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一、合金的核心形成条件
合金是两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔合后形成均匀固相的物质,其关键前提是:
1. 液态下可互溶(通过熔融法制备时,需两者同时处于液态,才能均匀混合);
2. 固态下有一定固溶度(或形成稳定的金属间化合物),保证合金的均匀性。
二、钠与铁无法形成合金的关键原因
钠(Na)和铁(Fe)的物理化学性质差异极大,完全不符合合金的形成条件:
1. 熔点差异悬殊,无法熔融共混
钠的熔点仅97.8℃,沸点883℃;而铁的熔点高达1538℃,沸点2861℃。
当尝试熔炼铁时,钠会在铁熔化前(远低于1538℃时)就沸腾挥发,无法与液态铁均匀混合。因此,熔融法无法制备钠铁合金。
2. 固态下固溶度极低(原子半径差过大)
即使假设能强制混合,根据Hume-Rothery规则(合金形成的重要经验规则),原子半径差超过15%时,固溶度会极低。
钠的原子半径约186 pm,铁的原子半径约124 pm,半径差远大于15%的临界值,因此固态下钠和铁几乎不互溶,无法形成均匀的固溶体。
3. 化学性质活泼,反应难以控制
钠是极活泼的碱金属,易与空气中的氧气、水反应,甚至在高温下会与铁的氧化物(如炉渣中的FeO)剧烈反应:

这种反应会消耗钠,无法形成稳定的合金相。此外,钠的高反应性导致制备过程中易发生爆炸或氧化,实际操作中无法控制。
三、结论:钠与铁不能形成合金
由于熔点差异过大(无法熔融共混)、原子半径差过大(固态不互溶)和化学性质过于活泼(反应难以控制),钠与铁无法形成稳定的合金。
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