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Steckbrief: Natrium

Informationen zum Element:

Bezeichnung

22,99

Symbol: Na

Internationale Bezeichung (IUPAC): Sodium

Ursprung: Elementares Natrium wurde erstmals 1807 von Humphry Davy durch Schmelzflusselektrolyse aus Natriumhydroxid gewonnen.
Unter Normalbedingungen ist Natrium ein wachsweiches, silberglänzendes und hochreaktives Metall. Wegen seiner Reaktionsfreudigkeit wird metallisches (elementares) Natrium unter inerten Bedingungen gelagert, meistens in Paraffinöl oder Petroleum.
Der deutsche Name Natrium wurde über das arabische natrun, Natron, vom ägyptischen netjerj abgeleitet. Weil Natrium den Hauptbestandteil von Soda ausmacht, wird es im englischen und französischen Sprachraum (wie auch früher auf deutsch) als Sodium bezeichnet.
Natrium gehört zu den zehn häufigsten Elementen in der Erdhülle und kommt dabei in zahlreichen natriumhaltigen Mineralen im Land- und Meeresboden vor. Auch in den Ozeanen ist eine erhebliche Menge Natrium gelöst.
Die Ägypter prägten in der Antike für das aus Sodaseen gewonnene Soda den Begriff netjerj (neter). Die Griechen übernahmen dieses Wort als griech. nitron, die Römer als nitrium, die Araber als natrun.
Natriumverbindungen sind im Gegensatz zum elementaren Metall schon sehr lange bekannt und wurden seither aus Meerwasser oder Seen gewonnen, aus Erdlagerstätten abgebaut und gehandelt. Die wichtigste Natriumverbindung Kochsalz (Natriumchlorid) wurde in Bergwerken oder durch Trocknen von Meerwasser oder salzhaltigem Quellwasser in Salinen gewonnen. Der Handel mit Salz war für viele Städte die Grundlage ihres Reichtums, und prägte teils sogar ihren Namen (Salzgitter, Salzburg). Auf den keltischen Namen für Saline (Hall) weisen Ortsnamen wie Hallstatt, Hallein, Bad Hall oder Hall in Tirol hin. Auch andere natürlich vorkommende Natriumverbindungen wie Natriumcarbonat (Soda oder Natron) und Natronsalpeter wurden seit der Antike gewonnen und gehandelt.
Die Herstellung von elementarem Natrium gelang erst im Jahre 1807 Humphry Davy durch Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid (Ätznatron) unter Verwendung von Voltaschen Säulen als Stromquelle. Wie er am 19. November 1807 vor der Royal Society in London berichtete, gewann er zwei verschiedene Metalle: das in Soda enthaltene Natrium nannte er Sodium, was die noch heute gebräuchliche Bezeichnung des Metalls im französischen und englischsprachigen Raum ist; das andere Metall nannte er Potassium (Kalium). Berzelius schlug 1811 den heutigen Namen Natrium vor.

Bedeutung: netjerj = Natron (Soda)

Daten Periodensystem

Periode: 3

Gruppe: 1 (I A)

