Neon Lithium  Kalium Magnesium  
Natrium                                           11Na
engl. sodium; arab. natrun, hebr. neter ("Soda")
 
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Relat. Atommasse   
Ordnungszahl   
Schmelzpunkt   
Siedepunkt     
Oxidationszahlen      
Dichte     
Härte (Mohs)   
Elektronegativität    
Elektronenkonfig.   
Natürl. Häufigkeit    
      
  
 
22,98976928 
11 
97,80 °C 
883 °C 
1 
0,971 g/cm³  
0,5 
0,93 (Pauling) 
[Ne]3s1   
Na-23  100% 
   
  
 
 

     

Film

8 sek
Ein Stück Natrium wird geschnitten. Ist das Metall an der Luft beständig?
Film

19 sek
Wenn man ein altes Stück Natrium in eine Tonne mit wenig Wasser wirft, dann erfolgt eine heftige Reaktion.
    
  GHS-Piktogramme  
  Gefahr
Gefahren (H-Sätze)   
 
H 260, 314, EUH 014 
  

 
CAS-Nummer    7440-23-5    

GBU  Natrium reagiert mit Wasser
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Physikalisch-chemische Eigenschaften
Reines Natrium glänzt hell silbrig und besitzt ähnlich wie Silber ein sehr hohes Reflexionsvermögen für Licht. Diese optische Eigenschaft kann jedoch im normalen Alltagsgebrauch nicht genutzt werden: Das sehr reaktionsfähige Alkalimetall läuft an feuchter Luft sofort grau an. Es ist ein sehr weiches Metall, die Härte nach Mohs beträgt 0,5. Es lässt sich mit dem Messer leicht schneiden. Nur Kalium, Cäsium und Rubidium sind noch weicher.  
  
 
Lithium, Natrium und Kalium im Vergleich

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Vergleich der Schnittflächen der ersten drei Alkalimetalle
Filme erhältlich auf >DVD    


An offener Luft bindet elementares Natrium Sauerstoff, Wasser und Kohlenstoffdioxid und wandelt sich allmählich zu einem Gemisch aus Natriumhydroxid, Natriumcarbonat und Natriumhydrogencarbonat um. Daher wird es unter Paraffinöl oder Petroleum als Schutzflüssigkeit aufbewahrt. Nach Lithium und Kalium ist es das Element mit der geringsten Dichte. Bei völliger Dunkelheit tritt Chemolumineszenz in Form eines grünen Leuchtens auf. Natrium hat einen niedrigen Schmelzpunkt und besitzt gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit. Das Alkalimetall ist sehr reaktionsfähig und verbrennt an der Luft mit gelber Flamme. Dabei entsteht gelb gefärbtes Natriumperoxid Na2O2 und farbloses Natriumoxid Na2O. Wie viel jeweils von den beiden Oxiden bei der Verbrennung entsteht, hängt von der vorhandenen Feuchtigkeit, vom Sauerstoffgehalt und von der Verbrennungstemperatur ab. Bei höheren Verbrennungstemperaturen entsteht eher Natriumperoxid.
 
4 Na  +  O2 reagiert zu  2 Na2O     ΔHR = -418 kJ/mol 
2 Na  +  O2 reagiert zu  Na2O2     ΔHR = -513 kJ/mol 

Bei hohem Druck lässt sich Natrium in reinem Sauerstoff zum orangefarbenen Natriumhyperoxid NaO2 oxidieren. Beim Überleiten von Ozon über das stark abgekühlte Hyperoxid erhält man rotes Natriumozonid NaO3, das durch das Extrahieren mit flüssigem Ammoniak abgetrennt werden kann. Das Ozonid zersetzt sich aber wieder bei Raumtemperatur. [Lit 5]
   
 
Unterscheidung von Salzen mit der Flammenfarbe

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Befeuchtet man ein Magnesiastäbchen mit verdünnter Salzsäure und benetzt man dieses mit Salz, zeigt sich bei den Alkalimetallsalzen eine typische Flammenfarbe, wenn man das Stäbchen in die rauschende Brennerflamme hält.
 
 
Eine gelbe Flammenfarbe erzeugen auch die Salze des Natriums wie Natriumchlorid oder Natriumcarbonat. Mit Wasser reagiert elementares Natrium stürmisch unter Bildung von Wasserstoff und Natriumhydroxid. Dieses löst sich sofort in dem im Überschuss vorhandenen Wasser zu Natronlauge.   
  
