Natrium

Natrium (lat. natrium, engl. sodium) on pehmeä, kevyt ja reaktiivinen alkalimetalli, sähköä johtava elektrolyytti ja makrokivennäisaine, joka on välttämätön aineenvaihdunnan toiminnalle. Natriumin kemiallinen merkki on Na ja järjestysluku 11. Sen sulamispiste on 97,4 °C, kiehumispiste 880 °C ja CAS-numero 7440-23-5.[3]

neon ← natrium → magnesium
Li
↑
Na
↓
K  
 
 


Yleistä
Niminatrium
TunnusNa
Järjestysluku11
Luokkametalli
Lohkos
Ryhmä1, alkalimetalli
Jakso3
Tiheys0,968 · 103 kg/m3
Kovuus0,4[1] (Mohsin asteikko)
Värihopeisen valkoinen
Löytövuosi, löytäjä1807, Sir Humphry Davy
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)22,989796928[2]
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)180 (190) pm
Kovalenttisäde154 pm
Van der Waalsin säde227 pm
Orbitaalirakenne[Ne] 3s1
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 1
Hapetusluvut+I
Kiderakennetilakeskeinen kuutiollinen (BCC)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuotokiinteä
Sulamispiste370,87 K (97,72 °C)
Kiehumispiste1 156 K (883 °C)
Moolitilavuus23,78 · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö97,42 kJ/mol
Sulamislämpö2,60 kJ/mol
Höyrynpaine1,43 · 10−5 Pa 1 234 K:ssa
Äänen nopeus3 200 m/s 293,15 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus0,93 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti1,228 kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus(20 °C) 21,0 · 106 S/m
Lämmönjohtavuus(300 K) 142 W/(m·K)
CAS-numero7440-23-5
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Historia
Natriumia

Natriumin yhdisteistä ruokasuola eli natriumkloridi sekä sooda eli natriumkarbonaatti ovat olleet tunnettuja jo tuhansia vuosia. Vapaana alkuaineena natriumin eristi ensimmäisenä 1807 englantilainen kemisti Sir Humphry Davy elektrolyysin avulla sulasta lipeästä eli natriumhydroksidista.[4]

Esiintyminen

Maapallolla natrium esiintyy aina kemiallisina yhdisteinä. Natriumioni on yhdenarvoinen kationi, Na+. Merivedessä on liuenneena noin 3,5 % natriumkloridia eli ruokasuolaa. Natriumkloridi liukenee veteen täydellisesti Na+-ionina ja Cl−-ionina.

Natriumia on myös kasvi- ja eläinorganismeissa, erityisesti natriumkloridina. Natriumia on vähän myös ihmisen veressä, luustossa ja lihaksissa. Natriumkloridi on ihmiselle tärkeä nestetasapainon ylläpitäjä.

Natriumyhdisteitä on myös monissa kallioperän mineraaleissa, esimerkiksi maasälvässä, josta se rapautumisen kautta levittäytyy maaperään.

Natriumia valmistetaan elektrolysoimalla natriumkloridia (NaCl) tai natriumhydroksidia (NaOH).

Neutraalia atomista natriumia esiintyy myös ilmakehättömillä planeetoilla ja kuilla, kuten Kuussa ja Merkuriuksessa, erittäin ohuen ”ilmakehän” kaasuna. Mikrometeoroidit ja aurinkotuuli irrottavat natriumia ja vety aurinkotuulessa pelkistää natriumin neutraaleiksi atomeiksi. Kuun ”ilmakehässä” on 70 atomia natriumia kuutiosenttiä kohden.[5]

Ominaisuudet

Ilman vaikutuksesta metallinen natrium hapettuu hieman harmaaksi, kosteassa ilmassa silmänräpäyksessä. Natriumia säilytetään petrolissa. Tavallisissa olosuhteissa se syttyy fluorin ja kloorin vaikutuksesta, mutta lievästi kuumennettuna se reagoi kiivaasti monien aineiden kuten bromin, jodin, vedyn ja rikin kanssa. Veden ja ilman kanssa natrium aiheuttaa palo- ja räjähdysvaaran[3], koska veden kanssa syntyy natriumhydroksidia ja vetyä, ja ilmassa reaktiolämpö sytyttää vedyn palamaan. Kaiken lisäksi kevyenä natrium kelluu vedessä. On havaittu, että tietyn kokoiset natriumpalaset hyppivät itsekseen vedessä, koska osuma veteen vapauttaa vetyä, joka räjähtää ja ampuu palan uudelleen ilmaan.

