נתרן

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. 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: 2 N a ( s ) + 2 H 2 O ( l ) ⟶ 2 N a ( a q ) + + H 2 ( g ) + 2 O H ( a q ) − {\displaystyle 2Na_{(s)}+2H_{2}O_{(l)}\longrightarrow 2Na_{(aq)}^{+}+H_{2(g)}+2OH_{(aq)}^{-}} : משום כך נוהגים לשמור במעבדות נתרן טהור בתוך שמן. 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) 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. 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. 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 אלקטרוליזת נתרן הידרוקסידי. 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. 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. נתרן ב-Webelements (באנגלית) נתרן ב-The Wooden Periodic Table (באנגלית) נתרן, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) נתרן, דף שער בספרייה הלאומית "שכיחותם של היסודות בקרום כדה"א באתר ה-Encyclopedia of Science". (באנגלית)