ナトリウム

ナトリウム、  11 Na
銀色の金属の大きな3つの部分
ナトリウム
外観銀白色メタリック
標準原子量 A r °(Na)
  • 22.989 769 28 ± 0.000 000 02 [1]
  • 22.990 ± 0.001  （要約）[2]
周期表におけるナトリウム
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
リ
↑
ナ
↓
カ
ネオン←ナトリウム→マグネシウム
原子番号 （Z）11
グループ第1族：水素とアルカリ金属
期間期間3
ブロック  Sブロック
電子配置[ネ] 3秒1
殻あたりの電子数2、8、1
物理的特性
STPでの 位相固体
融点370.944  K (97.794 °C、208.029 °F)
沸点1156.090 K (882.940 °C、1621.292 °F)
密度（20℃）0.9688 g/cm 3 [3]
液体の場合（  mp）0.927 g/cm 3
臨界点2573 K、35 MPa （外挿）
融解熱2.60  kJ/モル
蒸発熱97.42 kJ/モル
モル熱容量28.230 J/(モル·K)
蒸気圧
P （パ）1101001キロ1万10万
T （K）で 5546176978029461153
原子の性質
酸化状態共通: +1
−1、[4]
電気陰性度ポーリングスケール：0.93
イオン化エネルギー
  • 1位: 495.8 kJ/mol
  • 2位: 4562 kJ/mol
  • 3位: 6910.3 kJ/mol
  • （もっと）
原子半径経験的: 午後186時
共有結合半径166±9時
ファンデルワールス半径午後2時27分
スペクトル範囲における色の線
ナトリウムのスペクトル線
その他の特性
自然発生原始的な
結晶構造体心立方格子（bcc）（cI2）
格子定数
ナトリウムの体心立方結晶構造
a  = 428.74 pm (20℃) [3]
熱膨張69.91 × 10 −6 /K（20℃）[3]
熱伝導率142 W/(m⋅K)
電気抵抗率47.7 nΩ⋅m（20℃）
磁気秩序常磁性[5]
モル磁化率+16.0 × 10 -6  cm 3 /mol (298 K) [6]
ヤング率10GPa
せん断弾性率3.3 GPa
体積弾性率6.3 GPa
音速の 細い棒3200 m/s（20℃）
モース硬度0.5
ブリネル硬度0.69 MPa
CAS番号7440-23-5
歴史
ネーミングおそらくアラビア語の「suda」（頭痛）から来ており、ソーダは抗頭痛薬として使われていた。
発見と最初の分離ハンフリー・デイビー（1807）
シンボル「Na」：新ラテン語の natriumから来ており、ドイツ語のNatron（ナトロン）から造語された。
ナトリウムの同位体
主な同位体[7]減衰
アイソトープ豊富半減期 （t 1/2）モード製品
22ナトレース2.6019年β +22ネ
23ナ100%安定した
24ナトレース14.956時間β −24mg​
 カテゴリー: ナトリウム
|参照

ナトリウムは化学元素であり、記号 はNa（新ラテン語の natriumに由来）で原子番号は11 です。柔らかく、銀白色で、反応性の高い金属 です。ナトリウムはアルカリ金属で、周期表の第 1 族に属します。唯一の安定同位体は23 Naです。自由金属は自然界には存在せず、化合物から生成する必要があります。ナトリウムは地殻で 6 番目に多い元素であり、長石、方ソーダ石、岩塩(NaCl)など、数多くの鉱物に存在します。ナトリウムの塩の多くは水に非常に溶けやすく、ナトリウム イオンは何千年もの間、地球の鉱物から水の作用によって浸出してきたため、海では重量でナトリウムと塩素が最も一般的な溶解元素となっています。

ナトリウムは、1807年にハンフリー・デービーによって水酸化ナトリウムの電気分解によって初めて単離されました。他の多くの有用なナトリウム化合物の中でも、水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）は石鹸の製造に使用され、塩化ナトリウム（食用塩）は凍結防止剤や人間を含む動物の栄養源として使用されています。

