コア コンセプト
このチュートリアルでは、ナトリウムと水の間の反応について学びます 、何が原因で、どのように機能するか
他の記事で取り上げるトピック
- ナトリウム
- 燃焼
- 水素結合
- イオン化エネルギー
- 水の沸点と融点
水中でナトリウムが爆発
ナトリウム金属片を濡らすと、熱くなり、泡立ちます。場合によっては、反応が極端になり、炎や爆発が発生することがあります。ただし、塩化ナトリウムが水と接触すると、単純に溶解します。塩素を水に落とすと、消毒剤として作用し、バクテリアや微生物を殺します。では、ナトリウム自体がこのような激しい反応を引き起こすのはどうだろうか?その答えは、金属と水分子の間の量子相互作用に関係しています。
ナトリウムと水の安定性
希ガスと比較してナトリウムを考えると、この反応を理解するのが少し簡単になります。 10 個の陽子と 10 個の電子を持つネオンに似ています。希ガスは、電子を獲得または失う必要がない完全な原子軌道による安定性で知られています。ネオンには 1s、2s、および 2p 軌道がいっぱいです。この安定性は、ナトリウムなどの希ガスから遠ざかると台無しになります。この要素には11個の陽子があり、「余分な」電子は次の原子軌道で非常に緩く保持されています.これが、安定した結合を形成する塩化ナトリウムなどの化合物でナトリウムが電子をすぐに放棄する理由です。
一方、水は安定した分子のように見えるかもしれませんが、極性の高い分子です。その曲がった形状のために、酸素の一方の側は好ましい負電荷 (孤立電子対のある側) を持ち、もう一方の側は好ましい正電荷 (2 つの水素を持つ側) を持ちます。一緒に液体の水がたくさんある場合、分子は負の端が正の端を「中和」し、電位エネルギーが最小になるように配置されます。水分子の一部は、100 万分の 1 で、それぞれのイオン (プロトン (H) イオンとヒドロキシル (OH) イオン) に解離します。
ナトリウムと水を混ぜる
ナトリウムを極性水、陽子、ヒドロキシルイオンと混ぜるとどうなりますか?ナトリウムからゆるく保持されている電子は、それが見つけることができる単一の陽子と反応したいと思うでしょう.ナトリウムからの電子は水素イオンと結合します。これは、より中性の水分子が解離して遊離陽子を提供するときに発生します。これには約 13.6 eV のエネルギーが必要です。中性の水素原子は、エネルギー的に好ましい状態である中性の二原子ガス H2 に向かって移動しています。 、これには 13.6 eV のエネルギーがシステムに押し込まれます。
ナトリウム金属と水の反応式
この発熱反応では、固体ナトリウムが水と混合して、強アルカリ性水酸化ナトリウムと水素ガスからなる無色の塩基性溶液を形成します。相互作用の間、ナトリウムは非常に熱くなり、オレンジ色の炎を燃やすことができます.以下は反応です:
2Na(s) + 2H2 O → 2NaOH(aq) + H2(g)
これで、酸素ガス (O2 ）。これにより、水素/酸素燃焼が発生します。これら 2 つは熱エネルギーの存在下で水蒸気とより多くのエネルギーを生成し、強烈で爆発的な反応を説明します。この反応は、ナトリウムがイオン化された可溶型 Na に完全に溶解するまで続きます。
ナトリウム金属は健康に危険ですか?
ナトリウム金属は水にさらされると爆発する可能性があることを学んだばかりですが、神経機能に必要な食事性ミネラルと同様に、ナトリウムは実際には体内で必要です. （詳細については、神経伝達物質に関するチュートリアルをご覧ください）。血清は、内部の酸塩基バランス、膜電位、および細胞外液の調節に使用されます。私たちは、中和された形の塩化ナトリウム、つまり食卓塩でナトリウムを摂取します。塩素と相互作用するナトリウムの余分な電子により、水中の陽子と相互作用しません.
したがって、ナトリウムは水と相互作用せず、体内で爆発しません。ただし、ナトリウムの摂取量は、健康への影響のために監視する必要があります.塩分を過剰に摂取すると、血圧の急上昇、高浸透圧、感染症のリスクの増加、動脈硬化などを引き起こす可能性があります.一方、食事で十分なナトリウムを摂取しないと、脱水、筋肉の異常、けいれんなどの悪影響を引き起こす可能性もあります.毎日約 300 mg の塩分を摂取することが、おおよその健康値です。
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