Natrium

Eigenschaften des Elements

Stoffkontanten und Häufigkeit des Vorkommens in der Natur

Dichte in bei 25 °C	0,97
Härte nach Mohs und nach Brinell	0,4;
Schallgeschwindigkeit in	3204
Schmelztemperatur in °C	98
spezifische Schmelzwärme in	114,83
Siedetemperatur in °C	892
spezifische Verdampfungswärme in	3873,16
Standardentropie S0 in	51
Wärmeleitfähigkeit in (bei 27 °C)	141
spezifische Wärmekapazität in	1,228
Volumenausdehnungskoeffizient in 10- 3
spez. elektrischer Widerstand in	0,0465
Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre, Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)	2,64

Natrium bildet an der Luft schnell eine Oxidschicht.

Schalenmodell

Periode: 3 (M)
Hauptgruppe: I
Außenelektronen: 1

Isotope des Elements

Natrium kommt als anisotopes Element in der Natur nur in Form eines einzigen stabilen Isotopes vor (Na 23). Es sind 16 künstliche, radioaktive Isotope (19 - 35) bekannt, von denen in der nachfolgenden Tabelle nur einige beispielhaft aufgeführt sind.

Ordnungs- zahl Z	Massen- zahl A	Atommas- se in u	Häufigkeit in %	Art der Strahlung und Energie in MeV	Halbwerts- zeit
11	21	20,997 655	künstlich	β : 2,5	23 s
	22	21,994 437	künstlich	β : 0,5	2,6 a
	23	22,989 771	100
	24	23,990 962	künstlich	β : 1,4	15,0 h
	25	24,989 955	künstlich	β : 3,8	60 s

Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Natrium ist ein silbrigweißes, weiches Metall, das sich mit einem Messer zerschneiden lässt. Es handelt sich um ein Leichtmetall. Natrium weist, wie alle Alkalimetalle im Vergleich zu anderen Metallen, eine relativ niedrige Schmelz- und Siedetemperatur auf. Seine Wärmekapazität ist jedoch recht hoch. Natrium ist ein sehr unedles Metall und damit außerordentlich reaktionsfreudig. Es reagiert sehr heftig mit vielen Reaktionspartnern. Weil das Metall auch schon bei Zimmertemperatur mit Luft und Luftfeuchtigkeit Verbindungen eingeht, wird es stets unter Luftabschluss, z. B. in Paraffinöl oder Petroleum aufbewahrt. Natrium reagiert so heftig mit Wasser, dass der entstehende Wasserstoff sich durch die starke Wärmeentwicklung entzünden kann und Flammenerscheinungen sichtbar werden. Gleichzeitig schmilzt das Metall zu Kügelchen, die sich durch das Wasserstoffgas und den sich bildenden Wasserdampf auf der Wasseroberfläche bewegen. Auch mit Säuren geht Natrium bei Normalbedingungen Verbindungen ein. Das Metall verbrennt mit gelber Flamme. Auch Natriumverbindungen färben die Flamme gelb. Mit Chlor reagiert das Metall heftig wobei blendend gelbes Licht ausgesandt wird. Mit Wasserstoff verbindet sich das Element zu Natriumhydrid.

Entdeckung

Soda (Natriumcarbonat) ist schon viele Jahrhunderte bekannt. Der Charakter der Verbindung wurde aber erst viel später erkannt. Erst 1807 konnte H. DAVY in England das erste elementare Natrium durch Elektrolyse von Ätznatron (Natriumhydroxid - NaOH) erzeugen. Er benannte das gefundene Element nach der Verbindung Soda mit «sodium». Die Bezeichnung der Alchemisten für Soda war «natron». Danach bekam das Natrium seinen deutschen Namen «Natronium», der später zu Natrium verkürzt wurde.

Vorkommen/Herstellung

Natrium ist eins der häufigsten Elemente auf der Erde. Weil Natrium zu den sehr unedlen Metallen gehört, die ausgesprochen reaktionsfreudig sind, findet man es jedoch nie elementar, sondern immer in gebundener Form. Die entsprechenden Salzlagerstätten der Erde sind riesig. Je nach den am Natrium gebundenen Anionen werden verschiedene Bezeichnungen verwendet. Zu den mineralischen Natriumsalzen gehören u. a. Steinsalz (Halit, Natriumchlorid - NaCl), Natronsalpeter (Chilesalpeter, Natriumnitrat - NaNO₃), Soda (eine Verbindung aus Natriumcarbonat mit Kristallwasser - Na₂CO₃ x 10 H₂O), Kryolith (eine Komplexverbindung mit Natrium-, Aluminium- und Fluorid- Ionen - Na₃(AlF₆), Borax (eine Verbindung der Elemente Natrium, Bor, Sauerstoff und Kristallwasser - Na₂B₄O₇ x 10 H₂O). In den Gewässern der Erde kommen größere Natriummengen in Ionenform vor. Insbesondere der Natriumchloridgehalt in den Weltmeeren ist sehr hoch. Er beträgt im Durchschnitt 30 kg/m³. Durch Verdunstung von Meereswasser konnten sich in vergangenen Erdzeitaltern die heutigen Salzlagerstätten bilden. Natrium-Ionen sind beispielsweise an der Erregungsleitung der Nerven beteiligt. Sie werden hauptsächlich mit dem Kochsalz aufgenommen. Dieser Stoff ist für uns essenziell. Der Organismus eines Erwachsenen enthält ungefähr 150 bis 300 g Natriumchlorid. Da Natrium sehr unedel ist, lässt es sich nicht durch einfache Redoxreaktionen aus seinen Verbindungen herstellen. Man nutzt daher die Schmelzflusselektrolyse. Beim DOWNS-Verfahren verwendet man als Ausgangsstoffe ein Gemisch aus Natriumchlorid (NaCl), Bariumchlorid (BaCl₂) und Calciumchlorid (CaCl₂). Bei etwa 7 Volt, einer Stromstärke von 35 000 Ampere und 600 °C bilden sich aus dem Natriumchlorid die Reaktionsprodukte Chlor und Natrium.

Verwendung

Zum größten Teil wird das metallische Natrium für die Herstellung von Natriumverbindungen wie Natriumamid, Natriumhydrid oder Natriumcyanid gebraucht. Verflüssigtes Natrium besitzt eine gute Wärmeleitfähigkeit und wird in Kühlkreisläufen (Kernreaktoren) eingesetzt. Da Natrium stark wasseranziehend wirkt, kann es im Labor zur Trocknung verwendet werden. Das Metall dient als Reduktionsmittel in der Metallurgie und zur Goldwäsche. In Natriumdampflampen erzeugt Natriumdampf das bekannte gelbe Licht der Straßenbeleuchtung.

Wichtige Verbindungen

• Kochsalz (Natriumchlorid, NaCl - Würz- und Konservierungsmittel von Speisen, Ausgangsstoff der chemischen Industrie)
• Natriumcarbonat (Soda, Na₂CO₃ - Flussmittel bei der Glasherstellung),
• Natriumnitrat (NaNO₃ - Düngemittel)

Organische Verbindungen

• Natriumsalze, organischer Säuren (für Herstellung von Arzneimitteln, Waschmitteln, Farben gebraucht)
• Natriumsalze langkettiger Monocarbonsäuren (Kernseifen)

Bau

Natrium bildet ein kubisch-raumzentriertes Metallgitter.