Natrium

Natrium (, ) on pehmeä, kevyt ja reaktiivinen alkalimetalli, sähköä johtava elektrolyytti ja makrokivennäisaine, joka on välttämätön aineenvaihdunnan toiminnalle. Natriumin kemiallinen merkki on Na ja järjestysluku 11. Sen sulamispiste on 97,4 °C, kiehumispiste 880 °C ja CAS-numero 7440-23-5.
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. Natrium 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.
Isotoopit.
Natriumilla on vain yksi pysyvä isotooppi 23Na. Tämän lisäksi tunnetaan 19 radioaktiivista isotooppia. Pitkäikäisimmät radioaktiiviset isotoopit ovat 22Na, jonka puoliintumisaika on 2,603 vuotta, ja 24Na, jonka puoliintumisaika on 15,0 tuntia. Muiden isotooppien puoliintumisaijat ovat alle minuutin.
Natrium elimistössä.
Veren ja elimistön muiden nesteiden sopiva natriumpitoisuus on välttämätön aineenvaihdunnan ja lihasten toiminnalle sekä hermoimpulssien siirtymiseen. Niin sanottu natrium-kalium-pumppu tuottaa solukalvon yli ulottuvan sähköjännitteen, jolloin solun sisäpuolelle syntyy negatiivinen ja ulkopuolelle positiivinen sähkövaraus. Natriumia tarvitaan myös elimistön nestetasapainon säätelyyn.
Natrium muodostaa yli 90 prosenttia solujen ulkopuolisen nestetilan kationeista ja on sen vuoksi tärkeä kyseisen nestetilan osmoottisen paineen ja tilavuuden ylläpidolle. Noin 60 prosenttia natriumista on elimistön nesteissä ja loput 40 prosenttia luustossa.
Tarve ja saanti.
Yhdysvaltojen Lääketieteellisen Instituutin asettama ravitsemuskomitea arvioi vuonna 2004, että alle 50-vuotiaiden aikuisten keskimääräinen natriumin tarve olisi 1,5 grammaa vuorokaudessa. Tätä vanhemmilla on keskimäärin vähäisempi natriumin tarve, koska he kuluttivat vähemmän energiaa. Yli 50-vuotiaiden tarve olisi siten 1,3 grammaa ja yli 70-vuotiaiden enää 1,2 grammaa vuorokaudessa.
Arvio on tehty korkeintaan keskimääräisellä tavalla fyysisesti aktiivisille ihmisille, jotka elävät viileässä ilmastossa. Fyysinen aktiivisuus ja ympäristön korkea lämpötila lisäävät kuitenkin hikoilun kautta natriumin tarvetta. Esimerkiksi raskasta ruumiillista työtä tekevät ja suurille lämpötiloille altistuvat tarvitsevat siksi keskimääräistä enemmän natriumia.
Se, kuinka paljon natriumia menetetään hikoilun myötä riippuu ihmisen ruokavaliosta, hänen natriumin saantitasostaan sekä siitä, onko hänen elimistönsä sopeutunut mahdollisiin kuumiin olosuhteisiin. Jos natriumin saanti vähenee, elimistö oppii pitämään siitä tiukemmin kiinni, jolloin sitä erittyy hikeen vähemmän.
Natriumin riittävää saantia arvioitaessa ei ole huomioitu sitä, että monien ihmisten verenpaine nousee natriumin saannin pienentyessä. Natriumin saannin vähentämisen vaikutus verenpaineeseen on hyvin yksilöllistä ainakin verenpainetautia sairastamattomilla ihmisillä. Vähentäminen laskee verenpainetta toisilla jopa 15 elohopeamillimetriä mutta nostaa sitä toisilla jopa 17 elohopeamillimetriä. Niillä, joiden verenpaine nousee suolan vähentyessä, esiintyy tavallista suurempaa reniini-angiotensiini-aldosteroni-akselin aktivaatiota kuin niillä, joiden verenpaine laskee.
Natriuminsaannin yhteyttä ihmisen fyysiseen suorituskykyyn ei ole tutkittu. Suosituksen laatijat olivat kuitenkin lähes varmoja siitä, ettei natriumin niukka saanti heikennä suorituskykyä. Perusteluna oli, että tunnetaan useampia luonnonkansoja, jotka saavat ruokavaliostaan äärimmäisen vähän natriumia.
Natriumin määrä veressä.
Elimistö pyrkii pitämään veren natriumarvon normaaleissa rajoissa janontunteen ja munuaisten toiminnan avulla. Normaali veriplasman natriumpitoisuus on noin 3,2 grammaa eli noin 140 millimoolia litrassa. Natriumpitoisten suolojen käyttö ei vaikuta käytännössä veren natriumpitoisuuteen, koska munuaiset pystyvät tehokkaasti säästämään tai poistamaan natriumia.
Liian alhainen veren natriumpitoisuus eli hyponatremia syntyy, jos natriumia menetetään liikaa tai jos elimistöön kertyy liikaa vettä. 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.
Hypernatremia tarkoittaa liian korkeaa veren natriumpitoisuutta. Korkea natriumpitoisuus kohottaa verenpainetta. 
Teolliset 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.