Natrium
Natrium
Fakten:
Relative Atommasse: 22,989779
Ordungszahl: 11
Schmelzpunkt: 97,81°C
Siedepunkt: 882,90°C
Oxidationszahlen: 1
Dichte: 0,971 g/cm³
Härte: 0,4
Atomradius: 153,7 pm
Elektronegativität: [Ne]3s¹
Natürliche Häufigkeit: Na-23 100%
Eigenschaften:
Reines Natrium ist ein silberweißes Alkalimetall, das an feuchter Luft sofort grau anläuft, da sich eine Natriumhydroxidschicht bildet. An offener Luft bindet es Sauerstoff, Wasser und Kohlenstoffdioxid und wandelt sich allmählich zu einem Gemisch aus Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat um. Daher wird es unter Paraffinöl oder Petroleum als Schutzflüssigkeit aufbewahrt. Nach Lithium und Kalium ist es das Element mit der geringsten Dichte! Es ist ein sehr weiches Metall und lässt sich mit dem Messe leicht schneiden. Nur Cäsium und Rubidium sind noch weicher. Im Dunklen tritt ein grünes Leuchten auf.
Es hat einen niedrigen Schmelzpunkt und besitzt gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit. Auf feuchter Haut, auf Schleimhäuten und in den Augen verursachen Natriumstücke schwere Verätzungen, da sich Natronlauge bildet.
Natrium ist sehr reaktionsfähig und verbrennt mit gelber Flamme zu Natriumperoxid:
2Na + O² -----> Na²O²
Eine gelbe Flammenfarbe erzeugen auch die Salze des Natriums, z.B. Natriumchlorid oder Natriumcarbonat. Mit Wasser reagiert es stürmisch unter Wasserstoff- und Laugenbildung.
2Na + 2H²O ------>2NaOH + H²
Dabei schwimmt das Metal auf dem Wasser zischend hin und her.
Kann die dabei entstehende Reaktionswärme nicht abgeführt werden( z.B. durch einwickeln in ein Tuch) erfolgt Entzündung oder Explosion. Mit Chlor reagiert es unter heller gelber Lichterscheinung zu Natriumchlorid. Im flüssigen Ammoniak und in Aminen löst sich Natrium mit tief blauer Farbe.
Natrium wird in Form von Kochsalz aufgenommen, dessen Tagesbedarf beim Menschen zwischen 2-15g liegt. Im Blut und in den Gewebsflüssigkeiten eines erwachsenen Menschen befindet sich NaCl in einer Gesamtmenge von 150 – 300 g. Ein übermässiger Genuss von Kochsalz ist beim Menschen mitverantwortlich für Blutdrucherhöhung, Aterienverkalkung und Entzündungsneigung.
Isotope:
Das Element hat ein natürliches, stabiles Isotop mit der Massenzahl 23. Daneben sind 14 instabile Isotope bekannt, deren Halbwertszeit üblicherweise im Bereich zwischen einigen Millisekunden und wenigen Sekunden liegt. Die Zerfallsrate von Na-22 liegt allerdings bei mehr als 2,5 Jahren.
Vorkommen:
Natrium steht in der Elementhäufigkeit an 6.Stelle. Aufgrund seiner großen Reaktionsfähigkeit kommt es in der Natur jedoch nicht elementar vor. Natriumverbindungen dagegen sind sehr häufig: Meerwasser enthält Natriumchlorid in einer Konzentration von 26,8g/l. Das uns bekannte Universum setzt sich zu 0,0001 % aus Natrium zusammen. Auf der Erde liegt sein Anteil bei ca.
0,6 %. In der Erdkruste ist es mit ca. 2,3% nach Eisen und Calcium das 6. häufigste Element und ist dort ungefähr genauso häufig wie Magnesium. Eine der wichtigsten Natriumverbindungen ist das sogenannte Steinsalz oder Halit (Natriumchlorid). Allein das in den Weltmeeren gelöste Steinsalz würde ausreichen, um das gesamte Festland mit einer 130 Meter hohen Schicht zu bedecken.
