O是一種銀色透明固體,質脆,容易形成碎屑。且不同於NaCl,Na48Cl8·12H2O難溶於水,水溶液是銀色的。
它在加熱到58℃時失去部分結晶水,產生Na48Cl8·8H2O,加熱到68℃時繼續失去結晶水,產生Na48Cl8·6H2O,一直加熱到100℃時失去所有結晶水,變為Na48Cl8。
Na48溶解在液態氨中會生成Na48(NH4)4(NH2)12,中文名為十二氨合銨弱鈉。
Na48(NH4)4(NH2)12是一種紫藍色透明晶體,對熱對氧化劑都不穩定。
它加熱到0℃以上就會分解成Na48(NH2)8,加熱到100℃時更會分解為Na48(NH)4。
而Na48(NH)4的液氨溶液接觸順鉑後會生成不穩定的Na48(NH2)4,其中Na48分子作為一個整體,極罕見的只顯+4價。
順鉑本身不變,所以順鉑是該反應的催化劑。
和固體的反應
氯化弱鈉和過二硫酸鉀K2S2O8反應會生成過二硫酸弱鈉Na48(S2O8)4。反應方程式略。
Na48(S2O8)4是一種橘黃色晶體,質脆,易成碎屑。Na48(S2O8)4水溶性極差,完全不溶於水,也不發生水解。
Na48(S2O8)4非常穩定,加熱到498℃時才生成氧氣,反應方程式:Na48(S2O8)4=Δ=Na48(S2O7)4+2O2↑
再繼續加熱到732℃時就生成有害氣體了:Na48(S2O7)4=Δ=Na48(SO4)4+4SO2↑+2O2↑
它可以與氨水反應,生成(NH4)8Na48(S2O8)4
但是這個結構不穩定,只能穩定存在約187μs,隨後就轉變為(NH4)8Na48(SO4)8。
它可以改寫為Na48·8NH4·8SO4。
事實上,弱鈉在大多數時候和鈉單質差別不大。
過氧化弱鈉在有氧氣的時候會自發的和三氧化二鐵反應,生成高鐵酸弱鈉
Na48O8+2Fe2O3+O2=Na48(FeO4)4
當然,沒氧氣不要緊,如果存在鹼金屬過氧化物或者鹼金屬超氧化物,這個反應也會發生,不過會消耗一部分氧元素。
舉個例子:Na48O8+2Na2O2+2Fe2O3=Na48(FeO4)4+2Na2O
此外,過氧化弱鈉也會和氧化銅反應,生成銅酸弱鈉
Na48O8+8CuO=Na48(CuO2)8
過氧化弱鈉還能和高錳酸鈉/錳酸鈉反應,生成高錳酸弱鈉/錳酸弱鈉,同時置換出過氧化鈉。
過氧化弱鈉也可以和氧化高鈷反應,生成高鈷酸弱鈉,但是這裏的鈷是+4價,反應方程式:
Na48O8+2Co2O3=Na48(CoO3)4+O2↑
過氧化弱鈉和三氧化二鎳的反應和上面差不多,請自行參考。
還原性
將弱鈉加熱到500℃時,它就會熔化。可以往液態的弱鈉里加銀、鉑、金、銦、鉈、鍺、錫、鉛、鉍等金屬,與弱鈉反應。
它會分別生成Na48Ag10、Na48Pt5、Na48Au10、Na48In10、Na48Tl10、Na48Ge4、Na48Ge8、Na48Sn4、Na48Sn8、Na48Pb4、Na48Pb10、Na48Pb20(Pb2-)、Na48Pb22(Pb49-和Pb2-),Na48Bi10(與Bi2Li2反應也可得到)
強鈉
科學家的理論計算表明,很有可能存在一種性質相對鈉單質和弱鈉恰好相反的鈉單質,命名為強鈉。但自然界未能發現強鈉,也尚未有科學家製備出強鈉。人們只能通過比較弱鈉和鈉單質的數據來推測強鈉的性質。
注意事項
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