Natrium

Hööftartikel: Isotopen vun Natrium
Iso	VN	t_½	VO	VE (MeV)	VP
²¹Na	nee	22,49 s	ε	3,547	²¹Ne
²²Na	nee	2,602 a	ε	2,842	²²Ne
²³Na	100 %	Na is mit 12 Neutronen bestännig.
²⁴Na	nee	14,959 h	β^-	5,516	²⁴Mg
²⁵Na	nee	59,1 s	β^-	3,835	²⁵Mg

Natrium is en faken vörkamend cheemsch Element mit dat Atomteken Na un de Atomtall 11. In’t Periodensystem steiht Natrium ganz links in de 1. Hööftgrupp un warrt dormit to de Alkalimetallen rekent. Elementar Natrium is 1807 to’n eersten mol vun Humphry Davy dör en Smöltflusselektrolys ut Natriumhydroxid wunnen worrn. Natrium is en Reinelement, dat eenzig bestännige Isotop is ²³Na.

Ünner Normalbedingen is Natrium wassweek, sülvergleemig un hoochreaktiv. Ut den letzten Grund warrt elementar Natrium tomeist ünner inerten Bedingen lagert, d. h. in Paraffinööl oder Petroleum.

De Naam „Natrium“ leddt sik över dat araabsche natrun „Natron“ vun’t ägyptische netjerj af. Vun wegen dat Natrium den gröttsten Deel vun Soda utmaakt, warrt in’t engelschen un franzööschen Spraakrebeet Sodium dorto seggt. Dat weer in düütsch fröher ok mol begäng.

Mit en Andeel vun 2,64 % in Form vun tallrieke natriumhollige Mineralen in’n Bodden an Land un ünner See höört Natrium to de teihn fakensten Elementen in de Eerdkrust.

Historie

De Ägypters hebbt in de Antike för dat ut de Sodaseen wunnen Soda den Begreep netjerj (neter) prägt. De Römers hebbt dat Woort as nitrium, de Araber as natrun övernahmen.^[1] Anners as dat elementare Metall sünd Verbinnen vun’t Natrium al teemlich lang bekannt un sünd schon lang ut Seewater un Seen wunnen oder ut Lagersteden afboot un hannelt worrn. An’n wichtigsten is dorünner dat Kaaksolt (Natriumchlorid), dat ut Bargwarken oder ut Salinen wunnen worrn is. De Hannel mit Solt weer vör vele Städer de Grundlaag för jemehrn Riekdom. In eenige Fäll is dat dorüm ok Naamsdeel worrn, as t. B. bi Soltgitter. Ok annere natürlich vörkamende Natriumverbinnen as dat Natriumcarbonat (Soda oder Natron) un Natronsalpeter sünd siet de Antike wunnen un hannelt worrn.

De Herstellen vun elementar Natrium is eerst 1807 dör Sir Humphry Davy tostannen brocht worrn. He harr ünner Verwennen vun Voltasche Sülen as elektrisch Born en Elektrolys vun smölt Natriumhydroxid (Ätznatron) maakt un dorbi twee verscheeden Metallen kregen. Dat in’t Soda bargen Natrium hett he toeerst Sodium nöömt, wat ok vundaag noch de gängige Naam in engelschen un franzööschen Sprrakruum is. Dat tweete Metall nööm he Potassium (Kalium). Den hüütigen Naam Natrium hett Berzelius 1811 vörslahn.^[1]

Vörkamen

Natrium in en steenbillnd Mineral: Natronfeldspat (Albit)

Fakene Verbinnen vun Natrium: Steensolt (Halit)

Natrium tellt in’n Weltruum to de fakenen Elementen un steiht na Männichkeit an veerteihnste Steed.^[2] Liek faken sünd Elementen as Calcium oder Nickel. De gelen Spektrallienen vun de D-Serie künnt in’t Licht vun vele Himmelskörpers goot nawiest warrn, ünner annern ok bi de Sünn.

