נתרן

נתרן
	מגנזיום - נתרן -
; 11	Na
נתונים בסיסיים
מספר אטומי	11
סמל כימי	Na
סדרה כימית	מתכת אלקלית
מראה
	לבן כסוף מתכתי
תכונות אטומיות
משקל אטומי	22.989770 u
רדיוס ואן דר ואלס	227 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 8, 1
קונפיגורציה אלקטרונית	1s² 2s² 2p⁶ 3s¹
דרגות חמצון	−1, 1, 0
תכונות פיזיקליות
צפיפות	968 kg/m3
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
נקודת רתיחה	1,156.15K (883°C)
נקודת התכה	370.87K (97.72°C)
לחץ אדים	1.43×10-5Pa ב-1,234K
מהירות הקול	3,200 מטר לשנייה ב-293.15K
שונות
אלקטרושליליות	0.93
קיבול חום סגולי	1,230 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	21 106/m·Ω
מוליכות חום	141 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	495.8 kJ/mol
היסטוריה
מגלה	האמפרי דייווי
תאריך גילוי	1807
נקרא על שם	נתרן פחמתי

ערך זה עוסק ביסוד כימי בעל המספר האטומי 11. אם התכוונתם לבן הסדרה של חרקים חסרי כנפיים, ראו נתרנאים.

נתרן מתכתי, שמור בשמן, בעל מראה מתכתי כסוף ומבריק

נתרן (בלטינית: Natrium; באנגלית: Sodium) הוא יסוד כימי מסדרת המתכות האלקליות, שסמלו הכימי Na ומספרו האטומי 11.

נתרן הוא מינרל חשוב בפיזיולוגיה, הנפוץ בעיקר בנוזל החוץ-תאי.

תכונות

כמתכות אלקליות אחרות, נתרן הוא רך, קל, לבן כסוף, יסוד פעיל ולא נמצא בטבע בצורתו הטהורה. צף במים (צפיפותו 968, של מים מזוקקים 1000), נדלק, משחרר גז מימן ויוצר יוני הידרוקסיד. ניצת בקלות במים, אך באוויר ניצת רק בטמפרטורה של 388K°‏ (115C°).

נתרן צובע להבה בצהוב בשל פליטת גלי אור בתדרים של 588.995nm ו-589.5924nm. קווים ספקטרליים אלה מאוד סמוכים זה לזה, ולכן הם מכונים דובלט הנתרן. הם גם סומנו, היסטורית, על ידי D₁ ו-D₂. תחת לחץ כבד, הוא 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 היתוכו מתחילה לצנוח. בסביבות 100 גיגהפאסקל הנתרן ניתך בטמפרטורת החדר.

הסבר אפשרי לתופעה יוצאת דופן זו היא שליסוד זה יש אלקטרון חופשי אחד הנדחף 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 להתכת המתכת שעוד לא הגיבה ולפליטת גז מימן:

2Na_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\longrightarrow 2Na_{(aq)}^{+}+H_{2(g)}+2OH_{(aq)}^{-}

:

משום כך נוהגים לשמור במעבדות נתרן טהור בתוך שמן.

שימושים

נתרן, בצורתו המתכתית נחוץ בייצור אֶסְטֶרים (קבוצת תרכובות אורגניות). מתכת אלקלית זו היא גם מרכיב יסודי במלח שולחני (NaCl) שהכרחי לחיים ושלל תהליכים ביולוגיים. שימושים נוספים:

בסגסוגות מסוימות משפר את המבנה.
אחד ממרכיבי הסבון (בשילוב עם חומצות שומן)
משמש בהחלקת מתכות.
טיהור מתכות מותכות.
נורות נתרן נוטות להיות יעילות יותר לעומת נורות להט.
נתרן נוזלי קיבל שימוש כנוזל מעביר חום בכמה סוגים של כורים גרעיניים.

תרכובות נתרן הם כימיקלים חשובים לתעשיות הזכוכית, מתכת, נייר, נפט, סבון וטקסטיל. בין תרכובות הנתרן החשובות ביותר נמצאות:
מלח שולחן (NaCl), סודה לשתייה (NaHCO₃), סודה קאוסטית (NaOH), סודיום טריפוספט ( Na₅P₃O₁₀) ובוראקס (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 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.

צורה בטבע

נתרן מהווה 2.83% ממשקלו של קרום כדור הארץ והוא היסוד השישי הנפוץ ביותר^[1]. כיום מייצרים נתרן באופן מסחרי באלקטרוליזה של מלח שולחן, שיטה זו יותר זולה מהשיטה הקודמת שהייתה אלקטרוליזת 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 ואחסון באטמוספירה אדישה כימית או בשמן.

תפקיד ביולוגי

ליוני נתרן תפקידים פיזיולוגיים רבים, המשותפים לכל היצורים. 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 המהווה את בסיס הפעולה של תאי עצב ותאי שריר על ידי הדחף העצבי.

ויסות 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 פקעיות טעם מיוחדות לצורך זיהוים בלשונותיהם של בעלי חיים רבים וכתוצאה מכך ביכולתם של בעלי חיים רבים לחוש בטעם מלוח. פקעיות טעם אלו מגיבות בעיקר לנוכחות יוני נתרן אך במידה פחותה גם ליונים אחרים, דוגמת יוני ליתיום (⁺Li), יוני אמוניום (⁺NH₄) ובמידה מסוימת גם יוני אשלגן (⁺K) ויוני סידן (²⁺Ca), אם כי אלו מורגשים לעיתים כתערובת של טעמים או כטעמים שאינם מליחות.

טטרודוטוקסין הוא רעלן עצבי חזק החוסם את תעלות הנתרן בתאי עצב. המולקולה נקשרת לפתחי תעלות נתרן ממותגות מתח ומונעת את מעבר הדחף העצבי.

איזוטופי נתרן

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