Natrium
[[pl:S%F3d]]
| Zeichen | Na |
| OZ | 11 |
| rel. Atommasse | 22,9898 |
| Alkalimetall | |
| Schmelzpunkt | 98 °C |
| Siedepunkt | 883 °C |
| Dichte | 0,97 g/cm³ |
| Elektronenkonfiguration | (Ne) 3s1 |
Natrium (v. neter, ägypt. : soda), chem. Symbol Na, ist ein chemisches Element. Es gehört zur 1. Hauptgruppe des Periodischen Systems und hat die Ordnungszahl 11. Natrium ist ein weiches, wachsartiges, silberglänzendes, hochreaktives Alkalimetall, das eine hohe Strom- und Wärmeleitfähigkeit besitzt.
Vorkommen
Natrium ist ein relativ häufig vorkommendes Element. Dies trifft auch für das Weltall zu. Im ausgestrahlten Licht vieler Himmelskörper, auch dem der Sonne, können die gelben Spektrallinen der D-Serie gut nachgewiesen werden.
In der Erdkruste ist Natrium das sechsthäufigste Element. Es kommt aber nicht elementar vor. Wichtige Natriumdepots sind die Weltmeere mit 10 bis 11 g Na+ pro l Meerwasser, sowie Salzlager und Mineralvorkommen. Wichtige natürlich vorkommende Minerale sind :
- Steinsalz (Halit) ............................. NaCl
- Natronsalpeter (Chilesalpeter) ...... NaNO3
- Kryolith (Eisstein) ......................... Na3[AlF6]
- Natronfeldspat (Albit) ................... Na[AlSi3O8].
Eigenschaften und Verhalten
Analog den anderen Alkalimetallen (siehe auch dort) reagiert Natrium mit anderen Elementen und Verbindungen sehr heftig und kommt in der natürlichen Umwelt nur in gebundener Form vor. Natrium reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von Natriumhydroxid und Freisetzung von Wasserstoff. Durch die hohe Reaktionswärme schmilzt es auf. Bei feiner Verteilung des Natriums (große Reaktionsoberfläche) kann es sich entzünden. Wegen des freigesetzten Wasserstoffs kann es bei Luftzutritt zu Verpuffungen oder Explosionen kommen.
In Luft entzündet es sich in der Regel erst bei einer Temperatur oberhalb von 388 Kelvin (115°C). Die dann einsetzende Verbrennung unter einer intensiv gelbgefärbten Flamme führt zum Natriumperoxid Na2O2, und nicht zum einfachen Oxid Na2O.
In getrocknetem Sauerstoff ist Natrium dagegen relativ beständig und kann sogar ohne Selbstentzündung geschmolzen werden.
Kleinere Mengen Natrium werden unter Petroleum aufbewahrt. Für größere Mengen gibt es integrierte Handhabungssysteme mit Schutzgasatmosphäre.
Natriumbrände lassen sich mit calcinierter Soda, Kochsalz oder trockenem Zement löschen.
Anwendungen
Metallisches Natrium ist eine essentielle Komponente bei der Herstellung von Estern und organischen Verbindungen.
Na+ Ionen spielen eine wichtige Rolle bei der Regulierung des Wasserhaushaltes von Lebewesen (Regulierung durch osmotischen Druck), sowie bei der Übertragung von Nervenimpulsen. Die Aufnahme von Na+ ist für Lebewesen daher essentiell.
Weitere Anwendungen :
- Gefügeverbesserung von Werkstoffen, z.B zur Desoxidation und Kornfeinung in Aluminium-Siliziumlegierungen
- Herstellung von Titan, Niob und Tantal : Reduzierung der Oxide und Halogenide.
- Trocknen von halogenfreien Lösungsmitteln
- NaK, ein Werkstoff aus Natrium und Kalium zur Wärmeverschiebung (heat transfer material).
- zur "Kühlung" von Ventilen in Hochleistungsmotoren. Hier sorgt das in den Ventilen eingeschlossene flüssige Natrium aufgrund seiner hohen Wärmekapazität für eine schnelle Abführung der Wärme von den Ventilsitzen in den Ventilschaft.
- Natrium-Dampf-Lampen zählen zu den zu den effektivsten Lichtquellen
Natrium bzw. Na+ Kationen werden in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Als Rohstoff werden dort aber Natriumverbindungen eingesetzt.
Historie
Natriumverbindungen sind seit langem bekannt. Die Herstellung des Elements gelang als erstem Sir Humphry Davy durch Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid unter Verwendung von Voltaschen Säulen als Stromquelle.
Herstellung
Die großtechnische Herstellung von Natrium erfolgt heute durch Chlorid-Elektrolyse von trockenem Natriumchlorid (Schmelzflusselektrolyse in einer Downs-Zelle). Zur Schmelzpunkterniedrigung wird ein Salzgemisch aus Kalzium- (46%), Natrium- (28%) und Bariumchlorid (26%) eingesetzt. Die zylindrische Elektrolysezelle besteht aus einer mittigen Graphitanode, über der das entstehende Chlorgas abgezogen wird. Oberhalb der kleeblattförmig um die Graphitanode angeordneten Stahlblechkathoden wird das flüssige Natrium abgezogen und nach einer Zwischenlagerung einem Reinigungsprozess zugeführt.
Anodenvorgang :
2 Cl- -> Cl2 + 2e-
Kathodenvorgang
Na+ + e- -> Na0
Gesamtvorgang :
Elektrolyse
2 Na+ + 2 Cl- -------------> 2 Na + Cl2
Seit Einführung der Chlor-Alkali-Schmelzfluss-Elektrolyse hat sich der Preis für Natrium drastisch verringert. Heute ist Natrium volumenbezogen das preiswerteste Metall überhaupt.
Technisch wichtige Verbindungen
- Natriumamid
- Natriumazid
- Natriumborhydrid
- Natriumcarbonat
- Natriumchlorat
- Natriumchlorid
- Natriumchlorit
- Natriumcyanid
- Natriumfluorid
- Natriumfluorophosphat
- Natriumhydrid
- Natriumhydrogencarbonat
- Natriumhydrogenfluorid
- Natriumhydroxid
- Natriumhypochlorit
- Natriumnitrat
- Natriumperoxid
- Natriumsulfat
- Natriumsulfid
- Natriumsulfit
- Natriumthiosulfat
- Trinatriumcitrat