Op de Eer hett Natrium en Andeel vun 2,36 % an de Eerdkrust^[3] un is dormit dat sösstfakenste Element. Wiel Natrium so goot reageert kummt dat Metall nich elementar in de Natur vör, man is jümmer as en Solt bunnen. Gröttere Mengden vun’t Element kamt ok löst in’t Seewater vör. Een Liter Seewater bargt in’n Snitt 11 Gramm Natriumionen.^[4] De minschliche Lief bargt dörsnittlich 100 g Natrium (bi en Gesamtgewicht vun 70 kg).^[5]

Fakene Natriummineralen sünd Albit (Natronfeldspat, NaAlSi₃O₈) un Oligoklas ((Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈). Neven disse beiden steenbillnd Feldspat-Mineralen kummt Natrium in grote Mengden ok in Soltlagersteden vör. Grote Lagersteden gifft dat sünners vun Halit (Natriumchlorid), de dör Utdrögen vun afsneden Seerebeden tostannen kamen sünd. Disse Soltlager sünd de bedüdenste Born för’t Winnenvun Natrium un sien Verbinnen. Bekannte Föddersteden in Düütschland sünd t. B. Soltgitter, Bad Reichenhall, Stood un Bad Friedrichshall.

Bito kamt annere Natriumsolten in de Natur vör. Een vun de wenigen natürlichen Nitratmineralen is dat Nitratin (Natronsalpeter, NaNO₃), dat vun wegen sien hoge Löslichkeit in Water blots in sünners dröge Rebeden as t. B. de Atacamawööst in Chile vörkamt. Vördem dat Haber-Bosch-Verfohren utfunnen weer, weer dat de wichtigste Rohstoff för Düngermiddel un Sprengstoffen.

Natriumcarbonat (Na₂CO₃) kummt ok in natürliche Mineralen vör. Dat bekannteste dorvun is Soda (Na₂CO₃ · 10H₂O), dat in grote Mengden afboot un in de Glasprodukschoon bruukt warrt.

Butendem gifft dat en Veeltall annere Natriummineralen. En bekannt Bispeel is de Kryolith (Iessteen, Na₃[AlF₆]), de in’n smölten Tostand as Lösmiddel för Aluminiumoxid bi’t Herstellen vun Aluminium bruukt warrt. Vundaag warrt Kryolith aver künstlich herstellt, wiel de eenzig bekannte natürliche Lagersteed in Gröönland al afboot is.

Winnen un Dorstellen

Natrium warrt vör allen ut Natriumchlorid wunnen, dat dör Bargbo afboot warrt oder dör Indampen vun solthollige Lösen (t.&nbds;B. Seewater) tüügt warrt. De gröttste Deel dorvun warrt as Kaaksolt oder to’n Herstellen vun annere Natriumverbinnen bruukt. Blots en lütte Mengde warrt to elementar Natrium verarbeit.

Groottechnisch warrt Natrium vundaag dör Smöltflusselektrolys vun dröög NaCl in so nöömte Downs-Zellen herstellt. To’n Rünnersetten vun’n Smöltpunkt warrt en eutektisch Soltmischen ut 60 % Calciumchlorid un 40 % Natriumchlorid verwennt, dat bi 580 °C smölt. As Tosatz kann ok Bariumchlorid bruukt warrn. Bi den Vörgang warrt en elektrisch Spannung vun söven Volt^[4] anleggt. To’n Herstellen vun een Kilogramm Natrium warrt bi de Elektrolys ruchweg 10 kWh Stroom verbruukt, för den helen Produktschoonsvörgang ungefähr 12 kWh.^[6]

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

Billn vun Natrium an de Kathood

$\mathrm {2\ Cl^{-}\rightarrow Cl_{2}+2\ e^{-}}$

Billn vun Chlor an de Anood

$\mathrm {2\ Na^{+}+2\ Cl^{-}\rightarrow 2\ Na+Cl_{2}}$

Gesamtreakschoon

De Elektrolyszell is en Zylinder, de in de Mitt en Graphitanood hett un en Kathodenring ut Iesen an de Siet. Baven vun de Zell warrt dat afscheedte Chlorgas opfungen, sammelt un afföhrt. Dat Natrium sammelt sik baven vun de Kathood un warrt dör en kolt hollend Stiegröhr ut de Zell rutnahmen. Calcium, dat bi den Vörgang ok tostannen kummt, kristalliseert dor ut un fallt wedder torüch in de Smölt.