ナトリウムはすべての動物と一部の植物にとって必須の元素です。ナトリウムイオンは細胞外液（ECF）中の主要な陽イオンであり、そのためECF浸透圧に大きく寄与しています。[8]動物細胞は、細胞外のナトリウムイオン濃度を内部の約10倍に維持するために、細胞膜に埋め込まれた酵素複合体であるナトリウム-カリウムポンプによって、ナトリウムイオンを細胞外に能動的に排出しています。 [9]神経細胞では、電位依存性ナトリウムチャネルを通じて細胞内へのナトリウムイオンの急激な流入により、活動電位と呼ばれるプロセスで神経インパルスの伝達が可能になります。

特徴

物理的な

ナトリウムの発光スペクトル（ D線を示す）

ナトリウムは常温常圧下では銀色の柔らかい金属で、空気中の酸素と結合して酸化ナトリウムを形成します。バルクのナトリウムは通常、油または不活性ガス中に保存されます。金属ナトリウムはナイフで簡単に切断できます。また、電気と熱の優れた伝導体でもあります。

ナトリウムの融点（98℃）と沸点（883℃）はリチウムよりも低いが、より重いアルカリ金属であるカリウム、ルビジウム、セシウムよりも高く、グループ内で周期的な変化を示している。[10]これらの特性は高圧下で劇的に変化する。1.5  Mbarでは銀色の金属色から黒色に変化し、1.9 Mbarでは赤色の透明になり、3 Mbarではナトリウムは透明な固体となる。これらの高圧同素体はすべて絶縁体であり、電子化物である。[11]

ナトリウムの炎色試験で陽性反応を示す場合は、明るい黄色になります。

炎色試験において、ナトリウムとその化合物は黄色に光ります[12]。これは、ナトリウムの励起3s電子が3p軌道から3s軌道に遷移する際に光子を放出するためです。この光子の波長は約589.3nmのD線に相当します。3p軌道の電子が関与するスピン軌道相互作用により、D線は589.0nmと589.6nmの2つに分裂します。両軌道が関与する超微細構造により、さらに多くの線が発生します[13] 。

同位体

ナトリウムには20種類の同位体が知られていますが、安定しているのは23 Naだけです。23 Naは、恒星の炭素燃焼過程で2つの炭素原子が融合して生成されます。このためには、600メガケルビン以上の温度と、少なくとも太陽の3倍の質量を持つ恒星が必要です。[14] 2種類の放射性同位体は、宇宙線破砕の副産物です。22 Naの半減期は2.6年、 24 Naの半減期は15時間です。その他の同位体の半減期は1分未満です。[15]

2つの核異性体が発見されており、半減期が約20.2ミリ秒の長寿命の24m Naがこれに該当します。原子力臨界事故などの急性中性子放射線は、ヒトの血液中の安定な23 Naの一部を24 Naに変換します。被害者の中性子放射線量は、 23 Naに対する24 Naの濃度を測定することで算出できます。[16]

化学

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1個多い。第一イオン化エネルギーと第二イオン化エネルギーはそれぞれ495.8 kJ/molと4562 kJ/molである。その結果、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。[17]

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。[18]金属ナトリウムは還元性が高く、Na + /Naカップルの標準還元電位は-2.71ボルトであるが、[19]カリウムとリチウムはさらに負の電位を持つ。[20]

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で中心的な役割を果たしています。[21]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。[ 22 ]化合物中では、ナトリウムは通常、水や陰イオンとイオン結合しており、硬いルイス酸としてみなされています。[23]

典型的な石鹸であるステアリン酸ナトリウムの化学構造の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）、その性質は変わりません。[22]

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。[24]

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。 [25]

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）[26]があり、これは冷水には不溶で、熱水中では分解する。[27]化合物の溶解度が高いため、ナトリウム塩は通常、蒸発またはエタノールなどの有機貧溶媒を用いた沈殿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。[28] 15-クラウン-5などのクラウンエーテルは、相間移動触媒として使用されることがある。[29]

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。 [30]

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形成します。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ります。この溶液には配位錯体[Na(NH 3 ) 6 ] +が含まれており、正電荷は陰イオンの電子によって相殺されます。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ます。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します。[31]

