Nátrium

A nátrium (nyelvújításkori magyar nevén szikeny) a periódusos rendszer egy kémiai eleme, vegyjele Na, rendszáma 11. Elemi állapotban ezüstös színű, lágy, jól nyújtható, igen reakcióképes könnyűfém. Az I. főcsoportba, az alkálifémek közé tartozik és a többi csoportbeli elemhez hasonlóan egyetlen elektron található a vegyértékhéján, melyet könnyedén lead pozitív töltésű kationt alkotva. Egyetlen stabil izotópja a ²³Na. Reakcióképessége nagy, a vízzel rendkívül heves reakcióba lép, a levegő oxigénjével érintkezve gyorsan oxidálódik, ezért inert körülmények között kell tárolni. Nagy reakciókészsége miatt a természetben nem fordul elő elemi állapotban, csak vegyületeiben. A földkéreg hatodik leggyakoribb eleme, számos ásványban megtalálható, például földpátokban, szodalitben, vagy a kősóban. Égetéskor a lángot sárgára festi. Elemi nátriumot először 1807-ben Humphry Davy állított elő nátrium-hidroxid elektrolízisével.

11 neon ← nátrium → magnézium Li ↑ Na ↓ K [Ne] 3s1 11 Na Periódusos rendszer
Általános
Név, vegyjel, rendszám	nátrium, Na, 11
Latin megnevezés	natrium
Elemi sorozat	alkálifémek
Csoport, periódus, mező	1, 3, s
Megjelenés	ezüstfehér
Atomtömeg	22,98976928(2) g/mol[1]
Elektronszerkezet	[Ne] 3s1
Elektronok héjanként	2, 8, 1
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot	szilárd
Sűrűség (szobahőm.)	0,968 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on	0,927 g/cm³
Olvadáspont	370,87 K (97,72 °C, 207,9 °F)
Forráspont	1156 K (883 °C, 1621 °F)
Olvadáshő${\displaystyle \Delta _{fus}{H}^{\ominus }}$	2,60 kJ/mol
Párolgáshő ${\displaystyle \Delta _{vap}{H}^{\ominus }}$	97,42 kJ/mol
Moláris hőkapacitás	(25 °C) 28,230 J/(mol·K)
Gőznyomás P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 554 617 697 802 946 1153
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet	köbös tércentrált
Oxidációs szám	1 (erősen bázikus oxid)
Elektronegativitás	0,93 (Pauling-skála)
Ionizációs energia	1.: 495,8 kJ/mol
	2.: 4562 kJ/mol
	3.: 6910,3 kJ/mol
Atomsugár	180 pm
Atomsugár (számított)	190 pm
Kovalens sugár	154 pm
Van der Waals-sugár	227 pm
Egyebek
Mágnesség	paramágneses
Fajlagos ellenállás	(20 °C) 47,7 nΩ·m
Hővezetési tényező	(300 K) 142 W/(m·K)
Hőtágulási együttható	(25 °C) 71 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd)	(20 °C) 3200 m/s
Young-modulus	10 GPa
Nyírási modulus	3,3 GPa
Kompressziós modulus	6,3 GPa
Mohs-keménység	0,5
Brinell-keménység	0,69 HB
CAS-szám	7440-23-5
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A nátrium izotópjai izotóp természetes előfordulás felezési idő bomlás mód energia (MeV) termék 22Na mest. 2,602 év β+ 0,546 22Ne ε - 22Ne γ 1,2745 - 23Na 100% Na stabil 12 neutronnal
Hivatkozások

Története

A fémnátrium friss vágási felülete

A nátrium egyik vegyületét, a szódát (Na₂CO₃) már régóta ismerték a vegyészek. Humphry Davy 1808-ban jelentette be, hogy a szódából nyert marónátron (NaOH) elektrolízise során sikerült elemi nátriumot előállítania. Az angolok mind a mai napig Davy elnevezését használják, amely a szóda angol megfelelőjéből képzett sodium. A nátrium elnevezése Klaprothtól származik, aki az egyiptomi-mezopotámiai eredetű nátron (neter = szóda) szóból képezte.

Tulajdonságai

A nátrium lángfestése

A nátrium késsel vágható, puha, könnyű, vágási felületén ezüstfehér színű nagyon reakcióképes fém, jó elektromos vezető. Reakciókészségének köszönhetően a természetben elemi állapotban nem, csak vegyületeiben fordul elő. Az elemi nátrium és vegyületei a Bunsen-égő lángjába tartva a lángot sárgára színezi. A vízbe dobott nátrium, a víz tetején gyorsan keringve, heves hidrogéngáz (H₂) képződéssel járó reakció során (mely az exoterm reakció során fejlődő hőtől meggyullad) maró tulajdonságú nátrium-hidroxiddá alakul. A kísérlet elvégzésénél ez a heves „úszkálás” látható, ami egyébként az első csoport elemeire jellemző (a hidrogént kivéve ).

