Ist Natrium ein Metall oder ein Nichtmetall? Es ist ein Fehler, an die zweite Option zu glauben. Natrium ist ein weiches, silberweißes Metall, das im Periodensystem unter der Ordnungszahl 11 erscheint.

Darüber hinaus ist es (oder besser gesagt seine Verbindungen) seit der Antike bekannt! Sogar die Bibel erwähnt Natrium als Zutat in Reinigungsmitteln. Dies ist jedoch eine historische Anmerkung, wenn auch eine interessante. Jetzt lohnt es sich, über die Eigenschaften dieses Elements und seine anderen Eigenschaften zu sprechen.

Physikalische Eigenschaften

Die Antwort auf die Frage „Ist Natrium ein Metall oder ein Nichtmetall?“ lautet also. sehr deutlich. Schon beim bloßen Betrachten dieser Substanz kann man alles verstehen. Es ist offensichtlich, dass es übrigens, obwohl es eine silbrig-weiße Farbe hat, in dünnen Schichten einen violetten Farbton aufweist.

Dies ist eine sehr plastische Substanz. Weiche Metalle sind solche, die sich ohne großen Aufwand schmieden lassen und sich zudem durch Duktilität und Schmelzbarkeit auszeichnen. Aber in Bezug auf Natrium kann dieses Wort im wörtlichen Sinne angewendet werden. Es lässt sich mühelos mit einem Messer schneiden. Ein frischer Schnitt glänzt übrigens sehr hell. Weitere Eigenschaften sind:

• Dichte. Unter normalen Bedingungen - 0,971 g/cm³.
• Der Schmelz- und Siedepunkt liegen bei 97,81 °C bzw. 882,95 °C.
• Molare Wärmekapazität – 28,23 J/(K.mol).
• Die spezifische Schmelz- und Verdampfungswärme beträgt 2,64 kJ/mol bzw. 97,9 kJ/mol.
• Molares Volumen – 23,7 cm³/mol.

Es ist erwähnenswert, dass Natrium (Na) unter Druck rot und transparent wird. In diesem Zustand ist dieses Metall dem Rubin sehr ähnlich.

Stellt man es auf Raumtemperatur, bildet es Kristalle in kubischer Symmetrie. Wenn man die Temperatur jedoch auf −268 °C senkt, kann man sehen, wie sich das Metall in die hexagonale Phase umwandelt. Um zu verstehen, wovon wir sprechen, denken Sie einfach an Graphit. Dies ist ein Paradebeispiel für einen sechseckigen Kristall.

Oxidation und Verbrennung

Jetzt können wir zu den chemischen Eigenschaften von Natrium (Na) übergehen. Dieses Alkalimetall oxidiert leicht, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Dadurch entsteht Natriumoxid (Na 2 O). Es sieht aus wie farblose kubische Kristalle. Hierbei handelt es sich um eine salzbildende binäre anorganische Substanz, die als Reagens im Syntheseprozess verwendet wird. Es wird zur Herstellung von Natriumhydroxid und anderen Verbindungen verwendet.

Um das Metall vor Sauerstoffeinwirkung zu schützen, wird es daher in Kerosin gelagert.

Bei der Verbrennung entsteht jedoch Natriumperoxid (Na 2 O 2). Sie sehen aus wie weiß-gelbe Kristalle, die sich durch eine starke Wechselwirkung mit Wasser unter Freisetzung von Wärme auszeichnen. Na 2 O 2 wird zum Bleichen von Seide, Wolle, Stoffen, Stroh, Viskose und Zellstoff verwendet.

Reaktionen mit Wasser

Auch das silbrig-weiße Weichmetall Natrium interagiert erfolgreich mit H2O. Die Reaktion mit Wasser ist sehr heftig. In dieser Flüssigkeit schwimmt ein kleines Stück Natrium an die Oberfläche und beginnt durch die erzeugte Hitze zu schmelzen. Dadurch verwandelt es sich in eine weiße Kugel, die sich schnell in verschiedene Richtungen entlang der Wasseroberfläche bewegt.

Diese sehr spektakuläre Reaktion geht mit der Freisetzung von Wasserstoff einher. Bei der Durchführung eines solchen Experiments ist Vorsicht geboten, da es zu einer Entzündung kommen kann. Und alles geschieht nach folgender Gleichung: 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2.

Wechselwirkungen mit Nichtmetallen

Natrium ist ein Metall und kann auch als starkes Reduktionsmittel bezeichnet werden, was es auch ist. Allerdings wie andere alkalische Substanzen. Daher reagiert es heftig mit vielen Nichtmetallen außer Kohlenstoff, Jod und Edelgasen, darunter radioaktives Radon, Krypton, Neon, Xenon, Argon und Helium. Solche Reaktionen sehen so aus: 2Na + Cl 2 → 2NaCl. Oder hier ein anderes Beispiel: 2Na + H 2 → 250-450 °C 2NaH.

Es ist erwähnenswert, dass Natrium aktiver ist als Lithium. Prinzipiell kann es mit Stickstoff reagieren, allerdings sehr schlecht (in einer Glimmentladung). Durch diese Wechselwirkung entsteht eine instabile Substanz namens Natriumnitrid. Dabei handelt es sich um dunkelgraue Kristalle, die mit Wasser reagieren und sich beim Erhitzen zersetzen. Sie werden nach der Gleichung gebildet: 6Na + N 2 → 2Na 3 N.

Reaktionen mit Säuren

Sie sollten auch aufgeführt werden und sich mit den chemischen Eigenschaften von Natrium befassen. Dieser Stoff reagiert mit verdünnten Säuren wie ein gewöhnliches Metall. Es sieht so aus: 2Na + 2HCl → 2NaCl + H2.

Natrium interagiert unterschiedlich mit konzentrierten Stoffen, die durch oxidative Reaktionen gekennzeichnet sind; solche Reaktionen gehen mit der Freisetzung von Reduktionsprodukten einher. Hier ist ein Beispiel für eine Formel: 8Na + 10NHO 3 → 8NaNO 3 + 3H 2 O.

Erwähnenswert ist auch, dass sich das Alkalimetall Natrium leicht in flüssigem Ammoniak (NH 3) löst, dessen 10 %ige Lösung allen als Ammoniak bekannt ist. Die Gleichung sieht so aus: Na + 4NH3 → - 40°C Na 4. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht eine blaue Lösung.

