Mengapa ia bereaksi begitu hebat dengan air?
Natrium memiliki satu elektron di kulit terluarnya, pada orbital 3s, dan melepaskannya dengan mudah: energi ionisasinya 496 kJ/mol, rendah bagi atom seukurannya.
Dengan air, reaksinya adalah:
2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂Sekitar 184 kJ dilepas per mol natrium. Kalor itu memenuhi fungsi yang menentukan: natrium melebur pada 98 °C, dan reaksinya mencapai suhu itu seketika. Logam cair itu membentuk bola yang meluncur di permukaan, dan saat melebur ia memaparkan permukaan segar terus-menerus.
Hidrogen yang dihasilkan menumpuk di atas air dan bercampur dengan oksigen udara. Kalor reaksinya sendiri sudah cukup untuk menyalakannya, dan pembakaran itulah yang terlihat dan terdengar. Nyalanya kuning karena natrium yang menguap memancar pada garis D-nya.
Litium, yang di atasnya dalam golongan, bereaksi lebih lambat justru karena melebur pada 180 °C dan tidak mencapai suhu itu. Kalium, yang di bawahnya, melebur pada 63 °C dan menyala hampir seketika.
⚠️ Sebuah karya yang terbit pada 2015 mengusulkan mekanisme tambahan. Rekaman berkecepatan tinggi memperlihatkan bahwa, pada milidetik pertama, logamnya melontarkan duri-duri logam. Penjelasan yang diajukan adalah bahwa natrium kehilangan elektron begitu cepat sehingga permukaannya bermuatan positif dan hancur karena tolakan elektrostatik, ledakan Coulomb yang melipatgandakan luas sentuhan sebelum kalor ikut berperan.
Bagaimana natrium klorida bisa dimakan?
Pertanyaan itu menunjuk kekeliruan yang sering terjadi: sebuah senyawa tidak mempertahankan sifat unsur-unsurnya.
Natrium logam memiliki satu elektron berlebih terhadap konfigurasi stabil neon. Klor kekurangan satu terhadap argon. Ketika bereaksi, natrium melepas dan klor menerima.
Yang tersisa bukan atom natrium maupun klor, melainkan ion Na⁺ dan Cl⁻, masing-masing dengan kulit lengkap gas mulia. Sifatnya sama sekali berbeda: ion natrium tidak melepaskan elektron karena tidak ada lagi yang berlebih, dan ion klorida tidak menerimanya karena sudah penuh.
Kristal yang terbentuk adalah kisi kubus tempat setiap ion dikelilingi enam ion bertanda berlawanan. Ia larut dalam air, tidak bereaksi dengannya, dan mutlak diperlukan kehidupan.
Inilah barangkali contoh dasar terbaik bahwa kimia mempelajari gabungan dan bukan bahan-bahannya.
Apa itu pompa natrium dan kalium?
Mekanisme yang paling banyak menyerap energi dalam tubuh manusia saat istirahat, dan yang memungkinkan sistem saraf.
Setiap sel hewan mempertahankan selisih kadar: banyak natrium di luar dan sedikit di dalam, banyak kalium di dalam dan sedikit di luar. Selisih itu tidak terjadi dengan sendirinya dan harus dipertahankan secara aktif.
Pompanya adalah protein membran, Na⁺/K⁺-ATPase. Untuk setiap molekul ATP yang dipakai, ia mengeluarkan tiga ion natrium dan memasukkan dua ion kalium, melawan gradiennya masing-masing. Diperkirakan proses ini menyerap 20 sampai 30 % ATP saat istirahat, dan lebih banyak lagi pada neuron.
Hasilnya adalah potensial listrik sekitar −70 milivolt melintasi membran. Ketika sebuah neuron diaktifkan, saluran terbuka dan membiarkan natrium masuk sekaligus; potensialnya terbalik, dan pembalikan itu merambat sepanjang akson. Itulah impuls saraf.
⚠️ Beberapa racun alami bekerja pada saluran ini. Tetrodotoksin ikan buntal menyumbat saluran natrium dan menghalangi impuls, menimbulkan kelumpuhan. Ouabain, yang berasal dari tumbuhan, menghambat pompanya; dalam dosis kecil, senyawa berkerabat seperti digoksin dipakai dalam kardiologi.
Mengapa lampu natrium memberi cahaya seperti itu?
Atom natrium yang tereksitasi mengembalikan hampir seluruh energinya dalam satu transisi: elektron 3p jatuh ke 3s dan memancarkan foton. Kopling spin-orbit membelah tingkat atasnya, sehingga sebenarnya ada dua garis yang sangat berdekatan, pada 589,0 dan 589,6 nanometer. Itulah dwiganda D yang terkenal.
Memusatkan praktis seluruh pancaran pada dua garis menjadikan lampunya sangat efisien. Lampu natrium tekanan rendah mencapai sekitar 200 lumen per watt, kemanjuran cahaya terbesar di antara lampu yang pernah dibuat.
Harganya adalah warna. Dengan cahaya satu panjang gelombang tidak ada yang dapat dipantulkan dalam warna lain: mobil merah dan mobil biru sama-sama tampak dalam rona kuning dan kelabu. Indeks perenderan warnanya praktis nol.
Lampu natrium tekanan tinggi melebarkan garisnya dan menambahkan sedikit spektrum, mengorbankan efisiensi demi warna. Itulah lampu berwarna jingga yang menerangi jalan raya selama beberapa dekade, kini digantikan LED.
Garis D yang sama adalah alat astronomi. Teleskop beroptik adaptif menembakkan laser yang disetel pada 589 nm untuk mengeksitasi lapisan atom natrium yang diendapkan mikrometeorit pada ketinggian sekitar 90 km, menciptakan bintang panduan buatan untuk mengukur pergolakan atmosfer.
Bagaimana ia diperoleh?
Natrium tidak ada dalam keadaan bebas. Ia dihasilkan lewat elektrolisis natrium klorida cair dalam sel Downs, pada sekitar 600 °C. Kalsium klorida ditambahkan untuk menurunkan titik leburnya, yang pada garam murni akan mencapai 801 °C.
Pada katode mengendap natrium cair, yang ditampung; pada anode dilepaskan klor, yang juga dimanfaatkan.
Permintaan natrium logam sederhana. Ia dipakai sebagai pereduksi dalam pembuatan titanium dan zirkonium, dalam sintesis senyawa organik tertentu, dan sebagai fluida pendingin dalam reaktor nuklir cepat, tempat daya hantar kalornya yang tinggi dan rentang cairnya yang lebar berguna meski risiko menangani natrium cair di dekat air jelas ada.
Yang memang diproduksi dalam jumlah besar adalah senyawanya: klorida untuk pangan dan industri klor-alkali, karbonat untuk kaca, hidroksida untuk pembuatan kertas dan sabun. Garam diperoleh dari tambang dan dari ladang garam lewat penguapan matahari, metode yang asasnya tidak berubah sejak zaman kuno.