Lexikon: Natrium

Natrium (von Ägyptische Sprache|ägypt. netjer = Natron aus Arabische Sprache|arab. natrun = Natron, da Natrium den Hauptbestandteil von Natron bildet, veraltete und englisch-französische Bezeichnung Sodium), chem. Symbol Na, ist ein chemisches Element. Es gehört zur 1. Hauptgruppe des s und hat die 11. Natrium ist ein weiches, wachsartiges, silberglänzendes, hochreaktives Alkalimetalle|Alkalimetall, das eine hohe Strom- und Wärmeleitfähigkeit besitzt.

Geschichte

Natriumverbindungen sind seit langem bekannt. Die Herstellung des Elements gelang als erstem Sir Humphry Davy durch von geschmolzenem Natriumhydroxid unter Verwendung von Voltasche Säule|Voltaschen Säulen als Stromquelle.

Gewinnung und Darstellung

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 Zylinder (Geometrie)|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:

$\backslash mathrm\{2Cl^-\; \backslash rightarrow\; Cl\_2\; +\; 2e^-\}$

Kathodenvorgang:

$\backslash mathrm\{Na^+\; +\; e^-\; \backslash rightarrow\; Na^0\}$

Gesamtvorgang bei der Elektrolyse:

$\backslash mathrm\{2Na^+\; +\; 2Cl^-\; \backslash rightarrow\; 2Na\; +\; Cl\_2\}$

Seit Einführung der Chlor-Alkali-Schmelzfluss-Elektrolyse hat sich der Preis für Natrium drastisch verringert. Heute ist Natrium volumenbezogen das preiswerteste Metall überhaupt.

Vorkommen

Natrium ist ein, auch im insgesamt, relativ häufig vorkommendes Element. Im ausgestrahlten vieler , auch dem der , können die gelben Spektrallinien der D-Serie gut nachgewiesen werden.

In der Erdkruste ist Natrium das sechsthäufigste Element. Es kommt aber nicht elementar vor. Wichtige Natriumdepots sind die Ozeane mit 10 bis 11 g Na⁺ pro l Meerwasser, sowie Salzlager und vorkommen. Wichtige natürlich vorkommende Minerale sind:

• Steinsalz (Halit) - NaCl
• Natronsalpeter (Chilesalpeter) - NaNO₃
• Kryolith (Eisstein) - Na₃AlF₆
• Natronfeldspat (Albit) - NaAlSi₃O₈

Eigenschaften

Bild: NatriumWasserstoff.png Analog den anderen Alkalimetalle|Alkalimetallen reagiert Natrium mit anderen Elementen und Verbindungen sehr heftig und kommt in der natürlichen nur in gebundener Form vor. Natrium reagiert heftig mit und seinen Derivaten unter Bildung von Natriumhydroxid und Freisetzung von .

mit Wasser: $\backslash mathrm\{Na\; +\; H\_2O\; \backslash rightarrow\; NaOH\; +\; \backslash frac\{1\}\{2\}H\_2\}$

allgemein: $\backslash mathrm\{Na\; +\; ROH\; \backslash rightarrow\; Na^+\; +\; ^-OR\; +\; H\_2\}$

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.

Kommt Natrium mit chlorierten Verbindungen wie Dichlormethan, , Tetrachlormethan in Kontakt, kommt es unter Bildung von NaCl zu einer schnellen und exothermen Reaktion. In Luft entzündet es sich in der Regel erst bei einer Temperatur oberhalb von 388 (115 Grad Celsius|°C). Die dann einsetzende Verbrennung unter einer intensiv gelbgefärbten Flamme führt zum Natriumperoxid Na₂O₂ und nicht zum einfachen Oxide|Oxid Na₂O. In getrocknetem ist Natrium dagegen relativ beständig und kann sogar ohne Selbstentzündung geschmolzen werden.

Bild: Natrium.jpg Kleinere Mengen Natrium werden unter Petroleum aufbewahrt. Für größere Mengen gibt es integrierte Handhabungssysteme mit Schutzgasatmosphäre.

Natriumbrände lassen sich mit Natriumcarbonat, Kochsalz oder trockenem Zement löschen.

Verwendung

Metallisches Natrium ist eine essentielle Komponente bei der Herstellung von Ester|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⁺ als Mineralstoffe|Mineralstoff ist für Lebewesen daher essentiell.

Weitere Anwendungen :

• Gefügeverbesserung von Werkstoffen, beispielsweise zur Desoxidation und Kornfeinung in Aluminium-Siliziumlegierungen
• Herstellung von Titan_(Element)|Titan, Niob und Tantal: Reduzierung der Oxide und Halogenide.
• Trocknen von halogenfreien Lösemitteln
• NaK, ein Werkstoff aus Natrium und zur Wärmeübertragung
• 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.
• zur Kühlung im Primär- und Sekundärkreislauf von Kernkraftwerken mit Brutreaktoren
• Natrium-Dampf-Lampen zählen zu den effektivsten Lichtquellen.

Natrium beziehungsweise Na⁺-Kationen werden in vielen weiteren Anwendungen eingesetzt. Als Rohstoff werden dort aber Natriumverbindungen eingesetzt.

Technisch wichtige Verbindungen

• Natriumamid
• Natriumazid
• Natriumborhydrid
• Natriumcarbonat
• Natriumchlorat
• Natriumchlorid
• Natriumchlorit
• Natriumcyanid
• Natriumfluorid
• Natriumfluorophosphat
• Natriumhydrid
• Natriumhydrogencarbonat
• Natriumhydrogenfluorid
• Natriumhydroxid
• Natriumhypochlorit
• Natriumnitrat
• Natriumperoxid
• Natriumpersulfat
• Natriumsulfid
• Natriumsulfit
• Natriumthiosulfat
• Trinatriumcitrat

Weblinks

• WebElements.com - Sodium
• EnvironmentalChemistry.com - Sodium

Kategorie:Chemisches Element Kategorie:AlkalimetallKategorie:Periode-3-Element

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