Na

Natrium

atomnummer: 11
gruppe: 1
periode: 3
atomvekt: 22,98976928

I mennesket
100 g

I jordskorpen
2,3 %

I havet
11 g/liter

På solen
0,00 ppt

Innledning

[Foto: Colourbox]

Mesteparten av det et menneske trenger
av natrium dekkes av å spise vanlig
koksalt, NaCl.
Foto: Colourbox

Rent natriummetall er så mykt at man kan skjære det med en kniv. Metallet er sølvhvitt og glinsende, men det reagerer raskt med luft og får en grå matt overflate av natriumoksid.

Rent natrium må derfor oppbevares i lufttette bokser eller under petroleum. Natrium har lavere tetthet enn vann og flyter derfor på vann. Men det ligger ikke stille og dupper i overflaten som et isfjell, til det er det for reaktivt. Natrium reagerer voldsomt med vannet i en reaksjon som gir en basisk løsning og hydrogengass.

Reaksjonen avgir varme nok til at natriumet smelter og hydrogenet antennes. Mange har sikkert sett naturfaglæreren vise denne effekten på skolen.

Navn

Natrium heter sodium på engelsk, og dette navn kommer fra soda, som igjen kommer fra middelaldersk latin sodanum, et middel mot hodedpine.

Navnet natrium antas at være avledet av det hebraiske ord ”neter”, som oldtidens egyptere brukte for soda og pottaske. På gresk og latin ble de to forbindelsene kalt nitron og natron, og først i løpet av 1700-tallet lærte man å skjelne mellom natrium- og kaliumforbindelser.

Natrium er det første alkalimetallet i periodesystemet. I slutten av middelalderen begynte man å bruke betegnelsen alkali, avledet fra arabisk al qali som betyr planteaske.

Historie

[Illustrasjon]

Humphry Davy

Humphry Davy isolerte metallene kalium og natrium med få dagers mellomrom i 1807.

Han var bare 29 år gammel da han gjorde denne banebrytende bragden ved hjelp av elektrolyse. Kalium ble først fremstilt fra smeltet kaliumhydroksid (KOH).

Et par dager senere fremstilte han metallisk natrium på tilsvarende måte fra smeltet kaustisk soda (natriumhydroksid, NaOH).

Humphry Davy, som senere skulle bli Sir, gav natrium navnet sodium, og dette navnet brukes stadig på engelsk.

 

Forekomst

[Foto: Wikipedia]

Saltkirken i Weliczka gruvene
Foto: Wikipedia

Natrium utgjør ca. 2,6 vektprosent av jordskorpen. Siden metallet er så reaktivt, eksisterer det kun i kjemiske forbindelser. I den faste jordskorpen finnes natrium primært i silikater og feltspatt. Ved forvitring av mineralene vaskes natrium ut i havet, og i gjennomsnitt inneholder 1 kg havvann 26,82 g natriumklorid, noe som tilsvarer 10,55 g natrium. Derfor kan salt fremstilles ved inndamping av havvann, og det finnes store naturlige forekomster rundt omkring i verden. Det meste av saltet vi finner på middagsbordene rundt om i verden, er tatt ut av disse. Noen av disse er restene av forhistoriske sjøer som Great Salt Lake i Utah og Dødehavet i Midt-østen. Likevel, tas det meste av saltet vi bruker ut av underjordiske avsetninger som kan være enorme, over 1000 meter dype. Dette kan du se dersom du for eksempel besøker saltkirken i Weliczka gruvene utenfor Krakow.

I kroppen

[Illustrasjon: Carl Henrik Gørbitz, KI, UiO]

Aldosteron, som er et steroidhormon, er sentral
for kroppens regulering av natrium.
Illustrasjon: Carl Henrik Gørbitz, KI, UiO

Natrium er livsnødvendig for mennesker og dyr. Natrium er primært utenfor cellene, mens kalium er inne i cellene. Forholdet mellom innholdet av natrium- og kalium-ioner bestemmer bl.a. cellenes overførings-potensiale og dermed overføringen av nerveimpulser og andre fysiologiske funksjoner. Natriummangel viser seg først ved tørste og deretter slapphet, uvelhet, kvalme, muskelkramper og til sist død. Mennesker trenger 0,5 g natrium per dag, men mange spiser langt mer enn dette – og det kan også gi helseproblemer som for eksempel høyt blodtrykk.

