Natrium – Eigenschappen en toepassingen

Chemische formule

Na

Onderwerpen

Achtergrond
Basisinformatie
Key Eigenschappen
Occurrence
Isotopen
Productie van natrium
Gezondheidsaspecten
Toepassingen

Achtergronden

Natriumcarbonaat of soda (Na2CO3) was de meest populaire natriumverbinding in de oudheid. Soda werd door de Egyptenaren natron genoemd en later gebruikten de Romeinen een soortgelijke naam, natrium, wat de oorsprong van het chemische symbool Na verklaart.

Natrium is afkomstig van het Arabische woord Suda, dat hoofdpijn betekent omdat soda soms werd gebruikt om hoofdpijn te genezen. In het Latijn werd het woord suda sodanum en zo ontstond de naam natrium.

In het begin van de 19e eeuw ontdekte Davy een manier om actieve elementen uit hun verbindingen te extraheren. In 1807 bereidde hij natrium door elektrolyse van natriumhydroxide (NaOH).

Basisinformatie

De basisinformatie over natrium staat in de tabel 1.

Tabel 1. Basiseigenschappen van natrium

Belangrijkste eigenschappen

De belangrijkste eigenschappen van natrium zijn:

• Het is zeer reactief en reageert explosief met water
• Het is een zilverwit metaal met een wasachtig uiterlijk
• Het is zacht met een helder glanzend oppervlak, Maar als natrium reageert met zuurstof in de lucht, wordt het dof door de vorming van een natriumoxidelaag (Na2O)
• De dichtheid van natrium is iets lager dan die van water
• Het is een goede geleider van elektriciteit
• Het reageert met zuurstof bij kamertemperatuur
• Bij verhitting, verbrandt het zeer snel, met een schitterende goudgele vlam
• Het reageert met zuren tot waterstofgas
• Het lost op in kwik en vormt een natriumamalgaam

Voorkomen

Natrium komt als vrij element niet in de natuur voor. Het is zeer actief, vooral met water en zuurstof, en komt daarom altijd voor als onderdeel van een verbinding. De meest voorkomende natriumbron in de aarde is haliet.

Haliet is bijna zuiver natriumchloride (NaCl) en staat ook bekend als steenzout. Haliet komt voor in ondergrondse afzettingen, die zijn gevormd toen oude oceanen verdampten en natriumchloride achterlieten, maar ook in droge meerbeddingen met grote afzettingen in de VS, het Verenigd Koninkrijk, Frankrijk, Duitsland, China en India.

Isotopen

Natrium-23 is de enige in de natuur voorkomende isotoop van natrium.

Hoewel er zes radioactieve isotopen van natrium bestaan, hebben er slechts twee een commerciële betekenis. Deze worden hieronder beschreven:

• Natrium 22 en natrium 24 zijn twee radioactieve isotopen van natrium, die voor medische toepassingen worden gebruikt. Natrium 24 wordt gebruikt als een elektrolyt tracer om de weg te volgen die natrium aflegt in het lichaam van een persoon om te zien of zijn opnameniveaus binnen normale marges liggen, terwijl natrium 22 wordt gebruikt in de nucleaire geneeskunde beeldvorming voor positron emissie tomografie.
• Natrium -24 kan ook in niet-medische toepassingen worden gebruikt. Het wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het testen van lekken in industriële pijpleidingen. Door het beperkte doordringingsvermogen van de natriumstraling zijn detectoren alleen in staat het radioactieve natrium op lekpunten te detecteren. Natrium 24 is ook geschikt voor deze toepassing vanwege zijn korte halfwaardetijd van slechts 15 uur.

Productie van natrium

Natriummetaal wordt geproduceerd door elektrolyse van een mengsel van natriumchloride en calciumchloride (CaCl2) met behulp van het Down’s-proces. Het calciumcarbonaat wordt toegevoegd om het smeltpunt van het mengsel te verlagen tot ongeveer 600°C.

Wanneer een elektrische stroom door het gesmolten mengsel wordt geleid, ontleedt het NaCl waarbij natrium wordt aangetrokken tot de kathode. Het stijgt door zijn lage dichtheid naar de oppervlakte en kan worden afgetapt. Hoewel ook calcium wordt geproduceerd, mengt het zich niet met het natrium vanwege zijn veel hogere dichtheid van 2,54g/cc.

Gezondheidsaspecten

Natrium heeft verschillende belangrijke functies in mensen, dieren en planten. Bij de mens regelt natrium de hoeveelheid vocht die in de cellen aanwezig is. Een tekort of een teveel aan natrium kan ertoe leiden dat cellen water winnen of verliezen. Het optreden van een van deze veranderingen kan de cellen verhinderen hun normale functies uit te oefenen.

Een aantal natriumverbindingen zijn gevaarlijk als carcinogenen en als toxinen in dieren en planten. Tegelijkertijd is het onmogelijk om zonder veel van de natriumverbindingen te leven.

Toepassingen

De toepassingen van natrium zijn onder andere:

• Het wordt af en toe gebruikt als warmtewisselingsmedium in kerncentrales. Vloeibaar natrium wordt in pijpen rond de reactorkern ingekapseld. De opgewekte warmte wordt geabsorbeerd door natrium en door de pijpen in een warmtewisselaar geperst, die kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken.
• Natrium wordt gebruikt voor het maken van metalen zoals titanium. Natrium wordt gemaakt om met titaniumtetrachloride (TiCl4) te reageren om titanium te verkrijgen.
• Natrium wordt gebruikt als katalysator om kunstrubber te maken.
• Een elektrische stroom en natriumdamp vormen samen een geelachtige gloed. Dit principe wordt gebruikt voor het maken van natriumdamplampen.
  • Hogedruknatriumdamplampen gebruiken kwik dat een natuurlijke kleurweergave van het licht geeft
  • Lage druk natriumdamplampen gebruiken een kleine hoeveelheid natrium samen met neon, waardoor het licht zowel helder als zuinig is