ナトリウム（Na）
ナトリウム（Na）は周期表第1族のアルカリ金属であり、柔らかく銀白色で反応性が極めて高い元素である。常温で空気中の酸素や水分と速やかに反応し酸化皮膜や水酸化物を生じるため、保存には鉱油中や不活性雰囲気が用いられる。ナトリウム化合物はガラス、パルプ・製紙、化学、金属精錬、水処理など基幹産業で不可欠で、ナトリウム（Na）イオンは生体の浸透圧調節と神経伝達において主要な電解質として機能する。
基本性質
原子番号11、相対原子質量約22.99、融点約97.8℃、沸点約883℃、密度は0.97 g/cm³前後で水より軽い。結晶構造は体心立方で、延性が高くナイフで切削できる軟らかさをもつ。炎色反応は黄色（約589 nmのD線）で、微量でも顕著に発色する。標準電極電位は約−2.71 Vで強い還元性を示す。
反応性と代表反応
- 水との反応：2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂↑（発熱・水素発生）
- 酸素との反応：室温で酸化皮膜、加熱でNa₂OやNa₂O₂を形成
- ハロゲンとの反応：NaClなどのハロゲン化物を生成
- 有機反応：NaH、NaNH₂、NaBH₄などの強塩基・還元剤の母体
製造法
金属ナトリウムは溶融塩の電解により工業的に得られる。代表例は食塩にCaCl₂を混合して融点を下げた溶融塩を用いるダウンズ法で、陰極でNa、陽極でCl₂を得る。歴史的にはNaOHを電解するキャストナー法も知られるが、現在は主にダウンズ法が用いられる。高純度品は蒸留精製や帯域精製で不純物を低減する。
資源・鉱物とサプライチェーン
地殻中の存在度は高いが、金属単体は反応性が大きく自然界では塩類として存在する。主要資源は岩塩（NaCl）、天青石・トロナ（Na₂CO₃・NaHCO₃・2H₂O等の鉱床）、塩湖卤水である。ソーダ灰（Na₂CO₃）はトロナの熱処理やソルベー法で生産され、ガラス・洗剤・化学品の基礎原料として大量に流通する。
化合物と用途
- NaCl：食塩・塩素/苛性ソーダ製造の原料、融雪、電解質補給
- NaOH（苛性ソーダ）：強塩基。パルプ蒸解、アルミナ製錬、石鹸・界面活性剤、pH調整
- Na₂CO₃（ソーダ灰）：ソーダ石灰ガラス、洗剤、緩衝剤
- NaHCO₃：ベーキング、消火剤、排煙脱硫
- NaOCl：漂白・殺菌（次亜塩素酸ナトリウム）
- NaBH₄・NaH：有機合成の還元・塩基反応
- NaN₃：かつてエアバッグ用ガス発生剤（現在は代替化合物が主流）
エネルギー・装置分野での活用
金属ナトリウム（Na）は高熱伝導率・低粘度を活かし、特定の高温機器や研究炉における液体金属熱媒体として利用実績がある。化学蓄電ではNaイオン電池や溶融塩二次電池（Na–S、ZEBRA系）が研究・実装され、資源制約の小ささと低温動作化への改良が進む。照明ではナトリウムランプが道路・施設で広く用いられてきた。
生体・環境における役割
Na⁺は細胞外液の主要カチオンで、ナトリウムポンプ（Na⁺/K⁺-ATPase）により膜電位と浸透圧が維持される。ヒトでは欠乏（低ナトリウム血症）や過剰摂取（高血圧リスク）のいずれも問題となりうる。環境面ではソーダ系廃液のアルカリ度や塩負荷の管理が重要で、適切な中和・回収・再資源化の工程設計が望まれる。
安全性・取り扱い
- 保管：乾燥・不活性雰囲気または鉱油中。容器は密封し、酸化剤・水と隔離
- 作業：防炎衣・保護手袋・フェイスシールドを着用し、湿気のないドラフト内で操作
- 火災：水や二酸化炭素は使用不可。乾燥砂、金属火災用消火剤を適用
- 廃棄：イソプロパノール等で慎重に不活性化した後、アルカリ溶液として処理
分析・試験法
定性では炎色反応（黄色）が鋭敏で、定量には原子吸光、ICP-OES/MS、イオン電極法、イオンクロマトグラフィーが用いられる。材料中の微量Naはガラス汚染や電気特性に影響するため、クリーンプロセスでは超微量分析とイオン汚染管理が重要である。
材料・腐食・プロセス上の注意
液体ナトリウム（Na）は高温で鋼材と相互作用しうるため、構造材の選定・脱酸・不純物管理が不可欠である。アルミニウム溶融塩電解やガラス溶融工程ではNa由来のスカムやスケール形成に留意し、炉材・耐火物の化学的適合性と熱衝撃耐性を評価する。
歴史・語源
名称はソーダ（soda）に由来し、化学記号Naはラテン語のnatriumに基づく。19世紀初頭に電解で単離され、以降、塩素・苛性ソーダと併産される電解工業の中核元素として発展した。
用語補足
- ナトリウム塩：Na⁺を含む塩類の総称（NaCl, Na₂SO₄など）
- 苛性化：Na₂CO₃からNaOHを生成する工程（例：石灰苛性化）
- ソーダ石灰ガラス：SiO₂–Na₂O–CaO系の汎用ガラス
関連分野と設計上の要点
プロセス安全（反応熱・暴走防止）、配管計装（不活性ガスパージ、乾燥度管理）、材料選定（高温腐食・液体金属脆化対策）、環境対応（アルカリ排水の中和回収）、品質保証（Na汚染のモニタリング）は、ナトリウム（Na）を扱う設計・運転における実務的な焦点である。工場・研究施設ではSOP整備と教育訓練、異常時対応フローの明確化が必須である。