나트륨
Sodium나트륨 | |||||||||||||||||||||
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외모 | 은백색 금속 | ||||||||||||||||||||
표준 원자량Ar°(Na) |
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주기율표의 나트륨 | |||||||||||||||||||||
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원자 번호 (Z) | 11 | ||||||||||||||||||||
그룹. | 그룹 1: 수소 및 알칼리 금속 | ||||||||||||||||||||
기간 | 기간 3 | ||||||||||||||||||||
블록 | s블록 | ||||||||||||||||||||
전자 구성 | [Ne] 3s1 | ||||||||||||||||||||
셸당 전자 수 | 2, 8, 1 | ||||||||||||||||||||
물리 속성 | |||||||||||||||||||||
단계 STP에서 | 단단한 | ||||||||||||||||||||
녹는점 | 370.944K(97.794°C, 208.029°F) | ||||||||||||||||||||
비등점 | 1156.090K (882.940°C, 1621.292°F) | ||||||||||||||||||||
밀도 (근처) | 0.968 g/cm3 | ||||||||||||||||||||
액상일 때(로) | 0.927 g/cm3 | ||||||||||||||||||||
임계점 | 2573 K, 35 MPa (추출) | ||||||||||||||||||||
융해열 | 2.60 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
기화열 | 97.42 kJ/mol | ||||||||||||||||||||
몰 열용량 | 28.230 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||
증기압
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원자 특성 | |||||||||||||||||||||
산화 상태 | -1, +1(강염기성 산화물) | ||||||||||||||||||||
전기 음성도 | 폴링 스케일: 0.93 | ||||||||||||||||||||
이온화 에너지 |
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원자 반지름 | 경험적: 186 pm | ||||||||||||||||||||
공유 반지름 | 166 ± 9 pm | ||||||||||||||||||||
반데르발스 반지름 | 오후 227시 | ||||||||||||||||||||
나트륨 스펙트럼 라인 | |||||||||||||||||||||
기타 속성 | |||||||||||||||||||||
자연발생 | 원시적인 | ||||||||||||||||||||
결정 구조 | 체심입방체(BCC) | ||||||||||||||||||||
음속 얇은 막대기 | 3200 m/s (20 °C에서) | ||||||||||||||||||||
열팽창 | 71 µm/(mkK) (25 °C에서) | ||||||||||||||||||||
열전도율 | 142 W/(mµK) | ||||||||||||||||||||
전기 저항률 | 47.7 NΩm (20 °C에서) | ||||||||||||||||||||
자기 순서 | 상사성[2] | ||||||||||||||||||||
몰 자화율 | +16.0×10cm−63/mol (298K)[3] | ||||||||||||||||||||
영률 | 10 GPa | ||||||||||||||||||||
전단 계수 | 3.3 GPa | ||||||||||||||||||||
벌크 계수 | 6.3 GPa | ||||||||||||||||||||
모스 경도 | 0.5 | ||||||||||||||||||||
브리넬 경도 | 0.69 MPa | ||||||||||||||||||||
CAS 번호 | 7440-23-5 | ||||||||||||||||||||
역사 | |||||||||||||||||||||
검출 및 첫 번째 분리 | 험프리 데이비(1807) | ||||||||||||||||||||
기호. | "Na" : 새로운 라틴어 "natrium"에서 독일어 "natron"에서 유래한 "natron" | ||||||||||||||||||||
나트륨의 주요 동위원소 | |||||||||||||||||||||
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나트륨은 화학 원소로 기호는 Na(라틴 나트륨)이고 원자 번호는 11입니다.부드럽고 은백색의 반응성이 높은 금속입니다.나트륨은 주기율표의 1족에 속하는 알칼리 금속이다.그것의 유일한 안정 동위원소는 Na이다.유리 금속은 자연에서 발생하지 않으므로 화합물로 제조해야 합니다.나트륨은 지구 지각에서 여섯 번째로 풍부한 원소이며 장석, 소달라이트, 할로겐화물(NaCl)과 같은 수많은 광물에 존재한다.나트륨의 많은 소금들은 수용성이 매우 높다: 나트륨 이온은 지구의 광물에서 나오는 물의 작용에 의해 수은으로 침출되어 왔고, 따라서 나트륨과 염소는 바다에 있는 가장 일반적인 용해 원소이다.
