ナトリウム化合物
ナトリウムを含む化学元素

ナトリウム原子は11個の電子を持ち、これは希ガスであるネオンの安定配置よりも1個多い。そのため、ナトリウムは通常、Na +陽イオンを含むイオン化合物を形成する。[1]ナトリウムは反応性の高いアルカリ金属であり、イオン化合物中でははるかに安定している。また、金属間化合物や有機ナトリウム化合物も形成する。ナトリウム化合物はしばしば水に溶ける。

金属ナトリウム

金属ナトリウムは一般的にカリウムよりも反応性が低く、リチウムよりも反応性が高い。[2]金属ナトリウムは還元性が高く、Na + /Na 対の標準還元電位は-2.71ボルトである。[3]カリウムとリチウムはさらに低い電位を持つ。[4]溶融金属ナトリウムの熱的、流体的、化学的、および核的特性により、高速増殖炉 の主要な冷却材の一つとして選ばれている。このような原子炉はクリーンエネルギー生産の重要なステップと見なされている。[5]

塩と酸化物

塩化ナトリウムの構造。Na +中心とCl −中心の周りに八面体配位構造が見られる。この構造は水に溶解すると崩壊し、水が蒸発すると再び集合する。

ナトリウム化合物は商業的に非常に重要であり、特にガラス、紙、石鹸、繊維を生産する産業の中心となっています。[6]最も重要なナトリウム化合物は、食塩（NaCl ）、ソーダ灰（Na2CO3 ）、重曹（NaHCO3）、苛性ソーダ（NaOH）、硝酸ナトリウム（NaNO3 ）、二リン酸および三リン酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム（Na2S2O3 · 5H2O ）、ホウ砂（Na2B4O7 · 10H2O）です。[ 7 ]化合物中で、ナトリウムは通常、水および陰イオンとイオン結合しており、硬いルイス酸と見なされています。[8]

代表的な石鹸であるステアリン酸ナトリウムの化学構造を示す 2 つの等価画像。

ほとんどの石鹸は脂肪酸のナトリウム塩です。ナトリウム石鹸はカリウム石鹸よりも融点が高く（そして「硬い」ように見えます）、[7]ナトリウム含有混合酸化物は有望な触媒[9]および光触媒[10]です。光化学的に挿入されたナトリウムイオンは、 WO 3の光電気触媒活性を高めます[11]。

他のアルカリ金属と同様に、ナトリウムは水と発熱反応を起こします。この反応により苛性ソーダ（水酸化ナトリウム）と可燃性の水素ガスが発生します。空気中で燃焼すると、主に過酸化ナトリウムと少量の酸化ナトリウムが生成されます。[12]

水溶液

ナトリウムは、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、カルボン酸塩、炭酸塩などの水溶性化合物を形成する傾向があります。主な水溶性化合物は、水和錯体[Na(H 2 O) n ] + （ n = 4～8）です。X線回折データとコンピュータシミュレーションから、n = 6であることが示唆されています。 [13]

ナトリウム塩は一般に水との親和性が高いため、水溶液からのナトリウム塩の直接沈殿は稀である。例外として、ビスマス酸ナトリウム（NaBiO 3）が挙げられる。[14]ナトリウム塩は溶解度が高いため、通常は蒸発法、またはエタノールなどの有機貧溶媒を用いた沈殿法によって固体として単離される。例えば、塩化ナトリウムはエタノールにわずか0.35 g/Lしか溶解しない。[15] 15-クラウン-5のようなクラウンエーテルは、相間移動触媒として用いられることがある。[16]

試料中のナトリウム含有量は、原子吸光分光法またはイオン選択電極を用いた電位差測定法によって測定される。 [17]

エレクトライドとソダイド

他のアルカリ金属と同様に、ナトリウムはアンモニアや一部のアミンに溶解して濃い色の溶液を与える。これらの溶液を蒸発させると、光沢のある金属ナトリウムの膜が残る。この溶液は配位錯体（Na(NH 3 ) 6）+ を含み、正電荷は陰イオンとしての電子によって相殺される。これらの錯体はクリプタンドによって結晶固体として単離することができる。ナトリウムはクラウンエーテル、クリプタンド、その他の配位子と錯体を形成する。[18]

例えば、15-クラウン-5はナトリウムに対して高い親和性を示す。これは、15-クラウン-5の空洞サイズが1.7～2.2Åであり、ナトリウムイオン（1.9Å）を収容するのに十分な大きさであるためである。[19] [20]クリプタンドは、クラウンエーテルや他のイオノフォアと同様に、ナトリウムイオンに対して高い親和性を示す。アルカリ化物Na −の誘導体は、クリプタンドをアンモニア中のナトリウム溶液に加えることで不均化反応によって得られる[21]。[22]

有機ナトリウム化合物

ナトリウム（Na +、黄色で表示）と抗生物質モネンシンAの複合体の構造。

多くの有機ナトリウム化合物が合成されている。C-Na結合の極性が高いため、これらはカルバニオン（有機アニオンとの塩）の供給源として作用する。よく知られている誘導体としては、シクロペンタジエニドナトリウム（NaC 5 H 5）やトリチルナトリウム（(C 6 H 5 ) 3 CNa）などがある。[23]強力な還元剤である ナフタレンナトリウム（Na + [C 10 H 8 •] − ）は、エーテル溶液中でNaとナフタレンを混合すると生成される。[24]

金属間化合物

ナトリウムは、カリウム、カルシウム、鉛、第11族および第12族元素など、多くの金属と合金を形成する。ナトリウムとカリウムはKNa2およびNaKを形成する。NaKは40～90％がカリウムで、常温で液体である。優れた熱伝導体および電気伝導体である。ナトリウム-カルシウム合金は、 NaCl-CaCl2の二成分塩混合物およびNaCl-CaCl2-BaCl2の三成分混合物からナトリウムを電解生成する際に生成される副産物である。カルシウムはナトリウムと部分的にしか混和せず、これらの混合物から得られるナトリウムに溶解しているカルシウムの1～2％は、120℃に冷却して濾過することで沈殿させることができる。[25]

液体状態のナトリウムは鉛と完全に混和する。ナトリウム鉛合金の作製方法はいくつかある。一つは両者を溶融する方法、もう一つは溶融鉛陰極上にナトリウムを電解析出させる方法である。NaPb 3、NaPb、Na 9 Pb 4、Na 5 Pb 2、Na 15 Pb 4などが知られているナトリウム鉛合金である。ナトリウムは金（NaAu 2）や銀（NaAg 2）とも合金を形成する。第12族金属（亜鉛、カドミウム、水銀）はナトリウムと合金を形成することが知られている。NaZn 13とNaCd 2は亜鉛とカドミウムの合金である。ナトリウムと水銀はNaHg、NaHg 4、NaHg 2、Na 3 Hg 2、Na 3 Hgを形成する。[26]

参照

参考文献

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