Natrium

Natrium (Jawi: ‏نتريوم‎code: ms is deprecated ‎) ialah unsur kimia dalam jadual berkala yang mempunyai simbol Na (Natrium dari Latin) dan nombor atom 11. Natrium ialah logam reaktif yang lembut, licin, dan keperakan dan tergolong dalam kumpulan logam alkali yang banyak terdapat dalam sebatian semula jadi (tertamanya halit). Ia amatlah reaktif, terbakar dengan nyalaan kuning, bertindak balas secara cergas dengan air dan teroksida dalam udara, maka ia memerlukan penyimpanan dalam persekitaran yang lengai.

11 - ← natrium → magnesium Li ↑ Na ↓ K Jadual berkala
Umum
Nama, Simbol, Nombor	natrium, Na, 11
Siri kimia	logam Alkali
Kumpulan, Kala, Blok	1, 3, s
Rupa	putih keperakan
Jisim atom	22.98976928(2) g/mol
Konfigurasi elektron	[Ne] 3s1
Bilangan elektron per petala	2, 8, 1
Sifat fizikal
Keadaan	pepejal
Ketumpatan (sekitar suhu bilik)	0.968 g/cm³
Ketumpatan cecair pada takat lebur	0.927 g/cm³
Takat lebur	370.87 K (97.72 °C, 207.9 °F)
Takat didih	1156 K (883 °C, 1621 °F)
Haba pelakuran	2.60 kJ/mol
Haba pengewapan	97.42 kJ/mol
Muatan haba	(25 °C) 28.230 J/(mol·K)
Tekanan wap P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k pada T/K 554 617 697 802 946 1153
Sifat atom
Struktur hablur	kubus berpusat jasad
Keadaan pengoksidaan	1 (oksida bes kuat)
Keelektronegatifan	0.93 (skala Pauling)
Tenaga pengionan	pertama: 495.8 kJ/mol
	kedua: 4562 kJ/mol
	ketiga: 6910.3 kJ/mol
Jejari atom	180 pm
Jejari atom (kiraan)	190 pm
Jejari kovalen	154 pm
Jejari Van der Waals	227 pm
Lain-lain
Sifat kemagnetan	paramagnet
Rintangan elektrik	(20 °C) 47.7 nΩ·m
Keberkonduktan haba	(300 K) 142 W/(m·K)
Pengembangan terma	(25 °C) 71 µm/(m·K)
Kelajuan bunyi (rod halus)	(20 °C) 3200 m/s
Modulus Young	10 GPa
Modulus ricih	3.3 GPa
Modulus pukal	6.3 GPa
Skala kekerasan Mohs	0.5
Kekerasan Brinell	0.69 MPa
Nombor CAS	7440-23-5
Isotop
iso NA separuh hayat DM DE (MeV) DP 22Na syn 2.602 thn β+ 0.546 22Ne ε - 22Ne γ 1.2745 - 23Na 100% Na stabil dengan 12 neutron
Rujukan

Sifat utama

Seperti logam-logam alkali yang lain, logam natrium adalah lembut, ringan dan berwarna putih keperakan. Oleh kerana ia terlalu cergas, ia hanya wujud secara semulajadi dalam bentuk sebatian, dan tidak pernah sebagai logam keunsuran yang tulen. Logam natrium terapung di atas air, lalu bertindak balas dengan amat cergas sambil menghasilkan haba, gas hidrogen yang mudah terbakar serta larutan natrium hidroksida kaustik.

Ion natrium penting untuk pengawalaturan bendalir tubuh dan darah, penghantaran impuls saraf, kegiatan jantung, dan sesetengah fungsi metabolik. Terdapat anggapan meluas bahawa manusia biasanya akan memakan lebih daripada yang diperlukan, dalam bentuk natrium klorida (garam biasa), dan ini akan mempunyai kesan buruk terhadap kesihatan.