나트륨은 1807년 험프리 데이비에 의해 수산화나트륨의 전기분해에 의해 처음 분리되었다.다른 많은 유용한 나트륨 화합물 중 수산화나트륨(양잿물)은 비누 제조에 사용되며, 염화나트륨(식용 소금)은 제빙제이며 인간을 포함한 동물의 영양소이다.
나트륨은 모든 동물과 몇몇 식물에게 필수적인 원소이다.나트륨 이온은 세포외 유체(ECF)의 주요 양이온이며, 따라서 ECF 삼투압과 ECF 구획 [citation needed]부피의 주요 원인이 됩니다.ECF 구획으로부터의 수분 손실은 나트륨 농도를 증가시키는데, 이것은 과나트륨혈증이라고 불린다.ECF 구획에서 수분과 나트륨의 동위원소 손실은 ECF 저혈류증이라고 불리는 상태에서 구획의 크기를 감소시킵니다.
나트륨-칼륨 펌프에 의해, 살아있는 인간 세포는 세포막의 이온 농도를 비교하고, 내부와 외부의 이온 농도를 비교하고, 약 40:1과 나트륨을 약 1:10으로 측정하면서, 세 개의 나트륨 이온을 세포 밖으로 내보냅니다.신경 세포에서, 세포막을 가로지르는 전하가 전하가 방출될 때, 신경 임펄스(활동 전위)의 전달을 가능하게 합니다. 나트륨은 그 활동에서 중요한 역할을 합니다.
특성.
물리적.
표준 온도와 압력에서 나트륨은 부드러운 은빛 금속으로 공기 중의 산소와 결합하며 보통 저장되는 오일이나 불활성 가스에 담그지 않는 한 회백색의 산화 나트륨을 형성합니다.나트륨 금속은 칼로 쉽게 자를 수 있고 원자가 껍데기에 하나의 전자만 있기 때문에 전기와 열의 좋은 전도체이다. 그 결과 금속 결합이 약해지고 에너지를 전달하는 자유 전자가 생긴다.원자 질량이 낮고 원자 반경이 크기 때문에 나트륨은 모든 원소 금속 중 세 번째로 밀도가 낮으며 물에 뜰 수 있는 세 가지 금속 중 하나이며, 나머지 두 가지는 리튬과 [4]칼륨입니다.
나트륨의 녹는점(98°C)과 끓는점(883°C)은 리튬보다 낮지만 그룹의 [5]주기적인 경향에 따라 무거운 알칼리 금속 칼륨, 루비듐 및 세슘보다 높다.이러한 특성은 압력이 높아지면 극적으로 변화합니다. 1.5Mbar에서는 은색 금속에서 검은색으로, 1.9Mbar에서는 빨간색으로, 나트륨은 투명하고 투명한 고체입니다.이러한 고압 동소체는 모두 절연체와 [6]전기화물입니다.
은 상호 시험, 나트륨과 그 화합물. 매일 매일에서 yellow[7]기 때문에 나트륨의 흥분한 3초 전자들을 배출한 광잘 때 3p에서 3초에 빠지고, 이 광자의 파장은 D라인에 대해 589.3 nm에서. Spin-orbit 상호 작용은3p 궤도 두 D라인을 나누다에, 589.0과 5,896nm에서 전자와 관련된 해당합니다;초미세 구조.ures는 두 궤도 모두를 포함하므로 더 많은 [8]선이 발생합니다.
동위원소
나트륨의 동위원소는 20개가 알려져 있지만, 오직 Na만이 안정적이다.23Na는 별에서 탄소 연소 과정에서 두 개의 탄소 원자가 융합됨으로써 생성된다; 이것은 600 메가클빈 이상의 온도와 최소 세 개의 태양 [9]질량의 별을 필요로 한다.두 개의 방사성 우주 생성 동위원소는 우주선 파쇄의 부산물이다.22Na의 반감기는 2.6년, Na의 반감기는 15시간이며, 다른 모든 동위원소는 1분 [10]미만이다.