De Elektrolys vun Natriumchlorid hett dat Castner-Verfohren aflöst. Dorbi is dat Natrium dör Smöltflusselektrolys vun Natriumhydroxid wunnen worrn. Dat harr den Vördeel, dat Natriumhydroxid mit 318 °C den sieteren Smöltpunkt harr, hett op de anneren Siet aver mehr Stroom för de Elektrolys bruukt. Mit Inföhren vun de Chlor-Alkali-Smöltfluss-Elekytrolys is de Pries för Natrium düchtig rünnergahn. Op dat Volumen ümrekent is Natrium dat günstigste Lichtmetall vun all. De Pries hangt aver man bannig af vun de Stroomkosten un den Pries för dat Chlor, dat ok dorbi entsteiht.

Egenschoppen

Physikaalsch

Natriumstück ünner Paraffinööl.

Kristallstruktur vun Natrium, a = 429 pm^[7]

Natrium is en sülverwitt, week Lichtmetall. Bi vele Egenschoppen steiht Natrium twüschen Lithium un Kalium ut de lieken Hööftgrupp. De Smöltpunkt liggt mit 97,82 °C twüschen den vun Lithium (180,54 °C) un den vun’t Kalium (63,6 °C).^[4] För den Kaakpunkt un de spezifische Warmskapazität is dat liek. Mit en Dicht vun 0,971 g/cm³^[4] tellt Natrium to de lichtesten Elementen. Blots Lithium un Kalium sünd vun de bi Ruumtemperatur fasten Elementen noch wat lichter. Mit en Mohshard vun 0,5^[8] is Natrium so week, dat een dat mit’n Messer snieden kann.

As de annern Alkalimetallen kristalliseert Natrium in’t kuubsche Kristallsystem in en ruumzentreert Gidder mit de Ruumkoppel $Im{\bar {3}}m$ un twee Formeleenheiten op en Elementarzell. Ünner 51 K geiht de Struktur in en hexagonal dichteste Kugelpacken över mit de Gidderparameters a = 376 pm un c = 615 pm.^[7]

Natriumdamp sett sik ut enkelte Metallatomen tohopen man ok ut Dimeren vun de Form Na₂. An’n Kaakpunk leegt 16 %^[4] vun de Atomen as Dimer vör. De Binnenläng vun de Natrium-Natrium-Binnen liggt bi 371,6 pm.^[8] De Damp is geel un schient bi’t Dörkieken purpurklöört.

Cheemsch

Jüst as de annern Alkalimetallen is ok Natrium en düchtig uneddel Element (Normpotential: -2,71 V^[4]) un reageert dorüm licht mit vele annere Elementen un to’n Deel ok mit Verbinnen. De Reakschonen sünd vör allen mit Nichmetallen as Chlor un Swevel bannig dull un lopt ünner lüchtend gele Flammenbilln af.

De an sik teemlich reaktive Suerstoff stell en Utnahm dor. Natrium un Suerstoff reageert bi Ruumtemperatur un ok ünner hittmaken nich direkt mitenanner ahn dat Water dorbi is. Ünner en kumplett waterfre’en Suerstoffatmosphäär kann Natrium sogor smölt warrn, ahn dat dat reageert. Aver wenn Fuchtigkeit ok blots in Sporen dor is, verbrennt dat licht to Natriumperoxid:

$\mathrm {2\ Na+O_{2}\rightarrow Na_{2}O_{2}}$

Reakschoon vun Natrium mit Suerstoff

In Water un Alkoholen reageert Natrium ünner Afgaav vun Waterstoff to Natriumhyroxid. Dör de hoge Reakschoonswarms smölt dat dorbi bi faken. Bi fiene Verdelen vun’t Natrium un de dormit verbunnen groten Reakschoonsbavenflach kann de Reakschoon ok explosiv wesen un den Waterstoff dorbi tünnern.