Das Metall interagiert auch mit gasförmigem Ammoniak, jedoch beim Erhitzen. Diese Reaktion sieht folgendermaßen aus: 2Na + 2NH3 → 35 0°C 2NaNH 2 + H 2.

Andere Verbindungen

Bei der Auflistung der Haupteigenschaften von Natrium ist auch zu erwähnen, dass es mit Quecksilber interagieren kann, einem einzigartigen Element, das unter normalen Bedingungen eine weiß-silberne, schwere Flüssigkeit und gleichzeitig ein Metall ist.

Durch diese Reaktion entsteht eine Legierung. Sein genauer Name ist Natriumamalgam. Dieser Stoff wird als Reduktionsmittel verwendet und hat weichere Eigenschaften als reines Metall. Erhitzt man es mit Kalium, erhält man eine flüssige Legierung.

Dieses Metall kann sich auch in sogenannten Kronenethern – makroheterozyklischen Verbindungen – lösen, allerdings nur in Gegenwart organischer Lösungsmittel. Als Ergebnis dieser Reaktion entsteht ein Alkalid (ein Salz, ein starkes Reduktionsmittel) oder ein Elektrid (ein blaues Lösungsmittel).

Es ist auch nicht zu übersehen, dass Alkylhalogenide, bei denen es sich um Halogen-Kohlenstoff-Substanzen handelt, mit einem Überschuss an Natrium Organonatriumverbindungen ergeben. An der Luft entzünden sie sich normalerweise spontan. Und im Wasser explodieren sie.

Anwendung

Die Eigenschaften und Eigenschaften von Natrium ermöglichen eine breite Verwendung in der Industrie, Metallurgie und präparativen Chemie als starkes Reduktionsmittel. Darüber hinaus ist dieser Stoff beteiligt:

• Bei der Trocknung organischer Lösungsmittel.
• Bei der Herstellung von Schwefel-Natrium-Batterien.
• In Auslassventilen von LKW-Motoren. Spielt die Rolle eines flüssigen Kühlkörpers.
• Bei der Herstellung von elektrischen Leitungen, die für hohe Ströme ausgelegt sind.
• In Legierungen mit Cäsium, Rubidium und Kalium. Zusammen mit diesen Stoffen bildet Natrium ein hocheffizientes Kühlmittel, das übrigens für schnelle Neutronen in Kernreaktoren verwendet wird.
• In Gasentladungslampen.

Und das sind nur einige der Einsatzgebiete. Der weltweit am häufigsten vorkommende Stoff ist jedoch Natriumchlorid. Es ist in fast jedem Haushalt zu finden, da es sich um Speisesalz handelt.

Es ist auch nicht zu übersehen, dass die Erdkruste zu 2,6 % aus Natrium besteht. Und insgesamt liegt es im Ranking der häufigsten Elemente in der Natur auf Platz 7 und in der Liste der häufigsten Metalle auf Platz 5. Natrium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor, da es chemisch aktiv ist, kommt aber in großen Mengen in Form von Sulfat, Carbonat, Nitrat und Chlorid vor.

Biologische Rolle

Also, alle Grundlagen zum Thema „Ist Natrium ein Metall oder ein Nichtmetall?“ es wurde gesagt. Abschließend noch ein paar Worte zur biologischen Rolle dieser Substanz.

Natrium ist ein integraler Bestandteil jedes lebenden Organismus. Der Mensch ist keine Ausnahme. Hier sind seine Rollen:

• Hält den osmotischen Druck aufrecht.
• Transportiert Kohlendioxid.
• Normalisiert den Wasserhaushalt.
• Fördert den Transport von Glukose, Aminosäuren und Anionen durch Zellmembranen.
• Sein Austausch mit Kaliumionen beeinflusst die Bildung des Aktionspotentials.
• Wirkt sich positiv auf den Proteinstoffwechsel aus.
• Beteiligt sich am Hydratationsprozess.

Natrium ist in fast allen Produkten enthalten. Aber seine Hauptquellen sind Salz und Backpulver. Vitamin D verbessert die Aufnahme dieser Substanz.

Ein Natriummangel tritt zwar nicht auf, beim Fasten kann es jedoch zu Problemen durch die Zufuhr unzureichender Mengen kommen. Dies ist mit Gewichtsverlust, Erbrechen, einer beeinträchtigten Aufnahme von Monosacchariden und der Bildung von Gasen im Magen-Darm-Trakt verbunden. In besonders schweren Fällen kommt es zu Neuralgien und Krämpfen. Daher ist es besser, Ihren Körper keinem starken Hunger auszusetzen.

Natrium und seine Verbindungen sind den Menschen seit der Antike bekannt. Die wohl beliebteste und bekannteste Verbindung ist Natriumchlorid, besser bekannt als Speisesalz. Speisesalz ist ein wesentlicher Bestandteil fast aller Gerichte. Laut Wissenschaftlern begannen die Menschen vor mehreren tausend Jahren, Speisesalz zu essen.

Eine weitere beliebte Verbindung ist Natriumcarbonat. Natriumcarbonat ist normales Soda, das in jedem Geschäft verkauft wird. Der Stoff wurde von Menschen seit der Antike auch als Waschmittel verwendet. Daher sind Menschen seit vielen Dutzenden und Hunderten von Jahren täglich Natrium und seinen Verbindungen ausgesetzt. Natrium reagiert leicht mit metallischen und nichtmetallischen Elementen und bildet Legierungen und Verbindungen, die in der Industrie weit verbreitet sind. Schauen wir uns die Eigenschaften und Eigenschaften dieses Metalls genauer an.

Eigenschaften von Natrium

Physikalische Eigenschaften

Natrium ist ein weiches, duktiles Metall, das sich sehr leicht mit einem Messer schneiden lässt. Es hat eine silberweiße Farbe und einen charakteristischen metallischen Glanz. Metall leitet Wärme und Strom gut. Natriumatome sind durch eine Metallbindung verbunden.

Chemische Eigenschaften

Bei der Reaktion mit anderen chemischen Elementen geben Natriumatome leicht Valenzelektronen ab. Dabei wandeln sich Natriumatome in positiv geladene Ionen um.