두 개의 핵 이성질체가 발견되었는데, 더 긴 수명은 약 20.2 밀리초의 반감기를 가진 Na이다.급성 중성자 방사선은 핵임계 사고와 마찬가지로 사람 혈액의 안정 Na 중 일부를 Na로 변환한다. 희생자의 중성자 방사선량은 [11]Na에 대한 Na 농도를 측정하여 계산할 수 있다.
화학
나트륨 원자는 11개의 전자를 가지고 있는데, 이는 귀가스 네온의 안정적인 구성보다 한 개 더 많다.첫 번째와 두 번째 이온화 에너지는 각각 495.8 kJ/mol과 4562 kJ/mol이다.그 결과 나트륨은 보통 Na [12]양이온을 포함한+ 이온 화합물을 형성합니다.
금속 나트륨은 일반적으로 칼륨보다 반응성이 낮고 [13]리튬보다 반응성이 높습니다.나트륨 금속은 매우 감소하여 Na/Na 커플의+ 표준 환원 [14]전위는 -2.71V이지만 칼륨과 리튬은 더 많은 [15]음전위를 가집니다.
소금 및 산화물
나트륨 화합물은 특히 유리, 종이, 비누 및 [16]직물을 생산하는 산업에서 매우 중요한 상업적 요소입니다.가장 중요한 나트륨 화합물은 식탁염(NaCl), 소다회(NaCO23), 베이킹소다(NaHCO3), 가성소다(NaOH), 질산나트륨(NaNO3), 인산나트륨(di- and tri-ulfate), 티오황산나트륨(NaSO·5223)이다.HO2) 및 붕사(NaBO247·10)HO2)[17] 화합물에서 나트륨은 보통 물과 음이온에 이온 결합되어 경질 루이스산으로 [18]간주됩니다.
대부분의 비누는 지방산의 나트륨 소금이다.나트륨 비누는 칼륨 [17]비누보다 녹는 온도가 더 높습니다.혼합 산화물을 함유한 나트륨은 촉매와[19] [20]광촉매로 유망하다.광화학적으로 인터컬레이션된 나트륨 이온은 [21]WO의3 광전기 촉매 활성을 강화한다.
모든 알칼리 금속처럼 나트륨은 물과 발열 반응을 일으킨다.이 반응은 가성 소다(수산화나트륨)와 가연성 수소 가스를 생성한다.공기 중에 연소될 때,[22] 주로 산화 나트륨과 과산화 나트륨을 형성합니다.
수용액
나트륨은 할로겐화물, 황산염, 질산염, 카르복실산염, 탄산염과 같은 수용성 화합물을 형성하는 경향이 있습니다.주요 수성종은 아쿠아 착체 [Na(HO2)]n+이며, 여기서 n = 4–8이며, X선 회절 데이터와 컴퓨터 [23]시뮬레이션에서 n = 6으로 나타난다.
나트륨 소금은 일반적으로 물에 대한 친화력이 높기 때문에 수용액에서 나트륨 소금이 직접 침전되는 일은 드물다.예외는 비스무트산나트륨(NaBiO3)[24]입니다.나트륨염은 화합물의 높은 용해성으로 인해 보통 증발 또는 에탄올과 같은 유기계 항절연제를 통한 침전에 의해 고체로 분리된다. 예를 들어 염화나트륨은 0.35g/L만 [25]에탄올에 용해된다.15-크라운-5와 마찬가지로 크라운에테르를 상전이 [26]촉매로 사용할 수 있습니다.
시료의 나트륨 함량은 원자흡수분광도법 또는 이온선택전극을 [27]이용한 전위차법으로 구한다.
전기 및 소다드
다른 알칼리 금속과 마찬가지로 나트륨은 암모니아와 일부 아민에 녹아서 진한 색상의 용액을 만든다; 이러한 용액의 증발은 금속 나트륨의 빛나는 막을 남긴다.용액은 음이온으로서 전자에 의해 균형 잡힌 양의 전하를 가진 배위 복합체(Na3(6+NH))를 포함하고 있으며, 크립탄드는 이러한 복합체를 결정 고체로 분리할 수 있다.나트륨은 크라운 에테르, 크립탄드 및 기타 리간드와 [28]복합체를 형성합니다.
