Natrium

neon ← natrium → magnesium
Li
↑
Na
↓
K  
 
 


Yleistä
Nimi natrium
Tunnus Na
Järjestysluku 11
Luokka metalli
Lohko s
Ryhmä 1, alkalimetalli
Jakso 3
Tiheys0,968 · 103 kg/m3
Kovuus0,4[1] (Mohsin asteikko)
Värihopeisen valkoinen
Löytövuosi, löytäjä 1807, 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
Olomuoto kiinteä
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)
Ominaislämpökapasiteetti 1,228 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

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]

Historia

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
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

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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. Natrium 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

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.

Isotoopit

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Natriumilla on vain yksi pysyvä isotooppi 23Na. Tämän lisäksi tunnetaan 19 radioaktiivista isotooppia. Pitkäikäisimmät radioaktiiviset isotoopit ovat 22Na, jonka puoliintumisaika on 2,603 vuotta, ja 24Na, jonka puoliintumisaika on 15,0 tuntia. Muiden isotooppien puoliintumisaijat ovat alle minuutin.[6]

Natrium elimistössä

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Veren ja elimistön muiden nesteiden sopiva natriumpitoisuus on välttämätön verenkierron[7] aineenvaihdunnan[8] ja lihasten toiminnalle sekä hermoimpulssien siirtymiseen.[9] Niin sanottu natrium-kalium-pumppu tuottaa solukalvon yli ulottuvan sähköjännitteen, jolloin solun sisäpuolelle syntyy negatiivinen ja ulkopuolelle positiivinen sähkövaraus.[10] 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.[11]

Optimaalinen saanti

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Natriumin tarve riippuu fyysisestä aktiivisuudesta ja lämpötilasta, koska ne lisäävät hikoilun kautta natriumin tarvetta. Esimerkiksi raskasta ruumiillista työtä tekevät ja suurille lämpötiloille altistuvat tarvitsevat siksi keskimääräistä enemmän natriumia. Se, kuinka paljon natriumia menetetään hikoilun myötä riippuu ihmisen ruokavaliosta, hänen natriumin saantitasostaan sekä siitä, onko hänen elimistönsä sopeutunut mahdollisiin kuumiin olosuhteisiin. Jos natriumin saanti vähenee, elimistö oppii pitämään siitä tiukemmin kiinni, jolloin sitä erittyy hikeen vähemmän.[12]

Vuonna 2021 julkaistussa tieteellisessä tutkimuskatsauksessa havaittiin, että tähän asti kertyneen tutkimusnäytön kokonaisuuden valossa näyttää siltä, että natriumin suositeltava vähimmäissaanti olisi 2,3 gramman sijaan 3 grammaa (vastaten 7,5:tä grammaa suolaa) ja enimmäissaanti 5 grammaa (12,5 grammaa suolaa). Perusteluna oli se, että kyseisiä määriä pienempien ja myös suurempien natrium-/suolamäärien on havaittu korreloivan lisääntyneiden terveyshaittojen kanssa.[13]

Vuonna 2024 julkaistussa väestötutkimuksessa havaittiin kuolleisuuden olevan alhaisinta sillä väestönosalla, joka nautti päivittäin 3,1 grammaa natriumia. Vanhusten kuolleisuus oli kuitenkin pienimmillään 3,6 gramman päiväannoksella. Edellä mainittuja pienemmät ja suuremmat annokset lisäsivät väestön kuolleisuutta. Myös natriumin ja kaliumin keskinäinen suhde vaikutti kuolleisuuteen, joka oli alimmillaan suhteen ollessa 1,2. Tutkimuksen osanottajat olivat yhdysvaltalaisia.[14] Kolme grammaa natriumia vastaa noin 1,5 teelusikallista ruokasuolaa[15].

Natriumin määrä veressä

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elimistö pyrkii pitämään veren natriumarvon normaaleissa rajoissa janontunteen ja munuaisten toiminnan avulla. Normaali veriplasman natriumpitoisuus on noin 3,2 grammaa eli noin 140 millimoolia litrassa. Natriumpitoisten suolojen käyttö ei vaikuta käytännössä veren natriumpitoisuuteen, koska munuaiset pystyvät tehokkaasti säästämään tai poistamaan natriumia.[16] Kaliumin runsas saanti lisää kuitenkin natriumin erittymistä virtsaan[17].

Liian alhainen veren natriumpitoisuus eli hyponatremia syntyy, jos natriumia menetetään liikaa tai jos elimistöön kertyy liikaa vettä. Jos natriumpitoisuus laskee alle 125 millimooliin, alkaa esiintyä väsymystä, voimattomuutta, päänsärkyä, pahoinvointia ja lihaskramppeja[16] sekä muita tajunnan häiriöitä ja rytmihäiriöitä. Jos pitoisuus laskee alle 120 millimooliin, alkaa esiintyä lihasheikkoutta, hermosto-oireita, yleistä kouristelua ja sekavuutta[18] ja potilas saattaa jopa kuolla[19][20].