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。[32] [33]クラウンエーテルや他のイオノフォアと同様に、クリプタンドも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、アンモニア中のナトリウム溶液にクリプタンドを加えることで不均化反応を経て得られる[34]。[35]

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。[36]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。[37]

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製造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。[38]

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気分解で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。[39]

歴史

塩は人間の健康にとって重要であるため、古くから重要な物資でした。中世ヨーロッパでは、ラテン語でソーダナムと呼ばれるナトリウム化合物が頭痛薬として使われていました。「ナトリウム」という名称は、頭痛を意味するアラビア語の「スダ」に由来すると考えられています。炭酸ナトリウム、あるいはソーダの頭痛緩和作用は古代からよく知られていたからです。[40]

ナトリウム（ソーダとも呼ばれる）は、化合物中では古くから認識されていたものの、金属そのものは1807年にハンフリー・デービー卿が水酸化ナトリウムの電気分解によって単離するまで単離されることはなかった。[41] [42] 1809年、ドイツの物理学者で化学者のルートヴィヒ・ヴィルヘルム・ギルバートは、ハンフリー・デービーの「ナトリウム」にナトロニウム、デービーの「カリウム」にカリウムという名称を提案した。[43]

ナトリウムの化学略語は、1814年にイェンス・ヤコブ・ベルセリウスが原子記号体系の中で初めて発表しました[44] [45]。これは、元素のネオラテン語名であるナトリウム（natrium）の略語であり、エジプト語でナトロン（natron）[40]と呼ばれる天然の無機塩を指しています。ナトロンは歴史的に、工業用途や家庭用としていくつかの重要な用途がありましたが、後に他のナトリウム化合物に取って代わられました[46] 。

ナトリウムは炎に強い黄色を与えます。1860年には早くもキルヒホフとブンゼンはナトリウム炎試験の高感度性に注目し、Annalen der Physik und Chemie誌で次のように述べています。[47]

装置から最も離れた60m 3 の部屋の隅で、3mgの塩素酸ナトリウムを乳糖と混合し、スリット前の不透明な炎を観察しながら爆発させた。しばらくすると、炎は明るい黄色に輝き、強いナトリウムの線が示されたが、これは10分後にようやく消えた。ナトリウム塩の重量と室内の空気の体積から、空気1重量部には2000万分の1重量を超えるナトリウムは含まれていないことが容易に計算できる。

発生

地球の地殻には2.27％のナトリウムが含まれており、地球上で6番目に豊富な元素であり、アルミニウム、鉄、カルシウム、マグネシウムに次いで4番目に豊富な金属です。[48]海洋におけるナトリウムの推定存在量は、1リットルあたり10.8グラムです。[49]ナトリウムは反応性が高いため、純粋な元素として見つかることはありません。多くの鉱物に含まれており、岩塩やナトロンのように非常に溶けやすいものもあれば、角閃石やゼオライトのように溶けにくいものもあります。氷晶石や長石など、特定のナトリウム鉱物が溶けにくいのは、長石の場合はポリケイ酸塩であるポリマー陰イオンによるものです。宇宙では、ナトリウムは15番目に豊富な元素で、存在量は20,000ppbで[50] 、宇宙の全原子の0.002％になります。

天文観測

原子ナトリウムは非常に強いスペクトルの黄橙色部分にあるスペクトル線（ナトリウム灯で使用されているものと同じ線）。これは太陽を含む多くの種類の星で吸収線として現れる。この線は1814年、ジョセフ・フォン・フラウンホーファーが太陽スペクトル中の線（現在フラウンホーファー線として知られている）の研究中に初めて研究された。フラウンホーファーはこれを「D」線と名付けたが、現在では実際には微細構造と超微細構造によって分割された密集した線の集合であることが分かっている。[51]

D線は強度が強いため、他の多くの天文環境でも検出可能です。恒星では、表面温度がナトリウムが（電離ではなく）原子状で存在できるほど低い恒星であれば、この線が観測されます。これは、おおよそF型以下の低温の恒星に相当します。他の多くの恒星にもナトリウムの吸収線があるように見えますが、これは実際には前景の星間物質に含まれるガスによって引き起こされます。星間吸収線は恒星の自転によって広がる吸収線よりもはるかに狭いため、高解像度分光法によってこの2つを区別することができます。[52]