• Natrium oxidiert an der Luft sehr schnell. Aus diesem Grund wird Metall üblicherweise in Kerosin gespeichert.
• Beim Verbrennen in Sauerstoff entsteht die Verbindung Natriumperoxid (Na 2 O 2).
• Beim Erhitzen reagiert Natrium mit Wasserstoff unter Bildung eines Hydrids (2NaH).
• Natrium reagiert recht leicht mit Nichtmetallen wie Schwefel, Porzellan und anderen.
• Natrium kann auch mit Metallen reagieren. Dabei entstehen verschiedene Legierungen, die in der Fertigung und Industrie weit verbreitet sind.
• Natrium reagiert heftig mit Wasser.

Natrium in der Natur finden

Natrium steht auf Platz sieben der Liste der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde. Natrium ist außerdem das fünfthäufigste Metall. Unter den Metallen kommen nur Aluminium, Eisen, Kalzium und Magnesium häufiger vor als Natrium.

Natrium kommt in der Natur nicht in reiner Form vor. Der Grund dafür ist die hohe chemische Aktivität von Natrium. Das Element kommt in der Natur als Chlorid, Carbonat, Nitrat, Sulfat und andere Salze vor.

Wo kommt Natrium in der Natur vor?

Erstens ist in der Erdkruste ein relativ hoher Natriumgehalt zu verzeichnen. Der Anteil der Substanz beträgt ca. 2,6 %.

Zweitens kommen Natrium und seine Verbindungen in großen Mengen an Orten vor, an denen alte Meere verdunsteten.

Ein weiterer Ort, an dem sich Natrium und seine Verbindungen ansammeln, ist das Meerwasser. Wissenschaftler haben berechnet, dass das gesamte Salz im Weltmeer etwa 19 Millionen Kubikkilometer groß ist.

Natrium kommt in geringen Mengen auch in Lebewesen vor. Gleichzeitig ist der Natriumgehalt bei Tieren etwas höher als bei Pflanzen. Natriumionen erfüllen in lebenden Organismen eine entscheidende Funktion: Sie erleichtern die Übertragung von Nervenimpulsen.

Anwendung von Natrium in der Industrie

Natrium wird in vielen Industriezweigen häufig verwendet: in der chemischen, metallurgischen, nuklearen, Lebensmittel-, Leichtindustrie und anderen Industrien.

In der chemischen Industrie wird Natrium zur Herstellung verschiedener Wasch- und Reinigungsmittel, Düngemittel und Antiseptika verwendet.

In der Metallurgie wird Natrium bei der Herstellung anderer Stoffe wie Thorium, Uran, Titan, Zirkonium und anderer Verbindungen verwendet. Natrium fungiert bei solchen Reaktionen als Reduktionsmittel.

Natrium wird auch häufig in der Kernenergie eingesetzt. Als Kühlmittel werden Natrium und seine Legierungen verwendet.

In der Leichtindustrie wird Natrium häufig zur Lederverarbeitung verwendet.

Natrium ist ein wesentliches Element in der Lebensmittelindustrie. Natriumchlorid, besser bekannt als Speisesalz, ist vielleicht der häufigste Lebensmittelzusatzstoff, ohne den kein Gericht zubereitet werden kann.

Vorlesungsübersicht:

1. Verteilung von Natrium in der Natur.

2. Historischer Hintergrund.

3. Physikalische Eigenschaften von Natrium

4. 4. Chemische Eigenschaften von Natrium

5. Gewinnung von Natrium.

6. 6.Natrium gewinnen.

Natrium(Natrium), Na, chemisches Element der Gruppe I des Periodensystems von Mendelejew: Ordnungszahl 11, Atommasse 22,9898; ein silbrig-weißes weiches Metall, das an der Luft schnell von der Oberfläche oxidiert. Das natürliche Element besteht aus einem stabilen Isotop, 23 Na.

Historische Referenz. Natürliche Verbindungen von Natrium – Kochsalz NaCl, Soda Na 2 CO 3 – sind seit der Antike bekannt. Der Name „Natrium“ kommt vom arabischen natrun, griechisch. Nitron, ursprünglich als natürliches Soda bezeichnet. Bereits im 18. Jahrhundert kannten Chemiker viele weitere Natriumverbindungen. Das Metall selbst wurde jedoch erst 1807 von G. Davy durch Elektrolyse von Natronlauge NaOH gewonnen. In Großbritannien, den USA und Frankreich heißt das Element Natrium (vom spanischen Wort Soda – Soda), in Italien – Sodio.

VerbreitungNAtrien in der Natur.

Natrium ist ein typisches Element im oberen Teil der Erdkruste. Sein durchschnittlicher Gehalt in der Lithosphäre beträgt 2,5 Masse-%, in sauren magmatischen Gesteinen (Granite und andere) 2,77, in basischen Gesteinen (Basalte und andere) 1,94, in ultrabasischen Gesteinen (Mantelgestein) 0,57. Aufgrund des Isomorphismus von Na + und Ca 2+ und aufgrund der Nähe ihrer Ionenradien entstehen in magmatischen Gesteinen Natrium-Kalzium-Feldspäte (Plagioklase). In der Biosphäre gibt es eine starke Differenzierung von Natrium: Sedimentgesteine ​​sind im Durchschnitt arm an Natrium (0,66 % in Ton und Schiefer); in den meisten Böden ist davon wenig vorhanden (durchschnittlich 0,63 %). Die Gesamtzahl der Natriummineralien beträgt 222. Na wird auf den Kontinenten nur schwach zurückgehalten und über Flüsse in die Meere und Ozeane transportiert, wo sein durchschnittlicher Gehalt 1,035 % beträgt (Na ist das wichtigste metallische Element des Meerwassers). Bei der Verdunstung lagern sich Natriumsalze in küstennahen Meereslagunen sowie in kontinentalen Seen von Steppen und Wüsten ab und bilden Schichten aus salzhaltigen Gesteinen. Die wichtigsten Mineralien, aus denen Natrium und seine Verbindungen stammen, sind Halit (Steinsalz) NaCl, chilenischer Salpeter NaNO 3, Thenardit Na 2 SO 4, Mirabilit Na 2 SO 4 10H 2 O, Trona NaH(CO 3) 2 2H 2 O Na ist ein wichtiges Bioelement, lebende Materie enthält durchschnittlich 0,02 % Na; Bei Tieren gibt es mehr davon als bei Pflanzen.