Gruppenname: Alkalimetalle

Oxidationszahl: 1

Atommasse [u]: 22,99

Elektronegativität

Elektronegativität (nach Allred): 1,0

Elektronegativität (nach Pauling): 0,93

Physikalische Daten

Aggregatzustand (20°C): fest

Dichte [g/cm²]: 0,971

Radioativ: n

Schmelztemperatur [°C]: ~97,85

Siedetemperatur [°C]: ~882,85

Kristallstruktur: kubisch - raumzentriert

Verwendung im Alltag

Es werden große Mengen Natriumchlorid und anderer Natriumverbindungen, wie Natriumcarbonat, gefördert. Davon wird aber nur ein sehr kleiner Teil zu Natrium weiterverarbeitet. Der größte Teil wird direkt verwendet oder zu anderen Verbindungen umgesetzt.
Natrium ist das meistgebrauchte Alkalimetall. Es wird für diverse Zwecke sowohl technisch als auch im Labor eingesetzt. Aus einem Teil des Natriums wird eine Anzahl von Natriumverbindungen hergestellt. Dies sind beispielsweise das als Bleichmittel verwendete Natriumperoxid und die starke Base Natriumamid. Diese kommen nicht natürlich vor und können auch nicht direkt aus Natriumchlorid gewonnen werden. Auch Natriumcyanid und Natriumhydrid werden aus Natrium hergestellt.
Einige Metalle, wie Titan, Zirconium, Tantal oder Uran können nicht durch Reduktion mit Kohlenstoff gewonnen werden, weil dabei stabile und nicht abtrennbare Carbide entstehen. Neben einigen anderen Elementen, insbesondere Aluminium und Magnesium, wird daher Natrium als Reduktionsmittel eingesetzt. Ein weiteres Element, zu dessen Darstellung Natrium eingesetzt wird, ist Kalium. Da Kalium ein sehr unedles Element ist, kann es nicht durch Reduktion mit Kohlenstoff gewonnen werden. Eine theoretisch mögliche Herstellung durch Elektrolyse ist technisch auf Grund der guten Löslichkeit von Kalium in einer Kaliumchloridschmelze nicht möglich.
Natrium spielt eine wichtige Rolle als Reduktionsmittel in der organischen Synthese. Über lange Zeit war die technisch wichtigste Natriumanwendung die Herstellung von Tetraethylblei aus Chlorethan. Dieses war ein wichtiges Antiklopfmittel, das dem Benzin beigemischt wurde. Aus Umweltschutzgründen wurde die Verwendung von Tetraethylblei stark eingeschränkt oder ganz verboten. Daher ging auch der Verbrauch an Natrium zurück. Auch in anderen Reaktionen wie der Birch-Reduktion wird Natrium verwendet. Diese sind jedoch eher im Labormaßstab von Interesse.
In Brutreaktoren wird Natrium als Kühlmittel verwendet. Bei diesem Reaktortyp werden die bei der Kernspaltung entstehenden schnellen Neutronen nicht wie bei anderen Reaktoren abgebremst. Daher darf kein Wasser, das als Bremsmittel (Moderator) wirkt, anwesend sein. Da Natrium einen niedrigen Schmelzpunkt und großen flüssigen Bereich sowie gute Wärmeübertragungseigenschaften besitzt, wird dieses Element verwendet.
Natriumdampflampen nutzen das charakteristische gelbe Licht aus, das Natriumdampf bei einer elektrischen Entladung aussendet. Sie werden aufgrund ihrer hohen Lichtausbeute häufig zur Straßenbeleuchtung eingesetzt.
Natrium katalysiert die Polymerisation von Butadien und Isopren. Daher wurde es für die Produktion von künstlichen Kautschuk eingesetzt. Mit Natrium als Katalysator gewonnener Kunststoff, der als Buna bezeichnet wurde, war das erste künstliche Gummi der Welt. Ab 1937 wurde er in den Buna-Werken (benannt nach Butadien und Natrium) in Schkopau produziert.
Da das Metall mit Spuren von Wasser reagiert, wird es als Trocknungsmittel für organische Lösungsmittel, wie Diethylether oder Toluol genutzt. Dagegen dürfen halogenhaltige Lösungsmittel wegen der Reaktion von Natrium mit ihnen nicht auf diese Weise getrocknet werden.
Natrium-Kalium-Legierungen sind bei Raumtemperatur flüssig. Diese dienen zur Wärmeübertragung sowie zur Dehalogenierung in der organischen Synthese. Na-K eignet sich auch gut zum Trocknen einiger bereits gut vorgetrockneter Lösungsmittel, um besonders niedrige Rest-Wassergehalte zu erreichen.

Vorkommen und Häufigkeit

Vorkommen: Im Universum steht Natrium in der Häufigkeit an 14. Stelle, vergleichbar mit Calcium und Nickel. Im ausgestrahlten Licht vieler Himmelskörper, auch dem der Sonne, kann die gelbe Natrium-D-Linie gut nachgewiesen werden. Die Intensität dieser Strahlung im Spektrum des Sonnenlichts hat im Laufe der Evolution dazu geführt, dass sich das Empfindlichkeitsmaximum unserer Augen auf diese Farbe eingestellt hat.
Auf der Erde ist Natrium mit einem Anteil an der Erdkruste von 2,36 % das sechsthäufigste Element. Es kommt aufgrund seiner Reaktivität nicht elementar, sondern stets in Verbindungen, den Natrium-Salzen vor. Ein großer Speicher von Natrium ist das Meerwasser. Ein Liter Meerwasser enthält durchschnittlich 11 Gramm Natriumionen.
Häufige Natriumminerale sind Albit, auch Natronfeldspat genannt, NaAlSi₃O₈ und Oligoklas (Na,Ca)Al(Si,Al)₃O₈. Neben diesen gesteinsbildenden Mineralen, die zu den Feldspaten zählen, kommt Natrium in großen Salzlagerstätten vor. Es existieren vor allem große Lagerstätten an Halit (Natriumchlorid, umgangssprachlich häufig Steinsalz genannt), die durch das Austrocknen von Meeresteilen entstanden sind. Diese stellen die wichtigste Quelle zur Gewinnung von Natrium und seinen Verbindungen dar. Bekannte deutsche Salzförderstätten sind unter anderem Salzgitter, Bad Reichenhall, Stade und Bad Friedrichshall.
Neben Natriumchlorid kommen auch andere Natriumsalze in der Natur vor. So ist Nitratin oder Natronsalpeter (auch Chilesalpeter genannt) NaNO₃ eines der wenigen natürlichen Nitratminerale. Es kommt wegen seiner guten Wasserlöslichkeit aber nur in der besonders trockenen Gegenden, wie der Atacamawüste in Chile vor. Vor Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens war dies der wichtigste Rohstoff für viele Düngemittel und Sprengstoffe.
Natriumcarbonat Na₂CO₃ wird ebenfalls natürlich in mehreren Mineralen gefunden. Das bekannteste Mineral ist Soda Na₂CO₃ * 10 H₂O. Es wird in großen Mengen abgebaut und vor allem in der Glasherstellung verwendet.
Daneben existieren noch eine Vielzahl weiterer Natriummineralen. Ein bekanntes ist der Kryolith (Eisstein, Na₃[AlF₆]), der in geschmolzenem Zustand als Lösungsmittel für Aluminiumoxid bei der Aluminiumherstellung dient. Da das einzige bekannte Kryolith-Vorkommen in Grönland abgebaut ist, wird Kryolith heute künstlich hergestellt.