ナトリウムは、水星[53]や月[ 54]の外気圏を含む太陽系の多くの環境、そしてその他多くの天体でも検出されています。一部の彗星にはナトリウムの尾があり[55]、これは1997年のヘール・ボップ彗星の観測で初めて検出されました[56]。さらに、トランジット分光法によって、いくつかの太陽系外惑星の大気中にもナトリウムが検出されています[57]。

商業生産

金属ナトリウムは、比較的特殊な用途に使用され、年間約10万トン生産されています。[58]金属ナトリウムは、19世紀後半に初めて商業的に生産されました。[38]アルミニウム生産のためのデビル法の第一段階として、炭酸ナトリウムを1100℃で炭素熱還元することによって生産されました。 [59] [60] [61]

Na 2 CO 3 + 2 C → 2 Na + 3 CO

アルミニウムの需要の高まりにより、ナトリウムの生産が必要になりました。溶融塩浴の電気分解によるアルミニウム生産のホール・エルー法の導入により、大量のナトリウムの必要性はなくなりました。1886年には、水酸化ナトリウムの還元に基づく関連プロセスが開発されました。[59]

ナトリウムは現在、 1924年に特許を取得した方法に基づき、溶融塩化ナトリウム（食塩）の電気分解によって商業的に生産されている。 [62] [63]これはダウンズセルで行われ、塩化ナトリウムを塩化カルシウムと混合して融点を700℃以下に下げる。 [64]カルシウムはナトリウムよりも電気陽性度が低いため、陰極にカルシウムが析出することはない。[65]この方法は、以前のカストナー法（水酸化ナトリウムの電気分解）よりも安価である。[66]高純度のナトリウムが必要な場合は、 1回または複数回蒸留することができる。

ナトリウムの市場は、その保管と輸送の難しさから不安定であり、酸化ナトリウムや超酸化ナトリウムの表面層の形成を防ぐために、乾燥した不活性ガス雰囲気下または無水 鉱油下で保管する必要がある。[67]

用途

金属ナトリウムには重要な用途があるが、ナトリウムの主な用途は化合物であり、毎年何百万トンもの塩化ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムが生産されている。塩化ナトリウムは防氷・除氷剤や保存料として広く使用されている。重炭酸ナトリウムの用途としては、ベーキング、膨張剤、ソーダブラストなどが挙げられる。カリウムとともに、多くの重要な医薬品には生物学的利用能を高めるためにナトリウムが添加されている。ほとんどの場合カリウムの方がより適したイオンではあるが、価格と原子量の低さからナトリウムが選ばれる。[68] 水素化ナトリウムは有機化学において様々な反応（アルドール反応など）の塩基として用いられる。

金属ナトリウムは主に水素化ホウ素ナトリウム、アジ化ナトリウム、インジゴ、トリフェニルホスフィンの製造に使用されます。かつてはテトラエチル鉛や金属チタンの製造にも広く使用されていましたが、テトラエチル鉛の使用が減り、チタンの新しい製造方法が登場したため、1970年以降、ナトリウムの生産量は減少しました。 [58]ナトリウムは合金金属、スケール防止剤[69]、そして他の物質が効果を発揮しない場合の金属還元剤としても使用されます。

遊離元素はスケール剤としては使用されず、水中のイオンがナトリウムイオンと交換されることに注意してください。ナトリウムプラズマ（「蒸気」）ランプは都市の街路照明によく使用され、圧力の上昇に伴い黄橙色から桃色までの範囲の光を発します。[70]ナトリウムは単独でもカリウムと併用しても乾燥剤として機能します。乾燥物が乾燥すると、ベンゾフェノンと反応して鮮やかな青色を呈します。 [71]

有機合成において、ナトリウムはバーチ還元などの様々な反応に使用されており、化合物の定性分析にはナトリウム融解試験が行われている。 [72]ナトリウムはアルコールと反応してアルコキシドを与え、ナトリウムをアンモニア水に溶解するとアルキンをトランスアルケンに還元するために使用できる。[73] [74]ナトリウムD線で光を発するレーザーは、陸上の可視光望遠鏡の補償光学を支援する人工レーザーガイド星を作成するために使用されている。 [75]

