Aleación de sodio y potasio

Aleación de sodio y potasio, coloquialmente llamada NaK (comúnmente pronunciado), es una aleación de los metales alcalinos sodio (Na, número atómico 11) y potasio (K, número atómico 19) que normalmente es líquido a temperatura ambiente. Hay varios grados comerciales disponibles. NaK es altamente reactivo con el agua (al igual que sus elementos constituyentes) y puede incendiarse cuando se expone al aire, por lo que debe manipularse con precauciones especiales.

Propiedades

Propiedades físicas

El NaK que contiene del 40 % al 90 % de potasio en masa es líquido a temperatura ambiente. La mezcla eutéctica consta de 77 % de potasio y 23 % de sodio en masa (NaK-77), y es un líquido de −12,6 a 785 °C (9,3 a 1445,0 °F), y tiene una densidad de 0,866 g/cm³ a 21 °C (70 °F) y 0,855 g/cm³ a 100 °C (212 °F), lo que lo hace menos denso que el agua. Es altamente reactivo con el agua y generalmente se almacena bajo hexano u otros hidrocarburos, o bajo un gas inerte (generalmente nitrógeno seco o argón) si se requiere alta pureza y bajos niveles de oxidación.

A solid compound, Na2K, exists at low temperatures, containing 46 percent potassium by mass.

NaK tiene una tensión superficial muy alta, lo que hace que grandes cantidades de él adopten la forma de un bollo. Su capacidad calorífica específica es de 982 J/(kg⋅K), que es aproximadamente una cuarta parte de la del agua, pero la transferencia de calor es mayor en un gradiente de temperatura debido a una mayor conductividad térmica.

Propiedades químicas

Cuando se almacena en el aire, forma una capa amarilla de superóxido de potasio y puede encenderse. Este superóxido reacciona explosivamente con agua y compuestos orgánicos. NaK no es lo suficientemente denso para hundirse en la mayoría de los hidrocarburos, pero se hundirá en el aceite mineral más ligero. No es seguro almacenarlo de esta manera si se ha formado el superóxido. Una gran explosión tuvo lugar en las instalaciones de Oak Ridge Y-12 el 8 de diciembre de 1999, cuando NaK limpió después de un derrame accidental y se trató de manera inapropiada con aceite mineral y se rayó con una herramienta de metal. La aleación líquida también ataca al PTFE ("Teflon").

Otras aleaciones con bajo punto de fusión

Otras aleaciones con puntos de fusión bajos son Cs₇₇K ₂₃ a −37,5 °C (−35,5 °F), Cs₁₉Na a −30 °C (−22 °F) y Na₂Rb₂₃ a −5 °C (23 °F). La aleación que consta de 40,8 % de cesio, 11,8 % de sodio y 47,4 % de potasio tiene un punto de fusión de -79,4 °C (-110,9 °F).

Uso

Refrigerante

NaK se ha utilizado como refrigerante en reactores nucleares de neutrones rápidos experimentales. A diferencia de las plantas comerciales, estas se cierran y descargan con frecuencia. El uso de plomo o sodio puro, los otros materiales utilizados en los reactores prácticos, requeriría un calentamiento continuo para mantener el refrigerante como líquido. El uso de NaK supera esto. El reactor rápido de Dounreay es un ejemplo.

Los satélites de radar RORSAT soviéticos funcionaban con un reactor BES-5, que se enfriaba con NaK. Además del amplio rango de temperatura del líquido, NaK tiene una presión de vapor muy baja, lo cual es importante en el vacío del espacio.

Una consecuencia no deseada del uso como refrigerante en los satélites en órbita ha sido la creación de desechos espaciales adicionales. El refrigerante NaK se ha filtrado de varios satélites, incluidos Kosmos 1818 y Kosmos 1867. El refrigerante se autoforma en gotas de sodio y potasio de hasta varios centímetros de tamaño. Estos objetos son basura espacial.

El enfriador de CPU Danamics LMX Superleggera utiliza NaK para transportar el calor de la CPU a sus aletas de enfriamiento.

Desecante

En contacto con el agua se crea hidrógeno. Por lo tanto, las aleaciones de sodio y potasio se usan como desecantes en el secado de solventes antes de la destilación.

Líquido hidráulico

El NaK eutéctico (NaK-77, una aleación de 77 % de potasio y 23 % de sodio en masa) se puede usar como fluido hidráulico en entornos de alta temperatura y alta radiación, para rangos de temperatura de -12 a 760 °C (10 a 1400 °F). Su módulo de volumen a 538 °C (1000 °F) es de 2,14 GPa, superior al de un aceite hidráulico a temperatura ambiente. Su lubricidad es pobre, por lo que las bombas de desplazamiento positivo no son adecuadas y se deben usar bombas centrífugas. La adición de cesio cambia el rango de temperatura útil de −71 a 704 °C (−96 a 1299 °F). NaK-77 se probó en sistemas hidráulicos y fluídicos para el misil supersónico de baja altitud. NaK también se puede utilizar para transmitir fuerzas dentro de transductores de presión de alta temperatura como alternativa al mercurio.

Métodos químicos

NaK se puede utilizar como catalizador en algunas reacciones, como la producción de ibuprofeno.

Síntesis y producción

Industrialmente, NaK se produce en una destilación reactiva.