今回のポイントは，
- \(\rm{Na}\)系列の全体像とその性質
- \(\rm{Na}\)の融解塩電解
- \(\rm{NaCl}\)の電気分解
です．これら以外の性質についても詳しく解説していくので，少しでも自分のものにしてくださいね！
\(\rm{Na}\)系列の全体像
この図の\(1\)段目が単体の世界，\(2\)段目・\(3\)段目が塩基の世界，\(4\)段目が塩の世界となっています．これらの物質は，上より下，右より左の方がエネルギー的に安定しています．そのため，自発的に下や左側に反応が進んでいきます．
それでは，各物質について詳しく見ていきましょう．
\(\rm{Na}\)：ナトリウム
ナトリウム\(\rm{Na}\)の重要な性質は\(2\)つです．
- 最も反応性の高い物質
- アルカリ金属は空気や水と激しく反応してしまうため，石油中に保存
ナトリウムに代表されるアルカリ金属の単体は柔らかいので，ナイフでカットすることができます．ただその切り口は空気中ですぐに酸化されて，光沢を失います．
\(\rm{4Na\ +\ O_2\ →\ 2Na_2O}\)
これに水を加えることで，水酸化ナトリウムが生成されます．
\(\rm{Na_2O\ +\ H_2O\ →\ 2NaOH}\)
これを先ほどの\(\rm{Na}\)系列の図を見ながら確認していきましょう．
これは\(1\)段目→\(2\)段目→\(3\)段目という流れでした．一気に\(1\)段目→\(3\)段目に移動するには，\(\rm{Na}\)を常温の水と激しく反応させます．
\(\rm{2Na\ +\ 2H_2O\ →\ 2NaOH\ +\ H_2↑}\)
このようにアルカリ金属は空気や水と激しく反応してしまうため，石油中で保存するというわけです．
融解塩電解
先ほどは\(\rm{Na}\)の単体から\(\rm{NaOH}\)までの移動経路を考えてきました．
では，\(\rm{Na}\)の単体を作るにはどうすればよいでしょうか？
方法としては，自然界に存在する\(\rm{NaCl}\)（食塩）を原料とする方法があります．\(\rm{Na}\)は非常にイオン化傾向が大きいので，\(\rm{NaCl}\)を高温で融解して，電気分解することで得ることができます．
陰極：\(\rm{Na^+\ +\ }\)\(e^-\ \rm{→\ Na}\)
陽極：\(\rm{2Cl^-\ →\ Cl_2\ +\ }\)\(2e^-\)
ただ，この方法には決定的な欠点があります．それはコストがかかりすぎるということです．あまりにもコストが高いので，工業的にはこの方法は取られていません．
イオン化傾向の大きい金属（\(\rm{K}\)，\(\rm{Ca}\)，\(\rm{Na}\)など）は，そのイオンを含む水溶液をただ電気分解しても\(\rm{H_2}\)が発生するだけで，金属の単体を取り出すことはできません．これは，「イオン化傾向の大きい金属 = イオンとして存在したがる」ので，単体にはなりにくいということです．
このような物質に対して，水がない状態にして高温で融解させると，電気分解を行うことができ，金属の単体を取り出すことができます．つまり，イオン化傾向の大きい金属→融解塩電解で取り出す！と覚えておきましょう！
炎色反応
炎色反応は，どの参考書にも書いていると思いますが，「リアカーなきケイ村」で覚えましょう！
\(\rm{NaOH}\)：水酸化ナトリウム
水酸化ナトリウムは，無色半透明の固体で，水によく溶け，水溶液は強塩基性を示します．
\(3\)段目の\(\rm{NaOH}\)から\(4\)段目の塩の世界で移動するには，中和反応を行います．\(\rm{NaOH}\)の結晶を空気中に放置すると，水分と\(\rm{CO_２}\)を吸収する\(2\)パターンがあります．
①水分を吸収して溶ける場合を潮解といいます．
②\(\rm{CO_2}\)を吸収して徐々に\(\rm{Na_2CO_3}\)に変化し，過剰の\(\rm{CO_2}\)と反応すると\(\rm{NaHCO_3}\)が生成されます．
\(\rm{2NaOH\ +\ CO_2\ →\ Na_2CO_3\ +\ H_2O}\)
\(\rm{NaOH\ +\ CO_2\ →\ NaHCO_3}\)
\(\rm{NaOH\ +\ HCl\ →\ NaCl\ +\ H_2O}\)
\(\rm{NaCl}\)の電気分解
工業的に\(\rm{NaOH}\)を大量に合成させるためには，\(\rm{NaCl}\)を電気分解します．
図のように，陽極槽に\(\rm{NaCl}\)飽和水溶液を供給し，陽極で\(\rm{Cl_2}\)を発生させます．一方で，陰極槽にはうすい\(\rm{NaOH}\)水溶液が仕込まれており，陰極で\(\rm{H_2}\)が発生します．
陽極：\(\rm{2Cl^-\ →\ Cl_2\ +\ }\)\(2e^-\)
陰極：\(\rm{2H_2O\ +\ }\)\(2e^-\ \rm{→\ H_2\ +\ OH^-}\)
このときに陰極では\(\rm{OH^-}\)が発生するので，電気的なつりあいが崩れてしまいます．そのため，陽イオン交換膜を通して\(\rm{Na^+}\)が陽極槽→陰極槽に移動し，電気的なつりあいを保ちます．これによってもともと仕込んであった\(\rm{NaOH}\)よりも濃い\(\rm{NaOH}\)水溶液を取り出すことができるというわけです．
\(\rm{NaHCO_3}\)・\(\rm{Na_2CO_3}\)：炭酸水素ナトリウム・炭酸ナトリウム
\(\rm{Na_2CO_3}\)を室温で放置すると，水分を多く含んで\(\rm{Na_2CO_3 \cdot 10H_2O}\)の結晶が析出します．
\(\rm{2NaOH\ +\ CO_2\ +\ 9H_2O\ →\ Na_2CO_3 \cdot 10H_2O}\)
この結晶を空気中に放置すると，水和水の一部が失われて，\(\rm{Na_2CO_3 \cdot H_2O}\)（白色）になります．この現象を風解といいます．
\(\rm{Na_2CO_3 \cdot 10H_2O\ →\ Na_2CO_3 \cdot H_2O\ +\ 9H_2O}\)
これらの反応をまとめると下のようになります．
最後に，\(4\)段目の世界について簡単に見ておきましょう．
\(\rm{NaHCO_3}\)や\(\rm{Na_2CO_3}\)は弱酸生成反応によって，\(\rm{NaCl}\)が生成されます．
\(\rm{Na_2CO_3\ +\ CO_2\ +\ H_2O\ →\ 2NaHCO_3}\)
\(\rm{NaHCO_3\ +\ HCl\ →\ NaCl\ +\ H_2O\ +\ CO_2}\)
また\(\rm{NaHCO_3}\)から\(\rm{Na_2CO_3}\)へは加熱によって容易に熱分解します．
\(\rm{2NaHCO_3\ →\ Na_2CO_3\ +\ CO_2\ +\ H_2O}\)
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