Natrium

Synonym

  • Sodium [engl.]

Übersicht

Medizin

Typ

  • Elektrolyt

Arzneimittelinteraktionen

  •  

Normbereich

  • 135 - 150 mmol/l

Stoffwechselstörungen

Physiologie

Typ

  • Elektrolyt

Mangelerscheinungen

  •  

Chemie

Allgemeine Eigenschaften

Formelzeichen Na
Ordnungszahl 11
Isotope [%] 22Na - künstlich (2,6019 a -> 22Ne)
23Na - 100

Chemische Eigenschaften

Elektronegativität nach Pauling (Oxidationsstufe) 0,93 (I)
Elektronenkonfiguration 1s22s22p63s1
Oxidationszahlen +1
bevorzugt +1

Physikalische Eigenschaften

Mittlere Atommasse [u] 22,989770 ± 2
Dichte [g/cm3] 0,971
Schmelztemperatur [°C] 97,81
Siedetemperatur [°C] 882,90
Härte [Mohs] 0,4
Atomradius [pm] 153,7
Ionenradius [pm] (bei Ladung bzw. Oxidationszahl) 102 (1+)
1. Ionisierungsenergie [kJ/mol] (bei 25 °C) 502

Sonstige Eigenschaften

  • Natrium ist ein sehr weiches, leicht schneidbares Alkalimetall von silberweißer Farbe, das an feuchter Luft durch Bildung einer Schicht aus NaOH jedoch innerhalb wenigre Sekunden mattgrau anläuft.
  • Natrium ist sehr reaktionsfähig, an der Luft bindet es 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.
  • Natrium besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit.
  • Nach Lithium und Kalium ist es das Element mit der geringsten Dichte.
  • Nur Caesium und Rubidium weisen geringere Härten auf.
  • Bei völliger Dunkelheit tritt ein grünes Leuchten auf (Chemolumineszenz).
  • Natrium weist einen relativ niedrigen Schmelzpunkt auf.
  • Natrium verbrennt mit charakteristisch gelber Flamme zu Natriumperoxid

2 Na + O2 Na2O2

  • Diese gelbe Flammenfärbung zeigen auch die Salze des Natriums.
  • Mit Chlor reagiert es unter heller, gelber Lichterscheinung zu Natriumchlorid.
  • Mit Wasser reagiert es heftig unter Entwicklung Wasserstoff und Laugenbildung

2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2

  • Die Reaktion ist stark exotherm (ΔH = -285,5 kJ).
  • Natrium löst sich in Ammoniak und Aminen mit tief blauer Farbe.
  • Natriumsalze sind meist farblos und gut wasserlöslich.
  • Auf feuchter Haut, auf Schleimhäuten und in den Augen verursachen Natriumstücke schwere Verätzungen, durch die Bildung von Natronlauge.

Geschichtliches

  • Erstmalige Darstellung metallischen Natriums durch den englischen Chemiker Sir Humphry Davy im Jahr 1807. Dazu benutzt er eine Schmelzflusselektrolyse von angefeuchtetem Natriumhydroxid in einer Platinschale.
  • Er nennt das neue Metall Sodium, da er es auch durch Elektrolyse von Soda (Na2CO3) gewinnen kann.
  • Im deutschen Sprachraum wurde zuerst von L. W. Gilbert der lateinische Name Natronium eingeführt, was sich von "natron" ableitete, der alchimistischen Bezeichnung für Soda und Pottasche (im Mittelalter konnte man diese beiden Stoffe nicht voneinander unterscheiden).
  • Der Name Natrium wurde von J. J. Berzelius vorgeschlagen (aus lateinisch natron, arabisch natrun, hebräisch neter... was allesamt für "Soda" steht...)

Vorkommen

  • Natrium steht in der Elementhäufigkeit an 6. Stelle.
  • Aufgrund seiner großen Reaktionsfähigkeit kommt es in der Natur nicht elementar, sondern ausschließlich in Form verschiedener Natriumverbindungen vor. Wichtigste Verbindung ist Natriumchlorid ("Kochsalz"), das im Meerwasser in einer durchschnittlichen Konzentration von 26,8 g / l enthalten ist.
  • Große Vorkommen an Natriumchlorid befinden sich auch in den Steinsalzlagerstätten, z.B. im österreichischen Salzkammergut, in der Norddeutschen Tiefebene, in Südpolen, in Südspanien, in Kalifornien oder im Ural.
  • Weitere wichtige Natrium-Minerale sind: Chilesalpeter (NaNO3), Glaubersalz (Na2SO4) und Natronfeldspat (Na[AlSi3O8]).

Verwendung

  • Vor allem zur Herstellung von Natriumverbindungen.
  • 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 zur Trocknung von Lösungsmitteln, wie z.B. bei Benzol, Diethylether oder Ethanol.
  • Natriumdampflampen enthalten neben Edelgasen festes Natrium, das beim Einschalten der Lampe verdampft und ein gelbes, sehr helles Licht erzeugt.
  • Natrium wird auch bei zur Reindarstellung verschiedener schwer reduzierbarer Metalle (z.B. Titan oder Gold) benutzt.