Physikalische EigenschaftenNAtrium

Bei normaler Temperatur kristallisiert Natrium in einem kubischen Gitter, a = 4,28 Å. Atomradius 1,86 Å, Ionenradius Na+ 0,92 Å. Dichte 0,968 g/cm 3 (19,7 °C), Schmelzpunkt 97,83 °C, Siedepunkt 882,9 °C; spezifische Wärmekapazität (20 °C) 1,23 · 10 3 J/(kg K) oder 0,295 cal/(g Grad); Wärmeleitfähigkeitskoeffizient 1,32·10 2 W/(m·K) oder 0,317 cal/(cm·s·deg); Temperaturkoeffizient der linearen Ausdehnung (20 °C) 7,1·10 -5; elektrischer Widerstand (0 °C) 4,3·10 –8 Ohm·m (4,3·10 –6 Ohm·cm). Natrium ist paramagnetisch, spezifische magnetische Suszeptibilität +9,2·10 -6; sehr plastisch und weich (leicht mit einem Messer zu schneiden).

Chemische EigenschaftenNAtrium

Das normale Elektrodenpotential von Natrium beträgt -2,74 V; Elektrodenpotential in der Schmelze -2,4 V. Natriumdampf färbt die Flamme in einer charakteristischen leuchtend gelben Farbe. Die Konfiguration der äußeren Elektronen des Atoms ist 3s 1; In allen bekannten Verbindungen ist Natrium einwertig. Seine chemische Aktivität ist sehr hoch. Bei direkter Wechselwirkung mit Sauerstoff entstehen je nach Bedingungen Na 2 O-Oxid oder Na 2 O 2-Peroxid – farblose kristalline Substanzen. Mit Wasser bildet Natrium Hydroxid NaOH und H 2; Die Reaktion kann von einer Explosion begleitet sein. Mineralsäuren bilden mit Natrium entsprechende wasserlösliche Salze, allerdings ist Natrium gegenüber 98–100 %iger Schwefelsäure relativ inert.

Die Reaktion von Natrium mit Wasserstoff beginnt bei 200 °C und führt zur Bildung von NaH-Hydrid, einer farblosen hygroskopischen kristallinen Substanz. Natrium reagiert bereits bei gewöhnlichen Temperaturen direkt mit Fluor und Chlor, mit Brom nur beim Erhitzen; Mit Jod wird keine direkte Wechselwirkung beobachtet. Es reagiert heftig mit Schwefel und bildet Natriumsulfid. Die Wechselwirkung von Natriumdampf mit Stickstoff im Bereich einer ruhigen elektrischen Entladung führt zur Bildung von Na 3 N-Nitrid und mit Kohlenstoff bei 800–900 ° C zur Bildung von Na 2 C 2 Karbid.

Natrium löst sich in flüssigem Ammoniak (34,6 g pro 100 g NH 3 bei 0 °C) und bildet Ammoniakkomplexe. Wenn gasförmiges Ammoniak bei 300–350 °C durch geschmolzenes Natrium geleitet wird, entsteht Natriumamin NaNH 2 – eine farblose kristalline Substanz, die leicht durch Wasser zersetzt wird. Es sind eine Vielzahl von Organonatriumverbindungen bekannt, die in ihren chemischen Eigenschaften den Organolithiumverbindungen sehr ähnlich sind, ihnen jedoch in der Reaktivität überlegen sind. Organische Natriumverbindungen werden in der organischen Synthese als Alkylierungsmittel verwendet.

Natrium ist Bestandteil vieler praktisch wichtiger Legierungen. Na-K-Legierungen enthalten 40–90 Masse-% K bei einer Temperatur von etwa 25 °C und sind silberweiße Flüssigkeiten, die chemisch hochreaktiv und an der Luft entflammbar sind. Die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit flüssiger Na-K-Legierungen sind niedriger als die entsprechenden Werte für Na und K. Natriumamalgame lassen sich leicht durch Einbringen von metallischem Natrium in Quecksilber herstellen; mit einem Gehalt von mehr als 2,5 % Na (nach Gewicht) sind sie bei normalen Temperaturen bereits Feststoffe.

QuittungNAtrium.

Die wichtigste industrielle Methode zur Herstellung von Natrium ist die Elektrolyse von geschmolzenem NaCl-Salz mit den Zusatzstoffen KCl, NaF, CaCl 2 und anderen, die den Schmelzpunkt des Salzes auf 575–585 °C senken. Die Elektrolyse von reinem NaCl würde zu großen Verlusten an Natrium durch Verdampfung führen, da die Schmelzpunkte von NaCl (801 °C) und die Siedepunkte von Na (882,9 °C) sehr nahe beieinander liegen. Die Elektrolyse erfolgt in Elektrolyseuren mit Diaphragma, die Kathoden bestehen aus Eisen oder Kupfer, die Anoden aus Graphit. Chlor entsteht gleichzeitig mit Natrium. Die alte Methode zur Gewinnung von Natrium ist die Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid NaOH, das viel teurer als NaCl ist, sich aber bei einer niedrigeren Temperatur (320–330 °C) elektrolytisch zersetzt.

AnwendungNAtrium.

Natrium und seine Legierungen werden häufig als Kühlmittel für Prozesse verwendet, die eine gleichmäßige Erwärmung im Bereich von 450–650 °C erfordern – in Ventilen von Flugzeugtriebwerken und insbesondere in Kernkraftwerken. Im letzteren Fall dienen Na-K-Legierungen als flüssige Metallkühlmittel (beide Elemente haben kleine thermische Neutronenabsorptionsquerschnitte, für Na 0,49 Barn); diese Legierungen zeichnen sich durch hohe Siedepunkte und Wärmeübertragungskoeffizienten aus und interagieren nicht mit Strukturmaterialien bei hohen Temperaturen, die in Kraftwerken entstehen. Kernreaktoren. Die NaPb-Verbindung (10 Gew.-% Na) wird bei der Herstellung von Tetraethylblei, dem wirksamsten Antiklopfmittel, verwendet. In der Bleilegierung (0,73 % Ca, 0,58 % Na und 0,04 % Li), die zur Herstellung von Achslagern für Eisenbahnwaggons verwendet wird, ist Natrium ein verstärkender Zusatz. In der Metallurgie dient Natrium als aktives Reduktionsmittel bei der Herstellung einiger seltener Metalle (Ti, Zr, Ta) durch metallotherme Verfahren; in der organischen Synthese - bei Reduktions-, Kondensations-, Polymerisationsreaktionen und anderen.