Große Vorkommen an Natriumchlorid befinden sich auch in den Steinsalzlagerstätten, die z.B. im österreichischen Salzkammergut, in der Norddeutschen Tiefebene, in Südpolen, in Südspanien, in Kalifornien oder im Ural zu finden sind. Sie sind beispielsweise durch die prähistoriche Verdampfung von Seen entstanden. Solche Vorgänge lassen sich auch heute noch am Toten Meer und am Großen Salzsee von Utah beobachten. Die Salzlager Mitteldeutschlands sind vor ca.
250 mill. Jahren aus dem Zechsteinmeer entstanden. Weitere Natrium-Minerale sind: Chilesalpeter (Natriumnitrat), Glaubersalz (Natriumsulfat) oder Natronfeldspat (Albit, Natriumaluminium-Silicat).
Geschichtliches:
Im Jahre 1807 erhielt der englische Chemiker Sir Humphry Davy erstmals das metallische Natrium durch eine Schmelzflusselektrolyse von angefeuchtetm Natriumhydroxid in einer Platinschale. Er nannte da neue Metall Sodium, da er es auch durch Elektrolyse von Soda (Natriumcarbonat) gewinnen konnte. Im deutschen Sprachraum wurde dann von L.
W. Gilbert der lateinische Name Natronium eingeführt, was sich von „natron“ ableitete, der alchimistischen Bezeichnung für Soda und
(im Mittelalter konnte man diese beiden Stoffe nicht voneinander unterscheiden). Der Name Natrium wurde von J.J. Berzelius vorgeschlagen.
Herstellung:
Natrium wird heute hauptsächlich durch eine Schmelzflusselektrolyse eines Gemisches von etwa 30% Natriumchlorid, mit 25% Calciumchlorid und 45% Bariumchlorid als Flussmittel hergestellt.
Die Elektolyse erfolgt bei 6-7 Volt und bei Stromstärken von mehr als 40000 Ampere. Zur Verhinderung der Rückreaktion von Natrium und Chlor ist die Eisenkathode durch feine Drahtnetzt aus Stahl von der übrigen Zelle getrennt. Das sich an der Kathode abscheidende flüssige Natrium steigt nach oben und sammelt sich in einer Rinne, von wo es über ein eisernes Steinrohr kontinuierlich abfließt.
Verwendung:
Ein großer Teil wird zur Herstellung von Natriumverbindungen verbraucht (z.B. Natriumperoxid, Natriumcyanid).
Früher benötigte man es in großen Mengen zur Herstellung der Anitklopfmittel Bleitetramethyl oder Bleitetraethyl. Flüssiges Natrium dient aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit als Kühlmittel in Kernreaktoren oder als Wärmeüberträger in Kraftwerden. Im Labor setzt man es ein, um Lösungsmitteln Wasser zu entziehen, z.B., bei Benzol, Diethylether oder Ethanol. Natriumdampflampen enthalten neben Edelgasen auch Natrium, das beim Einschalten der Lampe verdampft und ein gelbes, sehr helles Licht erzeugt.
Ferner wird bei der Herstellung von Titan und bei Goldwäscherei benötigt. Natriumchlorid wird als Konservierungs- und Würzmittel eingesetzt. Es stellt aber gleichzeitig die wichtigste Quelle für elementares Chlor da und ist somit die Grundlage der gesamten Chlorchemie. Natriumhydroxid dient unteranderem zur Herstellung vieler Natriumsalze, von Seifen und Farbstoffen, sowie zu Gewinnung von Zellstoff aus Holz und es wird zur Herstellung von Kunstseide und Cellulose verwendet. Der mengenmässig größter Verbraucher von Natriumcarbonat(Na²CO³) ist die Glasindustrie, wo es durch glühen in Glas überführt wird. Desweiteren wird es zur Waschmittelherstellung sowie in der Papier und Zellstoffindustrie verwendet.
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