Hypernatremia tarkoittaa liian korkeaa veren natriumpitoisuutta. Korkea natriumpitoisuus kohottaa verenpainetta.[21]

Vaikutus verenpaineeseen

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Natriumin saanti vaikuttaa hyvin yksilöllisesti verenpaineeseen. Saannin vähentäminen laskee verenpainetta toisilla jopa 15 elohopeamillimetriä mutta nostaa sitä toisilla jopa 17 elohopeamillimetriä. Niillä, joiden verenpaine nousee natriumin saannin vähentyessä, esiintyy tavallista suurempaa reniini-angiotensiini-aldosteroni-akselin aktivaatiota kuin niillä, joiden verenpaine laskee.[22]

Teolliset käyttökohteet

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

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.[23] Natriumia käytetään myös tehokkaiden, erityisesti turbomoottoreiden pakoventtiilien sisällä.[24] 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

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
  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. ↑ a b Natriumin kansainvälinen kemikaalikortti
  4. ↑ a b 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 Artikkelin verkkoversio.
  6. ↑ Isotopes of the Element Sodium Jefferson Lab. Viitattu 26.12.2023.
  7. ↑ The Importance of Managing Potassium and Sodium as Part of a Well-Formulated Ketogenic Diet Virta Health. 26.4.2024. Viitattu 28.4.2024. (englanniksi)
  8. ↑ Eskelinen, Seija: Natrium (P-Na) Terveyskirjasto – Duodecim. 30.6.2016. Viitattu 17.3.2019.
  9. ↑ Ilola, Maarit: Pihvinautojen kivennäisruokinta AtriaNauta. Viitattu 17.3.2019.
  10. ↑ Ravitsemusmittaukset - Mineraalilaboratorio Mila Oy mineraalilaboratoriomila.fi. 17.2.2017. Viitattu 14.9.2022.
  11. ↑ Natrium, plasmasta. HUS:in tutkimusohjekirja HUSLAB. 17.12.2020. Viitattu 24.1.2021.
  12. ↑ Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. Panel on Dietary Reference Intakes for Electrolytes and Water, Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes https://www.posnutricao.ufv.br/wp-content/uploads/2019/08/DRI-Intakes-for-Water-Potassium-Sodium-Chloride-and-Sulfate.pdf
  13. ↑ Sodium Intake and Health: What Should We Recommend Based on the Current Evidence? Nutrients 2021, 13, 3232.
  14. ↑ Donghao Liu, Yuqing Tian, Rui Wang, Tianyue Zhang, Shuhui Shen, Ping Zeng, Tong Zou: Sodium, potassium intake, and all-cause mortality: confusion and new findings. BMC Public Health, 15.1.2024, 24. vsk, nro 1, s. 180. PubMed:38225648 doi:10.1186/s12889-023-17582-8 ISSN 1471-2458 Artikkelin verkkoversio.
  15. ↑ Take it with a grain of salt Harvard Health. 1.11.2006. Viitattu 19.7.2024. (englanniksi)
  16. ↑ a b Mustajoki, Pertti: Hyponatremia (alhainen veren natrium) Terveyskirjasto – Duodecim. 1.3.2018. Viitattu 17.3.2019.
  17. ↑ 677 Huntington Avenue, Boston, Ma 02115: Potassium The Nutrition Source. 3.6.2019. Viitattu 6.9.2024. (englanti)
  18. ↑ Nykopp, Johanna: Natrium (P-Na) on nestetasapainon mittari Potilaan lääkarilehti. 15.10.20. Viitattu 24.1.2021.
  19. ↑ 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.
  20. ↑ 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)
  21. ↑ Mustajoki, Pertti: Veren suolapitoisuuksien muutoksia Terveyskirjasto – Duodecim. 2.10.2018. Viitattu 17.3.2019.
  22. ↑ Dietary Reference Intakes for Water, Potassium, Sodium, Chloride, and Sulfate. Panel on Dietary Reference Intakes for Electrolytes and Water, Standing Committee on the Scientific Evaluation of Dietary Reference Intakes https://www.posnutricao.ufv.br/wp-content/uploads/2019/08/DRI-Intakes-for-Water-Potassium-Sodium-Chloride-and-Sulfate.pdf
  23. ↑ Thomas H. Fanning: Sodium as a Fast Reactor Coolant (.pdf) ne.doe.gov. Arkistoitu 13.1.2013. Viitattu 26.12.2023. (englanniksi)
  24. ↑ Acura 2.0-Liter VTEC® Turbo Engine Acura Newsroom. 11.4.2023. Viitattu 26.12.2023. (englanniksi)

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Natrium.
Auktoriteettitunnisteet: Kansalliset Muokkaa Wikidatassa
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Natrium&oldid=22711042”