Alliage sodium-potassium - Sodium–potassium alloy

Alliage sodium-potassium
NaK Alloy.jpg
Alliage sodium-potassium sous huile minérale.
Taper alliage métallique
Propriétés physiques
Densité (ρ)
Propriétés thermiques
Température de fusion (T m ) −12,6 ° C
Conductivité thermique (k) à 100 ° C 22,4 W / m⋅K
Capacité thermique spécifique (c) 982 J / kg⋅K
Propriétés électriques
Résistivité de surface 33,5 à 72,0 µΩ⋅cm
La source

L'alliage sodium-potassium , familièrement appelé NaK (généralement prononcé / n æ k / ), est un alliage de métaux alcalins sodium (Na, numéro atomique 11) et potassium (K, numéro atomique 19) qui est normalement liquide à température ambiante. Diverses qualités commerciales sont disponibles. NaK est très réactif avec l'eau (comme ses éléments constitutifs) et peut prendre feu lorsqu'il est exposé à l'air , il doit donc être manipulé avec des précautions particulières.

Propriétés

Diagramme de phase solide-liquide du sodium et du potassium

Propriétés physiques

Le NaK contenant 40% à 90% en poids de potassium est liquide à température ambiante . Le mélange eutectique se compose de 77% de potassium et 23% de sodium, est liquide de -12,6 à 785 ° C (9,3 à 1445,0 ° F) et a une densité de 866 kg / m 3 à 21 ° C (70 ° F) et 855 kg / m 3 à 100 ° C (212 ° F), ce qui le rend moins dense que l'eau. Il est très réactif avec l'eau et est généralement stocké sous hexane ou d'autres hydrocarbures, ou sous un gaz inerte (généralement de l' azote ou de l' argon sec ) si une grande pureté et de faibles niveaux d'oxydation sont nécessaires.

NaK a une tension superficielle très élevée , ce qui en fait de grandes quantités de prendre la forme d'un chignon . Sa capacité thermique spécifique est de 982 J / kg⋅K , soit environ un quart de celle de l'eau, mais le transfert de chaleur est plus élevé sur un gradient de température en raison d'une conductivité thermique plus élevée.

Propriétés chimiques

Lorsqu'il est stocké à l' air , il forme une couche de superoxyde de potassium jaune et peut s'enflammer. Ce superoxyde réagit de manière explosive avec l'eau et les matières organiques. NaK n'est pas assez dense pour couler dans la plupart des hydrocarbures , mais coulera dans une huile minérale plus légère . Il n'est pas sûr de stocker de cette manière si le superoxyde s'est formé. Une importante explosion a eu lieu à l' installation d' Oak Ridge Y-12 le 8 décembre 1999, lorsque NaK nettoyé après un déversement accidentel et traité de manière inappropriée avec de l'huile minérale a été rayé avec un outil en métal. L'alliage liquide attaque également le PTFE ("Teflon").

Autres alliages à bas point de fusion

D'autres alliages à bas point de fusion sont le Cs 77 K 23 à -37,5 ° C, le Cs 95 Na 5 à -30 ° C et le Na 8 Rb 92 à -5 ° C. L'alliage constitué de 40,8% de césium, 11,8% de sodium et 47,4% de potassium a un point de fusion de -79,4 ° C.

Usage

Liquide de refroidissement

Le NaK a été utilisé comme réfrigérant dans des réacteurs nucléaires expérimentaux à neutrons rapides . Contrairement aux usines commerciales, celles-ci sont fréquemment fermées et vidangées. L'utilisation de plomb ou de sodium pur, les autres matériaux utilisés dans les réacteurs pratiques, nécessiterait un chauffage continu pour maintenir le liquide de refroidissement sous forme liquide. L'utilisation de NaK surmonte ce problème. Le Dounreay Fast Reactor en est un exemple.

Les satellites radar soviétiques RORSAT étaient alimentés par un réacteur BES-5 , qui était refroidi au NaK. En plus de la large plage de température du liquide, NaK a une pression de vapeur très faible , ce qui est important dans le vide de l' espace .

Une conséquence involontaire de l'utilisation comme liquide de refroidissement sur les satellites en orbite a été la création de débris spatiaux supplémentaires . Le liquide de refroidissement NaK a fui d'un certain nombre de satellites, dont Kosmos 1818 et Kosmos 1867 . Le liquide de refroidissement se forme lui-même en gouttelettes de sodium-potassium d'une taille pouvant atteindre plusieurs centimètres. Ces objets sont des débris spatiaux.

Le Danamics LMX Superleggera refroidisseur CPU utilise NaK à la chaleur de transport de la CPU vers ses ailettes de refroidissement.

Déshydratant

Au contact de l'eau, de l' hydrogène est créé. Par conséquent, les alliages sodium-potassium sont utilisés comme déshydratants dans les solvants de séchage avant distillation .

Fluide hydraulique

Le NaK eutectique (NaK-77) peut être utilisé comme fluide hydraulique dans des environnements à haute température et à fort rayonnement, pour des plages de température de -12 à 760 ° C (10 à 1400 ° F). Son module en vrac à 538 ° C (1000 ° F) est de 2,14 GPa, supérieur à celui d'une huile hydraulique à température ambiante. Son pouvoir lubrifiant est médiocre, de sorte que les pompes volumétriques ne conviennent pas et que des pompes centrifuges doivent être utilisées. L'ajout de césium déplace la plage de températures utiles de -71 à 704 ° C (-96 à 1299 ° F). NaK-77 a été testé dans des systèmes hydrauliques et fluidiques pour le missile supersonique à basse altitude .

Méthodes chimiques

NaK peut être utilisé comme catalyseur dans certaines réactions, telles que la production d' ibuprofène .

Synthèse et production

Industriellement, NaK est produit dans une distillation réactive . Dans ce processus continu, une colonne de distillation est alimentée en chlorure de potassium et en sodium. Dans la zone de réaction, le chlorure de potassium réagit avec le sodium pour former du chlorure de sodium et du potassium. Le potassium à point d'ébullition plus léger est enrichi dans une zone de fractionnement supérieure et aspiré en tête de colonne tandis que le chlorure de sodium fondu est soutiré par le bas.

Voir également

Les références