La aleación de sodio-potasio , llamada coloquialmente 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 en temperatura ambiente. [3] Hay varios grados comerciales disponibles. El 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 77% de potasio y 23% de sodio en masa (NaK-77), es un líquido de -12,6 a 785 °C (9,3 a 1445,0 °F) y tiene una densidad de 0,866 g/cm 3. a 21 °C (70 °F) y 0,855 g/cm 3 a 100 °C (212 °F), lo que la hace menos densa que el agua. [3] 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 [5] ) si se requieren alta pureza y bajos niveles de oxidación.
A bajas temperaturas existe un compuesto sólido, Na 2 K , que contiene 46 por ciento de potasio en masa.
El NaK tiene una tensión superficial muy alta , lo que hace que grandes cantidades de él se formen en forma de bollo . Su capacidad calorífica específica es 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 al aire , forma una capa amarilla de superóxido de potasio y puede encenderse. Este superóxido reacciona explosivamente con agua y sustancias orgánicas. El NaK no es lo suficientemente denso como para hundirse en la mayoría de los hidrocarburos , pero se hundirá en aceites minerales más ligeros . No es seguro almacenarlo de esta manera si se ha formado superóxido. El 8 de diciembre de 1999 se produjo una gran explosión en las instalaciones de Oak Ridge Y-12 , cuando NaK, limpiando un derrame accidental y tratado inadecuadamente con aceite mineral, fue rayado con una herramienta de metal. [7] La aleación líquida también ataca al PTFE ("Teflón"). [8]
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). [ se necesita aclaración ]
NaK se ha utilizado como refrigerante en reactores nucleares experimentales de neutrones rápidos . A diferencia de las plantas comerciales, éstas se cierran y se les vacía el combustible 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 en forma líquida. El uso de NaK supera esto. El reactor rápido de Dounreay es un ejemplo.
Los satélites de radar soviéticos RORSAT estaban propulsados por un reactor BES-5 enfriado con NaK. [9] [10] Además del amplio rango de temperatura del líquido, el 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 satélites en órbita ha sido la creación de desechos espaciales adicionales . Se ha producido una fuga de refrigerante NaK de varios satélites, incluidos Kosmos 1818 y Kosmos 1867 . El refrigerante se autoforma en gotas de sodio-potasio de hasta varios centímetros de tamaño. [11] Estos objetos son desechos espaciales. [12]
El disipador de CPU Danamics LMX Superleggera utiliza NaK para transportar el calor desde la CPU a sus aletas de refrigeración. [13]
En contacto con el agua se crea hidrógeno . [14] Por lo tanto, las aleaciones de sodio y potasio se utilizan como desecantes en disolventes de secado 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 760 °C). 1.400 °F). Su módulo de volumen a 538 °C (1000 °F) es 2,14 GPa, superior al de un aceite hidráulico a temperatura ambiente. Su lubricidad es mala, 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 de -71 a 704 °C (-96 a 1299 °F). NaK-77 fue probado en sistemas hidráulicos y fluídicos para el misil supersónico de baja altitud . [15] El NaK también se puede utilizar para transmitir fuerzas dentro de transductores de presión de alta temperatura como alternativa al mercurio. [dieciséis]
El NaK se puede utilizar como catalizador en algunas reacciones, como el isobutilbenceno , un precursor del ibuprofeno . [17]
Industrialmente, el NaK se produce mediante una destilación reactiva . [18]