Herstellung

  • Durch Schmelzflusselektrolyse von geschmolzenem Natriumchlorid (manchmal auch Natriumhydroxid) nach dem Downs-Verfahren. Die Elektrolyse erfolgt bei Spannungen von nur 6 - 7 Volt, jedoch bei Stromstärken von mehr als 40000 Ampere. 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.

Analytik

Identität

Arzneibuchmethode A

Durchführung
  • Die Lösung von 0,1 g Substanz in 2 ml Wasser R oder 2 ml der vorgeschriebenen Lösung werden verwendet.
  • Die Lösung wird mit 2 ml einer Lösung von Kaliumcarbonat R (150 g/L) versetzt und zum Sieden erhitzt.
  • Dabei bildet sich kein Niederschlag.
  • Nach Zusatz von 4 ml Kaliumhexahydroxoantimonat(V)-Lösung R wird erneut zum Sieden erhitzt.
  • Wird in einer Eis-Wasser-Mischung gekühlt und falls erforderlich die Innenwand des Reagenzglases mit einem Glasstab gerieben, entsteht ein dichter, weißer Niederschlag.
Reaktion

Na+ + K[Sb(OH)6] Na[Sb(OH)6] + K+

Bemerkungen
  • Es entstehen leicht übersättigte Lösungen, weshalb die Kristallbildung induziert werden muss.
  • Vor dem eigentlichen Nachweis wird die Anwesenheit der meisten anderen Kationen durch Zugabe von K2CO3 ausgeschlossen.
  • Das Reagenz ist durch NaOH mit Na+ nahezu gesättigt, was die Empfindlichkeit erhöht.

Arzneibuchmethode B

Durchführung
  • Die Lösung einer Menge Substanz, die etwa 2 mg Natrium entspricht, in 0,5  ml Wasser R oder 0,5 ml der vorgeschriebenen Lösung werden verwendet.
  • Die Lösung wird mit 1,5 ml Methoxyphenylessigsäure-Reagenz R versetzt und 30 min lang in einer Eis-Wasser-Mischung gekühlt, wobei ein weißer, kristalliner Niederschlag entsteht.
  • Wird die Mischung in Wasser von 20 °C gestellt und 5 min lang gerührt, bleibt der Niederschlag bestehen.
  • Der Niederschlag löst sich nach Zusatz von 1 ml verdünnter Ammoniak-Lösung R1 und tritt bei nachfolgendem Zusatz von 1 ml Ammoniumcarbonat-Lösung R nicht wieder auf.
Reaktion

Na+ + 2 C9H10O3 [C9H9O3- Na+ · C9H10O3] + H+

Bemerkungen
  • Bei Raumtemperatur erfolgt die Kristallbildung nur relativ langsam, daher wird die Probe in Eiswasser gekühlt.
  • Nur bei hohen Konzentrationen an Na+ tritt ein Niederschlag innerhalb einer Minute auf.
  • Das verwendete Reagenz ist selektiver für Na+-Ionen als Zink- oder Magnesiumuranylacetat, da bis zu 30 mg Li+-Ionen pro ml Lösung nicht stören.
  • Selbst größere Mengen an Kalium-, Rubidium-, Caesium-, Ammonium- und Magnesium-Ionen werden toleriert.
  • Die Nachweisgrenze beträgt ca. 0,3 mg Na+-Ionen pro ml Lösung, wofür allerdings eine Wartezeit von > 1 h bei 0 °C notwendig ist.

Als Magnesium-natrium-triuranyl-nonaacetat

Reaktion

Na+ + 3 UO22+ + Mg2+ + 9 CH3COO- + 9 H2O  MgNa(UO2)3(CH3COO)9 · 9 H2O

Bemerkungen
  • Die Reaktion eignet sich zum mikrochemischen Nachweis von Natrium, allerdings muss die Natriumkonzentration relativ hoch sein.
  • Die Reaktion ist relativ störungsanfällig.

Atomabsorptionsspektrometrie

Atomemissionsspektrometrie

Wellenlängen
  • 589,5 nm (gelb)
  • 589,0 nm (gelb)
Bemerkungen
  • Die beiden charakteristischen Spektrallinien des Natriums liegen so nahe beieinander, dass diese Doppellinie meist nicht aufgelöst wird, sondern als eine Linie bei 589,3 nm gemittelt interpretiert werden.
  • Steht kein Spektrometer zur Verfügung, so kann Natrium oft schon in geringen Mengen durch das Einbringen eines in die Probe getauchten Magnesiastäbchens nachgewiesen werden. Die Flamme strahlt hell orange-gelb Flamme, meist so hell dass man dabei gut lesen könnte.
  • Die Flamme muss länger als 1 min hell bleiben. Das verwendete Magnesiastäbchen muss unbedingt gut ausgeglüht sein, ansonsten wird dieser Nachweis zu unsicher.
 

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