Natrium on reaktiivisempi kuin kevyempi alkalimetalli litium ja vähemmän reaktiivinen kuin raskaampi kalium. Natrium esiintyy yhdisteissään ionina, jonka hapetusaste on +I (Na+). Useimmat natriumyhdisteet ovat erittäin vesiliukoisia, ja sille tunnetaan harvoja saostavia reagensseja. Liukenemattomia natriumsuoloja ovat natriumvismutaatti (NaBiO3), -oktamolybdaatti (Na2Mo8O25·4H2O), -tioplatinaatti (Na4Pt3S6) ja -uranaatti (Na2UO4); natriummetafosfaatilla (NaPO3) on sekä liukoinen että liukenematon kidemuoto. Natriumpitoisista mineraaleista maasälvät ovat liukenemattomia.

Natriumin värjää liekin kirkkaan oranssiksi ja samasta johtuu natriumvalojen oranssi väri.

Natrium elimistössä

Veren ja elimistön muiden nesteiden sopiva natriumpitoisuus on välttämätön aineenvaihdunnan[6] ja lihasten toiminnalle sekä hermoimpulssien siirtymiseen.[7] Niin sanottu natrium-kalium-pumppu tuottaa solukalvon yli ulottuvan sähköjännitteen, jolloin solun sisäpuolelle syntyy negatiivinen ja ulkopuolelle positiivinen sähkövaraus.[8] Natriumia tarvitaan myös elimistön nestetasapainon säätelyyn.

Natrium muodostaa yli 90 prosenttia solujen ulkopuolisen nestetilan kationeista ja on sen vuoksi tärkeä kyseisen nestetilan osmoottisen paineen ja tilavuuden ylläpidolle. Noin 60 prosenttia natriumista on elimistön nesteissä ja loput 40 prosenttia luustossa.[9]

Normaali veriplasman natriumpitoisuus on noin 3,2 grammaa eli noin 140 millimoolia litrassa. Jos natriumpitoisuus laskee alle 125 millimooliin, alkaa esiintyä väsymystä, voimattomuutta, päänsärkyä, pahoinvointia ja lihaskramppeja[10] sekä muita tajunnan häiriöitä ja rytmihäiriöitä. Jos pitoisuus laskee alle 120 millimooliin, alkaa esiintyä lihasheikkoutta, hermosto-oireita, yleistä kouristelua ja sekavuutta[11] ja potilas saattaa jopa kuolla[12][13].

Elimistö pyrkii pitämään veren natriumarvon normaaleissa rajoissa janontunteen ja munuaisten toiminnan avulla. Liian alhainen veren natriumpitoisuus eli hyponatremia syntyy, jos natriumia menetetään liikaa tai jos elimistöön kertyy liikaa vettä.[10]

Hypernatremia tarkoittaa liian korkeaa veren natriumpitoisuutta. Korkea natriumpitoisuus kohottaa verenpainetta.[14] Natriumsuolojen käyttö ei vaikuta käytännössä veren natriumpitoisuuteen, koska munuaiset pystyvät tehokkaasti säästämään tai poistamaan natriumia.[10]

Käyttökohteet

Natriumia tuotetaan ja käytetään melko runsaasti kemianteollisuudessa valmistettaessa esimerkiksi natriumperoksidia (Na2O2) ja natriumsyanidia (NaCN). Lisäksi natriumia käytetään räjähdysaineteollisuudessa, butadieenin (CH2=CH-CH=CH2) polymeroinnissa sekä muissa orgaanisissa synteeseissä. Metallurgiassa sitä käytetään muun muassa titaanin erottamisessa yhdisteistään, kullan ja hopean metallurgisessa puhdistamisessa, sekä niin ikään alumiinilejeerinkien valmistuksessa.