2 Na  +  2 H2reagiert zu  2 NaOH  +  H2        ΔHR = -285,6 kJ/mol 
  
Dabei verformt sich das zuvor gut entrindete, erbsengroße Natriumstück unter Zischen zunächst zu einer Kugel, die dann über die Wasseroberfläche flitzt. Versetzt man das Wasser vor dem Versuch mit Phenolphthaleinlösung, färbt der Indikator aufgrund der sich bildenden alkalischen Lösung das Wasser pinkfarben.  
 
 
Natrium reagiert mit Wasser

Natrium reagiert mit Wasser 

Versetzt man Wasser mit Phenolphthaleinlösung und gibt man danach ein erbsengroßes Stück Natrium hinzu, so formt sich dieses zu einer Kugel und saust unter Zischen auf der Wasseroberfläche umher. Das Phenolphthalein färbt sich mit der sich bildenden alkalischen Lösung pink.

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Kann die dabei entstehende Reaktionswärme nicht abgeführt werden - beispielweise bei der Verwendung von sehr wenig Wasser, durch Unterlegen eines Filterpapiers oder durch Einwickeln in ein Tuch - erfolgt eine Entzündung des Natriums oder sogar eine Explosion. Brennendes Natrium zeigt eine kräftige, gelbe Flamme.


Natrium verbrennt auf einem feuchten Filterpapier 

Natrium brennt
 
Ein Stück Natrium auf einem Filterpapier entzündet sich, wenn es auf Wasser gelegt wird.

Film erhältlich auf >DVD
 

Mit Fluor reagiert Natrium explosionsartig. In flüssigem Brom oder beim Überleiten von Bromdämpfen verbrennt es heftig. Bei der Verwendung von flüssigem Brom kann auch eine Explosion auftreten. In Chlorgas verbrennt Natrium mit gelber Flamme zu Natriumchlorid:
 
  
2 Na  +  Cl2 reagiert zu  2  NaCl      ΔHR = -514 kJ/mol  
 
 
Natrium reagiert mit Chlor

Natrium verbrennt in Chlor
 
Ein Stück Natrium wird in ein Reagenzglas mit Loch gegeben, dann erwärmt und schließlich in einen Zylinder gehalten, der mit Chlorgas gefüllt ist. Das Natrium verbrennt, und man erhält ein weißliches Produkt.

Dieser Versuch ist für Schulen nicht geeignet. Film erhältlich auf >DVD
 
  
Natrium reagiert auch mit anderen Stoffen. Mit Salzsäure bildet sich unter Wasserstoffentwicklung Natriumchlorid, mit Schwefelsäure entsteht Wasserstoff und Natriumsulfat. Mit Alkoholen erhält man Alkoholate. Durch Auflösen von Natrium in Ethanol kann man das Alkalimetall sicher entsorgen: 
  
2 Na  +  2 C2H5OH reagiert zu  2 C2H5ONa  +  H2
 
Physiologie 
Die Natrium-Ionen Na+ regulieren zusammen mit den Kalium-Ionen den Wasserhaushalt und den osmotischen Druck im menschlichen Körper, beispielsweise im Blut. Sie sind unerlässlich bei der Weiterleitung von Nervenreizen, bei der Entspannung der Muskulatur, bei der Aufnahme von Traubenzucker, beim Transport von Nährstoffen und sie stabilisieren auch das Säure-Base-Gleichgewicht. Natrium wird in chemischen Verbindungen über Brot, Fleisch, Milch, Mineralwasser und vor allem über das Speisesalz aufgenommen. Bei Natriummangel treten Muskelkrämpfe, Schwächeanfälle, Verwirrtheit bis hin zum Koma auf. Zu viel Natrium kann einen hohen Blutdruck erzeugen. In großen Mengen aufgenommen treten Krampfanfälle, Fieber, Erbrechen, Übelkeit, Atemnot und starker Durst auf. 
 
 
 Bioelemente im menschlichen Körper


 
 
   
Vorkommen 
Häufigkeit   sehr häufig

Natrium kommt aufgrund seiner großen Reaktionsfähigkeit in der Natur nicht elementar vor. Natriumverbindungen findet man dagegen sehr häufig.
Meerwasser enthält Natriumchlorid in einer Konzentration von durchschnittlich 26,8 Gramm pro Liter, das ist ein Gehalt von knapp drei Prozent. Die Konzentration schwankt je nach Meer. Im Toten Meer kann der Gesamt-Salzgehalt bis zu 28 Prozent betragen.
 
 
 
Saline in Lanzarote
 
Saline
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Beim Eindampfen des Meerwassers bleibt das Meersalz zurück.
 