예를 들어, 15-크라운-5의 캐비티 크기가 1.7–2.2Ω으로 나트륨 이온(1.9Ω)[29][30]에 맞기에 충분하기 때문에 15-크라운-5는 나트륨에 대한 친화력이 높다.크라운에테르 및 기타 이오노포어와 마찬가지로 크립탄드도 나트륨 이온에 대해 높은 친화력을 가지며 암모니아 중 나트륨 용액에 크립탄드를 첨가하여 [32]불균형을 통해− 알칼리드 Na 유도체를 얻을[31] 수 있다.
유기 나트륨 화합물
많은 유기나트륨 화합물이 준비되어 있다.C-Na 결합의 높은 극성 때문에, 그들은 카르보니온의 원천처럼 행동합니다.잘 알려진 유도체로는 사이클로펜타디에니드나트륨(NaCH55)과 트리틸나트륨(CH65)3[33]CNA가 있습니다.환원제인 나프탈렌나트륨 Na+[CH•]−는108 Na와 나프탈렌을 에테르 [34]용액에 혼합하여 형성한다.
금속간 화합물
나트륨은 칼륨, 칼슘, 납, 그리고 11족과 12족 원소들과 같은 많은 금속들과 합금을 형성합니다.나트륨과 칼륨은 KNa와 NaK를 형성한다2.NaK는 40~90%의 칼륨이며 주위 온도에서 액체입니다.이것은 뛰어난 열과 전기 전도체입니다.나트륨칼슘합금은 NaCl-CaCl과2 3원혼합물 NaCl-CaCl-BaCl의22 2원혼합물로부터 나트륨을 전해생산한 부산물이다.칼슘은 나트륨과 부분적으로만 혼합되며, 이 혼합물에서 얻은 나트륨에 용해된 1~2%는 120°C까지 냉각하여 [35]여과함으로써 침전시킬 수 있다.
액체 상태에서는 나트륨이 납과 완전히 혼합됩니다.나트륨 납 합금을 만드는 방법에는 여러 가지가 있습니다.하나는 그것들을 함께 녹이는 것이고, 다른 하나는 나트륨을 용해된 납 음극 위에 전해질적으로 퇴적시키는 것입니다.NaPb3, NaPb, NaPb94, NaPb52 및 NaPb는154 알려진 나트륨 납 합금이다.나트륨은 또한 금(NaAu2) 및 은(NaAg2)과 합금을 형성합니다.12족 금속(아연, 카드뮴, 수은)은 나트륨과 합금을 만드는 것으로 알려져 있다.NaZn과13 NaCd는2 아연과 카드뮴의 합금이다.나트륨과 수은은 NaHg, NaHg4, NaHg2, NaHg32,[36] NaHg를3 형성한다.
역사
소금은 인간의 건강에 있어서 중요하기 때문에, 영어 단어 salarium에서 유래한 것처럼, 오랫동안 중요한 상품이었다. salarium은 때때로 다른 임금과 함께 로마 군인들에게 주어지는 소금 조각이다.중세 유럽에서는 나트륨과 소다눔이라는 라틴어 이름을 가진 화합물이 두통 치료제로 사용되었다.나트륨이라는 이름은 초기에 [37]탄산나트륨이나 탄산음료의 두통 완화 특성이 잘 알려져 있었기 때문에 두통을 의미하는 아랍어 suda에서 유래한 것으로 생각된다.
때때로 소다라고 불리는 나트륨은 오랫동안 화합물에서 인식되어 왔지만, 금속 자체는 1807년 험프리 데이비 경이 [38][39]수산화나트륨의 전기 분해를 통해 분리되지 않았다.1809년, 독일의 물리학자이자 화학자인 루드비히 빌헬름 길버트는 험프리 데이비의 "나트륨"에 나트로늄, 데이비의 "칼륨"[40]에 칼륨이라는 이름을 제안했다.