Saltet kan også være en gift i seg selv. Dødelig dose av NaCl er omkring 1 g/kg kroppsvekt, mens langt mindre mengder vil kunne gi symptomer som kvalme, oppkast, magesmerter og diaré.

Planter har ikke bruk for natrium og inneholder derfor nesten ikke natrium. Mange planteetende dyr må derfor få salt fra andre steder, for eksempel ved å slikke på eller spise mineraler med natrium. Hester og kyr på beite får vanligvis sitt ved at det settes ut saltsteiner som de slikker på.

Anvendelser

Natron til balsamering

[Foto:Colourbox]

Foto:Colourbox

De gamle Egypterne trodde fullt og fast på et liv etter døden, og de trodde balsamering ville garantere at reisen inn i det nye livet gikk greit. Ordet har arabisk opphav og er sannsynligvis en illustrasjon på at araberne skjønte mindre kjemi enn egypterne. Mumiyah betyr ”kropp vedlikeholdt av voks eller bitumen (asfalt)”.

Men det var et annet kjemisk stoff egypterne først og fremst satte sin lit til. De fylte tøyposer med natron og plasserte disse inne i kroppen. Kroppens overflate ble dekket med natron i løsvekt eller med de samme tøyposene.

Natron eller natriumhydrogenkarbonat fungerte godt i det tørre og varme klimaet i Egypt. Kjemikaliet er hydroskopisk og tiltrekker seg vann. I mumifieringen drar det fuktighet fra likene og det er det som skal til for at likene skal unngå forråtnelseprosessene som ellers ville finne sted. Når kroppen var tørket, ble natronen fjernet og huden ble etter hvert behandlet med sevje. Kroppsrommene ble fylt med stoff impregnert med det samme stoffet.

Etter denne behandlingen var kroppen klar til å bli surret inn i tekstiler på den måten vi kjenner fra mumiene på British Museum.

Fyrverkeri

[Illustrasjon]

Det er ikke lett å lage fyrverkeri. Her trengs en cocktail av kjemikalier; du trenger et brensel, du trenger et stoff som avgir det oksygenet som skal til for at forbrenningen opprettholdes, du trenger et stoff som gir fyrverkeriet farge, og du trenger et stoff som får det hele til å henge sammen.

Fargen kommer via to mekanismer. Varme i seg selv kan i noen tilfeller være nok. Når et stoff varmes vil det etter hvert få farge og begynne å gløde. Fargen endrer seg med temperaturen fra rødt, via oransje til gult og hvitt. Så ved å kontrollere temperaturen kan fargen også kontrolleres.

Den andre mekanismen er luminiscens. Energi absorberes av elektroner som eksiteres til høyere energinivåer. Når disse elektronene så etter noe tid returnerer til lavere energitilstander, avgis energi og dette kan gi opphav til farge. Natrium er et viktig virkestoff fordi det brenner med en karakteristisk gul flamme (denne fargen kan brukes til påvisning av natrium).

Men det er selvsagt andre kjemikalier også som må til for å lage fyrverkeri, og grunnstoffene involvert er skjematisk indikert under

[Illustrasjon: John Vedde]

Illustrasjon: John Vedde

Såpe

[Foto: Colourbox]

Foto: Colourbox

Renslighet er viktig og hjelpemidler mot skitt og lort har vi brukt i mange tusen år. Vi vet at de gamle romerne brukte såpe. Deres «sapo» ble laget av geitetalg og enten soda (natriumkarbonat) eller pottaske (kaliumkarbonat). Soda ga faste såpestykker, mens pottaske ga flytende såpe.

Såpemolekylene nærmest drar fett- og oljemolekyler fra hverandre og gjør at fett løser seg opp i vaskevannet. Den ene enden av molekylet – hodet – ”elsker” vann, og er det vi kaller hydrofil. Denne enden av molekylet er polar, og hodet har typisk enten en positiv eller en negativ ladning. Den andre enden – halen – har «vannskrekk» og kalles derfor hydrofob. Mens den hydrofile enden av molekylet løser seg i vann, vil den hydrofobe enden prøve å unngå vannet. Halen, som hater vann, elsker i stedet fett og olje. Så snart det er organiske partikler i vannet, for eksempel fett, angriper såpemolekylene. De stikker halen inn i fett, olje og smuss, mens de hydrofile hodene trekker i den andre retningen. Dermed blir fettmolekylene dratt fra hverandre, og det dannes ørsmå dråper av olje og fett, innkapslet av såpemolekylene. Disse små dråpene kan så skylles ut med vaskevannet.