  
Zur Gewinnung von Natriumchlorid aus dem Mineral Halit pumpt man Wasser in die Salzlagerstätten und fördert die entstehende Sole nach oben. Durch Eindampfen erhält man dann das begehrte Salz. Salzlagerstätten finden sich beispielsweise in Bad Reichenhall, in Muttenz bei Basel und am Oberrhein, im österreichischen Salzkammergut, in der norddeutschen Tiefebene, in Südpolen, in Südspanien, in Kalifornien oder im Ural.  
 
 
Halit aus Neuhof-Ellers in Deutschland

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Der Halit, das Steinsalz, bildet würfelförmige Kristalle aus.
 
 
Zu den Mineralen, aus denen sich weitere Natriumverbindungen gewinnen lassen, zählen der Nitronatrit, der im Chilesalpeter enthalten ist, oder der Thenardit, der ein natürliches Vorkommen des Glaubersalzes darstellt. 
  
Geschichte 
Der englische Chemiker Sir Humphry Davy führte Schmelzflusselektrolysen von Natriumhydroxid und von Kaliumhydroxid durch. Voltasäulen standen als Stromquelle zur Verfügung. Als Produkte entstanden Natrium und Kalium. Im November 1807 stellte Davy die Ergebnisse vor der Royal Society in London vor. Er nannte das eine gewonnene Metall Sodium, da er es auch durch eine Elektrolyse von Soda gewinnen konnte. Das andere Metall bezeichnete er als Potassium, da er es auch aus Pottasche gewinnen konnte. L.W. Gilbert führte den lateinischen Namen Natronium ein, was sich von "natron" ableitete, der alchimistischen Bezeichnung für Soda und Pottasche. Im Mittelalter konnte man diese beiden Stoffe nicht voneinander unterscheiden. Der deutsche Name Natrium wurde von J.J. Berzelius vorgeschlagen. 
    
 
Der Entdecker des Natriums


 
Sir Humphry Davy stellt als erster elementares Natrium her.
 
  
Herstellung     
Die Herstellung von elementarem Natrium erfolgt in einer Schmelzflusselektrolyse nach dem Downs-Verfahren. Die Elektrolyse erfolgt bei sieben Volt und bei bis zu 40000 Ampere oder mehr. Zur Verhinderung der Rückreaktion von Natrium und Chlor ist die Eisenkathode durch feine Drahtnetze aus Stahl von der übrigen Zelle getrennt. Das sich an der Kathode abscheidende flüssige Natrium steigt nach oben und sammelt sich in einer Rinne, von wo es über ein eisernes Steigrohr kontinuierlich abfließt. Als Nebenprodukt erhält man Chlor, das an der Anode gebildet wird.   
  
 
Downs-Verfahren zur Natriumgewinnung

Downs-Verfahren
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Bei der Schmelzflusselektrolyse von Natriumchlorid scheidet sich Natrium am Minuspol ab.
 
  
Wasserstoff Verwendung 
Natrium wird zur Herstellung von Natriumverbindungen wie Natriumchlorid, Natriumcarbonat, Natriumperoxid oder Natriumcyanid eingesetzt. Früher benötigte man es in großen Mengen zur Herstellung der Antiklopfmittel Bleitetramethyl oder Bleitetraethyl. Flüssiges Natrium dient aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit als Kühlmittel in Kernreaktoren oder als Wärmeüberträger in Kraftwerken. Im Labor verwendet man es, um Lösungsmitteln Wasser zu entziehen, so auch bei Benzol, Diethylether oder Ethanol. Natriumdampflampen enthalten neben Edelgasen Natrium, das beim Einschalten der Lampe verdampft und ein gelbes, sehr helles Licht erzeugt. Bei der Herstellung von Titan oder von Uran wird Natrium als Reduktionsmittel eingesetzt. Bei einer Reduktion der Erze mit Kohlenstoff würden Carbide entstehen, die sich kaum noch abtrennen lassen. Bei der Herstellung von Kalium wird geschmolzenes Kaliumchlorid mit Natrium reduziert. 
 
 
Natriumdampflampe an einem Zebrastreifen

Natriumdampflampen
 
Natriumdampflampen erzeugen ein helles, gelbes Licht.
 
 
Wasserstoff Experimente - Medien  
Demonstrationen mit Alkalimetallen 
Digitale Folien zu den Alkalimetallen 
Geschichte der Salzgewinnung
 
 
Ausgewählte Natriumverbindungen im Portrait
 
Natriumcarbonat Natriumchlorid Natriumdithionit Natriumfluorid Natriumhydrogencarbonat Natriumhydroxid
     
   
Natronlauge Natriumsulfit Natriumsulfat Natriumtetraborat Trinatriumphosphat Natriumthiosulfat
 
 
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