ナトリウム

ナトリウム: Natrium [ˈnaːtriʊm]: Natrium)は原子番号11の元素、およびその単体金属のことである。ソジウムソディウム: sodium [ˈsoʊdiəm])、ソーダ曹達)ともいう。元素記号Na原子量22.99。アルカリ金属元素、典型元素のひとつ。

ネオン ナトリウム マグネシウム
Li

Na

K
11Na
外見
銀白色


ナトリウムのスペクトル線
一般特性
名称, 記号, 番号 ナトリウム, Na, 11
分類 アルカリ金属
, 周期, ブロック 1, 3, s
原子量 22.98976928(2) 
電子配置 [Ne] 3s1
電子殻 2,8,1(画像)
物理特性
固体
密度室温付近) 0.968 g/cm3
融点での液体密度 0.927 g/cm3
融点 370.87 K, 97.72 °C, 207.9 °F
沸点 1156 K, 883 °C, 1621 °F
臨界点 (推定)2573 K, 35 MPa
融解熱 2.60 kJ/mol
蒸発熱 97.42 kJ/mol
熱容量 (25 °C) 28.230 J/(mol·K)
蒸気圧
圧力 (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
温度 (K) 554 617 697 802 946 1153
原子特性
酸化数 +1, 0, -1
(強塩基性酸化物)
電気陰性度 0.93(ポーリングの値)
イオン化エネルギー 第1: 495.8 kJ/mol
第2: 4562 kJ/mol
第3: 6910.3 kJ/mol
原子半径 186 pm
共有結合半径 166±9 pm
ファンデルワールス半径 227 pm
その他
結晶構造 体心立方構造
磁性 常磁性
電気抵抗率 (20 °C) 47.7 nΩ·m
熱伝導率 (300 K) 142 W/(m·K)
熱膨張率 (25 °C) 71 µm/(m·K)
音の伝わる速さ
(微細ロッド)
(20 °C) 3200 m/s
ヤング率 10 GPa
剛性率 3.3 GPa
体積弾性率 6.3 GPa
モース硬度 0.5
ブリネル硬度 0.69 MPa
CAS登録番号 7440-23-5
主な同位体
詳細はナトリウムの同位体を参照
同位体 NA 半減期 DM DE (MeV) DP
22Na trace 2.602 y β+γ 0.5454 22Ne*
1.27453(2)[1] 22Ne
εγ - 22Ne*
1.27453(2) 22Ne
β+ 1.8200 22Ne
23Na 100 % 中性子12個で安定

名称

ナトリウムという名称は、天然炭酸ソーダを意味するギリシャ語νίτρον[2]、あるいはラテン語natronナトロン[3]に由来するといわれている。

ドイツ語ではNatrium、英語ではsodiumと呼ばれる。いずれも近代にラテン語として造語された単語である(現代ラテン語ではnatriumが使われる)。日本ではドイツ語から輸入され、ナトリウムという名称が定着した。元素記号はドイツ語からNaになった一方、IUPAC名は英語からsodiumとされている。

日本では、薬学栄養学などの分野でソジウムソディウム: sodium [ˈsoʊdiəm])ともいう。工業分野では(特に化合物中において)ソーダ曹達)と呼ばれている[注釈 1]

歴史

1807年ハンフリー・デービー水酸化ナトリウム(苛性ソーダ)を電気分解することにより発見した。

危険性

毒物および劇物取締法により劇物に指定されている[4]

単体

性質

常温、常圧での結晶構造は、BCC構造(体心立方構造)。融点は98℃で、沸点は883℃(ほかに883℃、881℃という実験値あり)。比重は0.97で、わずかにより軽い。

非常に反応性の高い金属で、塩基に侵され、水と激しく反応する。下記に示される化学反応過程を経て水酸化ナトリウムとなるため、素手で触ると、手の表面にある水分と化合し、水酸化ナトリウムとなって皮膚を侵す。さらに空気中で容易に酸化されるため、天然には金属ナトリウム単体は存在しない。保存する際は灯油に浸ける。後述の化学反応に示すように、アルコールなどのプロトン溶媒とも反応するがエーテルや灯油とは反応しないため、灯油などを保存液体として使用する。イオン化する時は一価の陽イオンになりやすい。炎色反応黄色を呈する。

消防法第2条第7項及び別表第一第3類1号により第3類危険物に指定されている。

200GPa(約200万気圧)の高圧下では、結晶構造が変化し、金属光沢を失い透明になる[5]

生産

水酸化物や塩化物を融解塩電解することによって単体を得られる。カストナー法(原料NaOH)、ダウンズ法(原料NaCl)が知られる。2006年まで、新潟県に立地する日本曹達二本木工場が、国内で唯一工業的規模の金属ナトリウム製造を行っていたが、現在は操業を停止している。海外ではフランスのMAAS社とアメリカのDuPont社がダウンズ法で生産している[6]。日本の輸入量は2007年で3,055トンであった[7]。またカストナー法は工業生産としては使用されていない。