Mennesket lærte seg tidlig å lage disse stoffene. Såpe ble laget ved å behandle fett, for eksempel dyrefett eller kokosnøttfett, med en form for lut, for eksempel soda eller pottaske. Fett inneholder fettsyrer, og de består av kjeder med mellom 12 og 22 karbonatomer med et polart hode i enden. Når fettsyrene behandles med sterk lut, dannes saltene til disse fettsyrene.

   Fett + lut (NaOH) = Na-salter av fettsyrer + glyserol

Og når disse saltene i neste omgang løses i vann, får vi de lange molekylene vi ønsker oss. Forskjellige typer såpe inneholder ulike fettsyrer og ulike polare hoder, og lages ved at man bruker ulike baser.

Bakepulver

[Foto: Colourbox]

Foto: Colourbox

Skal du lage scones må du ikke kna dagen som du gjør ved bollebakst. Her er utgangspunktet mørdeig, er da er det viktig å kna deigen lite, for du må unngå at det dannes gluten. Dessuten må du unngå vannet som får stivelseskornene til å svelle. Derfor rører man melet med smør og tørre ingredienser først; da er stivelsekornene beskyttet mot vann. Siden deigen er satt sammen uten seige glutenhinner, kan du ikke bruke et så kraftig hevemiddel som gjær. Da passer det bedre med natron eller bakepulver.

Natron, natriumhydrogenkarbonat eller natriumbikarbonat. Samme hva vi kaller det, så danner dette stoffet drivhusgassen CO2, karbondioksid, når det varmes opp, og det er denne gassen som får deigen til å heve. Det er mulig å få CO2 til å dannes uten oppvarming, men da trenger man syre i tillegg. Og det er dette som er poenget med bakepulver – det består av natron kombinert med to faste stoffer som gir sure løsninger når de løses i vann. Det ene stoffet løser seg fort opp i vannet og gir den sure reaksjonen med én gang, mens det andre løser seg saktere, og reagerer ikke skikkelig før kaken er i ovnen. Dermed fanges gassen i bobler/porer i kaken under stekingen.

Alkalimetaller er en viktig bestanddel av glass

Plinius den eldre (død 79 e.kr.) beskriver i sitt 10 bindsverk ”Naturalis historia” hvordan fønikiske sjømenn under et strandhugg ikke finner steiner til å sette kokekarene på. De finner en nærliggende løsning. Skipets last bestod nemlig av natron (NaHCO3) som på de tider ble benyttet til balsamering av lik. Klumper av natron ble dermed brukt som støtte for kokekarene. Forsøket gikk lenge bra, men etterhvert ble natronklumpene varme og reagerte med sanden. Plinius den eldre beskriver en væske som fløt i strie strømmer fra bålets sentrum for så å størkne i kaldere soner i utkanten av bålet. Dette er den første skriftlige nedtegningen av menneskelig ”glassproduksjon”. Men til tross for at den romerske forfatteren og historikeren beskriver dette som opphavet til menneskelaget glass, så vet vi i dag at de første glassproduktene ble laget i Mesopotamia (dagens Irak) mer en 2200 år før dette og ikke på kysten av Fønikia (dagens Libanon og Syria). Den vitenskaplige historien er full av eksempler på at viktige oppdagelser skjer tilfeldig, og det første glasset ble nok også laget ganske tilfeldig. Det er imidlertid ikke tilfeldig at fønikerne like etter Kristi fødsel laget glass på en strand hvor tang, tare og skjell ble skyllet opp, knust og blandet med fine sandpartikler. Denne blandingen er nemlig optimal for produksjon av glass, og man kan finne naturlige millimetertynnne glassrør, fulguritter, i slik sand. Disse er dannet ved lynnedslag.

[Illustrasjon]

Modell av silisiumoksid

Hva er så bindeleddet mellom en sandstrand og glassproduksjon? Sand består i stor grad av silisumdioksid (SiO2), tang og tare er en kilde til kaliumkarbonat (K2CO3), mens skjell inneholder kalsiumkarbonat (CaCO3). Grunnstammen i vanlig glass er kvartssand, SiO2. Soda (natriumkarbonat) eller pottaske (kaliumkarbonat) tilsettes som fluksmiddel og gjør at sanden smelter ved en mye lavere temperatur enn ren kvartsand, som først smelter ved temperaturer over 1700 °C. I tillegg tilsettes stabilisatorer som gjør glasset motstandsdyktig mot vann og de fleste kjemikalier. Effekten av alkalimetallene kan illustreres ved strukturen til glasset.

