La aleación de sodio y potasio , coloquialmente llamada NaK (comúnmente pronunciada / n æ k / ), [2] es una aleación de los metales alcalinos sodio (Na, número atómico 11) y potasio (K, número atómico 19) que normalmente es líquida a temperatura ambiente. [3] 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.
El NaK que contiene entre un 40% y un 90% de potasio en masa es líquido a temperatura ambiente . La mezcla eutéctica consta de un 77% de potasio y un 23% de sodio en masa (NaK-77), y es un líquido de −12,6 a 785 °C (9,3 a 1.445,0 °F), y tiene una densidad de 0,866 g/cm 3 a 21 °C (70 °F) y de 0,855 g/cm 3 a 100 °C (212 °F), lo que lo hace menos denso que el agua. [3] Es muy reactivo con el agua y se almacena normalmente bajo hexano u otros hidrocarburos, o bajo un gas inerte (normalmente nitrógeno seco o argón [5] ) si se requieren una alta pureza y bajos niveles de oxidación.
Un compuesto sólido, Na 2 K , existe a bajas temperaturas y contiene 46 por ciento de potasio en masa.
El NaK tiene una tensión superficial muy alta , lo que hace que grandes cantidades de este gas 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. [6]
Cuando se almacena en el aire , forma una capa amarilla de superóxido de potasio y puede encenderse. Este superóxido reacciona de forma explosiva con el agua y los compuestos orgánicos. El NaK no es lo suficientemente denso como 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 la instalación Oak Ridge Y-12 el 8 de diciembre de 1999 , cuando el NaK limpiado después de un derrame accidental y tratado de forma inapropiada con aceite mineral se rayó con una herramienta de metal. [7] La aleación líquida también ataca al PTFE ("teflón"). [8] La aleación de sodio y potasio polimeriza el dimetildiclorosilano en polisilanos con una cadena principal de Si-Si y radicales metilo, principalmente dodecametilciclohexasilano . [9]
Otras aleaciones con puntos de fusión bajos son Cs 77 K 23 a −37,5 °C (−35,5 °F), Cs 19 Na a −30 °C (−22 °F) y Na 2 Rb 23 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). [ aclaración necesaria ]
El NaK se ha utilizado como refrigerante en reactores nucleares de neutrones rápidos experimentales . A diferencia de las plantas comerciales, estos reactores suelen apagarse y se les quita el combustible. El uso de plomo o sodio puro, los otros materiales que se utilizan en los reactores prácticos, requeriría un calentamiento continuo para mantener el refrigerante en estado líquido. El uso de NaK soluciona este problema. El reactor rápido de Dounreay es un ejemplo.
El primer reactor nuclear en el espacio, [10] [11] el satélite experimental SNAP-10A de los Estados Unidos , utilizó NaK como refrigerante. El NaK se hizo circular a través del núcleo y los convertidores termoeléctricos mediante una bomba de conducción de corriente continua de metal líquido . [12] El satélite se lanzó en 1965, [13] y, a partir de 2022, es el único sistema de energía de reactor de fisión lanzado al espacio por los Estados Unidos. [14]
Los satélites de radar soviéticos RORSAT estaban propulsados por un reactor BES-5 , que se enfriaba con NaK. [15] [16] Además del amplio rango de temperatura del líquido, el NaK tiene una presión de vapor muy baja , lo que es importante en el vacío del espacio .
Una consecuencia no deseada de su uso como refrigerante en 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 gotitas de sodio y potasio de hasta varios centímetros de tamaño. [17] Estos objetos son desechos espaciales. [18]
El disipador de calor de CPU Danamics LMX Superleggera utiliza NaK para transportar el calor desde la CPU hasta sus aletas de enfriamiento. [19]
En contacto con el agua, se crea hidrógeno . [20] Por lo tanto, las aleaciones de sodio y potasio se utilizan como desecantes para secar disolventes antes de la destilación .
El NaK eutéctico (NaK-77, una aleación de 77% de potasio y 23% de sodio en masa) se puede utilizar como fluido hidráulico en entornos de alta temperatura y alta radiación, para rangos de temperatura de −12 a 760 °C (10 a 1.400 °F). Su módulo volumétrico a 538 °C (1.000 °F) es de 2,14 GPa, más alto que el de un aceite hidráulico a temperatura ambiente. Su lubricidad es deficiente, por lo que las bombas de desplazamiento positivo no son adecuadas y se deben utilizar bombas centrífugas. La adición de cesio cambia el rango de temperatura útil a −71 a 704 °C (−96 a 1.299 °F). El NaK-77 se probó en sistemas hidráulicos y fluídicos para el misil supersónico de baja altitud . [21] El NaK también se puede utilizar para transmitir fuerzas dentro de transductores de presión de alta temperatura como alternativa al mercurio. [22]
El NaK se puede utilizar como catalizador en algunas reacciones, como el isobutilbenceno , un precursor del ibuprofeno . [23]
Industrialmente, el NaK se produce en una destilación reactiva . [24]
![{\displaystyle {\ce {6 (CH3)2SiCl2 + 12 M -> [(CH3)2Si]6 + 12 MCl}}\ {\ce {(M = Na, K)}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/ed5ea6ce16092f39fc40b4bace119c4b6848953d)