氯化鈉

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氯化鈉
透明晶體
File:Sodium-chloride-3D-ionic.png
首選IUPAC名
Sodium chloride
英文名 腳本錯誤：沒有「Lang」這個模塊。
別名 食鹽、石鹽、鹽、食用鹽
識別
PubChem 5234
ChemSpider 5044
SMILES
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InChI
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InChIKey FAPWRFPIFSIZLT-REWHXWOFAE
Beilstein 3534976
Gmelin 13673
EINECS 231-598-3
ChEBI 26710
RTECS VZ4725000
KEGG D02056
MeSH Sodium+chloride
性質
化學式 NaCl
摩爾質量 58.44277 g·mol⁻¹
外觀 白色或無色晶體或粉末[1]
密度 2.17 g/cm³ (固)[1]
熔點 802.018 °C （1075.168 K）[1]
沸點 1465 °C （1738.15 K）[1]
溶解性（水） 36.0 g/100 g (25 °C)[1]
溶解性 微溶於乙醇（詳見「物理性質」一節）[1]
折光度n
D 		1.55 （500 nm）[2]
結構
晶體結構 面心立方結構[1]
晶格常數 a = 564 pm[3]
配位幾何 八面體
危險性
警示術語 R：R36
安全術語 S：無
NFPA 704
相關物質
其他陰離子 氟化鈉、溴化鈉、
碘化鈉
其他陽離子 氯化鋰、氯化鉀、
氯化銣、氯化銫、
氯化鎂、氯化鈣、
氯化鋇
相關鹽 乙酸鈉
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[[腳本錯誤：沒有「DataPage」這個模塊。#結構和屬性|結構和屬性]] 折射率、介電系數等
[[腳本錯誤：沒有「DataPage」這個模塊。#熱力學數據|熱力學數據]] 相變數據、固、液、氣性質
[[腳本錯誤：沒有「DataPage」這個模塊。#光譜數據|光譜數據]] UV-Vis、IR、NMR、MS等
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氯化鈉（化學式：NaCl），俗稱食鹽、鹽，是一種離子化合物。鈉離子和氯離子的原子質量分別為22.99g和35.45g/mol，也就是說100g的氯化鈉中含有39.34g的鈉和60.66g的氯。氯化鈉是海水中鹽分的主要組成部分，它的存在也使得海水有其特有的鹹味。氯化鈉也是細胞外液的主要鹽類，0.9%的氯化鈉水溶液俗稱為生理鹽水。其可食用的形態是食鹽的主要成分，多用於食物的調味和保存。

在工業中，主要用於製造氫氧化鈉和氯以及應用於聚氯乙烯、塑料、木漿（紙漿）等許多其他產品的生產過程。由於它可以降低水的熔點，偶爾也用於解凍冰凍的路面。

氯化鈉的pH是7。

晶體結構[編輯]

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File:Halite09.jpg
純淨的石鹽是氯化鈉晶體。

氯化鈉晶體的內部結構，是人類測試的第一個晶體結構[5]。氯化鈉的晶體形成立體對稱，每個離子有六個相鄰的離子，組成一個八面體。其晶體結構中，較大的氯離子排成立方最密堆積（ccp），較小的鈉離子則填充氯離子之間的八面體的空隙。每個離子周圍都被六個其他的離子包圍着。這種結構也存在於其他很多化合物中，稱為氯化鈉型結構。

氯化鈉的晶體結構
名稱 英文名 代號 晶格結構 晶系 配位 舉例 示意圖（點擊可放大）
氯化鈉結構 NaCl structure B1型 面心立方晶格 立方晶系 Template:Efn Template:Efn File:NaCl-estructura cristalina.svg

氯化鈉的晶體主要有帶正電荷的Na+和帶負電荷的Cl−組成，Na+和Cl−在相互垂直的3個方向上的平面上以1:1的比例均勻分佈，每個方向上的平面上電荷的代數和為0，稱為「電性中和面」。「電性中和面」內靜電力較強，但相互平行的相鄰的「電性中和面」之間的靜電力較弱，導致氯化鈉晶體的解理沿着這3個互相垂直的方向產生。因此，當氯化鈉晶體受到外力發生破裂時，容易沿着這3個方向破裂開形成一個垂直的「三面凹角」。

