Natrium-Kalium-Legierung - Sodium–potassium alloy

Natrium-Kalium-Legierung
NaK Alloy.jpg
Natrium-Kalium-Legierung unter Mineralöl.
Art Metalllegierung
Physikalische Eigenschaften
Dichte (ρ)
Thermische Eigenschaften
Schmelztemperatur (T m ) –12,6 ° C.
Wärmeleitfähigkeit (k) bei 100 ° C. 22,4 W / m⋅K
Spezifische Wärmekapazität (c) 982 J / kg⋅K
Elektrische Eigenschaften
Oberflächenwiderstand 33,5–72,0 µΩ⋅cm
Quelle

Natrium-Kalium-Legierung , umgangssprachlich NaK genannt (allgemein ausgesprochen / n æ k / ), ist eine Legierung der Alkalimetalle Natrium (Na, Ordnungszahl 11) und Kalium (K, Ordnungszahl 19), die normalerweise bei Raumtemperatur flüssig ist. Es stehen verschiedene handelsübliche Qualitäten zur Verfügung. NaK reagiert sehr gut mit Wasser (wie seine Bestandteile) und kann sich an der Luft entzünden. Daher muss mit besonderen Vorsichtsmaßnahmen umgegangen werden.

Eigenschaften

Fest-Flüssig-Phasendiagramm von Natrium und Kalium

Physikalische Eigenschaften

NaK, das 40 bis 90 Gew .-% Kalium enthält, ist bei Raumtemperatur flüssig . Das eutektische Gemisch besteht aus 77% Kalium und 23% Natrium, ist flüssig von –12,6 bis 785 ° C und hat eine Dichte von 866 kg / m 3 bei 21 ° C und 855 kg / m 3 bei 100 ° C (212 ° F), wodurch es weniger dicht als Wasser ist. Es ist hochreaktiv mit Wasser und wird normalerweise unter Hexan oder anderen Kohlenwasserstoffen oder unter einem Inertgas (normalerweise trockener Stickstoff oder Argon ) gelagert , wenn eine hohe Reinheit und niedrige Oxidationsgrade erforderlich sind.

NaK hat eine sehr hohe Oberflächenspannung , wodurch große Mengen davon in eine brötchenartige Form gezogen werden. Seine spezifische Wärmekapazität beträgt 982 J / kg⋅K , was ungefähr einem Viertel der Wärmekapazität von Wasser entspricht, aber die Wärmeübertragung ist aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit über einen Temperaturgradienten höher.

Chemische Eigenschaften

Wenn es an der Luft gelagert wird , bildet es eine gelbe Kalium-Superoxid- Beschichtung und kann sich entzünden. Dieses Superoxid reagiert explosionsartig mit Wasser und organischen Stoffen. NaK ist nicht dicht genug, um in den meisten Kohlenwasserstoffen zu sinken , sondern in leichterem Mineralöl . Es ist nicht sicher, auf diese Weise zu lagern, wenn sich das Superoxid gebildet hat. Eine große Explosion fand am 8. Dezember 1999 in der Anlage Oak Ridge Y-12 statt , als NaK nach einem versehentlichen Verschütten aufgeräumt und unangemessen mit Mineralöl behandelt und mit einem Metallwerkzeug zerkratzt wurde. Die flüssige Legierung greift auch PTFE ("Teflon") an.

Weitere Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten

Weitere Legierungen mit niedrigen Schmelzpunkten sind Cs 77 K 23 bei –37,5 ° C, Cs 95 Na 5 bei –30 ° C und Na 8 Rb 92 bei –5 ° C. Die Legierung bestehend aus 40,8% Cäsium, 11,8% Natrium und 47,4% Kalium hat einen Schmelzpunkt von –79,4 ° C.

Verwendung

Kühlmittel

NaK wurde als Kühlmittel in experimentellen schnellen Neutronen-Kernreaktoren verwendet . Im Gegensatz zu kommerziellen Anlagen werden diese häufig stillgelegt und betankt. Die Verwendung von Blei oder reinem Natrium, den anderen in praktischen Reaktoren verwendeten Materialien, würde eine kontinuierliche Erwärmung erfordern, um das Kühlmittel als Flüssigkeit aufrechtzuerhalten. Die Verwendung von NaK überwindet dies. Der Dounreay Fast Reactor ist ein Beispiel.

Die sowjetischen RORSAT- Radarsatelliten wurden von einem BES-5- Reaktor angetrieben, der mit NaK gekühlt wurde. Neben dem weiten Flüssigkeitstemperaturbereich hat NaK einen sehr niedrigen Dampfdruck , was im Vakuum des Weltraums wichtig ist .

Eine unbeabsichtigte Folge der Verwendung als Kühlmittel auf umlaufenden Satelliten war die Erzeugung zusätzlicher Weltraummüll . NaK-Kühlmittel ist aus einer Reihe von Satelliten ausgetreten, darunter Kosmos 1818 und Kosmos 1867 . Das Kühlmittel bildet sich zu Natrium-Kalium-Tröpfchen von bis zu mehreren Zentimetern Größe. Diese Objekte sind Weltraummüll.

Der Danamics LMX Superleggera- CPU-Kühler transportiert mithilfe von NaK Wärme von der CPU zu den Kühlrippen.

Trockenmittel

Bei Kontakt mit Wasser entsteht Wasserstoff . Daher werden Natrium-Kalium-Legierungen vor der Destillation als Trockenmittel zum Trocknen von Lösungsmitteln verwendet .

Hydraulikflüssigkeit

Eutektisches NaK (NaK-77) kann als Hydraulikflüssigkeit in Umgebungen mit hohen Temperaturen und hoher Strahlung für Temperaturbereiche von –12 bis 760 ° C (10 bis 1.400 ° F) verwendet werden. Sein Volumenmodul bei 538 ° C (1.000 ° F) beträgt 2,14 GPa und ist damit höher als bei einem Hydrauliköl bei Raumtemperatur. Seine Gleitfähigkeit ist schlecht, so Verdrängerpumpen Pumpen sind nicht geeignet und Kreiselpumpen eingesetzt werden müssen. Die Zugabe von Cäsium verschiebt den nützlichen Temperaturbereich auf –71 bis 704 ° C (–96 bis 1.299 ° F). NaK-77 wurde in hydraulischen und fluidischen Systemen für die Supersonic Low Altitude Missile getestet .

Chemische Methoden

NaK kann in einigen Reaktionen als Katalysator verwendet werden, beispielsweise bei der Herstellung von Ibuprofen .

Synthese und Produktion

Industriell wird NaK in einer Reaktivdestillation hergestellt . Bei diesem kontinuierlichen Verfahren wird eine Destillationskolonne mit Kaliumchlorid und Natrium gespeist. In der Reaktionszone reagiert Kaliumchlorid mit Natrium unter Bildung von Natriumchlorid und Kalium. Das leichter siedende Kalium wird in einer oberen Fraktionierungszone angereichert und am Säulenkopf angesaugt, während geschmolzenes Natriumchlorid vom Boden abgezogen wird.

Siehe auch

Verweise