Na. 원자 번호 11, 원자량 22.991. 동위 원소의 질량수(붕괴 형식 또는 존재비) 20(β＋, α), 21(β＋), 22(β＋, EC), 23(100%), 24m(IT, β－), 24(β－), 25(β－). 명칭은 광물성 알칼리를 의미하는 라틴어 nitrum, solida에 유리하며, 탄산나트륨의 옛 이름 natron, soda에 의거한다. 1807년 H. Davy가 수산화나트륨의 용융염 전해에 의해 처음으로 금속을 유리했다. 1890년 H.Y. Castner가 용융염 전해법에 의해 나트륨의 공업적 제조에 성공했다.
【존재】
지구상에서는 칼슘에 이어 6번째로 다량으로 존재한다. 클라크수 2.63. 반응성이 크기 때문에 유리 상태로 산출되는 일은 없으며 알바이트, 사장석, 하석, 빙정석 등으로 지각 중에 널리 분포하고 있다(⇀ 나트륨 광물). 염화나트륨으로 해수의 약 3%를 점유하고 암염 광상을 만들어 함께 중요한 공업 자원이 되고 있다. 또한 탄산염, 황산염, 질산염, 붕산염으로서 각지에 산출한다. 나트륨 이온은 동물의 몸 안에 있으며 생리에 중요한 역할을 갖는다(⇀ 나트륨의 대사).
【제법】
공업적으로는 용융염의 전해에 의해 제조된다. 그 대표적인 방법은 수산화나트륨을 사용하는 캐스트너법과 염화나트륨을 사용하는 다운스법이다(⇀ 나트륨의 공업적 제법). 실험실에서 순수한 것을 얻으려면 아지드화나트륨을 열분해하여 만든다.
【정제법】
수산화나트륨의 전해법에 의해 얻어진 것은 비교적 순수하지만, 염화나트륨의 전해에 의한 것은 일반적으로 순도가 낮다. 이 때문에 편석 분리법 또는 광재화법(鑛滓化法) 등에 의해 정제된다. 실험실에서 정제하는 데는 금속 나트륨을 진공 증류하는 것이 간단하다.
【구조】
등축 결정계에 속하며 격자 구조는 체심 입방 격자. 격자 상수 a 4.2820Å(20℃). 증기는 고온에서는 Na이지만, 끓는점에서는 약 16%가 Na2가 된다. 이온 반지름 0.98Å.
【물리적 성질】
은백색의 부드러운 금속으로 나이프로 자르거나 작은 구멍에서 밀어내어 철사로 당길 수 있다. 공기 중에서는 산화되어 광택을 잃는다. 증기는 보라색을 띠고 있지만, 고온에서는 황색을 나타낸다. 녹는점 97.7℃, 끓는점 892℃. d20 0.971, d(액체, 녹는점) 0.9287. 경도 0.4. 표면 장력 293.6dyne/cm(97.7℃). 비열 0.293cal/g(0℃), 0.3369cal/g (150℃, 액체). 열전도율 0.335cal/cmㆍsecㆍdeg(0℃). 용융열 27.5cal/g. 기화열 1100cal/g. 임계 온도 2000℃. 임계압 343기압. 비저항 5.04×10－5Ωㆍcm(0℃), 9.898×10－6Ωㆍcm(100℃, 액체). 상자성. 자화율 χ 0.68×10－6e.m.u. 이온화 전압 Na ⇀ Na＋ 5.138eV, Na＋ ⇀ Na2＋ 47.06eV. 불꽃색 반응은 황색의 D선(5890.0, 5895.9Å)으로 매우 예민하다.
【화학적 성질】
전기적 양성이 매우 강한 1가의 금속 이온이다. 공기 중에서는 산화되어 신속히 광택을 상실하며, 습기 및 이산화탄소 때문에 탄산나트륨 피막으로 덮인다. 상온에서는 자연 발화는 하지 않지만 녹는점 이상으로 가열하면 황색 불꽃을 내며 타서 과산화나트륨이 된다. 물과는 －98℃에서도 반응하여 수소를 발생한다. 상온에서는 반응열 때문에 나트륨은 용융하여 은색의 방울이 되어 수면을 돌아다니며, 수산화나트륨이 되어 물에 녹는다. 수온이 40℃ 이상인 경우, 또는 운동을 방해하여 한곳에 고정해 두면 수소는 자연 발화한다. 에탄올과는 격렬하게 반응하여 나트륨 에톡시드를 생성하는데, －48℃ 이하에서는 작용하지 않는다. 벤젠, 가솔린, 등유에 녹지 않으므로 보존에는 석유계 용매 중에 담그어 저장한다. 수소 중에서 가열하면 수소화나트륨이 된다. 수은과 심하게 반응하여 나트륨 아말감을 만든다.