Den grunnleggende byggestein i glass er silisiumatomer omgitt av fire oksygenatomer. Disse fire oksygenatomene ønsker å være så langt fra hverandre som mulig, og det dannes derfor en tetraedrisk byggestein med et oksygenatom i hvert hjørne. Hvert silisiumatom har fire naboatomer.

Glass er basert på disse enhetene og da danner disse tredimensjonale nettverk ved at de deler hjørner.

[Illustrasjon]

Glass

Forskjellen på et krystallinsk materiale og et glass kan forstås fra måten byggesteinene settes sammen til tredimensjonale nettverk. Figuren illustrer dette, men forenklet til to dimensjoner. Venstre del av figuren viser et helt ordnet nettverk, en krystall. Et lite blått atom er omgitt av tre store røde atomer, og disse byggesteinene er satt sammen i et perfekt, repeterende mønster. Høyre del av figuren viser oppbygningen av et glass. Byggesteinene danner ikke et repeterende mønster, og uordnen er klart synlig.

De to nettverkene illustrerer dermed forskjellen på perfekt ordnet SiO2 som i bergkrystaller, og SiO2 som i glass. Den høyre del av figuren viser også opphavet til indre spenninger i glasset. Noen av avstandene mellom de røde og blå atomene er her for korte, andre er for lange. Begge deler er ufordelaktig og bidrar til at energien til systemet øker. Det er denne typen indre spenninger man reduserer ved å temperaturbehandle glasset etter at det er produsert.

Anvendelser

[Foto: Harald Fjeld, KI, UiO]

Lutperler, dvs NaOH, er et veldig viktig kjemikalie.
Foto: Harald Fjeld, KI, UiO

Natrium er et kraftig reduksjonsmiddel og kan brukes til å utvinne andre metaller i ren form fra deres kjemiske forbindelser.

Rent natrium, legeringer av kalium og natrium og smeltet natriumklorid brukes som kjølemiddel i noen typer atomreaktorer.

Såpe fremstilles av fett og enten natrium eller kalium. Natriumsåper har høyere smeltepunkt enn kaliumsåper, og de er derfor mer faste i konsistensen.

Natrium i gassform brukes i natriumlamper, som ofte brukes i gatebelysning. De kjennes igjen på deres oransje eller gule lys.

Natrium innkapslet i polyetylenrør brukes til å lede høyspent strøm.

Natrium har også mange andre anvendelser og finnes for eksempel i koksalt (NaCl), soda (Na2CO3), natron (NaHCO3), vannglass (generell formel SiO2*Na2O), natronlut (NaOH), natriumhydrogenperoksid (NaHO2) , natriumhydrid (NaH) og natriumcyanid (NaCN). De fleste av kjemikaliene nevnt over har alle trivialnavn (for eksempel så er natriumhydrogenkarbonat det korrekte navnet på natron i henhold til kjemisk nomenklatur). Dette skyldes at de er viktige kjemikalier. For eksempel brukes natron som hevemiddel i bakeverk og natronlut som base i en rekke kjemiske reaksjoner.

[Foto: Samferdselsetaten, Oslo kommune.]

Natriumlamper brukes til gatebelysning i Oslo.
Foto: Samferdselsetaten, Oslo kommune.

Forfatter:  Svein Stølen

Finn nabogrunnstoff

  Li Be
  Na Mg
  K Ca

Vis alt om natrium

Natrium i periodesystemet

Visste du at...

Ag

sølv har bakteriedrepende egenskaper? Derav tradisjonen med å kaste (sølv)mynter i brønner!

Les mer om sølv

App

Periodic Puzzle

Noen har rotet det til i periodesystemet. Du må flytte grunnstoffene tilbake på riktig plass.

Les mer:
Om Periodic Puzzle appen

Samarbeidspartner

Naturhistorisk museum

 


Les om periodesystemet (bakom-stoff, utdypende artikler)
Periodesystemet.no fra Kjemisk institutt, Universitetet i Oslo.   Idé: Dmitrij Ivanovitsj Mendelejev.
Prosjektledelse: Svein Stølen. Design: John Vedde.   Redaksjon     Rettigheter