性質[編輯]

File:WatNaCl-zh.png
常壓下水鹽體系的相圖

物理性質[編輯]

氯化鈉在多數情況下是白色的粉末，其結晶是半透明的立方體，但也可能會因雜質而呈現出藍或紫的色調。氯化鈉的莫耳質量是58.443g/mol，熔點為腳本錯誤：沒有「convert」這個模塊。，沸點為腳本錯誤：沒有「convert」這個模塊。，密度是每立方厘米2.17克。莫氏硬度為2～2.5。[6][7]

氯化鈉易溶於水，常溫下在水中的溶解度是359克/升。食鹽水的物理性質與純水有較大的差異。常壓下，水鹽體系的低共熔點為−21.12 °C（−6.02 °F），低共熔物中鹽的質量分數為23.31%Template:Efn。該質量分數的食鹽水沸點約為108.7 °C （227.7 °F）[8]。氯化鈉溶液的PH值不是正好等於7，而是視濃度，溫度及純度而定，介於5.6至8.4之間[9]。 依據sigma Aldrich 物質資料表: 氯化鈉水中溶解度為(25°C) 357 mg/ml, 100°C為 384 mg/ml。飽和食鹽水之密度為 (25°C) 1.202 g/ml。 依此換算25°C 飽和食鹽水每一立方公分含316.223毫克之氯化鈉。
(網絡上之飽和生理食鹽水密度錯誤甚多，推估為教學現場密度考題衍生之錯誤)

氯化鈉的導電性[11]
溫度 °C 800 850 900 1000 1100
電導率 σ S·m−1 3,58 3,75 3,90 4,17 4,39

化學性質[編輯]

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File:NaCl(H2O)2slab.png
氯化鈉溶液中的NaCl •2H2O，紅色O，白色H，綠色Cl，紫色Na[12]

氯化鈉是一種離子化合物，化學式為<chem>NaCl</chem>，代表鈉離子與氯離子的比例是一比一，之間靠離子鍵結合。鈉原子將其3s態電子轉移到氯原子的3d態上，兩者都達到穩定的電子結構。帶正電的鈉離子與帶負電的氯離子相互吸引，穩定的結合在一起[13]。

氯化鈉溶於水時，完全電離為鈉離子與氯離子[14]。他們會使純水靠氫鍵鍵合形成的正常結構（四面體排列）遭到破壞[15]。Na+與水分子的結合力大約是水分子間氫鍵的4倍Template:Efn。[16]

從冷溶液中析出的鹽當中，每個鹽分子帶有兩個結晶水：NaCl·2H2O。

氯化鈉溶液的檢驗可分兩步完成。首先，向溶液中滴入硝酸酸化過的硝酸銀溶液，有白色沉澱（氯化銀）產生，證明有Cl-。然後用鉑絲蘸取少量溶液，置於酒精燈上灼燒，火焰呈黃色，可證含有Na+。[17]

氯化鈉相關的化學反應
製取金屬鈉 <math>\mathrm{2NaCl (\text{熔 融 })}\;\xrightarrow{\text{電 解 }}\;\mathrm{2Na + Cl_2}\uparrow</math>
電解飽和食鹽水 <math>\mathrm{2NaCl + 2H_2O}\;\xrightarrow{\text{電 解 }}\;\mathrm{H_2\uparrow + Cl_2\uparrow + 2NaOH}</math>
和硝酸銀反應 <math>\mathrm{ NaCl + AgNO_3 }\;\xrightarrow\;\mathrm{ NaNO_3 + AgCl }</math>
氯化鈉固體中加入濃硫酸 <math>\mathrm{2NaCl + H_2 SO_4(\text{濃 })}\;\xrightarrow{\bigtriangleup}\;\mathrm{2HCl + Na_2SO_4}</math>
<math>\mathrm{NaCl + H_2 SO_4(\text{濃 })}\;\xrightarrow{\text{微 熱 }}\;\mathrm{HCl\uparrow + NaHSO_4}</math>

製法[編輯]

