Készítette: Tóth Krisztián. Web: http://krissz.hu

Nátrium

11
22.9898
1
Na
3s1
Nátrium
Alapadatok
Név, vegyjel, rendszám nátrium, Na, 11
Elemi sorozat alkálifémek
Csoport, periódus, mező 1, 3, s
Megjelenés ezüstfehér
Atomtömeg 22,989770(2) g/mol
Elektronszerkezet [Ne] 3s1
Elektronok héjanként 2, 8, 1
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 0,968 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 0,927 g/cm³
Olvadáspont 370,87 K
(97,72 °C, 207,9 °F)
Forráspont 1156 K
(883 °C, 1621 °F)
Olvadáshő 2,60 kJ/mol
Párolgáshő 97,42 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 28,230 J/(mol·K)
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös tércentrált
Oxidációs állapotok 1
(erősen bázikus oxid)
Elektronegativitás 0,93 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 495,8 kJ/mol
Atomsugár 180 pm
Atomsugár (számított) 190 pm
Kovalens sugár 154 pm
Van der Waals-sugár 227 pm
Egyéb jellemzők
Mágnesség paramágneses
Fajlagos ellenállás (20 °C) 47,7 nΩ·m
Hővezetési tényező (300 K) 142 W/(m·K)
Hőtágulási tényező (25 °C) 71 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (20 °C) 3200 m/s
Young-modulus 10 GPa
Nyírási modulus 3,3 GPa
Bulk modulusz 6,3 GPa
Mohs-keménység 0,5
Brinell-keménység 0,69 HB
CAS-szám 7440-23-5

A Nátrium bővebb leírása

A nátrium (nyelvújításkori magyar nevén szikeny) a periódusos rendszer egy kémiai eleme. Vegyjele Na, rendszáma 11. Az I. főcsoportba, az alkálifémek közé tartozik. Elemi állapotban ezüstös színű, lágy, jól nyújtható könnyűfém. Égetéskor a lángot sárgára festi. Reakcióképessége nagy, a vízzel rendkívül heves reakcióba lép, a levegő oxigénjével érintkezve gyorsan oxidálódik, ezért inert (zárt) körülmények között kell tárolni.

Története

A nátrium egyik vegyületét, a szódát (Na2CO3) már régóta ismerték a kémikusok. Humphry Davy 1808-ban jelentette be, hogy a szódából nyert kausztikus szódát (NaOH) elektrolízise során sikerült elemi nátriumot előállítania. Az angolok mind a mai napig Davy elnevezését használják, a szóda angol megfelelőjéből képzett sodium-ot. A nátrium elnevezése Klaprothtól származik, aki az egyiptomi-mezopotámiai eredetű nátron (neter = szóda) szóból képezte.

Kémiai tulajdonságai

A nátrium lángfestése

A nátrium puha (késsel vágható), könnyű, ezüstfehér színű, nagyon reakcióképes fém. Ennek a reakcióképességnek köszönhetően a természetben elemi állapotban nem, csak vegyületeiben fordul elő. Az elemi nátrium a Bunsen égő lángjába tartva a lángot sárgára színezi. A vízbe dobott nátrium, a víz tetején gyorsan keringve, heves hidrogéngáz (H2) képződéssel járó reakció során (mely az exoterm reakció során fejlődő hőtől meggyullad) maró tulajdonságú nátrium-hidroxiddá alakul. A kísérlet elvégzésénél ez a heves „úszkálás” látható, ami egyébként az első csoport elemeire jellemző (a hidrogént kivéve ).