Di bawah tekanan yang melampau, natrium tidak lagi mengikut aturan biasa dalam perubahan kepada keadaan cecair. Kebanyakan bahan memerlukan lebih tenaga haba untuk melebur di bawah tekanan berbanding dengan dalam keadaan tekanan normal atmosfera. Ini kerana molekul-molekul akan disusun lebih rapat antara satu sama lain dan mempunyai ruang yang lebih kecil untuk bergerak. Pada tekanan 30 gigapascal (300,000 kali ganda tekanan atmosfera pada paras laut), suhu lebur natrium mula menurun. Pada 100 gigapascal, natrium akan melebur hampir pada suhu bilik.

Penjelasan untuk kelakuan yang luar biasa ini mungkin kerana unsur ini mempunyai satu elektron bebas yang ditekan lebih rapat dengan 10 lagi elektron-elektron apabila diletakkan di bawah tekanan, memaksa wujudnya interaksi yang pada kebiasaannya tidak akan hadir. Apabila berada di bawah tekanan, natrium pepejal membentuk beberapa struktur hablur yang ganjil, mencadangkan bahawa cecair tersebut mungkin akan mempunyai sifat-sifat seperti superkondusi atau superfluidity. (Gregoryanz, et al., 2005)

Kegunaan

Natrium dalam bentuk logamnya ialah juzuk penting dalam pembuatan ester dan dalam perkilangan sebatian organik. Logam alkali ini juga juzuk dalam natrium klorida (NaCl) yang amatlah penting untuk hidupan. Kegunaan lain:

• Dalam sesetengah aloi untuk memperbaiki struktur.
• Dalam penghasilan sabun, iaitu pencampuran dengan asid lemak.
• Untuk "menyiang" logam (melicinkan permukaan).
• Untuk menulenkan leburan logam.
• Dalam lampu wap natrium, sebagai satu cara menghasilkan cahaya daripada elektrik.
• Sebagai bendalir perpindahan haba dalam beberapa jenis reaktor nuklear dan dalam injap berongga enjin pembakaran dalam berprestasi tinggi.

NaCl, sebatian dengan ion natrium dan klorida, ialah bahan pemindah haba yang penting.

Sejarah

Sifat-sifat berkaitan unsur ini telah lama dikaitkan bertindih dengan sejenis bahan sebatian disebutkan dengan nama Latin sodanum digunakan sebagai ubat untuk sakit kepala.^[1] Unsur logam natrium yang asas berjaya diasingkan pada tahun 1807 oleh Sir Humphry Davy melalui elektrolisis soda kaustik.^[2][3] Pada tahun 1809, seorang pakar kimia Jerman Ludwig Wilhelm Gilbert [en] mengusulkan nama Natronium kepada unsur asingan ditemukan Davy^[4] berasal daripada kata Yunani nítron merujuk kepada natron iaitu sejenis garam semulajadi yang dikehendaki pada zaman Mesir Purba sebagai bahan punca utama unsur ini.^[5][1]:542 Singkatan ungkapan kimia untuk natrium akhirnya diterbitkan pada tahun 1814 oleh Jöns Jakob Berzelius dalam sistem simbol atomnya.^[6][7]

Seawal 1860 Kirchhoff dan Bunsen telah mengesan kepekaan ujian nyala yang terdapat pada natrium. Dijelaskan dalam Annalen der Physik und der Chemie dalam kertas kerja "Chemical Analysis by Observation of Spectra": "Di sudut bilik berisipadu 60 meter padu kami yang berada paling jauh daripada radas, kami telah meletupkan 3 mg. natrium klorat dengan gula susu sambil memerhati nyala tak berkilau di sebalik celah parut belauan. Setelah beberapa minit, nyalaan dengan perlahan-lahan bertukar menjadi kuning dan menunjukkan garis natrium yang terang yang hanya lesap selepas 10 minit. Daripada berat garam natrium dan isipadu udara dalam bilik, kami dapat menghitung dengan mudah bahawa satu bahagian berat udara tidak mungkin mengandungi lebih daripada 1/20 perjuta berat natrium."