腳本錯誤：沒有「Multiple image」這個模塊。 海水和鹽湖是氯化鈉的主要來源。

  • 蒸發鹹水（如晾曬海水），在水沒有完全蒸乾前濾出氯化鈉晶體。適合大量生產。[18]
  • 少量精製：將粗鹽溶解於水中，過濾掉不溶性雜質，再加精製劑如NaOH、Na2CO3 和CaCl2 等，使SO42−、Ca2+、Mg2+ 等可溶性雜質轉化成沉澱，並濾除。最後用鹽酸將pH調節至7以下，蒸乾溶液，得到氯化鈉晶體。
  • 實驗室里的製備方法：將過量的鹽酸和氫氧化鈉，碳酸氫鈉，氧化鈉或碳酸鈉等鈉鹽的水溶液混合，或將過氧化氫與次氯酸鈉溶液混合，蒸乾溶液，析出氯化鈉晶體。

<chem>HCl(aq) + NaOH(aq) -> NaCl(aq) + H2O(l)</chem> <chem>HCl(aq) + NaHCO3(aq) -> NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l)</chem> <chem>2HCl(aq) + Na2O(s) -> 2NaCl(aq) + H2O(l)</chem> <chem>4HCl(aq) + 2Na2O2(s) -> 4NaCl(aq) + O2(g) + 2H2O(l)</chem> <chem>2HCl(aq) + Na2CO3(aq) -> 2NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l)</chem> <chem>H2O2(aq) + NaClO(aq) -> NaCl(aq) + O2(g) + H2O(l)</chem>

  • 把金屬鈉放進鹽酸，蒸乾溶液，得到氯化鈉晶體。

<chem>2HCl(aq) + 2Na(s) -> 2NaCl(aq) + H2(g)</chem>

但此為爆炸性反應，一般不會使用。
  • 把金屬鈉加熱，並放進氯氣中混合，得到氯化鈉晶體。

<chem>2Na(s) + Cl2(g)-> 2NaCl(s)</chem>


用途[編輯]

腳本錯誤：沒有「Message box」這個模塊。 氯化鈉的用途很廣，使用量也大。根據1974年的統計數據，美國生產的氯化鈉中只有2.7%作為家用食鹽出售，16.6%用於路面除冰[19]，4.2%用於動物飼料，1.8%用於硬水軟化，剩餘60%以上均被用於工業生產[20]。

File:Table salt with salt shaker V1.jpg
食鹽是一種鹹味調料。

各種化合物的生產[編輯]

氯化鈉是各種化學反應的生產中（不管是直接還是間接使用）不可缺少的原料。

氯鹼法[編輯]

由電解飽和食鹽水溶液製取氫氧化鈉、氯氣和氫氣的工業生產方法，是重要的基礎化學工業之一。其反應如下： <math>\mathrm{2NaCl + 2H_2O}\; \xrightarrow{\text{電 解 }}\;\mathrm{H_2\uparrow + Cl_2\uparrow + 2NaOH}</math>

氨鹼法[編輯]

也叫索爾維法，是工業生產碳酸鈉的主要方法。此反應需要氯化鈉和石灰石，其產物是氯化鈣和碳酸鈉。 <chem>2NaCl + CaCO3 -> CaCl2 + Na2CO3</chem>

聯合制鹼法[編輯]

也叫侯氏制鹼法，同樣是工業生產碳酸鈉的主要方法。此反應需要氯化鈉、水、二氧化碳和氨氣，其產物是氮肥氯化銨和碳酸氫鈉，再經加熱使碳酸氫鈉分解為碳酸鈉。

<chem>NaCl + CO2 + NH3 + H2O -> NaHCO3 + NH4Cl</chem>

硬水軟化[編輯]

硬水（如井水）含有大量的鎂離子和鈣離子。硬水有許多危害，包括降低洗衣液的效果和阻塞水管，因此需要用離子交換樹脂將其置換出來。氯化鈉用於更新已失效的離子交換樹脂，使其能重複使用。

餐飲[編輯]

腳本錯誤：沒有「main」這個模塊。 氯化鈉能產生人類能感知的鹹味，是一種常見的調味料。食鹽中一般含有97至99%的氯化鈉[21][22]。此外，海鹽及新鮮開採的石鹽（多數來自史前海洋）也含有微量的稀有元素，這些稀有元素通常對健康有益。

食鹽中的鈉是人體必需的營養素之一，但攝取過量的食鹽易得高血壓[23]，或其它心血管疾病[24]。世界衛生組織建議，成年人每天應攝取少於2克的鈉，相當於5克食鹽[25]。

