Сплав натрия и калия
| Сплав натрия и калия | |
|---|---|
 Натриево-калиевый сплав под минеральным маслом. | |
| Тип материала | металлический сплав |
| Физические свойства | |
| Плотность ( п ) |
|
| Термические свойства | |
| Температура плавления ( Т м ) | −12,6 ° C (9,3 ° F) |
| Теплопроводность ( k ) при 100 °C (212 °F) | 22,4 Вт/(м⋅К) |
| Удельная теплоемкость ( с ) | 982 Дж/(кг⋅К) |
| Электрические свойства | |
| Поверхностное сопротивление | 33.5–72.0 μΩ⋅cm |
| Источник [1] | |
Сплав натрия и калия , в просторечии называемый NaK (обычно произносится / n æ k / ), [2] представляет собой сплав щелочных металлов натрия (Na, атомный номер 11) и калия (K, атомный номер 19), который обычно является жидким при комнатной температуре. [3] Доступны различные коммерческие сорта. NaK сильно реагирует с водой (как и входящие в его состав элементы) и может загореться на воздухе , поэтому с ним следует обращаться с особыми мерами предосторожности.
Характеристики
[ редактировать ]
Физические свойства
[ редактировать ]NaK, содержащий от 40 до 90% калия по массе, при комнатной температуре является жидким . Эвтектическая смесь состоит из 77% калия и 23 % натрия по массе (NaK-77), представляет собой жидкость от -12,6 до 785 ° C (от 9,3 до 1445,0 ° F) и имеет плотность 0,866 г / см . 3 при 21 °C (70 °F) и 0,855 г/см 3 при 100 ° C (212 ° F), что делает его менее плотным, чем вода. [3] Он обладает высокой реакционной способностью по отношению к воде и обычно хранится в среде гексана или других углеводородов или в среде инертного газа (обычно сухого азота или аргона) . [5] ), если требуется высокая чистота и низкий уровень окисления.
Твердое соединение, Na 2 K существует при низких температурах и содержит 46 процентов калия по массе.
NaK имеет очень высокое поверхностное натяжение , из-за чего большие его количества стягиваются в булочку . Его удельная теплоемкость составляет 982 Дж/(кг⋅К), что составляет примерно четверть от теплоемкости воды, но теплопередача выше при градиенте температуры из-за более высокой теплопроводности. [6]
Химические свойства
[ редактировать ]При хранении на воздухе образует желтый налет супероксида калия и может воспламениться. Этот супероксид реагирует взрывоопасно с водой и органикой. NaK недостаточно плотный, чтобы тонуть в большинстве углеводородов , но тонет в более легком минеральном масле . Хранить таким образом небезопасно, если образовался супероксид. Большой взрыв произошел на объекте Y-12 в Ок-Ридже 8 декабря 1999 года , когда НаК, очищенный после случайного разлива и ненадлежащим образом обработанный минеральным маслом, был поцарапан металлическим инструментом. [7] Жидкий сплав также разрушает ПТФЭ («Тефлон»). [8] Сплав натрия и калия полимеризует диметилдихлорсилан в полисиланы с основной цепью Si-Si и метильными радикалами, в первую очередь додекаметилциклогексилана . [9]
![{\displaystyle {\what {6 (CH3)2SiCl2 + 12 M -> [(CH3)2Si]6 + 12 MCl}} \ {\what {(M = Na, K)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed5ea6ce16092f39fc40b4bace119c4b6848953d)
Другие сплавы с низкими температурами плавления
[ редактировать ]Другие сплавы с низкой температурой плавления: Cs 77 K 23 при -37,5 ° C (-35,5 ° F), Cs 19 Na при -30 ° C (-22 ° F) и Na 2 Rb 23 при -5 °C (23 °F). Сплав, состоящий из 40,8% цезия, 11,8% натрия и 47,4% калия, имеет температуру плавления -79,4 °C (-110,9 °F). [ нужны разъяснения ]
Использование
[ редактировать ]охлаждающая жидкость
[ редактировать ]NaK использовался в качестве теплоносителя в экспериментальных ядерных реакторах на быстрых нейтронах . В отличие от коммерческих заводов, их часто останавливают и выгружают топливо. Использование свинца или чистого натрия, других материалов, используемых в практических реакторах, потребует постоянного нагрева для поддержания теплоносителя в жидком состоянии. Использование NaK позволяет преодолеть эту проблему. . быстрый реактор Даунри Примером может служить
Первый ядерный реактор в космосе, [10] [11] в США Экспериментальный спутник SNAP-10A использовал в качестве теплоносителя NaK. NaK циркулировал через сердечник и термоэлектрические преобразователи с помощью жидкометаллического насоса проводимости постоянного тока . [12] Спутник был запущен в 1965 году. [13] и по состоянию на 2022 год это единственная энергетическая система с реактором деления, запущенная в космос Соединенными Штатами. [14]
Советские радиолокационные спутники РОРСАТ оснащались реактором БЭС-5 , охлаждаемым НаК. [15] [16] Помимо широкого диапазона температур жидкости, NaK имеет очень низкое давление пара , что важно в космическом вакууме .