나트륨의 화학 약어는 1814년 Jöns Jakob Berzelius에 의해 그의 원자 기호 [41][42]체계에서 처음 출판되었고, 이 원소의 새로운 라틴어 이름 natrium의 줄임말로, 이집트 natron,[37] 주로 수화 탄산 나트륨으로 구성된 천연 미네랄 소금이다.Natron은 역사적으로 여러 중요한 산업 및 가정용 용도를 가졌으며, 나중에 다른 나트륨 [43]화합물에 의해 가려졌다.
나트륨은 불꽃에 강렬한 노란색을 발한다.1860년 초, 키르히호프와 분센은 나트륨 불꽃 테스트의 높은 감도에 주목하여 Annalen der Physik und Chemie에 [44]다음과 같이 기술하였다.
장치에서 가장 멀리 떨어진 60m3 방의 구석에서 슬릿 전에 비휘도 불꽃을 관찰하면서 3mg의 염소산나트륨을 우유 설탕과 함께 폭발시켰습니다.잠시 후, 그것은 밝은 노란색으로 빛났고 강한 나트륨 선을 보였는데, 10분 후에야 사라졌습니다.나트륨 소금의 무게와 실내 공기량에서 공기 중량에 따른 부분당 나트륨 함량은 1/2000만분의 1을 넘지 않는 것으로 쉽게 계산할 수 있습니다.
발생.
지구의 지각에는 2.27%의 나트륨이 함유되어 있어 지구상에서 7번째로 풍부한 원소이며 알루미늄, 철, 칼슘, 마그네슘에 이어 5번째로 풍부한 금속이며 [45]칼륨보다 앞선다.나트륨의 해양 함량은 [46]리터당 10.8그램으로 추정됩니다.반응성이 높기 때문에 순수한 원소로서는 발견되지 않습니다.그것은 많은 미네랄에서 발견되는데, 할로겐산염과 나트론 같은 매우 용해성이 높은 미네랄과 양서류와 제올라이트 같은 훨씬 덜 용해성이 낮은 미네랄도 있습니다.빙석이나 장석과 같은 특정 나트륨 광물의 불용성(불용성)은 장석의 경우 폴리실리케이트인 고분자 음이온도는 장석의 경우 폴리실리케이트입니다.
천체 관측
원자 나트륨은 스펙트럼의 황색-주황색 부분에 매우 강한 스펙트럼 라인을 가진다(나트륨-증기 가로등에 사용되는 것과 동일한 라인).이것은 태양을 포함한 많은 종류의 별에서 흡수선으로 나타납니다.이 선은 1814년 현재 프라운호퍼 선으로 알려진 태양 스펙트럼의 선을 조사하는 동안 조셉 폰 프라운호퍼에 의해 처음 연구되었다.프라운호퍼는 그것을 "D" 선이라고 이름 붙였지만, 지금은 미세하고 초미세한 구조로 [47]갈라진 촘촘한 선들의 모임으로 알려져 있다.
D선의 강도는 다른 많은 천체 환경에서도 검출할 수 있습니다.별에서는 나트륨이 (이온화되지 않고) 원자 형태로 존재할 만큼 표면이 충분히 차가운 모든 별에서 볼 수 있다.이는 대략 F형 이상의 차가운 별에 해당합니다.다른 많은 별들은 나트륨 흡수선을 가지고 있는 것처럼 보이지만, 이것은 사실 전지구 성간 매체에 있는 가스 때문에 발생합니다.이 둘은 고해상도 분광법을 통해 구별할 수 있는데, 이는 성간 선이 항성 [48]회전에 의해 넓어진 선보다 훨씬 좁기 때문이다.
나트륨은 또한 수성의 [49]대기,[50] 달의 외기권, 그리고 수많은 다른 물체들을 포함한 수많은 태양계 환경에서도 발견되었다.몇몇 혜성들은 [52]1997년 헤일-밥 혜성의 관측에서 처음 발견된 나트륨 [51]꼬리를 가지고 있다.나트륨은 심지어 통과 분광법을 [53]통해 일부 외계 행성의 대기에서도 검출되었습니다.
