נתרן

מגנזיום - נתרן -   Li Na K       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	11
סמל כימי	Na
סדרה כימית	מתכת אלקלית
צפיפות	968 kg/m3
מראה	לבן כסוף
תכונות אטומיות
משקל אטומי	22.989770 amu
רדיוס ואן דר ואלס	227 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 1
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
טמפרטורת התכה	370.87K (97.72°C)
טמפרטורת רתיחה	1156.15K (883°C)
לחץ אדים	1.43×10-5Pa ב-1234K
מהירות הקול	3200 מטר לשנייה ב293.15K
שונות
אלקטרושליליות	0.93
קיבול חום סגולי	1230 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	21 106/m·Ω
מוליכות תרמית	141 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	495.8 kJ/mol

נתרן (לטינית: Natrium) הוא יסוד כימי ממשפחת המתכות האלקליות, סמלו הכימי Na ומספרו האטומי 11.

נתרן הוא מינרל חשוב והוא נפוץ בעיקר בנוזל החוץ תאי.

תכונות

כמו מתכות אלקליות אחרות, נתרן הוא רך, קל, לבן כסוף, יסוד פעיל ולא נמצא בטבע בצורתו הטהורה. נתרן צף במים (צפיפותו 968, של מים מזוקקים 1000), נדלק, משחרר גז מימן ויוצר יוני הידרוקסיד. נתרן ניצת בקלות במים, אבל לא באוויר בטמפרטורה נמוכה מ־388K.

נתרן צובע להבה בצהוב כמודגם בתמונה, בשל פליטה ב-588.995nm וב-589.5924nm. קוים ספקטרליים אלה מאוד סמוכים זה לזה, ולכן הם מכונים דובלט הנתרן. הם גם סומנו, היסטורית, על ידי D₁ ו-D₂. תחת לחץ כבד, נתרן משנה פאזה ועובר למצב צבירה נוזל לעומת חומרים אחרים הזקוקים לאנרגיה תרמית (חום) לשם כך.

בלחץ של 30 גיגהפאסקל (פי 300,000 מלחץ אטמוספירי בגובה פני הים) טמפרטורת ההיתוך של נתרן מתחילה לצנוח. בסביבות 100 גיגהפאסקל נתרן ניתך בטמפרטורת החדר.

הסבר הגיוני לתופעה יוצאת דופן זו של נתרן היא שליסוד זה יש אלקטרון חופשי אחד שנדחף קרוב יותר ל-10 האלקטרונים הנוספים סביב הגרעין כשמופעל עליו לחץ ויוצר משיכה שבמצב נורמלי לא הייתה מופיעה.

כשנתרן מוצק נמצא תחת לחץ מופיעים מספר מבנים גבישיים שמעידים על כך שיכול להיות שלנתרן נוזלי יש תכונות של מוליך על או נוזל-על.

פיסת נתרן מתכתי שתופל למים תנתר על פניהם עקב תגובה כימית עזה בינו לבין המים הפולטת חום רב וגורמת לשינוי מצב הצבירה של המתכת שעוד לא הגיבה למצב צבירה נוזל ולפליטת גז מימן:

$2Na_{(s)} + 2H_2O_{(l)} \longrightarrow 2Na^{{+}}_{(aq)} + H_{2(g)} + 2OH^{{-}}_{(aq)}$:

משום כך נוהגים לשמור במעבדות נתרן טהור בתוך שמן.

שימושים

נתרן בצורתו המתכתית נחוץ בייצור אסטרים (ביחיד אסטר, קבוצה כימית), מתכת אלקלית זו היא גם מרכיב של מלח השולחן (NaCl) שהכרחי לחיים. שימושים נוספים:

• בסגסוגות מסוימות משפר את המבנה.
• אחד ממרכיבי הסבון (בשילוב עם חומצות שומן)
• משמש בהחלקת מתכות.

נתרן טהור, שמור בשמן, בעל מראה מתכתי כסוף ומבריק

נתרן צובע להבה בצבע צהוב אופייני

• טיהור מתכות מותכות.
• נורות נתרן צורכות חשמל באופן יעיל יותר מנורות להט (בצריכת חשמל להספק).
• נתרן נוזלי קיבל שימוש כנוזל מעביר חום בכמה סוגים של כורים גרעיניים.

תרכובות נתרן הם כימיקלים חשובים לתעשייות הזכוכית, מתכת, נייר, נפט, סבון וטקסטיל. בין תרכובות הנתרן החשובות ביותר נמצאות:
מלח שולחן (NaCl), סודה לשתייה (NaHCO₃), סודה קאוסטית (NaOH) ובורקס (Na₂B₄O₇)

תרכובות

נתרן כלורי (מלח שולחן, NaCl) התרכובת הנפוצה ביותר של נתרן. נתרן לא מופיע רק בשילוב עם כלור ויש לו מספר מינרלים נוספים כגון Na₃AlF₆, Na₂Al₂Si₃O₁₀-2H₂O ועוד.