熱伝達

ナトリウム-カリウム合金（NaK）相図。ナトリウムの融点をカリウム濃度の関数として示している。77%のカリウムを含むNaKは共晶相であり、NaK合金の中で最も低い融点である-12.6℃を有する。[76]

液体ナトリウムは、原子炉内で高い中性子束を得るために必要な高い熱伝導率と低い中性子吸収断面積を有するため、ナトリウム冷却高速炉[77]の熱伝達媒体として使用されている。 [78]ナトリウムは沸点が高いため、原子炉は常圧（常圧）で運転可能であるが[78]、その不透明性により目視による保守が困難であることや、強い還元性を有することが欠点である。ナトリウムは空気中では弱火で燃焼するが、水と接触すると爆発する。[79]

運転中に中性子照射によって放射性ナトリウム24が生成され、軽度の放射線障害を引き起こす可能性があります。放射能は原子炉から除去後数日以内に消失します。[80]原子炉を頻繁に停止する必要がある場合は、ナトリウム・カリウム合金（NaK）が使用されます。NaKは室温で液体であるため、冷却材が配管内で固化することはありません。[81] NaKは自然発火性であるため、漏洩を防止および検知するために特別な予防措置を講じる必要があります。[ 82 ]

ナトリウムのもう一つの熱伝達用途は、高性能内燃機関のポペットバルブである。バルブステムの一部はナトリウムで満たされており、バルブを冷却するヒートパイプとして機能している。 [83]

生物学的役割

人間における生物学的役割

ヒトにおいて、ナトリウムは血液量、血圧、浸透圧平衡、pHを調節する必須ミネラルです。生理学的に最低限必要なナトリウム量は、新生児で1日約120ミリグラム、10歳以上では1日500ミリグラムと推定されています。[84]

ダイエット

塩化ナトリウムは「食用塩」または「食卓塩」[85]（化学式NaCl ）とも呼ばれ、食事におけるナトリウム（ Na ）の主な供給源であり、漬物やジャーキーなどの食品の調味料や保存料として使用されています。アメリカ人にとって、塩化ナトリウムのほとんどは加工食品に由来しています。[86]その他のナトリウムの供給源としては、食品中に自然に存在するものや、グルタミン酸ナトリウム（MSG）、亜硝酸ナトリウム、サッカリンナトリウム、重曹（炭酸水素ナトリウム）、安息香酸ナトリウムなどの食品添加物があります。[87]

米国医学研究所は、ナトリウムの許容上限摂取量を1日2.3グラムと定めていますが[88]、米国人の平均摂取量は1日3.4グラムです[89] 。米国心臓協会は、1日1.5グラムを超えるナトリウムの摂取を推奨していません[90]。

米国科学・工学・医学アカデミーの一部であるナトリウムとカリウムの食事摂取基準見直し委員会は、ナトリウムの推定平均必要量（EAR）と推奨食事摂取量（RDA）を設定するための研究結果が不十分であると判断しました。その結果、委員会は代わりに適正摂取量（AI）を以下のように設定しました。0～6ヶ月の乳児のナトリウムAIは1日110mg、7～12ヶ月は370mg、1～3歳は800mg、4～8歳は1,000mg、青年期は9～13歳は1,200mg、14～18歳は1,500mg、成人（年齢・性別を問わず）は1日1,500mgです。[91]

塩化ナトリウム（NaCl）は、その総質量の約39.34%を元素ナトリウム（Na）として含んでいます。これは、塩化ナトリウム1グラムにはおよそ393.4 mgの元素ナトリウム[92] 。例えば、1500 mgの元素ナトリウムを含む塩化ナトリウムの量を調べるには（1500 mgのナトリウムの値は成人の適切な摂取量（AI）です）、次の比率を使います。

393.4 mg Na : 1000 mg NaCl = 1500 mg Na : x mg NaCl

xを解くと、1500 mgの元素ナトリウムを含む塩化ナトリウムの量が得られます。

x = (1500 mg Na × 1000 mg NaCl) / 393.4 mg Na = 3812.91 mg

これは3812.91mgの塩化ナトリウムには1500mgの元素ナトリウムが含まれていることを意味します。[92]