$\mathrm {2\ Na+2\ H_{2}O\rightarrow 2\ NaOH+H_{2}}$

Reakschoon vun Natrium mit Water

En gaue un exotherme Reakschoon gifft dat ok, wenn Natrium mit chlorhollige Verbinnen in Kontakt kummt, as t. B. Dichlormethan, Chloroform oder Tetrachlormethan. Dorbi kummt Natriumchlorid tostannen.

Isotopen

Vun Natrium sünd tohopen föffteihn Isotopen un twee wietere Karnisomeren vun ¹⁸Na bit ³³Na bekannt.^[9] Blots een dorvun kumt natürlich vör, neemlich dat Isotop ²³Na. Somit tellt Natrium to de so nöömten Reinelementen. De bestännigsten künstlichen Isotopen sünd ²²Na, dat mit en Halfweertstiet vun 2,602 Johren^[9] dör Elektroneninfang in ²²Ne övergeiht, un ²⁴Na, dat mit en Halfweertstiet vun 14,959 Stünnen^[9] ünner Betaverfall to ²⁴Mg verfallt. Disse beiden warrt as Tracer insett. All de anneren Isotopen hebbt Halfweertstieten in’t Rebeet vun Sekunnen oder Millisekunnen.

Verwennen

Dat gifft eenige wichtige Natriumverbinnen, de ut Natrium oder Natriumchlorid wunnen warrt, as t. B. Na₂O₂ (Natriumperoxid), NaNH₂ (Natriumamid), NaCN (Natriumcyanid) oder NaH (Natriumhydrid). För dat Licthmetall gifft dat vele ünnerscheedliche Verwennen:

In Sepen, de Natrium- oder Calciumsolten vun Fettsüren sünd, warrt Natrium as Gegenion bruukt.
En bedüdende Anwennen sünd de Natriumdamplampen, de faken in Stratenbelüchten insett warrt.
Faken ok warrt Natrium as Redukschoonsmiddel verwennt. In de orgaanschen Chemie warrt dat to’n Herstellen vun Esters un annere Verbinnen bruukt. Annere Anwennen in de Chemie sind t. B. de Birch-Redukschoon oder de Produkschoon vun Tetraethylblie, dat bit Anfang vun de 1990er Johren as Antikloppmiddel bruukt worrn is.
Bi Warkstoffen kann Natrium dat Föög verbetern un warrt ü.a. to de Desoxidatschoon un Koornfienmaken in Aluminium-Silizium-Legeeren bruukt.
To’n Drögen vun halogenfre’e Lösmiddels warrt dat bruukt, wiel dat goot mit Water reageert.
Vun wegen de hoge Warmsleddanlaag warrt Natrium ok in Hoochleistungsmotors to’nKöhlen vun Ventile insett: dat inslaten fletige Natrium sorgt för en snellen Aftransport vun Warms. Disse Technik weer al in de 1930er Johren nütt, t. B. in den Maybach HL320 vun den Panzerkampwagen V Panther. De lieke Technik warrt ok in Karnkraftwarken mit Bröödreakters to’n Köhlen insett.

Nawies

Tyypsch Flammenfarv

De qualitative Nawies un de quantitative Bestimmen löpt atomspektroskoopsch över de gele Flammenklöör, btw. nipp un nau över de Na-Dubbellien bi 588,99 nm un 589,59 nm.

De Nawies op rein cheemschen Weg is bannig swor. Meist all Natriumverbinnen löst sik goot in Water. Dorüm sünd de klass’schen Methoden över’t Utfällen un gravimetrische Methoden kuum to maken. Ok Farvreakschonen sünd swor, wiel de Natriumionen in Water ahn Klöör sünd. Neven de Ionenchromatografie is dorüm blots noch de spektroskoopsch Methode vun Bedüden.

Physiologie

Na⁺-Ionen speelt en wichtige Rull bi’t Regeln vun’n Waterhuusholt bi Leevwesen över den osmootschen Druck un ok bi’t Överdrägen vun Nervensignalen. De Opnahm vun Natriumionen as Mineralstoff is för Leevwesen dorüm essentiell.