醫學[編輯]

腳本錯誤：沒有「main」這個模塊。 氯化鈉對於地球上的生命非常重要。大部分生物組織中含有多種鹽類。鈉離子在體內負責調節神經衝動的傳導。血液中的鈉離子濃度直接關係到體液的安全水平的調節，濃度失常會導致高鈉血症或低血鈉症。[26]

0.9%的氯化鈉水溶液稱為生理鹽水，因為它與血漿有相同的滲透壓。生理鹽水是主要的體液替代物，廣泛用於治療及預防脫水Template:Efn，也用於靜脈注射治療及預防血量減少性休克。

工業[編輯]

氯化鈉是無機重化工業的基礎，在無機化工中，使用的食鹽比其他任何原料都要多[27]。其中，消耗食鹽最多的工藝是氯鹼法，該工藝通過電解食鹽水製備氫氧化鈉、氯氣和氫氣，通過電解熔鹽獲得金屬鈉和氯氣。氯氣主要被用於合成含氯有機化合物（如氯氟烴、聚氯乙烯）和消毒漂白，氫氧化鈉則被廣泛運用於無機化工和紙漿處理。另一種消耗食鹽量比較大的工藝是氨鹼法，該法通過往食鹽水中注入氨和二氧化碳來製備碳酸氫鈉，進而製備碳酸鈉。大部分碳酸鈉被用於製造玻璃。[28]

道路[編輯]

用於路面除冰是除了工業生產之外鹽的主要用途。

註釋[編輯]

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參考資料[編輯]

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Template:Cite book
  2. ↑ RefractiveIndex.INFO: Refractive index of NaCl (Sodium chloride) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
  3. ↑ W.T.Barrett, W.E.Wallace: Studies of NaCl-KCI Solid Solutions. I. Heats of Formation, Lattice Spacings, Densities, Schottky Defects and Mutual Solubilities. In: Journal of the American Chemical Society 76(2), 1954, S. 366–369, doi:10.1021/ja01631a014
  4. ↑ Template:Cite journal
  5. ↑ Template:Cite web
  6. ↑ Template:Cite book
  7. ↑ Template:Cite web
  8. ↑ Elvers, B. et al. (ed.) (1991) Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed. Vol. A24, Wiley, p. 319, ISBN 978-3-527-20124-2.
  9. ↑ L Shu, IJ Obagbemi, S Liyanaarachchi, D Navaratna, R Parthasarathy, V Jegatheesan (2016) Why does pH increase with CaCl2 as draw solution during forward osmosis filtration,Process Safety and Environmental Protection 104, 465–471
  10. ↑ Template:Cite book
  11. ↑ G. Westphal, G. Kristen, W. Wegener, P. Ambatiello, H. Geyer, B. Epron, C. Bonal, G. Steinhauser, F. Götzfried: Sodium Chloride, in: Ullmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2012; doi:10.1002/14356007.a24_317.pub4.
  12. ↑ Template:Cite journal
  13. ↑ Template:Cite book
  14. ↑ Template:Cite web
  15. ↑ Lincoln, S. F.; Richens, D. T. and Sykes, A. G. (2003) "Metal Aqua Ions" Comprehensive Coordination Chemistry II Volume 1, pp. 515–555. doi:10.1016/B0-08-043748-6/01055-0
  16. ↑ Template:Cite book
  17. ↑ Template:Cite web
  18. ↑ Salt （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, U.S. Geological Survey
  19. ↑ Rastogi, Nina (16 February 2010) Does road salt harm the environment? （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） slate.com.
  20. ↑ Westphal, Gisbert et al. (2002) "Sodium Chloride" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim doi:10.1002/14356007.a24_317.pub4.
  21. ↑ Template:Cite web
  22. ↑ Template:Cite web
  23. ↑ Template:Cite web
  24. ↑ Template:Cite journal
  25. ↑ Template:Cite web
  26. ↑ Template:Cite journal
  27. ↑ Dennis S. Kostick Salt （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, U.S. Geological Survey, 2008 Minerals Yearbook
  28. ↑ Template:Cite book

參考文獻[編輯]

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參見[編輯]

外部連結[編輯]

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