건조한 염소와는 상온에서 반응하지 않는다. 브롬, 요오드와는 심하게 반응하는데 플루오르와는 상온에서 작용하지 않는다. 플루오르화수소와는 상온에서 거의 반응하지 않는다. 건조한 염화수소와는 녹는점까지는 반응이 늦으며, 녹는점 이상에서는 흑색 또는 보라색의 아염화물이 생긴다. 액체 염화수소 중에는 기체를 발생하지 않고 녹는다. 그러나 염산과는 폭발적으로 반응한다.
황, 셀렌과는 심하게 반응하며, 황과 함께 톨루엔 중에서 가열하면 삼황화나트륨을 생성한다. 황화수소와는 상온에서 작용하며, 가열하면 이 기체 중에서 연소한다. 기체 암모니아와는 상온에서 서서히 반응하며 300~350℃에서 나트륨아미드를 만든다. 액체 암모니아 중에는 청색 용액이 되어 녹는다. 이산화황은 나트륨에 일부 흡수되며 일부는 황화물로 환원된다. 진한 황산과는 황화나트륨을 생성하며, 묽은 황산과는 폭발적으로 반응한다. 질소와는 보통의 조건에서는 반응하지 않는다.
인, 비소 및 안티몬과는 직접 화합한다. 수소화인, 수소화비소를 분해하여 수소를 유리한다. 산화이질소와는 저온에서 반응하여 산화나트륨을, 질소 외의 산화물과는 아질산나트륨과 질산나트륨과의 혼합물을 만든다. 진한 질산과 접촉하면 자연 발화한다. 붕소, 규소, 탄소와는 가열에 의해 직접 반응하며, 아세틸렌과는 탄화나트륨을 생성한다. 많은 금속산화물과 염을 환원하여 금속을 유리한다. 플루오르화규소, 플루오르화붕소로부터 각각 규소 및 붕소를 유리한다. 또한 산화물을 환원한다. 액체 이산화탄소와는 반응하지 않지만, 적열하면 탄소, 산화나트륨 및 탄산염을 생성한다. 이황화탄소와는 저온에서도 반응한다. 규산염, 텅스텐산염 등과 고온에서 반응하며, 이산화규소, 유리 및 자기도 또한 고온에서 침해된다. 고온에서 수산화나트륨 중에 녹는다(용해도 480℃, 25.3g/100g : 800℃, 6.9g/100g).
【분석법】
발광 분광 분석 : 사용되는 분석선은 다음 표와 같다.
| 3302.3 I | Fe I, Os I, Pd I, Pt I, Zn I |
| 5890.0 I | |
| 5895.9 |
방사화 분석 : 23Na(n, γ) 반응을 이용한다. 존재도 100%. 생기는 핵종의 반감기 15.0시간. 방사화 단면적 0.56반, 감도 0.0014μg(⇀ 나트륨 이온의 분석법).
【용도】
1) 녹는점이 낮고 열중성자 흡수 단면적이 작으므로 단독 또는 Na-K계 합금(나크)으로서 원자로의 냉각재로서 중요하다. 결점은 중성자 조사에 의해 γ선을 내는 24Na를 생성하며, 이 반감기가 15시간이므로 운전 중지 후 바로 접근할 수 없는 점, 산소를 함유하면 지르코늄과 티탄의 용기를 침해하는 점이다.
2) 과산화나트륨, 나트륨아미드, 아지드화나트륨, 시안화나트륨 등의 제조 원료.
3) 강한 환원력을 이용하여 규소, 티탄, 붕소 등의 제련에 또 아세토아세트산에스테르, 인디고, 사에틸납 등의 제조용.
4) 나트륨 아말감으로서 유기 합성의 환원제.
5) 나트륨 램프, 광전관의 제조에 사용된다.
6) 칼륨과의 합금은 고온용 온도계에 사용된다.
7) 알루미늄 합금의 일종인 실루민의 개량 처리, 납합금 원소의 하나로서 드물게 사용된다.
8) 납에 첨가하여 경도를 증가시키고, 차량용 베어링으로서 사용된다.
9) 음이온 중합의 촉매로서 사용되며 부타디엔, 이소프렌, 메타크릴산메틸 등을 중합한다. 나트륨의 가는 실 또는 분말을 액체 부타디엔에 넣으면 중합체가 얻어진다. 이것을 나트륨 중합체라고 한다. 독일에서 만들어진 부나(英 Buna)는 나트륨을 촉매로 얻어지는 부타디엔의 중합체이다.
