ナトリウム

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ネオン ナトリウム マグネシウム
Li

Na

K
Element 1: 水素 (H),
Element 2: ヘリウム (He),
Element 3: リチウム (Li),
Element 4: ベリリウム (Be),
Element 5: ホウ素 (B),
Element 6: 炭素 (C),
Element 7: 窒素 (N),
Element 8: 酸素 (O),
Element 9: フッ素 (F),
Element 10: ネオン (Ne),
Element 11: ナトリウム (Na),
Element 12: マグネシウム (Mg),
Element 13: アルミニウム (Al),
Element 14: ケイ素 (Si),
Element 15: リン (P),
Element 16: 硫黄 (S),
Element 17: 塩素 (Cl),
Element 18: アルゴン (Ar),
Element 19: カリウム (K),
Element 20: カルシウム (Ca),
Element 21: スカンジウム (Sc),
Element 22: チタン (Ti),
Element 23: バナジウム (V),
Element 24: クロム (Cr),
Element 25: マンガン (Mn),
Element 26: 鉄 (Fe),
Element 27: コバルト (Co),
Element 28: ニッケル (Ni),
Element 29: 銅 (Cu),
Element 30: 亜鉛 (Zn),
Element 31: ガリウム (Ga),
Element 32: ゲルマニウム (Ge),
Element 33: ヒ素 (As),
Element 34: セレン (Se),
Element 35: 臭素 (Br),
Element 36: クリプトン (Kr),
Element 37: ルビジウム (Rb),
Element 38: ストロンチウム (Sr),
Element 39: イットリウム (Y),
Element 40: ジルコニウム (Zr),
Element 41: ニオブ (Nb),
Element 42: モリブデン (Mo),
Element 43: テクネチウム (Tc),
Element 44: ルテニウム (Ru),
Element 45: ロジウム (Rh),
Element 46: パラジウム (Pd),
Element 47: 銀 (Ag),
Element 48: カドミウム (Cd),
Element 49: インジウム (In),
Element 50: スズ (Sn),
Element 51: アンチモン (Sb),
Element 52: テルル (Te),
Element 53: ヨウ素 (I),
Element 54: キセノン (Xe),
Element 55: セシウム (Cs),
Element 56: バリウム (Ba),
Element 57: ランタン (La),
Element 58: セリウム (Ce),
Element 59: プラセオジム (Pr),
Element 60: ネオジム (Nd),
Element 61: プロメチウム (Pm),
Element 62: サマリウム (Sm),
Element 63: ユウロピウム (Eu),
Element 64: ガドリニウム (Gd),
Element 65: テルビウム (Tb),
Element 66: ジスプロシウム (Dy),
Element 67: ホルミウム (Ho),
Element 68: エルビウム (Er),
Element 69: ツリウム (Tm),
Element 70: イッテルビウム (Yb),
Element 71: ルテチウム (Lu),
Element 72: ハフニウム (Hf),
Element 73: タンタル (Ta),
Element 74: タングステン (W),
Element 75: レニウム (Re),
Element 76: オスミウム (Os),
Element 77: イリジウム (Ir),
Element 78: 白金 (Pt),
Element 79: 金 (Au),
Element 80: 水銀 (Hg),
Element 81: タリウム (Tl),
Element 82: 鉛 (Pb),
Element 83: ビスマス (Bi),
Element 84: ポロニウム (Po),
Element 85: アスタチン (At),
Element 86: ラドン (Rn),
Element 87: フランシウム (Fr),
Element 88: ラジウム (Ra),
Element 89: アクチニウム (Ac),
Element 90: トリウム (Th),
Element 91: プロトアクチニウム (Pa),
Element 92: ウラン (U),
Element 93: ネプツニウム (Np),
Element 94: プルトニウム (Pu),
Element 95: アメリシウム (Am),
Element 96: キュリウム (Cm),
Element 97: バークリウム (Bk),
Element 98: カリホルニウム (Cf),
Element 99: アインスタイニウム (Es),
Element 100: フェルミウム (Fm),
Element 101: メンデレビウム (Md),
Element 102: ノーベリウム (No),
Element 103: ローレンシウム (Lr),
Element 104: ラザホージウム (Rf),
Element 105: ドブニウム (Db),
Element 106: シーボーギウム (Sg),
Element 107: ボーリウム (Bh),
Element 108: ハッシウム (Hs),
Element 109: マイトネリウム (Mt),
Element 110: ダームスタチウム (Ds),
Element 111: レントゲニウム (Rg),
Element 112: コペルニシウム (Cn),
Element 113: ニホニウム (Nh),
Element 114: フレロビウム (Fl),
Element 115: モスコビウム (Mc),
Element 116: リバモリウム (Lv),
Element 117: テネシン (Ts),
Element 118: オガネソン (Og),
11Na
外見
銀白色
Na (Sodium).jpg
Sodium Spectra.jpg
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

ナトリウム: Natrium [ˈnaːtriʊm]: Natrium)は原子番号 11、原子量 22.99 の元素、またその単体金属である。元素記号Naアルカリ金属元素の一つで、典型元素である。薬学栄養学などの分野ではソジウムソディウム: sodium [ˈsoʊdiəm])とも言い、日本の工業分野では(特に化合物中において)ソーダ曹達)と呼ばれる[※ 1]。毒物及び劇物取締法により劇物に指定されている[2]

歴史[編集]

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。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[3]、あるいはラテン語natronナトロン[4]に由来するといわれる。

ドイツ語では Natrium、英語では sodium と呼ばれ、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)。日本に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。

単体[編集]

性質[編集]

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℃(他に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、保存する時は灯油に浸ける。後述化学反応に示すようにアルコール等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、灯油等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。

200 GPa(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[編集]

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3055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[編集]

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: 589.6 nmとD2: 589.0 nm)はナトリウムランプである。

生体にとっては重要な電解質の一つであり、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 135–145 mmol/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。

主な化学反応[編集]

  • 発熱反応・低融点のため水に固体ナトリウムを投げ込むとナトリウムが反応熱で溶融し細粒化して反応面積が激増して爆発する
(アルコール:R = アルキル基、フェノール類:R = 芳香族置換基)

化合物[編集]

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[編集]

ハロゲン化物[編集]

酸化物・水酸化物[編集]

その他の無機塩[編集]

有機酸塩[編集]

同位体[編集]

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、600 MK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[8]。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[9]。他の放射性同位体の半減期は全て1分未満である[10]。その他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[11]

脚注[編集]

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注釈[編集]

  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[編集]

  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. ^ 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
  3. ^ 近角、木越、田沼「最新元素知識」東京書籍、1976年
  4. ^ 桜井「元素111の新知識」BLUE BACKS、講談社、1997年。 ISBN 4-06-257192-7
  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. ^ Denisenkov, P. A.; Ivanov, V. V. (1987年). “Sodium Synthesis in Hydrogen Burning Stars”. Soviet Astronomy Letters 13: 214. Bibcode 1987SvAL...13..214D. 
  9. ^ 小村和久 (2006年). “「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. 
  10. ^ Audi, Georges; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A. H. (2003年). “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. 
  11. ^ Sanders, F. W.; Auxier, J. A. (1962年). “Neutron Activation of Sodium in Anthropomorphous Phantoms”. HealthPhysics 8 (4): 371–379. doi:10.1097/00004032-196208000-00005. PMID 14496815. 

関連項目[編集]

外部リンク[編集]