用途

熱伝導率がよく、高温でも液体で存在するため、単体としては高速増殖炉冷却材として用いられる。高性能自動車エンジンの排気バルブのステム内部に封入し、熱伝導を向上させる用途にも使われる。そのほかに、負極にナトリウム、正極に硫黄を使ったNaS電池がある。これは大型の非常用電源や、風力発電のエネルギー貯蔵に利用される。トンネルの中などに使われている発光(ナトリウムのD線、D1:589.6nmとD2:589.0nm)はナトリウムランプである。二本に分裂するのは3p軌道のスピン軌道相互作用によるものである。

生体にとっては重要な電解質のひとつであり、ヒトではその大部分が細胞外液に分布している。神経細胞や心筋細胞などの電気的興奮性細胞の興奮には、細胞内外のナトリウムイオン濃度差が不可欠である。細胞外濃度は135 - 145mmol/l程度に保たれており、細胞外液の陽イオンの大半を占める。そのため、ナトリウムイオンの過剰摂取は濃度維持のための水分貯留により、高血圧の大きな原因となる。

おもな化学反応

  • 空気中での反応性は高く、乾いた空気中でも速やかに酸化され、金属光沢を失う。
  • 水に固体ナトリウムを投げ込むと、水分子との接触によってナトリウム原子から電子が飛び出し、周囲の水に溶媒和され藍色を呈する[8]。突然に電子を失ったナトリウム陽イオンは、互いに近接しているため、クーロン力の大きな反発を受け爆発的に離散する(クーロン爆発)。陽イオン単位で離散したナトリウムは、水との接触面積が大きいため水との反応が進み、気体の水素が発生する。このときの反応熱によって水素ガスが空気中の酸素と反応して爆発を起こす[8]
  • アルコールカルボン酸フェノール類などのヒドロキシ基と反応して、水素を発生させながらアルコキシドなどを与える。
(アルコール:R=アルキル基、フェノール類:R=芳香族置換基)
  • ナトリウムは液体アンモニア中で電子1個を放出し陽イオンとなり、電子は溶媒であるアンモニアに囲われた溶媒和電子となる。バーチ還元はこの溶媒和電子によって起こる。
  • ハロゲンの単体と結合(反応)して、になる。

化合物

記事カテゴリ Category:ナトリウムの化合物 も参照。

オキソ酸の塩

ハロゲン化物

酸化物・水酸化物

その他の無機塩

有機酸塩

同位体

ナトリウムの同位体は20種類が知られているが、その中で安定同位体は23Naのみである。23Naは、恒星中での炭素燃焼過程において、2つの炭素原子の核融合によって生成される。この反応には、600MK以上の温度と、少なくとも太陽の3倍以上の質量を持つ恒星が必要となる[9]。その他のナトリウムの同位体は放射性同位体であるが、その中でも比較的半減期の長い22Na(半減期2.6年)および24Na(半減期15時間)の2つは宇宙線による核破砕によって生成され(宇宙線誘導核種)、自然中においては雨水などに痕跡量が存在している[10]。ほかの放射性同位体の半減期はすべて1分未満である[11]。そのほかに2つの核異性体が発見されており、長寿命のものでは半減期が20.2ミリ秒の24mNaがある。臨界事故などによる急性の中性子被曝では、人体の血液中に含まれる安定な23Naの一部が放射性同位体である24Naに変化する。そのため、被曝者の受けた中性子線量は血中における23Naに対する24Naの濃度比を測定することによって計算することができる[12]

脚注

注釈

  1. 炭酸水素ナトリウムを重炭酸ソーダ(重曹)と呼んだり、水酸化ナトリウムを苛性ソーダと呼ぶ。また、ナトリウム化合物を作ることから日本曹達や東洋曹達(現東ソー)などの名前の由来となっている。

出典

  1. Endt, P. M. ENDT, ,1 (1990) (12/1990). “Energy levels of A = 21-44 nuclei (VII)”. Nuclear Physics A 521: 1. doi:10.1016/0375-9474(90)90598-G.
  2. 近角、木越、田沼「最新元素知識」東京書籍、1976年
  3. 桜井「元素111の新知識」BLUE BACKS、講談社、1997年。 ISBN 4-06-257192-7
  4. 毒物及び劇物取締法 昭和二十五年十二月二十八日 法律三百三号 第二条 別表第二
  5. Yanming Ma et al., "Transparent dense sodium", Nature 458, 182-185 (2009). doi:10.1038/nature07786
  6. Sodium Metal from France”. U.S. International Trade Commission. 2012年8月4日閲覧。
  7. 『15509の化学商品』化学工業日報社、2009年2月。ISBN 978-4-87326-544-5。
  8. アルカリ金属の爆発の秘密が明らかに
  9. Denisenkov, P. A.; Ivanov, V. V. (1987). “Sodium Synthesis in Hydrogen Burning Stars”. Soviet Astronomy Letters 13: 214. Bibcode: 1987SvAL...13..214D.
  10. 小村和久 (2006). “「超低レベル放射能測定の現状と展望」まとめ”. RADIOISOTOPES 55 (11): 691-697. doi:10.3769/radioisotopes.55.691.
  11. Audi, Georges; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003). “The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A 729: 3–128. Bibcode: 2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
  12. Sanders, F. W.; Auxier, J. A. (1962). “Neutron Activation of Sodium in Anthropomorphous Phantoms”. HealthPhysics 8 (4): 371–379. doi:10.1097/00004032-196208000-00005. PMID 14496815.

外部リンク

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.