Aufgrund der hohen chemischen Aktivität von Natrium ist bei der Handhabung Vorsicht geboten. Besonders gefährlich ist es, wenn Wasser mit Natrium in Kontakt kommt, was zu Bränden und Explosionen führen kann. Die Augen sollten mit einer Schutzbrille und die Hände mit dicken Gummihandschuhen geschützt werden. Der Kontakt von Natrium mit nasser Haut oder Kleidung kann zu schweren Verbrennungen führen.

Natrium
Ordnungszahl	11
Aussehen einer einfachen Substanz	silberweißes Weichmetall
Eigenschaften des Atoms
Atommasse (Molmasse)	22.989768 a. e.m. (/mol)
Atomradius	190 Uhr
Ionisationsenergie (erstes Elektron)	495,6(5,14) kJ/mol (eV)
Elektronische Konfiguration	3s 1
Chemische Eigenschaften
Kovalenter Radius	154 Uhr
Ionenradius	97 (+13 Uhr).
Elektronegativität (nach Pauling)	0,93
Elektrodenpotential	-2,71 V
Oxidationsstufen	1
Thermodynamische Eigenschaften einer einfachen Substanz
Dichte	0,971 /cm³
Molare Wärmekapazität	28,23 J/(mol)
Wärmeleitfähigkeit	142,0 W/( ·)
Schmelztemperatur	370,96
Schmelzhitze	2,64 kJ/mol
Siedetemperatur	1156,1
Verdampfungswärme	97,9 kJ/mol
Molares Volumen	23,7 cm³/mol
Kristallgitter einer einfachen Substanz
Gitterstruktur	kubisch raumzentriert
Gitterparameter	4,230
c/a-Verhältnis	—
Debye-Temperatur	150 K

N / A	11
22,98977
3s 1
Natrium

Natrium —Element die Hauptuntergruppe der ersten Gruppe, die dritte Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendelejew, mit der Ordnungszahl 11. Bezeichnet mit dem Symbol Na (lat. Natrium). Der einfache Stoff Natrium (CAS-Nummer: 7440-23-5) ist ein weiches Alkalimetall mit silbrig-weißer Farbe.

In Wasser verhält sich Natrium fast genauso wie Lithium: Die Reaktion läuft unter schneller Freisetzung von Wasserstoff ab und in der Lösung entsteht Natriumhydroxid.

Geschichte und Herkunft des Namens

Natrium (oder besser gesagt seine Verbindungen) wird seit der Antike verwendet. Zum Beispiel Soda (Natron), das natürlicherweise im Wasser der Sodaseen in Ägypten vorkommt. Die alten Ägypter verwendeten natürliches Soda zum Einbalsamieren, Bleichen von Leinwand, zum Kochen von Speisen sowie zur Herstellung von Farben und Glasuren. Plinius der Ältere schreibt, dass im Nildelta Soda (es enthielt einen ausreichenden Anteil an Verunreinigungen) aus Flusswasser isoliert wurde. Es kam in Form großer Stücke in den Handel, die durch die Beimischung von Kohle grau oder sogar schwarz gefärbt waren.

Natrium wurde erstmals 1807 vom englischen Chemiker Humphry Davy durch Elektrolyse von festem NaOH gewonnen.

Der Name „Natrium“ stammt aus dem Arabischen Natrun auf Griechisch - Nitron und bezog sich ursprünglich auf natürliches Soda. Das Element selbst wurde früher Natrium genannt.

Quittung

Der erste Weg zur Herstellung von Natrium war die Reduktionsreaktion Natriumcarbonat Kohle beim Erhitzen einer engen Mischung dieser Stoffe in einem Eisenbehälter auf 1000°C:

Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO

Dann erschien eine andere Methode zur Herstellung von Natrium – die Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid oder Natriumchlorid.

Physikalische Eigenschaften

Metallisches Natrium, gespeichert in Kerosin

Qualitative Bestimmung von Natrium mittels Flamme – leuchtend gelbe Farbe des Emissionsspektrums der „Natrium-D-Linie“, Dublett 588,9950 und 589,5924 nm.

Natrium ist ein silberweißes Metall, in dünnen Schichten mit violetter Tönung, plastisch, sogar weich (leicht mit einem Messer zu schneiden), ein frischer Natriumschnitt ist glänzend. Die elektrischen und thermischen Leitfähigkeitswerte von Natrium sind recht hoch, die Dichte beträgt 0,96842 g/cm³ (bei 19,7° C), der Schmelzpunkt liegt bei 97,86° C und der Siedepunkt bei 883,15° C.

Chemische Eigenschaften

Ein Alkalimetall, das an der Luft leicht oxidiert. Zum Schutz vor Luftsauerstoff wird metallisches Natrium unter einer Schicht eingelagert Kerosin. Natrium ist weniger aktiv als Lithium, also mit Stickstoff reagiert nur bei Erwärmung:

2Na + 3N 2 = 2NaN 3

Bei großem Sauerstoffüberschuss entsteht Natriumperoxid

2Na + O 2 = Na 2 O 2

Anwendung

Natriummetall wird in der präparativen Chemie und Industrie häufig als starkes Reduktionsmittel verwendet, auch in der Metallurgie. Natrium wird bei der Herstellung sehr energieintensiver Natrium-Schwefel-Batterien verwendet. Es wird auch in LKW-Auslassventilen als Kühlkörper verwendet. Gelegentlich wird Natriummetall als Material für elektrische Leitungen verwendet, die sehr hohe Ströme führen sollen.

In einer Legierung mit Kalium sowie mit Rubidium und Cäsium als hocheffizientes Kühlmittel eingesetzt. Die Legierungszusammensetzung beträgt insbesondere 12 % Natrium, Kalium 47 %, Cäsium 41 % hat einen rekordtiefen Schmelzpunkt von −78 °C und wurde als Arbeitsflüssigkeit für Ionenraketentriebwerke und als Kühlmittel für Kernkraftwerke vorgeschlagen.

Natrium wird auch in Hoch- und Niederdruckentladungslampen (HPLD und LPLD) verwendet. NLVD-Lampen vom Typ DNaT (Arc Sodium Tubular) werden sehr häufig in der Straßenbeleuchtung eingesetzt. Sie geben ein helles gelbes Licht ab. Die Lebensdauer von HPS-Lampen beträgt 12-24.000 Stunden. Daher sind Gasentladungslampen vom Typ HPS für die städtische, architektonische und industrielle Beleuchtung unverzichtbar. Es gibt auch Lampen DNaS, DNaMT (Arc Sodium Matte), DNaZ (Arc Sodium Mirror) und DNaTBR (Arc Sodium Tubular Without Mercury).