De Minsch nimmt mit dat Kaaksolt (NaCl) jeden Dag Natrium op, wobi 5 g Kaaksolt ruchweg 2 g Natrium bargt. Dat is ok de Mengde, de en utwassen Minsch an’n Dag bruukt. Dat toveel Kaaksolt slecht för de Gesundheit is, stimmt na hüütige Ansicht blots noch för sünnere Minschen. Man, to wenig Solt is op jeden Fall schäädlich.

Gefahrenhenwiesen

Lüttere Mengden vun elementar Natrium warrt ünner Petroleum opbewahrt. För gröttere Mengden gifft dat sünnere Systemen mit Schuulgasatmosphäär, man liekers de Inertümgeven, is Natrium faken vun en Schicht ut NaOH un Na₂O övertogen.

Natriumfüer laat sik mit Metallbrandpulver (Kaaksolt), Kaliumchlorid, Graugaat-Spöön oder to Noot ok mit Sand oder drögen Zement löschen. Man, Sand un Zement reageert ok ’n beten mit Natrium, wat dat Löschen minnert. Op keen Fall dröfft Water, Schuum, ABC-Löschpulver, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff oder Halonen insett warrn, as disse Stoffen to’n Deel temlich dull mit Natrium reageert, wat bi gröttere Füer ok to en Explosion föhren kann.

Verbinnen

Natrium kummt in Verbinnen blots in de Oxidatschoonsstoop +1 vör. All Verbinnen hebbt en stark ionischen Charakter un löst sik goot in Water. Natriumverbinnen tellt to de wichtigsten Solten vun vele Süren. In de Industrie warrt disse Solten tomeist to’n Winnen vun de tohörenden Anionen bruukt, wieldat de Synthees günstig is.

Hydriden

Natriumhydrid NaH un Natriumborhydrid NaBH₄ sünd starke Reduktschoonsmiddel. De Waterstoff liggt dorin ion de Oxidatschoonsstoop -1 vör. Beide Verbinnen warrt vör allenin de orgaanschen Chemie as Redukschoons- un Hydreermiddel insett. In Kuntakt mit Water entsteiht gasförmig Waterstoff H₂.

Halogenverbinnen

Das wichtigste Natriumsolt is dat Natriumchlorid (NaCl, Kaaksolt, Spiessolt), dat ok naamsgevend is för en sünnere Kristallstruktur, de för vele Solten tyypsch is.

Bito sünd all anneren, möglichen Natriumnalogeniden Natriumfluorid NaF, Natriumbromid NaBr und Natriumiodid NaI bekannt un bestännig.

Suerstoffverbinnen

Natriumhydroxid

Natriumhydroxid (NaOH) is een vun de wichtigsten Basen in de Industrie. De waterige Lösen vun NaOH warrt as Natronlauge betekent. Se warrt t. B. to’n Herstellen vun Seep un Farvstoff bruukt, aver ok to’n Opsluss vun Bauxit bi de Aluminium-Produkschoon.

Natrium billt mit Suerstoff fief Oxiden:

Natriumperoxid Na₂O₂, wat as Oxidatschoons- un Bleekmiddel (Poppier, Textilrohstoffen) verwennt warrt. Disse Verbinnen kann explosionsortig reageeren.
Natriumoxid Na₂O warrt ünner annern in de Glasprodukschoon insett.
Natriumhyperoxid NaO₂ warrt bi hogen Druck herstellt un verfallt bi över 67 °C to Na₂O₂.
Dinatriumtrioxid Na₂O₃ is opstunns blots in’t Labor bi −80 °C herstellt worrn un verfallt gau to Natriumoxid un Suerstoff.
Natriumtrioxid NaO₃, kann bi siete Temperatur dör Reaktschoon vun NaOH mit Ozon tüügt warrn.

Swevelverbinnen

Mit Swevelwaterstoff billt Natrium twee Solten, das Natriumsulfid Na₂S un dat Natriumhydrogensulfid NaHS. Beid warrt ü.a. bi’t Swormetallfällen bruukt.

Natriumsulfat

Natriumsulfat Na₂SO₄, dat Solt vun de Swevelsüür, warrt t. B. in Waschmiddel un in de Poppierindustrie in’t Sulfatverfohren insett. As annere tweeweertige Anionen billt Sulfat neven den Natriumsulfat noch dat Natriumhydrogensulfat.