ナトリウムの摂取量が多い

ナトリウムの過剰摂取は健康に良くなく、心臓の機械的機能に変化をもたらす可能性があります。[93]また、ナトリウムの過剰摂取は慢性腎臓病、高血圧、心血管疾患、脳卒中とも関連しています。[93]

高血圧

ナトリウム摂取量の増加と血圧の上昇には強い相関関係があります。[94]研究によると、ナトリウム摂取量を1日2g減らすと、収縮期血圧が約2～4mmHg低下する傾向があります。[95]このようなナトリウム摂取量の減少により、高血圧の症例が9～17%減少すると推定されています。[95]

高血圧は、毎年世界中で760万人の早死の原因となっています。[96]食塩には約39.3%のナトリウムが含まれており[97]、残りは塩素と微量化学物質です。したがって、2.3gのナトリウムは約5.9g、つまり5.3mlの塩、つまり約小さじ1杯分に相当します。[98] [99]

ある科学的レビューによると、高血圧の有無にかかわらず、尿中に1日3グラム未満のナトリウムを排泄する人（したがって、1日3グラム未満を摂取する人）は、1日4～5グラムを排泄する人よりも死亡、脳卒中、または心臓発作のリスクが高いことがわかりました。 [100]高血圧の人の1日7グラム以上のレベルは、より高い死亡率と心血管イベントと関連していましたが、高血圧でない人には当てはまりませんでした。[100]米国FDAは、高血圧および高血圧前症の成人は1日のナトリウム摂取量を1.5グラムに減らすべきであるとしています。[99]

生理

レニン・アンジオテンシン系は、体内の水分量とナトリウム濃度を調節する。腎臓での血圧とナトリウム濃度が低下するとレニンが産生され、次にアルドステロンとアンジオテンシンが産生され、ナトリウムが血流に再吸収されるのを刺激する。ナトリウム濃度が上昇すると、レニンの産生が低下し、ナトリウム濃度は正常に戻る。[101]ナトリウムイオン（Na + ）は、ニューロンの機能、および細胞と細胞外液の間の浸透圧調節に重要な電解質である。これは、すべての動物において、勾配に逆らってイオンをポンプする能動輸送体であるNa + /K + -ATPase 、およびナトリウム/カリウムチャネルによって実現されている。 [102]ナトリウム-カリウムポンプによって維持される細胞外と細胞内のイオン濃度の差は、活動電位の形で電気信号を生み出し、心筋の収縮をサポートし、ニューロン間の長距離通信を促進します。[9]ナトリウムは細胞外液中に最も多く存在する金属イオンである。[103]

ヒトにおいて、血液中のナトリウム濃度が異常に低い、または高い状態は、医学的には低ナトリウム血症または高ナトリウム血症として認識されています。これらの状態は、遺伝的要因、加齢、あるいは長期間の嘔吐や下痢によって引き起こされる可能性があります。[104]

植物における生物学的役割

C4植物において、ナトリウムは代謝を助ける微量栄養素であり、特にホスホエノールピルビン酸の再生とクロロフィルの合成に関与している。[105]他の植物では、ナトリウムはカリウムの代わりとなり、膨圧を維持したり、気孔の開閉を助けたりするなど、いくつかの役割を果たしている。[106]土壌中のナトリウム濃度が過剰になると、水ポテンシャルが低下して水分の吸収が制限され、植物が萎れてしまう可能性がある。また、細胞質内のナトリウム濃度が過剰になると酵素阻害が起こり、壊死やクロロシスを引き起こす可能性がある。[107]

これに対応して、一部の植物は根におけるナトリウムの吸収を制限し、それを細胞液胞に貯蔵し、根から葉への塩分輸送を制限する機構を発達させてきました。[108]過剰なナトリウムは古い植物組織に貯蔵され、新しい成長へのダメージを軽減することもあります。塩生植物は、ナトリウムに富む環境で繁栄できるように適応してきました。[108]