Natriummetall wird bei der qualitativen Analyse organischer Stoffe verwendet. Die Legierung aus Natrium und der Testsubstanz wird neutralisiert Ethanol, einige Milliliter destilliertes Wasser hinzufügen und in drei Teile teilen, J. Lassaignes Test (1843) zur Bestimmung von Stickstoff, Schwefel und Halogenen (Beilstein-Test)

— Natriumchlorid (Speisesalz) ist das älteste verwendete Aroma- und Konservierungsmittel.
— Natriumazid (Na 3 N) wird als Nitriermittel in der Metallurgie und bei der Herstellung von Bleiazid verwendet.
— Natriumcyanid (NaCN) wird bei der hydrometallurgischen Methode der Goldauslaugung aus Gesteinen sowie bei der Nitrocarburierung von Stahl und beim Galvanisieren (Versilbern, Vergolden) verwendet.
— Natriumchlorat (NaClO 3) wird zur Zerstörung unerwünschter Vegetation auf Bahngleisen eingesetzt.

Biologische Rolle

Im Körper kommt Natrium hauptsächlich außerhalb der Zellen vor (etwa 15-mal mehr als im Zytoplasma). Dieser Unterschied wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die in der Zelle eingeschlossenes Natrium herauspumpt.

Zusammen mitKaliumNatrium erfüllt folgende Funktionen:
Schaffung von Bedingungen für das Auftreten von Membranpotential und Muskelkontraktionen.
Aufrechterhaltung der osmotischen Konzentration des Blutes.
Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts.
Normalisierung des Wasserhaushalts.
Sicherstellung des Membrantransports.
Aktivierung vieler Enzyme.

Natrium kommt in fast allen Lebensmitteln vor, der Körper nimmt den größten Teil davon jedoch über Speisesalz auf. Die Resorption erfolgt hauptsächlich im Magen und Dünndarm. Vitamin D verbessert die Aufnahme von Natrium, übermäßig salzige und proteinreiche Lebensmittel beeinträchtigen jedoch die normale Aufnahme. Die mit der Nahrung aufgenommene Natriummenge zeigt den Natriumgehalt im Urin an. Natriumreiche Lebensmittel zeichnen sich durch eine beschleunigte Ausscheidung aus.

Natriummangel beim Diätenden ausgewogenes Essen kommt beim Menschen nicht vor, jedoch können bei vegetarischer Ernährung einige Probleme auftreten. Ein vorübergehender Mangel kann durch die Einnahme von Diuretika, Durchfall, übermäßiges Schwitzen oder übermäßige Wasseraufnahme verursacht werden. Zu den Symptomen eines Natriummangels zählen Gewichtsverlust, Erbrechen, Blähungen im Magen-Darm-Trakt und eine gestörte Absorption Aminosäuren und Monosaccharide. Ein langfristiger Mangel führt zu Muskelkrämpfen und Neuralgien.

Überschüssiges Natrium führt zu Schwellungen der Beine und des Gesichts sowie zu einer erhöhten Kaliumausscheidung im Urin. Die maximale Salzmenge, die von den Nieren verarbeitet werden kann, beträgt etwa 20-30 Gramm; jede größere Menge ist lebensgefährlich.

Natriumverbindungen

Natrium, Natrium, Na (11)
Der Name Natrium – Natrium, Natrium – stammt von einem alten Wort, das in Ägypten, bei den alten Griechen (vixpov) und Römern verbreitet war. Es findet sich bei Plinius (Nitron) und anderen antiken Autoren und entspricht dem hebräischen Neter. Im alten Ägypten wurde Natron oder Nitron allgemein als Alkali bezeichnet, das nicht nur aus natürlichen Sodaseen, sondern auch aus Pflanzenasche gewonnen wurde. Es wurde zum Waschen, zur Herstellung von Glasuren und zur Mumifizierung von Leichen verwendet. Im Mittelalter wurde der Name Nitron (Nitron, Natron, Nataron) neben Bor (Baurach) auch für Salpeter (Nitrum) verwendet. Arabische Alchemisten nannten Alkali Alkali. Mit der Entdeckung des Schießpulvers in Europa begann man im 17. Jahrhundert, Salpeter (Sal Petrae) strikt von Alkalien zu unterscheiden. Es wurde bereits zwischen nichtflüchtigen bzw. festen Alkalien und flüchtigen Alkalien (flüchtige Alkalien) unterschieden. Gleichzeitig wurde zwischen pflanzlichem (Alkali fixum vegetabile – Kali) und mineralischem Alkali (Alkali fixum minerale – Soda) unterschieden.

Ende des 18. Jahrhunderts. Klaproth führte den Namen Natron oder Soda für das mineralische Alkali und für das pflanzliche Alkali Kali ein. Lavoisier führte Alkalien nicht in die „Tabelle der einfachen Körper“ ein und wies in einer Anmerkung dazu darauf hin, dass es sich dabei wahrscheinlich um komplexe Substanzen handelte Eines Tages werden sie zersetzt sein. Tatsächlich erhielt Davy 1807 durch Elektrolyse leicht angefeuchteter fester Alkalien freie Metalle – Kalium und Natrium – und nannte sie Kalium und Natrium. Im folgenden Jahr schlug Gilbert, Herausgeber der berühmten Annals of Physics, vor, die neuen Metalle Kalium und Natrium (Natronium) zu nennen; Berzelius verkürzte den letztgenannten Namen auf „Sodium“ (Natrium). Zu Beginn des 19. Jahrhunderts. in Russland wurde Natrium Natrium genannt (Dvigubsky, 182i; Solovyov, 1824); Strachow schlug den Namen sod vor (1825). Natriumsalze wurden beispielsweise Sodasulfat, Salzsoda und gleichzeitig Essigsoda genannt (Dvigubsky, 1828). Hess führte nach dem Vorbild von Berzelius den Namen Natrium ein.

Der Inhalt des Artikels

NATRIUM– (Natrium) Na, ein chemisches Element der Gruppe 1 (Ia) des Periodensystems, gehört zu den alkalischen Elementen. Ordnungszahl 11, relative Atommasse 22,98977. In der Natur gibt es ein stabiles Isotop 23 Na. Es sind sechs radioaktive Isotope dieses Elements bekannt, von denen zwei für Wissenschaft und Medizin von Interesse sind. Als Positronenquelle wird Natrium-22 mit einer Halbwertszeit von 2,58 Jahren verwendet. Natrium-24 (seine Halbwertszeit beträgt etwa 15 Stunden) wird in der Medizin zur Diagnose und Behandlung einiger Formen von Leukämie eingesetzt.