Непредвиденным последствием использования в качестве охлаждающей жидкости на орбитальных спутниках стало образование дополнительного космического мусора . Теплоноситель NaK вытек из ряда спутников, в том числе «Космос 1818» и «Космос 1867» . Теплоноситель самоформируется в капли натрия и калия размером до нескольких сантиметров. [17] Эти объекты являются космическим мусором. [18]
Danamics LMX Superleggera Кулер процессора использует NaK для передачи тепла от процессора к его охлаждающим ребрам. [19]
осушитель
[ редактировать ]При контакте с водой водород . образуется [20] Следовательно, сплавы натрия и калия используются в качестве влагопоглотителей при сушке растворителей перед дистилляцией .
Гидравлическая жидкость
[ редактировать ]Эвтектический NaK (НаК-77, сплав 77% калия и 23% натрия по массе) может использоваться в качестве гидравлической жидкости в высокотемпературных и высокорадиационных средах, 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 смазывающая способность плохая, поэтому объемные насосы непригодны, и приходится использовать центробежные насосы. Добавление цезия сдвигает полезный температурный диапазон от -71 до 704 ° C (от -96 до 1299 ° F). НаК-77 прошел испытания в гидравлической и жидкостной системах сверхзвуковой маловысотной ракеты . [21] NaK также может использоваться для передачи сил внутри высокотемпературных датчиков давления в качестве альтернативы ртути. [22]
Химические методы
[ редактировать ]NaK можно использовать в качестве катализатора в некоторых реакциях, таких как изобутилбензол , предшественник ибупрофена . [23]
Синтез и производство
[ редактировать ]В промышленности NaK получают методом реактивной перегонки . [24]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фауст, О.Дж.; Комиссия по атомной энергии США (1972). Справочник по инженерному делу «Натрий-НаК» . Нью-Йорк: Гордон и Брич. ISBN 978-0-677-03030-2 . Проверено 27 июня 2018 г.
- ^ Хоутон, Рик, Экстренная характеристика неизвестных материалов, заархивированная 21 декабря 2017 г. в Wayback Machine , CRC Press, 2007, стр.89
- ^ Перейти обратно: а б «Натрий-калиевый сплав (NaK)» (PDF) . БАСФ . Архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 года . Проверено 5 марта 2009 г.
- ^ GLCM ван Россен, Х. ван Блейсвейк: О фазовой диаграмме калий-натриевых сплавов , в: Z. Anorg. Chem. , 1912 , 74 , стр. 152–156.
- ^ Стрем Кемикал. «Паспорт безопасности» . Архивировано из оригинала 25 ноября 2014 года . Проверено 4 апреля 2012 г.
- ^ «Danamics LM10 — Жидкий металл, подвергнутый испытанию» . Нордическое оборудование. 04.12.2008. п. 2. Архивировано из оригинала 26 марта 2009 г. Проверено 10 января 2010 г.