상업 생산
비교적 전문적인 용도로만 사용되며,[16] 연간 약 100,000톤의 금속 나트륨만 생산됩니다.금속 나트륨은 알루미늄 [54][55][56]생산을 위한 Deville 공정의 첫 번째 단계로, 1100°C에서 탄산나트륨의 탄수화물 감소를 통해 19세기[35] 후반에 상업적으로 처음 생산되었습니다.
- NaCO23 + 2 C → 2 Na + 3 CO
알루미늄에 대한 높은 수요로 인해 나트륨 생산의 필요성이 대두되었습니다.홀의 도입-용융 염탕을 전해하여 알루미늄을 생산하는 Héroult 공정은 대량의 나트륨의 필요성을 없앴다.수산화나트륨의 환원에 기초한 관련 과정은 [54]1886년에 개발되었다.
나트륨은 [57][58]현재 1924년에 특허를 받은 공정을 바탕으로 용해된 염화나트륨의 전기 분해를 통해 상업적으로 생산되고 있습니다.이는 NaCl과 염화칼슘을 혼합하여 녹는점을 700°[59]C 이하로 낮추는 다운 셀에서 수행됩니다.칼슘은 나트륨보다 전기 양성이 낮기 때문에 [60]음극에 칼슘이 축적되지 않습니다.이 방법은 이전의 카스트너 공정(수산화나트륨의 전기 분해)[61]보다 비용이 적게 듭니다.
나트륨 시장은 저장 및 배송이 어려워 휘발성이 높습니다. 나트륨 산화물 또는 슈퍼옥사이드 [62]나트륨의 표층이 형성되지 않도록 건조한 불활성 가스 분위기 또는 무수 미네랄 오일 하에서 보관해야 합니다.
사용하다
금속 나트륨은 몇 가지 중요한 용도를 가지고 있지만, 나트륨의 주요 용도는 화합물을 사용합니다; 수백만 톤의 염화나트륨, 수산화물, 그리고 탄산염이 매년 생산됩니다.염화나트륨은 항빙, 제빙 및 방부제로 널리 사용된다. 중탄산나트륨의 사용 예로는 베이킹, 상승제, 소다버스터링 등이 있다.칼륨과 함께, 많은 중요한 의약품들은 생물학적 가용성을 향상시키기 위해 나트륨을 첨가했습니다; 대부분의 경우 칼륨이 더 나은 이온이지만 나트륨은 낮은 가격과 원자량 [63]때문에 선택됩니다.수소화 나트륨은 유기화학에서는 [64]다양한 반응(알돌 반응 등)의 베이스로, 무기화학에서는 [65]환원제로 사용된다.
금속나트륨은 주로 붕화수소나트륨, 아지드화나트륨, 인디고 및 트리페닐포스핀 제조에 사용된다.한때는 테트라에틸납과 티타늄 금속을 만드는 것이 일반적이었습니다. TEL과 새로운 티타늄 생산 방식에서 벗어나면서 나트륨의 생산량은 1970년 [16]이후 감소했습니다.나트륨은 합금금속, 스케일링방지제,[66] 다른 물질이 효과가 없을 때 금속의 환원제로도 사용된다.
유리 원소는 스케일링제로 사용되지 않으며 물 속의 이온은 나트륨 이온과 교환됩니다.나트륨 플라즈마("증기") 램프는 종종 도시의 거리 조명에 사용되며,[67] 압력이 증가함에 따라 노란색 오렌지색에서 복숭아색까지 빛을 발합니다.나트륨은 자체 또는 칼륨과 함께 건조제입니다. 건조제가 [68]건조할 때 벤조페논으로 강렬한 파란색을 나타냅니다.
유기합성에서는 버치환원 등 다양한 반응에 나트륨을 사용하여 화합물을 [69]정성적으로 분석한다.나트륨은 알코올과 반응하여 알콕시드를 생성하며, 나트륨이 암모니아 용액에 녹으면 알킨을 트랜스알켄으로 [70][71]환원시키는 데 사용될 수 있다.나트륨 D 라인에 빛을 방출하는 레이저들은 지상 가시광선 [72]망원경을 위한 적응광학에서 도움을 주는 인공 레이저 가이드 별을 만드는데 사용됩니다.