Was ist Natrium?
Natrium ist ein Alkalimetallelement mit der Ordnungszahl 11.
Sein Elementsymbol ist Na und sein Atomgewicht beträgt 22,99. Es ist auch als Natrium oder Soda bekannt. Wie andere Alkalimetallelemente ist es sehr reaktionsfreudig.
Es bildet Verbindungen als einwertiges Kation und ist auf der Erde in Form von Natriumchlorid, Karbonaten und Nitraten weit verbreitet. Industriell wird es durch Elektrolyse von geschmolzenen Salzen wie Natriumchlorid hergestellt.
Anwendungen von Natrium
Aufgrund seiner hohen Reaktivität kann Natrium als Reduktionsmittel oder Katalysator bei der Metallraffination verwendet werden.
Außerdem können sein niedriger Schmelzpunkt und seine gute Wärmeleitfähigkeit zu Kühlzwecken verwendet werden, z. B. als Kühlmittel in schnellen Brütern. Darüber hinaus werden Natriumlampen auf Autobahnen und in Tunneln eingesetzt, Natrium ist in Seife enthalten und wird im täglichen Leben häufig verwendet.
Natrium ist auch ein wesentlicher Mineralstoff im menschlichen Körper und das Element, das für die Aufrechterhaltung einer normalen Muskel- und Nervenfunktion verantwortlich ist.
Eigenschaften von Natrium
Natrium hat einen Schmelzpunkt von 98 °C und einen Siedepunkt von 883 °C. Es hat ein spezifisches Gewicht von 0,97 und ist etwas leichter als Wasser.
Natrium ist sehr reaktionsfreudig und reagiert heftig mit Wasser sowie mit Säuren und Basen. Wenn Natrium mit dem menschlichen Körper in Berührung kommt, verbindet es sich mit Wasser auf der Körperoberfläche zu Natriumhydroxid, das die Haut angreift. Auch an der Luft oxidiert es leicht, so dass metallisches Natrium allein in der Natur nicht vorkommt. Es reagiert mit protischen Lösungsmitteln wie Alkohol, aber nicht mit Kerosin oder Äther. Um Natrium zu konservieren, muss es daher in Paraffin getränkt werden.
Natrium neigt dazu, zu einem einwertigen Kation zu ionisieren. Die Flammenreaktion ergibt eine gelbe Farbe.
Struktur von Natrium
Natrium ist ein weiches, silbrig-weißes Metall mit einer Elektronenkonfiguration von [Ne] 3s1. Bei Raumtemperatur und Druck hat es eine kubisch-raumzentrierte Struktur, aber unter hohem Druck von 200 GPa ändert sich seine Kristallstruktur, es verliert seinen metallischen Glanz und wird transparent.
Es gibt 20 bekannte Isotope von Natrium. Allerdings ist nur 23Na ein stabiles Isotop. Spuren von 22Na und 24Na finden sich im Regenwasser und anderen Quellen. Alle anderen radioaktiven Isotope haben eine Halbwertszeit von weniger als einer Minute.
Im Natrium wurden zwei nukleare Isomere gefunden. Das langlebige Kernisomer ist 24mNa, das eine Halbwertszeit von 20,2 ms hat.
Weitere Informationen über Natrium
1. Verfahren zur Herstellung von Natrium
Industriell wird Natrium durch Elektrolyse von geschmolzenem Salz hergestellt. Es gibt zwei Verfahren: das Castner-Verfahren und das Downs-Verfahren.
Beim Castner-Verfahren wird Natriumhydroxid als Ausgangsstoff verwendet. Als Anode wird Graphit und als Kathode Eisen oder Nickel verwendet. Die Elektrolyse erfolgt bei etwa 320 °C, also nahe dem Schmelzpunkt von Natriumhydroxid. An der Anode entsteht Sauerstoff und an der Kathode wird metallisches Natrium freigesetzt.
Beim Downs-Verfahren, bei dem Natriumchlorid verwendet wird, senkt die Zugabe von Kalziumchlorid oder Kaliumchlorid den Schmelzpunkt von Natriumchlorid, so dass die Elektrolyse bei etwa 600 °C stattfinden kann. An der Anode entsteht das Nebenprodukt Chlor.
2. Die Reaktion von Natrium
Bei der Reaktion von Natrium mit Wasser entsteht Wasserstoff und es bildet sich Natriumhydroxid. Natriumhydrid kann auch durch Erhitzen mit Wasserstoff gewonnen werden. Es reagiert mit Hydroxygruppen von Alkoholen, Phenolen und Carbonsäuren unter Bildung von Wasserstoff, z. B. Alkoxiden. Natrium kann auch mit einzelnen Halogenen unter Bildung von Salzen reagieren.
Natrium wird selbst an trockener Luft schnell zu Natriumoxid oxidiert, das seinen metallischen Glanz verliert. Wird Natriumoxid an der Luft belassen, reagiert es außerdem mit Kohlendioxid zu Natriumcarbonat.
Da Natrium als Reduktionsmittel wirkt, lassen sich verschiedene Metalle wie Titan, Thorium, Tantal und Zirkonium leicht extrahieren. Bei der Reduktion von Titanchlorid mit metallischem Natrium wird beispielsweise Titan gewonnen.