安全と注意事項

ナトリウム
危険
GHSラベル：
GHS02: 可燃性GHS05: 腐食性
危険
H260、H314
P223、P231+P232、P280、P305+P351+P338、P370+P378、P422 [109]
NFPA 704（ファイアダイヤモンド）
[110]
NFPA 704 4色ダイヤモンドHealth 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g. chlorine gasFlammability 1: Must be pre-heated before ignition can occur. Flash point over 93 °C (200 °F). E.g. canola oilInstability 2: Undergoes violent chemical change at elevated temperatures and pressures, reacts violently with water, or may form explosive mixtures with water. E.g. white phosphorusSpecial hazard W: Reacts with water in an unusual or dangerous manner. E.g. sodium, sulfuric acid
3
1
2
W

ナトリウムは水と接触すると可燃性の水素と腐食性の水酸化ナトリウムを生成します。 [111]摂取したり、皮膚、目、粘膜に水分が付着したりすると、重度の火傷を引き起こす可能性があります。[112] [113]ナトリウムは、水の存在下では水素（爆発性が高い）と水酸化ナトリウム（水に溶解して表面積を増やす）が生成されるため、自然発火します。しかし、空気にさらされたナトリウムが発火したり、自然発火（溶融ナトリウムが約290℃（554℉）に達したときに発生すると報告されている）に達したりすると、[114]比較的穏やかな火災となります。

塊状の（溶融していない）ナトリウムの場合、酸素との反応は保護層の形成により徐々に遅くなる。[115]水系 消火器はナトリウム火災の進行を加速させる。二酸化炭素や臭化クロロジフルオロメタン系消火器はナトリウム火災には使用してはならない。[113]金属火災はクラスD消火器であるが、すべてのクラスD消火器がナトリウム火災の消火に有効であるわけではない。ナトリウム火災に効果的な消火剤はMet-LXである。[113]その他の効果的な消火剤には、グラファイト粉末と有機リン系 難燃剤を含むLith-Xや乾燥砂などがある。[116]

原子炉におけるナトリウム火災は、不活性ガスを封入した配管を囲むことでナトリウムと酸素を遮断することで防止されます。[117]プール型ナトリウム火災は、キャッチパンシステムと呼ばれる多様な設計対策によって防止されます。このシステムは、漏洩したナトリウムをリーク回収タンクに集め、そこで酸素から遮断します。[117]

液体ナトリウムの火災は、固体ナトリウムの火災よりも取り扱いが危険であり、特に溶融ナトリウムの安全な取り扱いに関する経験が不足している場合はなおさらです。米国消防庁の技術報告書[112]の中で、RJゴードンは次のように記しています（強調は原文のまま）。

溶融ナトリウムは固体よりもはるかに反応性が高いため、極めて危険です。液体の状態では、すべてのナトリウム原子が自由で移動性があり、利用可能な酸素原子やその他の酸化剤と瞬時に結合します。そして、溶融物内部で急速に膨張する気泡として、ガス状の副産物が生成されます。微量の水でさえ、この種の反応を引き起こす可能性があります。溶融ナトリウムのプールに少量の水が投入されると、液体内部で激しい爆発が起こり、急速に膨張するガスとして水素が放出され、溶融ナトリウムが容器から噴出する可能性があります。溶融ナトリウムが火災に巻き込まれると、燃焼は液体の表面で発生します。窒素やアルゴンなどの不活性ガスを使用して、燃焼する液体ナトリウムのプール上に不活性層を形成できますが、ガスは非常に穏やかに塗布し、表面に封じ込める必要があります。ソーダ灰を除き、固形物や浅いプール内の小規模な火災を消火するために使用される粉末消火剤のほとんどは、溶融ナトリウムの燃焼塊の底に沈みます。ナトリウムは上部に浮上し、燃焼を続けます。燃焼しているナトリウムが容器に入っている場合は、容器に蓋をして酸素を遮断することで消火できる場合があります。

参照

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参考文献

Wikiquoteにナトリウムに関する引用があります。
  • 周期表のビデオにおけるナトリウム（ノッティンガム大学）
  • 「ナトリウム」の語源 – 記号Naの由来
  • 木製周期表のナトリウムの項目
  • バークレー研究所同位体プロジェクトのナトリウム同位体データ
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