Ragam kewujudan

Natrium secara relatifnya mempunyai kelimpahan tinggi pada bintang-bintang dan garis spektrum D unsur ini antara yang paling menonjol dalam cahaya bintang. Natrium merangkumi sebanyak 2.6% dari segi berat dalam kerak Bumi membuatkannya pada keseluruhannya unsur keempat paling berlimpah manakala dalam kumpulan logam alkali, yang paling berlimpah di Bumi.

Pada penghujung abad ke-19, natrium disediakan secara kimia dengan memanaskan natrium karbonat dengan karbon ke suhu 1100 °C.

Na₂CO₃ (cecair) + 2 C (pepejal, kok) → 2 Na (wap) + 3 CO (gas).

Ia pada masa kini dihasilkan secara komersil melalui elektrolisis cecair natrium klorida. Ini boleh dilakukan dalam sebuah sel Down di mana NaCl dicampurkan dengan kalsium klorida untuk menurunkan takat lebur ke bawah 700 °C. Oleh sebab kalsium lebih elektropositif daripada natrium, tiada kalsium yang akan terhasil pada katod. Cara ini lebih murah daripada cara sebelumnya iaitu mengelektrolisis natrium hidroksida.

Logam natrium berharga lebih kurang 15 hingga 20 sen Amerika per paun (US$0.30/kg hingga ke US$0.45/kg) pada tahun 1997 sementara gred reagen (ACS) natrium berharga lebih kurang US$35 per paun (US$75/kg) pada tahun 1990.

Sebatian

Natrium klorida atau halit, lebih dikenali sebagai garam biasa, ialah sebatian natrium yang paling umum, tetapi natrium juga wujud dalam pelbagai jenis mineral lain, contohnya amphibole, cryolite, soda niter dan zeolite. Sebatian natrium penting dalam perindustriaan kimia, kaca, logam, kertas, petroleum, sabun, dan tekstil. Sabun pada amnya ialah garam natrium dengan sebilangan jenis asid lemak.

Sebatian natrium yang paling penting dalam industri ialah garam biasa (NaCl), abu soda (Na₂CO₃), soda penaik (NaHCO₃), soda kaustik (NaOH), natrium nitrat (NaNO₃), di- dan tri-natrium fosfat, natrium tiosulfat (hipo, Na₂S₂O₃ · 5H₂O), and tingkal (Na₂B₄O₇ · 10H₂O).

Isotop

Terdapat tiga belas jenis isotop natrium yang telah berjaya dikenalpasti. Isotop yang stabil hanyalah ²³Na. Natrium mempunyai dua isotop kosmogenik radioaktif (²²Na, separuh hayat = 2.605 tahun; dan ²⁴Na, separuh hayat ≈ 15 jam).

Pendedahan sinaran neutron akut (contohnya, dalam kemalangan kritikal nuklear) akan menukar sebahagian ²³Na stabil dalam plasma darah manusia kepada ²⁴Na. Dengan mengira kepekatan isotop ini, sukatan (dos) radiasi neutron pada mangsa boleh dihitung.

Langkah pengawasan

Ujian nyala natrium menghasilkan pancaran kuning yang terang yang disebabkan oleh "garis D natrium" pada 588.9950 dan 589.5924 nanometer.

Serbuk natrium sangatlah mudah meletup dalam air dan menjadi racun jika bergabung atau tak bergabung dengan kebanyakan unsur. Unsur ini haruslah dikendalikan dengan amat berhati-hati pada setiap masa. Natrium haruslah disimpan dalam atmosfera lengai, atau di bawah cecair hidrokarbon seperti minyak mineral atau kerosin.

Fisiologi dan ion natrium

Ion natrium memainkan pelbagai peranan penting dalam kebanyakan proses fisiologi. Sel-sel peka rangsang, contohnya, bergantung kepada kemasukan Na⁺ untuk menghasilkan penyahkutuban. Satu contoh proses ini ialah transduksi isyarat dalam sistem saraf pusat manusia.