Oxidationsstufe +1.

Natriumverbindungen sind seit der Antike bekannt. Natriumchlorid ist ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Nahrung. Es wird angenommen, dass die Menschen bereits im Neolithikum damit begannen, es zu verwenden, d. h. vor etwa 5–7.000 Jahren.

Im Alten Testament wird eine Substanz namens „Neter“ erwähnt. Dieser Stoff wurde als Waschmittel verwendet. Höchstwahrscheinlich handelt es sich bei Neter um Soda, ein Natriumcarbonat, das sich in den salzigen ägyptischen Seen mit kalkhaltigen Ufern gebildet hat. Die griechischen Autoren Aristoteles und Dioskurides schrieben später über dieselbe Substanz, allerdings unter dem Namen „Nitron“, und der antike römische Historiker Plinius der Ältere nannte sie „Nitrum“, als er dieselbe Substanz erwähnte.

Im 18. Jahrhundert Chemiker kannten bereits viele verschiedene Natriumverbindungen. Natriumsalze wurden häufig in der Medizin, beim Gerben von Leder und beim Färben von Stoffen verwendet.

Metallisches Natrium wurde erstmals vom englischen Chemiker und Physiker Humphry Davy durch Elektrolyse von geschmolzenem Natriumhydroxid (unter Verwendung einer Voltaiksäule aus 250 Kupfer- und Zinkplattenpaaren) gewonnen. Der von Davy für dieses Element gewählte Name „Natrium“ spiegelt seine Herkunft aus dem Soda Na 2 CO 3 wider. Der lateinische und russische Name des Elements leitet sich vom arabischen „natrun“ (natürliche Soda) ab.

Verteilung von Natrium in der Natur und seine industrielle Gewinnung.

Natrium ist das siebthäufigste Element und das fünfthäufigste Metall (nach Aluminium, Eisen, Kalzium und Magnesium). Sein Gehalt in der Erdkruste beträgt 2,27 %. Der größte Teil des Natriums kommt in verschiedenen Alumosilikaten vor.

Auf allen Kontinenten gibt es große Vorkommen an Natriumsalzen in relativ reiner Form. Sie sind das Ergebnis der Verdunstung alter Meere. Dieser Prozess ist in Salt Lake (Utah), am Toten Meer und an anderen Orten immer noch im Gange. Natrium kommt in Form von NaCl-Chlorid (Halit, Steinsalz) sowie Carbonat Na 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O (Trona), Nitrat NaNO 3 (Salpeter), Sulfat Na 2 SO 4 10H 2 O (Mirabilit) vor ) , Tetraborat Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O (Borax) und Na 2 B 4 O 7 4H 2 O (Kernit) und andere Salze.

In natürlichen Solen und Meerwasser gibt es unerschöpfliche Natriumchloridreserven (ca. 30 kg m–3). Es wird geschätzt, dass Steinsalz in einer Menge, die dem Natriumchloridgehalt im Weltmeer entspricht, ein Volumen von 19 Millionen Kubikmetern einnehmen würde. km (50 % mehr als das Gesamtvolumen des nordamerikanischen Kontinents über dem Meeresspiegel). Ein Prisma dieses Volumens mit einer Grundfläche von 1 qm. km können den Mond 47 Mal erreichen.

Mittlerweile beträgt die Gesamtproduktion von Natriumchlorid aus Meerwasser 6–7 Millionen Tonnen pro Jahr, was etwa einem Drittel der gesamten Weltproduktion entspricht.

Lebende Materie enthält durchschnittlich 0,02 % Natrium; Bei Tieren gibt es mehr davon als bei Pflanzen.

Eigenschaften einer einfachen Substanz und industrielle Produktion von Natriummetall.

Natrium ist ein silberweißes Metall, in dünnen Schichten mit violetter Tönung, plastisch, sogar weich (leicht mit einem Messer zu schneiden), ein frischer Natriumschnitt ist glänzend. Die Werte der elektrischen Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit von Natrium sind recht hoch, die Dichte beträgt 0,96842 g/cm 3 (bei 19,7 °C), der Schmelzpunkt liegt bei 97,86 °C, der Siedepunkt liegt bei 883,15 °C.

Die ternäre Legierung, die 12 % Natrium, 47 % Kalium und 41 % Cäsium enthält, hat mit –78 °C den niedrigsten Schmelzpunkt aller Metallsysteme.

Natrium und seine Verbindungen färben die Flamme leuchtend gelb. Die Doppellinie im Natriumspektrum entspricht dem Übergang 3 S 1–3P 1 in den Atomen des Elements.

Die chemische Aktivität von Natrium ist hoch. An der Luft wird es schnell mit einem Film aus einer Mischung aus Peroxid, Hydroxid und Carbonat bedeckt. Natrium verbrennt Sauerstoff, Fluor und Chlor. Beim Verbrennen eines Metalls an der Luft entsteht Na 2 O 2-Peroxid (mit einer Beimischung von Na 2 O-Oxid).

Natrium reagiert beim Mahlen im Mörser mit Schwefel und reduziert Schwefelsäure zu Schwefel oder sogar Sulfid. Festes Kohlendioxid („Trockeneis“) explodiert bei Kontakt mit Natrium (Kohlendioxid-Feuerlöscher können nicht zum Löschen eines Natriumbrandes verwendet werden!). Bei Stickstoff erfolgt die Reaktion nur in einer elektrischen Entladung. Natrium interagiert nicht nur mit Inertgasen.

