Natrium

     [[pl:S%F3d]]

Natrium (v. ägypt. neter = Soda), chem. Symbol Na, ist ein chemisches Element. Es gehört zur 1. Hauptgruppe des Periodensystems und hat die Ordnungszahl 11. Natrium ist ein weiches, wachsartiges, silberglänzendes, hochreaktives Alkalimetall, das eine hohe Strom- und Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Eigenschaften

Natrium - Magnesium
Li Na K
	Periodensystem

Allgemein

Name, Symbol, Ordnungszahl

Natrium, Na, 11

Serie

Alkalimetalle

Gruppe, Periode, Block

1 (IA), 3 , s

Dichte, Mohshärte

968 kg/m³, 0.5

Aussehen

silbrig weiß

Atomar

Atomgewicht

22.989770 amu

Atomradius (berechnet)

180 (190) pm

Kovalenter Radius

154 pm

van der Waals-Radius

227 pm

Elektronenkonfiguration

[Ne]3s¹

e^- 's pro Energieniveau

2, 8, 1

Oxidationszustände (Oxid)

1 (stark basisch)

Kristallstruktur

kubisch raumzentriert

Physikalisch

Aggregatzustand (Magnetismus)

fest (unmagnetisch)

370.87 K (97.72°C)

1156 K (883°C)

23.78 ×10^-3 m³/mol

96.96 kJ/mol

2.598 kJ/mol

1.43×10^-5Pa bei 1234 K

Schallgeschwindigkeit

3200 m/s bei 293.15 K

Verschiedenes

Elektronegativität

0.93 (Pauling-Skala)

Spezifische Wärmekapazität

1230 J/(kg*K)

Elektrische Leitfähigkeit

21 10⁶/m Ohm

Wärmeleitfähigkeit

141 W/(m*K)

1. Ionisierungsenergie

495.8 kJ/mol

2. Ionisierungsenergie

4562 kJ/mol

3. Ionisierungsenergie

6910.3 kJ/mol

4. Ionisierungsenergie

9543 kJ/mol

5. Ionisierungsenergie

13354 kJ/mol

6. Ionisierungsenergie

16613 kJ/mol

7. Ionisierungsenergie

20117 kJ/mol

8. Ionisierungsenergie

25496 kJ/mol

9. Ionisierungsenergie

28932 kJ/mol

10. Ionisierungsenergie

141362 kJ/mol

Stabilste Isotope

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP
²²Na	{syn.}	2.602 y	epsilon	2.842	²²Ne
²³Na	100%	Na ist stabil mit 12 Neutronen

NMR-Eigenschaften

	²³Na
Kernspin	3/2
gamma	7.076e7 rad/T
Empfindlichkeit	100%
Larmorfrequenz bei B="4".7T	52.9 M Hz

SI-Einheiten und Standardbedingungen werden benutzt,
sofern nicht anders angegeben.

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 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 frei gesetzten 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 Lösemitteln
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 Schmelzflusselektrolyse von trockenem Natriumchlorid in einer Downs-Zelle. Zur Schmelzpunkterniedrigung wird ein Salzgemisch aus Calcium- (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.