A legtöbb anyagnak a légkörinél nagyobb nyomáson magasabb az olvadáspontja, mint normál légnyomás esetén. Ez azzal magyarázható, hogy az őket alkotó atomok közelebb kerülnek egymáshoz, és kevesebb helyük marad a mozgáshoz. A nátriumnál ettől eltérő jelenség figyelhető meg. 30 GPa nyomásnál (a légköri nyomás 300 000-szerese) a nátrium olvadáspontja csökkenni kezd. 100 GPa nyomásnál pedig már szobahőmérsékleten megolvad.

E szokatlan viselkedés egyik lehetséges magyarázata a következő: a nátrium atom külső elektronhéján található elektron a nagy nyomás hatására a lezárt héjakon található többi elektron közelébe kerül. Ez olyan kölcsönhatásokat vált ki, melyek normál körülmények között nem játszódnak le. Amíg nagy nyomás alatt a szilárd halmazállapotú nátrium kristályos tulajdonságokat mutat, a folyékony halmazállapotú szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik: szupravezetővé válik.^[forrás?]

Előfordulása, előállítása, vegyületei

A nátrium a csillagok egyik gyakori alkotóeleme. A csillagok emissziós színképeinek elemzésekor szinte mindig megtalálható a nátrium által kibocsátott D színképvonal.

A Föld tömegének mintegy 2,6%-át adja, és így a 6. leggyakrabban előforduló elem (az alkálifémek közül pedig az első). Legközönségesebb vegyülete a konyhasó, ami a tengerekben hozzávetőleg 3%-os koncentrációban található. Nagy mennyiségben található a sóbányákban (például Máramarossziget környékén, vagy a lengyelországi Wieliczkában).

A 19. század végén a szóda és szén 1100 °C-on történő hevítésével állították elő.

${\displaystyle \mathrm {Na_{2}CO_{3}(l)+2\ C(s)\rightleftharpoons 2\ Na(g)+3\ CO(g)} \,\!}$

Nátrium-karbonát reakciója szénnel, elemi nátrium képződése és szén-monoxid fejlődése közben. /egyensúlyi folyamat/

Manapság nátrium-klorid (NaCl) olvadékának elektrolízisével állítják elő. A nátrium-kloridot kalcium-kloriddal (CaCl₂) keverik össze, így a keverék olvadáspontja lényegesen alacsonyabb lesz a tiszta nátrium-kloridénál (700 °C alatt). A katódon kiválik a tiszta elemi nátrium. Ez az eljárás jóval olcsóbb, mint a nátrium-hidroxid elektrolízise.

Gyakoribb vegyületei: lásd A nátrium vegyületei

Felhasználása

• szappangyártáshoz
• világítástechnikában: nátriumgőzlámpa
• fémolvadékok tisztításához
• hőelvezető folyadékként nukleáris erőművekben, és csúcsteljesítményű belsőégésű motorokban
• redukálószer más könnyen oxidálódó fémek előállítására (alumínium (Al))

Élettani tulajdonságai

Az emberi szervezetben körülbelül 80-100 gramm nátrium található. Nagyobb része oldott állapotban van, kisebb részét pedig a csontok, kötőszövetek raktározzák. A nátrium – szorosan összefüggve a káliummal (K) – az úgynevezett ozmotikus nyomás fenntartásában fontos szerepet játszik. Ugyanilyen elengedhetetlen az idegrendszeri ingerületek átvitelénél is.

Izotópjai

Bővebben: A nátrium izotópjai

20 izotópja ismert. Ezek közül csak a 23-as tömegszámú stabil.

A két legjelentősebb kozmogén radioaktív izotópja:

²²Na, felezési ideje 2,602 év

²⁴Na, felezési ideje 15 óra

Az erős neutronsugárzás (például nukleáris baleset esetén) a vérplazmában előforduló ²³Na-ot ²⁴Na izotóppá alakítja.

${\displaystyle \mathrm {_{11}^{23}Na+_{0}^{1}n\rightarrow \ _{11}^{24}Na+...\ MeV} }$

A ²⁴Na izotóp koncentrációjából megállapítható az elszenvedett sugárzás mértéke.

Óvintézkedések

Ahogy más alkálifémek, úgy a nátrium is elemi formában erősen gyúlékony és kismértékben robbanásveszélyes amikor vízzel érintkezik. Tárolása kémiailag kevéssé reakcióképes folyékony szénhidrogén, például petróleum alatt történik. Ártalmatlanítása metanollal vagy etanollal történik.