היסטוריה

נתרן (באנגלית Sodium ממקור Soda) בודד לראשונה ב־1807 על ידי האמפרי דייווי באלקטרוליזה של סודה קאוסטית (NaOH). באירופה של ימי הביניים תרכובת נתרן הייתה תרופה לכאבי ראש. סמלו של נתרן, Na בא מהתרכובת Natrium בלטינית, שמקורה בשם Nitron ביוונית שהוא סוג של מלח טבעי.

איזוטופים של נתרן

סמל	Z(p)	N(n)	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
	התרגשות אנרגטית
	הערות
18Na	11	7	18.02597(5)	1.3(4)E-21 s	(1-)#
19Na	11	8	19.013877(13)	<40 ns	(5/2+)#
20Na	11	9	20.007351(7)	447.9(23) ms	2+
21Na	11	10	20.9976552(8)	22.49(4) s	3/2+
22Na	11	11	21.9944364(4)	2.6027(10) yr	3+
	פולט פוזיטרונים.
22mNa	583.03(9) keV			244(6) ns	1+
23Na	11	12	22.9897692809(29)	יציב	3/2+	1.0000
	היחשפות לקרינת נייטרונים חמורה גורמת להפיכת 23Na ל 24Na בפלזמה שבדם.
24Na	11	13	23.99096278(8)	14.9590(12) h	4+
24mNa	472.207(9) keV			20.20(7) ms	1+
25Na	11	14	24.9899540(13)	59.1(6) s	5/2+
26Na	11	15	25.992633(6)	1.077(5) s	3+
27Na	11	16	26.994077(4)	301(6) ms	5/2+
28Na	11	17	27.998938(14)	30.5(4) ms	1+
29Na	11	18	29.002861(14)	44.9(12) ms	3/2(+#)
30Na	11	19	30.008976(27)	48.4(17) ms	2+
31Na	11	20	31.01359(23)	17.0(4) ms	(3/2+)
32Na	11	21	32.02047(38)	12.9(7) ms	(3-,4-)
33Na	11	22	33.02672(94)	8.2(2) ms	3/2+#
34Na	11	23	34.03517(96)#	5.5(10) ms	1+
35Na	11	24	35.04249(102)#	1.5(5) ms	3/2+#
36Na	11	25	36.05148(102)#	<260 ns
37Na	11	26	37.05934(103)#	1# ms [>1.5 µs]	3/2+#

צורה בטבע

נתרן מהווה 2.83% ממשקלו של קרום כדור הארץ והוא היסוד השישי הנפוץ ביותר. כיום מייצרים נתרן באופן מסחרי באלקטרוליזה של מלח שולחן, שיטה זו יותר זולה מהשיטה הקודמת שהייתה אלקטרוליזה של נתרן הידרוקסידי.

אמצעי זהירות

אבקת נתרן נפיצה ביותר במים ורעילה, בין אם היא משולבת עם חומרים אחרים ובין אם אינה משולבת. נתרן מצריך טיפול זהיר ואיחסון באטמוספירה אדישה כימית או תחת שמן.

תפקיד ביולוגי

ליוני נתרן תפקידים פיזיולוגיים רבים, המשותפים לכל בעלי החיים. אחד החשובים שבתפקידים אלו הוא כניסה ויציאה של יוני נתרן דרך משאבות נתרן-אשלגן בקרום התא לשליטה על נפח התא, להכנסה של חומרים לתוך התאים ולהוצאתם מתוכם (הוצאת סידן באמצעות משאבות נתרן-סידן והוצאת מימן באמצעות משאבות נתרן-מימן), וכן ליצירת המתח החשמלי שמהווה את בסיס הפעולה של תאי עצב ותאי שריר.

וויסות נפח התאים על ידי שליטה על ריכוז יוני הנתרן בתוכם כך שנוצר שינוי לחץ הידרוסטטי המוביל למעבר מים באוסמוזה לתוך התאים או החוצה מתוכם, הוא המנגנון המווסת את נפח הדם בכלי הדם ובכך מווסת את לחץ הדם ואת ערך ההגבה שלו.

חשיבותם של יוני הנתרן בביולוגיה מתבטאת בקיומם של קולטני טעם מיוחדים לצורך זיהוים בלשונותיהם של בעלי חיים רבים וכתוצאה מכך, ביכולתם של בעלי חיים רבים לחוש בטעם מלוח. קולטנים אלה מגיבים לנוכחות יוני נתרן יותר מאשר יונים אחרים, דוגמת יוני ליתיום (⁺Li), יוני אמוניום (⁺NH₄) ובמידה מסוימת גם יוני אשלגן (⁺K) ויוני סידן (²⁺Ca), אך אלו מורגשים לעתים כתערובת של טעמים או כטעמים שאינם מליחות.

קישורים חיצוניים

• נתרן ב Webelements (אנגלית)
• נתרן ב The Wooden Periodic Table (אנגלית)