Natriumia sisältäviä lamppuja käytetään esimerkiksi katuvaloissa tuottamaan valoa, joka läpäisee erityisen hyvin sumua ja usvaa. Natriumin tuottama valo on keltaista aallonpituudella 589 nanometriä.[4]

Natrium sulaa matalahkossa lämpötilassa, ja metallina se johtaa lämpöä tehokkaasti. Sulaa natriumia käytetään lämmönsiirtoaineena ydinreaktoreissa, vaikka se on reaktiivisuutensa takia vaarallisempi kuin yleisemmin käytetty vesi. Natriumia käytetään myös tehokkaiden, erityisesti turbomoottoreiden pakoventtiilien sisällä. Natrium auttaa siirtämään nestemäisessä muodossa ollessaan lämpöä tehokkaasti venttiilikanteen edestakaisen liikkeen johdosta. Pakoventtiilin ontto tila ei ole aivan kokonaan täytetty, joten natrium pääsee ”hölskymään” ja näin viemään lämpöä venttiilin lautasen läheisyydestä venttiilin varren kautta kanteen. Tekniikkaa on käytetty esimerkiksi ensimmäisissä Saab 99 turbo:ssa.

Lähteet
  1. Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia, s. 325. Otava, 1988. ISBN 951-1-10136-6.
  2. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  3. Natriumin kansainvälinen kemikaalikortti
  4. Hamilo, Marko: Vesimyrkytykseen voi kuolla Helsingin Sanomat (alkuainesarjan artikkeli natriumista). Arkistoitu 14.1.2012. Viitattu 7.7.2010.
  5. Stern, S. Alan: The Lunar atmosphere: History, status, current problems, and context. Rev. Geophys., 1999, 37. vsk, nro 4, s. 453–491. doi:10.1029/1999RG900005. Bibcode:1999RvGeo..37..453S.
  6. Eskelinen, Seija: Natrium (P-Na) Terveyskirjasto – Duodecim. 30.6.2016. Viitattu 17.3.2019.
  7. Ilola, Maarit: Pihvinautojen kivennäisruokinta AtriaNauta. Viitattu 17.3.2019.
  8. Ravitsemusmittaukset - Mineraalilaboratorio Mila Oy mineraalilaboratoriomila.fi. 17.2.2017. Viitattu 14.9.2022.
  9. Natrium, plasmasta. HUS:in tutkimusohjekirja HUSLAB. 17.12.2020. Viitattu 24.1.2021.
  10. Mustajoki, Pertti: Hyponatremia (alhainen veren natrium) Terveyskirjasto – Duodecim. 1.3.2018. Viitattu 17.3.2019.
  11. Nykopp, Johanna: Natrium (P-Na) on nestetasapainon mittari Potilaan lääkarilehti. 15.10.20. Viitattu 24.1.2021.
  12. Isoniemi, Jaakko: Alastomana tuolissa kaksi päivää, neliraajahalvaantunut ei saanut hengityskonetta, vartija katseli hirttäytyjää vierestä – Epsteinin kuolema ei ollut poikkeustapaus USA:n vankiloissa Iltalehti. 14.8.2019. Viitattu 24.1.2021.
  13. Holpuch, Amanda: Colorado to pay $3m to family of mentally ill prisoner who died shackled facedown on floor The Guardian. 19.12.2014. Viitattu 24.1.2021. (englanniksi)
  14. Mustajoki, Pertti: Veren suolapitoisuuksien muutoksia Terveyskirjasto – Duodecim. 2.10.2018. Viitattu 17.3.2019.

    Aiheesta muualla

     

    This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.