Butendem gifft dat noch annere Natrium-Swevel-Suerstoff-Verbinnen, as t. B.:

Natriumthiosulfat Na₂S₂O₃, dat in de Fotografie as Fixeersolt bruukt warrt.
Natriumsulfit Na₂SO₃ un Natriumhydrogensulfit NaHSO₃, de Solten vun de Sweveligen Süür.
Natriumpersulfat Na₂S₂O₈, dat Solt vun de Peroxodiswevelsüür.
Natriumdisulfat Na₂S₂O₇,dat Solt vun de Diswevelsüür.
Natriumdisulfit Na₂S₂O₅.

wieter Verbinnen

Natriumcarbonat Na₂CO₃ un Natriumhydrogencarbonat NaHCO₃ sünd de Solten vun de Kohlensüür. Neven Natriumchlorid un Natriumhydroxid tellt se to de bedüdensten Natriumverbinnen. Natriumcarbonat (tomeist mit den Trivialnaam Soda betekent) warrt in grote Mengden bi’t Herstellen vun Glas bruukt. Natriumhydrogencarbonat warrt as Backpulver verwennt. Wenn dat mit Süren hitt maakt warrt, billt dat Kohlenstoffdioxid un Water.

Natriumnitrat NaNO₃, dat Solt vun de Salpetersüür, is en vun de roren natürlich vörkamenden Nitratverbinnen (Chilesalpeter). De Verbinnen warrt as Dünger un as Konserveermiddel verwennt.

Ok annere Süren billt Solten mit Natrium, so t. B. de Phosphorsüür: Dinatriumhydrogenphosphat Na₂HPO₄, Natriumdihydrogenphosphat NaH₂PO₄ un Natriumphosphat Na₃PO₄.

Natriumcyanid NaCN is dat Solt vun de Blausüür. Wenn dat faste NaCN mit Süür in Kontakt kummt, kummt dorbi de hoochgiftige gasförmige Blausüür (HCN) tostannen. Natriumcynaid is günstiger un warrt dorüm in de Industrie fakener verwennt as dat veel bekanntere Kaliumcyanid.

Natriumhypochlorit NaOCl un Natriumchlorat NaClO₃ tellt to de bestännigsten Solten vun de an sik unbestännigen Hypochlorigen Süür btw. vun de Chlorsüür.

Natriumazid NaN₃ is dat Natriumsolt vun de Stickstoffwaterstoffsüür un warrt to’n Herstellen vun annere Aziden (z. B. Blieazid) verwennt.

Natriumamid hett de Formel NaNH₂. Dat is en bannig starke Base, de in de orgaanschen Chemie bruukt warrt.

Natriumpropionat un Trinatriumcitrat sünd Bispelen för Natriumsolten vun orgaansche Süren.

Bornen

↑ ^a ^b Mineralienatlas: Natrium
↑ A. G. W. Cameron: Abundances of the elements in the solar system in: Space Science Reviews, 1970, 15, 121-146
↑ K. H. Wedepohl: The composition of the continental crust, in: Geochimica et Cosmochimica Acta, 1995, 59, 7, 1217–1232
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, Berlin 2007. ISBN 978-3-11-017770-1
↑ W. Kaim, B. Schwederski: Bioanorganische Chemie, 4. Oplaag, Teubner, Wiesbaden, 2005 ISBN 3-519-33505-0
↑ Tosamenfaten över Alkalimetallen vun wiley-vch
↑ ^a ^b K. Schubert: Ein Modell für die Kristallstrukturen der chemischen Elemente in: Acta Crystallographica, 1974, B30, S. 193–204
↑ ^a ^b Natrium bi webelements.com, physikaalsch Egenschoppen
↑ ^a ^b ^c G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, A. H. Wapstra: The Nubase evaluation of nuclear and decay properties

Literatur

Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 102. Oplaag, Berlin 2007. ISBN 978-3-11-017770-1
N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie der Elemente. 1. Oplaag. VCH Verlagsgesellschaft, 1988, ISBN 3-527-26169-9
David M. Adams: Inorganic Solids. Wiley, London 1974. ISBN 0-471-00470-7