Natrium

Historia

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.

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.

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, 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 ja lihasten toiminnalle sekä hermoimpulssien siirtymiseen. Natriumia tarvitaan myös elimistön nestetasapainon säätelyyn. Natrium esiintyy pääasiassa solun ulkoisissa nesteissä, ja 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 sekä muita tajunnan häiriöitä ja rytmihäiriöitä. Jos pitoisuus laskee alle 120 millimooliin, alkaa esiintyä lihasheikkoutta, hermosto-oireita, yleistä kouristelua ja sekavuutta ja potilas saattaa jopa kuolla.
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. Hyponatremia voi aiheutua lääkityksestä, syömättömyydestä, hikoilusta, joistain sairauksista, ripulista tai oksentelusta. 
Etenkin vanhukset voivat kärsiä suolan puutteesta syömättömyyden ja lääkityksensä johdosta. Esimerkiksi karbamatsepiini, valproaatti, lamotrigiini, monet masennuslääkkeet, syklofosfamidi ja vinkristiini lisäävät vesihormonin tuotantoa tai voimistavat sen vaikutuksia. Pitkään jatkuneen oksentelun tai ripulin aiheuttama natriumin menetys voi vaikeutua, jos nestehukka korvataan pelkällä vedellä. Myös nopea suurten vesimäärien tai oluen juonti voi aiheuttaa vesimyrkytyksen, johon liittyy vaarallinen hyponatremia.
Liian korkea veren natriumpitoisuus eli hypernatremia johtuu elimistön kuivumisesta eli veden liiallisesta menetyksestä. Korkea natriumpitoisuus kohottaa verenpainetta. Suolankäyttö ei vaikuta käytännössä veren natriumpitoisuuteen, koska munuaiset pystyvät tehokkaasti säästämään tai poistamaan natriumia.

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.
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.