Natrium – Eigenschaften und Anwendungen

Chemische Formel

Na

Behandelte Themen

Hintergrund
Grundlegende Informationen
Wichtige Eigenschaften
Vorkommen
Isotope
Herstellung von Natrium
Gesundheitsaspekte
Anwendungen

Hintergrund

Natriumcarbonat oder Soda (Na2CO3) war in der Antike die beliebteste Natriumverbindung. Die Ägypter nannten es Natron, und später benutzten die Römer einen ähnlichen Namen dafür, Natrium, was den Ursprung des chemischen Symbols Na erklärt.

Natrium hat seinen Ursprung im arabischen Wort Suda, das Kopfschmerzen bedeutet, da Soda manchmal zur Behandlung von Kopfschmerzen verwendet wurde. Im Lateinischen wurde das Wort suda zu sodanum und daraus entwickelte sich der Name Natrium.

In den frühen 1800er Jahren entdeckte Davy eine Möglichkeit, aktive Elemente aus ihren Verbindungen zu extrahieren. Im Jahr 1807 stellte er Natrium durch die Elektrolyse von Natronlauge (NaOH) her.

Grundlegende Informationen

Die grundlegenden Informationen über Natrium sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Tabelle 1. Grundlegende Eigenschaften von Natrium

Schlüsseleigenschaften

Die wichtigsten Eigenschaften von Natrium sind:

• Es ist hochreaktiv und reagiert explosiv mit Wasser
• Es ist ein silberweißes Metall mit wachsartigem Aussehen
• Es ist weich mit einer glänzenden Oberfläche, Wenn Natrium jedoch mit Luftsauerstoff reagiert, wird es aufgrund der Bildung einer Natriumoxidschicht (Na2O) matt
• Die Dichte von Natrium ist etwas geringer als die von Wasser
• Es ist ein guter elektrischer Leiter
• Es reagiert mit Sauerstoff bei Raumtemperatur
• Beim Erhitzen, verbrennt es sehr schnell und brennt mit einer brillanten goldgelben Flamme
• Es reagiert mit Säuren unter Bildung von Wasserstoffgas
• Es löst sich in Quecksilber und bildet ein Natriumamalgam

Vorkommen

Natrium kommt in der Natur nicht als freies Element vor. Es ist vor allem mit Wasser und Sauerstoff sehr aktiv und kommt daher immer als Teil einer Verbindung vor. Das häufigste Natriumvorkommen auf der Erde ist Halit.

Halit ist fast reines Natriumchlorid (NaCl) und wird auch als Steinsalz bezeichnet. Halit kommt in unterirdischen Lagerstätten vor, die sich bildeten, als alte Ozeane verdampften und Natriumchlorid zurückließen, sowie in trockenen Seebetten mit großen Vorkommen in den USA, Großbritannien, Frankreich, Deutschland, China und Indien.

Isotope

Natrium-23 ist das einzige natürlich vorkommende Isotop von Natrium.

Obwohl es sechs radioaktive Isotope von Natrium gibt, haben nur zwei eine wirtschaftliche Bedeutung. Diese werden im Folgenden beschrieben:

• Natrium 22 und Natrium 24 sind zwei radioaktive Isotope von Natrium, die in der Medizin eingesetzt werden. Natrium 24 wird als Elektrolyt-Tracer verwendet, um den Weg des Natriums im Körper einer Person zu verfolgen, um festzustellen, ob die Aufnahmewerte im normalen Bereich liegen, während Natrium 22 in der nuklearmedizinischen Bildgebung für die Positronen-Emissions-Tomographie verwendet wird.
• Natrium -24 kann auch in nicht-medizinischen Anwendungen eingesetzt werden. So wird es beispielsweise für die Dichtheitsprüfung von Industrierohrleitungen verwendet. Aufgrund der begrenzten Durchschlagskraft der Natriumstrahlung können Detektoren das radioaktive Natrium nur an undichten Stellen aufspüren. Natrium 24 eignet sich auch wegen seiner kurzen Halbwertszeit von nur 15 Stunden für diese Anwendung.

Herstellung von Natrium

Natriummetall wird durch die Elektrolyse einer Mischung aus Natriumchlorid und Calciumchlorid (CaCl2) nach dem Down-Verfahren hergestellt. Das Kalziumkarbonat wird hinzugefügt, um den Schmelzpunkt des Gemischs auf etwa 600 °C zu senken.

Wenn ein elektrischer Strom durch das geschmolzene Gemisch geleitet wird, zersetzt sich das NaCl, wobei das Natrium von der Kathode angezogen wird. Aufgrund seiner geringen Dichte steigt es an die Oberfläche und kann abgezapft werden. Obwohl auch Kalzium entsteht, vermischt es sich aufgrund seiner viel höheren Dichte von 2,54 g/cm3 nicht mit dem Natrium.

Gesundheitsaspekte

Natrium hat mehrere wichtige Funktionen für Menschen, Tiere und Pflanzen. Beim Menschen steuert Natrium die Menge der Flüssigkeit in den Zellen. Ein Mangel oder ein Überschuss an Natrium kann dazu führen, dass die Zellen Wasser gewinnen oder verlieren. Jede dieser Veränderungen kann die Zellen daran hindern, ihre normalen Funktionen zu erfüllen.

Eine Reihe von Natriumverbindungen sind als Karzinogene und Toxine für Tiere und Pflanzen gefährlich. Gleichzeitig ist es unmöglich, ohne viele der aus Natrium hergestellten Verbindungen zu leben.

Anwendungen

Zu den Anwendungen von Natrium gehören:

• Es wird gelegentlich als Wärmeaustauschmedium in Kernkraftwerken verwendet. Flüssiges Natrium wird in Rohrleitungen eingeschlossen, die den Reaktorkern umgeben. Die entstehende Wärme wird vom Natrium absorbiert und durch die Rohre in einen Wärmetauscher geleitet, der zur Stromerzeugung genutzt werden kann.
• Natrium wird bei der Herstellung von Metallen wie Titan verwendet. Natrium wird mit Titantetrachlorid (TiCl4) zur Reaktion gebracht, um Titan zu erhalten.
• Natrium wird als Katalysator zur Herstellung von künstlichem Kautschuk verwendet.
• Ein elektrischer Strom und Natriumdampf verbinden sich zu einem gelblichen Glühen. Dieses Prinzip wird für die Herstellung von Natriumdampflampen verwendet.
  • Hochdruck-Natriumdampflampen verwenden Quecksilber, das eine natürliche Farbwiedergabe des Lichts bietet
  • Niederdruck-Natriumdampflampen verwenden eine kleine Menge Natrium zusammen mit Neon, wodurch das Licht sowohl hell als auch wirtschaftlich ist