Slitina sodíku a draslíku - Sodium–potassium alloy

Slitina sodíku a draslíku
NaK Alloy.jpg
Slitina sodíku a draslíku pod minerálním olejem.
Typ slitina kovu
Fyzikální vlastnosti
Hustota (ρ)
Tepelné vlastnosti
Teplota tání (T m ) -12,6 ° C
Tepelná vodivost (k) při 100 ° C 22,4 W / m⋅K
Specifická tepelná kapacita (c) 982 J / kg⋅K
Elektrické vlastnosti
Povrchový měrný odpor 33,5–72,0 µΩ⋅cm
Zdroj

Slitina sodíku a draslíku , hovorově nazvaný NaK (běžně vyslovuje / n Æ k / ), je slitina z alkalických kovů sodíku (Na, atomové číslo 11) a draslíku (K, atomové číslo 19), které je normálně kapalné při teplotě místnosti. K dispozici jsou různé komerční třídy. NaK je vysoce reaktivní s vodou (stejně jako jejími složkami) a při vystavení vzduchu se může vznítit , proto s ním musí být zacházeno se zvláštními opatřeními.

Vlastnosti

Fázový diagram pevná látka-kapalina sodíku a draslíku

Fyzikální vlastnosti

NaK obsahující 40% až 90% hmotnostních draslíku je kapalný při teplotě místnosti . Eutektická směs se skládá z 77% draselného a 23% sodíku, je kapalina od -12,6 do 785 ° C (9,3 až 1,445.0 ° F), a má hustotu 866 kg / m 3, při 21 ° C (70 ° F) a 855 kg / m 3 při 100 ° C (212 ° F), takže je méně hustý než voda. Je vysoce reaktivní s vodou a je skladován obvykle pod hexanem nebo jinými uhlovodíky nebo pod inertním plynem (obvykle suchým dusíkem nebo argonem ), pokud je vyžadována vysoká čistota a nízké úrovně oxidace.

NaK má velmi vysoké povrchové napětí , díky čemuž se jeho velké množství stahuje do tvaru drdolu . Jeho měrná tepelná kapacita je 982 J / kg⋅K , což je zhruba čtvrtina kapacity pro vodu, ale přenos tepla je vyšší při teplotním gradientu kvůli vyšší tepelné vodivosti.

Chemické vlastnosti

Při skladování na vzduchu vytváří žlutý povlak superoxidu draselného a může se vznítit. Tento superoxid výbušně reaguje s vodou a organickými látkami. NaK není dostatečně hustý, aby se ponořil do většiny uhlovodíků , ale ponoří se do lehčího minerálního oleje . Skladování tímto způsobem není bezpečné, pokud se vytvořil superoxid. K velkému výbuchu došlo v zařízení Oak Ridge Y-12 8. prosince 1999, kdy NaK po náhodném úniku uklidila a byla nevhodně ošetřena minerálním olejem poškrábaná kovovým nástrojem. Tekutá slitina také útočí na PTFE („teflon“).

Dále slitiny s nízkou teplotou tání

Další slitiny s nízkými teplotami tání jsou Cs 77 K 23 při -37,5 ° C, Cs 95 Na 5 při -30 ° C a Na 8 Rb 92 při -5 ° C. Slitina obsahující 40,8% cesia, 11,8% sodíku a 47,4% draslíku má teplotu tání -79,4 ° C.

Používání

Chladicí kapalina

NaK byl používán jako chladivo v experimentálních jaderných reaktorech s rychlými neutrony . Na rozdíl od komerčních zařízení jsou často odstavovány a doplňovány. Použití olova nebo čistého sodíku, dalších materiálů používaných v praktických reaktorech, by vyžadovalo nepřetržité zahřívání, aby se chladicí kapalina udržovala jako kapalina. Použití NaK to překonává. Dounreay rychlý reaktorový je příklad.

Sovětské radarové satelity RORSAT byly poháněny reaktorem BES-5 , který byl chlazen NaK. Kromě širokého teplotního rozsahu kapaliny má NaK velmi nízký tlak par , který je důležitý ve vakuu vesmíru .

Nezamýšleným důsledkem použití jako chladicí kapaliny na oběžné dráze satelitů bylo vytvoření dalších vesmírných úlomků . Chladivo NaK uniklo z řady satelitů, včetně Kosmos 1818 a Kosmos 1867 . Chladivo se samo formuje do kapiček sodíku a draslíku o velikosti až několika centimetrů. Tyto objekty jsou vesmírné úlomky.

Chladič CPU Danamics LMX Superleggera využívá NaK k přenosu tepla z CPU do jeho chladicích žeber.

Vysoušedlo

Při kontaktu s vodou vzniká vodík . Slitiny sodíku a draslíku se proto používají jako vysoušedla v sušičkách před destilací .

Hydraulická kapalina

Eutektický NaK (NaK-77) lze použít jako hydraulickou kapalinu ve vysokoteplotním a radiačním prostředí pro teplotní rozsahy -12 až 760 ° C (10 až 1400 ° F). Jeho objemový modul při 538 ° C (1 000 ° F) je 2,14 GPa, vyšší než u hydraulického oleje při pokojové teplotě. Jeho mazivost je špatná, takže objemová čerpadla jsou nevhodná a je nutné použít odstředivá čerpadla. Přidání cesia posune užitečný teplotní rozsah na -71 až 704 ° C (-96 až 1299 ° F). NaK-77 byl testován v hydraulických a fluidních systémech pro raketu Supersonic Low Altitude Missile .

Chemické metody

NaK může být použit jako katalyzátor v některých reakcích, jako je výroba ibuprofenu .

Syntéza a výroba

Průmyslově se NaK vyrábí reaktivní destilací . V tomto kontinuálním procesu se do destilační kolony přivádí chlorid draselný a sodík. V reakční zóně reaguje chlorid draselný se sodíkem za vzniku chloridu sodného a draslíku. Lehčí vroucí draslík je obohacen v horní frakční zóně a tažen v hlavě kolony, zatímco roztavený chlorid sodný je odebírán ze dna.

Viz také

Reference