Sesetengah neurotoksin yang sangat berbisa, seperti batrakotoksin, meningkatkan ketelapan ion natrium pada membran sel saraf dan otot, mengakibatkan penyahkutuban yang besar-besaran dan tak berbalik pada membran, yang akan mempunyai kesan yang boleh membawa maut.

Rujukan

1. Newton, David E. (1999). Baker, Lawrence W. (penyunting). Chemical Elements. U·X·L. ISBN 978-0-7876-2847-5. OCLC 39778687.
2. Davy, Humphry (1808). "On some new phenomena of chemical changes produced by electricity, particularly the decomposition of the fixed alkalies, and the exhibition of the new substances which constitute their bases; and on the general nature of alkaline bodies". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 98: 1–44. doi:10.1098/rstl.1808.0001.
3. Weeks, Mary Elvira (1932). "The discovery of the elements. IX. Three alkali metals: Potassium, sodium, and lithium". Journal of Chemical Education. 9 (6): 1035. Bibcode:1932JChEd...9.1035W. doi:10.1021/ed009p1035.
4. Humphry Davy (1809) "Ueber einige neue Erscheinungen chemischer Veränderungen, welche durch die Electricität bewirkt werden; insbesondere über die Zersetzung der feuerbeständigen Alkalien, die Darstellung der neuen Körper, welche ihre Basen ausmachen, und die Natur der Alkalien überhaupt" (On some new phenomena of chemical changes that are achieved by electricity; particularly the decomposition of flame-resistant alkalis [i.e., alkalies that cannot be reduced to their base metals by flames], the preparation of new substances that constitute their [metallic] bases, and the nature of alkalies generally), Annalen der Physik, 31 (2): 113–175 ; see footnote p. 157. From p. 157: "In unserer deutschen Nomenclatur würde ich die Namen Kalium und Natronium vorschlagen, wenn man nicht lieber bei den von Herrn Erman gebrauchten und von mehreren angenommenen Benennungen Kali-Metalloid and Natron-Metalloid, bis zur völligen Aufklärung der chemischen Natur dieser räthzelhaften Körper bleiben will. Oder vielleicht findet man es noch zweckmässiger fürs Erste zwei Klassen zu machen, Metalle und Metalloide, und in die letztere Kalium und Natronium zu setzen. — Gilbert." (In our German nomenclature, I would suggest the names Kalium and Natronium, if one would not rather continue with the appellations Kali-metalloid and Natron-metalloid which are used by Mr. Erman and accepted by several [people], until the complete clarification of the chemical nature of these puzzling substances. Or perhaps one finds it yet more advisable for the present to create two classes, metals and metalloids, and to place Kalium and Natronium in the latter — Gilbert.)
5. Shortland, Andrew; Schachner, Lukas; Freestone, Ian; Tite, Michael (2006). "Natron as a flux in the early vitreous materials industry: sources, beginnings and reasons for decline". Journal of Archaeological Science. 33 (4): 521–530. doi:10.1016/j.jas.2005.09.011.
6. J. Jacob Berzelius, Försök, att, genom användandet af den electrokemiska theorien och de kemiska proportionerna, grundlägga ett rent vettenskapligt system för mineralogien [Attempt, by the use of electrochemical theory and chemical proportions, to found a pure scientific system for mineralogy] (Stockholm, Sweden: A. Gadelius, 1814), p. 87.
7. van der Krogt, Peter. "Elementymology & Elements Multidict". Dicapai pada 2007-06-08.

• Los Alamos National Laboratory – natrium
• Templat:Journal reference novolume
• Rebecca J. Donatelle. Health, The Basics. 6th ed. San Francisco: Pearson Education, Inc. 2005.

Pautan luar

Wikimedia Commons mempunyai media berkaitan: natrium.

• WebElements.com – natrium
• The Wooden Periodic Table Table's Entry on natrium
• Dietary natrium