- ^ «Расследование катастрофы Ю-12 НаК» . Министерство энергетики США. Февраль 2000 г. Архивировано из оригинала 28 мая 2010 г.
- ^ Клинкрад, Хайнер (октябрь 2009 г.). Справочник по жидким металлам . п. 97. Архивировано из оригинала 21 декабря 2017 г.
- ^ Уэст, Роберт; Бро, Лоуренс; Войновский, Веслав (2007). «Додекаметилциклогексасилан». Неорганические синтезы : 265–268. дои : 10.1002/9780470132500.ch62 . ISBN 9780470132500 .
- ^ « История астроядерных реакторов США, часть 1: SNAP-2 и 10A », Beyond NERVA , 3 апреля 2019 г. Проверено 25 апреля 2024 г.
- ↑ Эндрю Лепейдж, « Первый ядерный реактор на орбите », Drew Ex Machina, 3 апреля 2015 г. Проверено 25 апреля 2024 г.
- ^ Шмидт, Г.Л. (сентябрь 1988 г.). Программа испытаний SNAP 10A . Rockwell International, Канога-Парк, Калифорния. DCN: SP-100-XT-0002.
- ^ «Реактор отправляется в космос» . Канберра Таймс . Том. 39, нет. 11, 122. Столичная территория Австралии, Австралия. 5 апреля 1965 г. с. 1 . Проверено 25 апреля 2024 г. - из Национальной библиотеки Австралии.
- ^ Использование НАСА космических ядерных систем для роботизированных и пилотируемых исследовательских миссий (PDF) (Отчет). НАСА. Июль 2022. с. 4. Архивировано из оригинала (PDF) 20 марта 2023 года . Проверено 25 апреля 2024 г.
- ^ «Старый советский спутник с ядерной установкой работает» . Space.com . 15 января 2009 года. Архивировано из оригинала 23 августа 2014 года . Проверено 26 августа 2014 г.
- ^ Клинкрад, Хайнер (23 февраля 2006 г.). Космический мусор: модели и анализ рисков . Спрингер. п. 83. ИСБН 978-3-540-25448-5 . Архивировано из оригинала 21 декабря 2017 г.
- ^ К. Видеманн и др., «Распределение капель NaK по размерам для MASTER-2009», Материалы 5-й Европейской конференции по космическому мусору , 30 марта – 2 апреля 2009 г. (ESA SP-672, июль 2009 г.)
- ^ А. Росси и др., «Влияние капель RORSAT NaK на долгосрочную эволюцию популяции космического мусора». Архивировано 10 марта 2016 г. в Wayback Machine , Пизанский университет, 1997.
- ^ «Обзор кулера Danamics LMX Superleggera» . bit-tech.net . 14 мая 2010 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 г. Проверено 11 февраля 2014 г.
«Обзор Danamics LMX Superleggera — Жидкий металл?» . guru3D.com . 8 июня 2010 года. Архивировано из оригинала 22 февраля 2014 года . Проверено 11 февраля 2014 г. - ^ Клелл, Манфред; Эйхльзедер, Хельмут; Траттнер, Александр (2018), «Хранение и транспортировка» , Водород в транспортных технологиях , Springer Fachmedien Wiesbaden, стр. 109–139, doi : 10.1007/978-3-658-20447-1_5 , ISBN 978-3-658-20446-4 , получено 10 июня 2020 г.
- ^ Вернон Р. Шмитт, 2002, Управляемые бомбы и управляемые ракеты времен Второй мировой войны и эпохи холодной войны , ISBN 0768009138
- ^ «Датчики и датчики давления расплава NaK» . www.mpipressure.com . Проверено 23 июля 2022 г.
- ^ Патент США № 2995610, «Приготовление изобутилбензола». Назначен 8 августа 1961 года в компанию Standard Oil Co.
- ^ Джексон, CB; Вернер, Р.К. (1 января 1957 г.). «18». Производство калия и NaK . Достижения химии. Том. 19. стр. 169–173. дои : 10.1021/ba-1957-0019.ch018 . ISBN 9780841221666 .