A legtöbb anyag a légkörinél nagyobb nyomáson magasabb olvadásponttal rendelkezik, mint normál légnyomás esetén. Ez azzal magyarázható, hogy az őket alkotó atomok közelebb kerülnek egymáshoz, és kevesebb helyük marad a mozgáshoz. A nátriumnál ettől eltérő jelenség figyelhető meg. 30 GPa nyomásnál (a légköri nyomás 300 000-szerese) a nátrium olvadáspontja csökkenni kezd. 100 GPa nyomásnál pedig már szobahőmérsékleten megolvad. E szokatlan viselkedés egyik lehetséges magyarázata a következő: A nátrium atom külső elektronhéján található elektron a nagy nyomás hatására a lezárt héjakon található többi elektron közelébe kerül. Ez olyan kölcsönhatásokat vált ki, melyek normál körülmények között nem játszódnak le. Amíg nagy nyomás alatt a szilárd halmazállapotú nátrium kristályos tulajdonságokat mutat, a folyékony halmazállapotú szokatlan tulajdonságokkal rendelkezik: szupravezetővé válik.

Előfordulása, előállítása, vegyületei

A nátrium gyakori alkotóeleme a csillagoknak. A csillagok emissziós színképeinek elemzésekor szinte mindig megtalálható a nátrium által kibocsátott D színképvonal.

A Föld tömegének mintegy 2,6%-át adja, és így a 6. leggyakrabban előforduló elem (az alkálifémek közül pedig az első). Legközönségesebb vegyülete a konyhasó, ami a tengerekben hozzávetőleg 3%-os koncentrációban található. Nagy mennyiségben található a sóbányákban (például Máramarossziget környékén, vagy a lengyelországi Wieliczkában).

A XIX. század végén a szóda és szén 1100 °C-on történő hevítésével állították elő.

\mathrm{Na_2CO_3 (l) + 2\ C (s) \rightleftharpoons 2\ Na (g) + 3\ CO (g)}\,\!
Nátrium-karbonát reakciója szénnel, elemi nátrium képződése és szén-monoxid fejlődése közben. /oda-vissza lejátszódó folyamat/

Manapság nátrium-klorid (NaCl) olvadékának elektrolízisével állítják elő. A nátrium-kloridot kalcium-kloriddal (CaCl2) keverik össze, így a keverék olvadáspontja lényegesen alacsonyabb lesz a tiszta nátrium-kloridénál (700 °C alatt). A katódon kiválik a tiszta elemi nátrium. Ez az eljárás jóval olcsóbb, mint a nátrium-hidroxid elektrolízise.

Gyakoribb vegyületei:

lásd: A nátrium vegyületei

Felhasználása

  • katalizátorként az észterek előállításánál
  • ötvözetek fizikai szerkezetének tökéletesítéséhez
  • szappangyártáshoz
  • világítástechnikában: nátriumgőzlámpa
  • fémolvadékok tisztításához
  • hőelvezető folyadékként nukleáris erőművekben, és csúcsteljesítményű belsőégésű motorokban
  • redukálószer más könnyen oxidálódó fémek előállítására (alumínium (Al))

Élettani tulajdonságai

Az emberi szervezetben körülbelül 80-100 gramm nátrium található. Nagyobb része oldott állapotban van, kisebb részét pedig a csontok, kötőszövetek raktározzák. A nátrium – szorosan összefüggve a káliummal (K) – az úgynevezett ozmotikus nyomás fenntartásában fontos szerepet játszik. Ugyanilyen elengedhetetlen az idegrendszeri ingerületek átvitelénél is.

Izotópjai

13 izotópja ismert. Ezek közül csak a 23-as tömegszámú stabil.

A két legjelentősebb radioaktív izotópja:

22Na, felezési ideje 2,602 év
24Na, felezési ideje 15 óra

Az erős neutronsugárzás (például nukleáris baleset esetén) a vérplazmában előforduló 23Na-ot 24Na izotóppá alakítja.

\mathrm{_{11}^{23}Na + _{0}^{1}n \rightarrow \ _{11}^{24}Na + ...\ MeV}

A 24Na izotóp koncentrációjából megállapítható az elszenvedett sugárzás mértéke.

Óvintézkedések

Ahogy más alkálifémek, úgy a nátrium is elemi formában erősen gyúlékony és kismértékben robbanásveszélyes amikor vízzel érintkezik. Tárolása kémiailag kevéssé reakcióképes folyékony szénhidrogén, például petróleum alatt történik. Ártalmatlanítása metanollal vagy etanollal történik.