Natrium reagiert aktiv mit Wasser:

2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2

Die bei der Reaktion freigesetzte Wärme reicht aus, um das Metall zu schmelzen. Wenn daher ein kleines Stück Natrium in Wasser geworfen wird, schmilzt es aufgrund der thermischen Wirkung der Reaktion und ein Metalltropfen, der leichter als Wasser ist, „läuft“ entlang der Wasseroberfläche, angetrieben durch die Reaktionskraft des freigesetzten Wasserstoffs. Natrium reagiert mit Alkoholen viel ruhiger als mit Wasser:

2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2

Natrium löst sich leicht in flüssigem Ammoniak und bildet leuchtend blaue metastabile Lösungen mit ungewöhnlichen Eigenschaften. Bei –33,8 °C lösen sich bis zu 246 g Natriummetall in 1000 g Ammoniak. Verdünnte Lösungen sind blau, konzentrierte Lösungen sind bronzefarben. Sie sind etwa eine Woche haltbar. Es wurde festgestellt, dass Natrium in flüssigem Ammoniak Folgendes ionisiert:

Na Na + + e –

Die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion beträgt 9,9·10 –3. Das austretende Elektron wird von Ammoniakmolekülen gelöst und bildet einen Komplex –. Die resultierenden Lösungen weisen metallische elektrische Leitfähigkeit auf. Wenn Ammoniak verdampft, bleibt das ursprüngliche Metall zurück. Bei längerer Lagerung der Lösung kommt es aufgrund der Reaktion des Metalls mit Ammoniak zum Amid NaNH 2 bzw. Imid Na 2 NH und der Freisetzung von Wasserstoff nach und nach zu einer Verfärbung.

Natrium wird unter einer Schicht dehydrierter Flüssigkeit (Kerosin, Mineralöl) gelagert und nur in versiegelten Metallbehältern transportiert.

Die elektrolytische Methode zur industriellen Herstellung von Natrium wurde 1890 entwickelt. Die Elektrolyse wurde wie in Davys Experimenten mit geschmolzenem Natriumhydroxid durchgeführt, jedoch unter Verwendung fortschrittlicherer Energiequellen als der Voltaiksäule. Dabei wird neben Natrium auch Sauerstoff freigesetzt:

Anode (Nickel): 4OH – – 4e – = O 2 + 2H 2 O.

Bei der Elektrolyse von reinem Natriumchlorid treten schwerwiegende Probleme auf, die zum einen mit dem nahe beieinander liegenden Schmelzpunkt von Natriumchlorid und dem Siedepunkt von Natrium und zum anderen mit der hohen Löslichkeit von Natrium in flüssigem Natriumchlorid zusammenhängen. Durch die Zugabe von Kaliumchlorid, Natriumfluorid und Calciumchlorid zu Natriumchlorid können Sie die Schmelztemperatur auf 600 °C senken. Herstellung von Natrium durch Elektrolyse einer geschmolzenen eutektischen Mischung (einer Legierung aus zwei Stoffen mit dem niedrigsten Schmelzpunkt) 40 % NaCl und 60 % CaCl 2 bei ~580 °C in einer vom amerikanischen Ingenieur G. Downs entwickelten Zelle, die 1921 von DuPont in der Nähe des Kraftwerks an den Niagarafällen in Betrieb genommen wurde.

An den Elektroden laufen folgende Prozesse ab:

Kathode (Eisen): Na + + e – = Na

Ca 2+ + 2e – = Ca

Anode (Graphit): 2Cl – – 2e – = Cl 2.

Auf einer zylindrischen Stahlkathode bilden sich Natrium- und Kalziummetalle, die von einem gekühlten Rohr nach oben befördert werden, in dem das Kalzium erstarrt und in die Schmelze zurückfällt. Das an der zentralen Graphitanode erzeugte Chlor wird unter dem Nickeldach gesammelt und anschließend gereinigt.

Derzeit beträgt die Produktionsmenge von Natriummetall mehrere Tausend Tonnen pro Jahr.

Die industrielle Verwendung von Natriummetall ist auf seine stark reduzierenden Eigenschaften zurückzuführen. Der Großteil des produzierten Metalls wurde lange Zeit zur Herstellung von Tetraethylblei PbEt 4 und Tetramethylblei PbMe 4 (Klopfschutzmittel für Benzin) verwendet, indem Alkylchloride mit einer Legierung aus Natrium und Blei unter hohem Druck umgesetzt wurden. Nun geht diese Produktion aufgrund der Umweltverschmutzung rapide zurück.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Titan, Zirkonium und anderen Metallen durch Reduktion ihrer Chloride. Kleinere Mengen Natrium werden zur Herstellung von Verbindungen wie Hydrid, Peroxid und Alkoholaten verwendet.

Dispergiertes Natrium ist ein wertvoller Katalysator bei der Herstellung von Gummi und Elastomeren.

In Kernreaktoren mit schnellen Neutronen wird zunehmend geschmolzenes Natrium als Wärmeaustauschflüssigkeit verwendet. Der niedrige Schmelzpunkt, die niedrige Viskosität und der kleine Neutronenabsorptionsquerschnitt in Kombination mit der extrem hohen Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Natrium machen es (und seine Legierungen mit Kalium) zu einem unverzichtbaren Material für diese Zwecke.

Natrium reinigt Transformatorenöle, Ether und andere organische Substanzen zuverlässig von Wasserspuren und mit Hilfe von Natriumamalgam können Sie in vielen Verbindungen schnell den Feuchtigkeitsgehalt bestimmen.

Natriumverbindungen.

Natrium bildet mit allen üblichen Anionen einen vollständigen Komplex von Verbindungen. Es wird angenommen, dass in solchen Verbindungen eine nahezu vollständige Ladungstrennung zwischen den kationischen und anionischen Teilen des Kristallgitters stattfindet.

Natriumoxid Na 2 O wird durch die Reaktion von Na 2 O 2, NaOH und am meisten bevorzugt NaNO 2 mit Natriummetall synthetisiert:

Na 2 O 2 + 2Na = 2Na 2 O

2NaOH + 2Na = 2Na2O + H2

2NaNO 2 + 6Na = 4Na 2 O + N 2

In der letzten Reaktion kann Natrium durch Natriumazid NaN 3 ersetzt werden:

5NaN3 + NaNO2 = 3Na2O + 8N2

Am besten lagert man Natriumoxid in wasserfreiem Benzin. Es dient als Reagenz für verschiedene Synthesen.

Natriumperoxid Durch die Oxidation von Natrium entsteht Na 2 O 2 in Form eines hellgelben Pulvers. Dabei entsteht unter Bedingungen begrenzter Zufuhr von trockenem Sauerstoff (Luft) zunächst Na 2 O-Oxid, das sich dann in Na 2 O 2-Peroxid umwandelt. In Abwesenheit von Sauerstoff ist Natriumperoxid bis zu ~675 °C thermisch stabil.

Natriumperoxid wird in der Industrie häufig als Bleichmittel für Fasern, Papierzellstoff, Wolle usw. verwendet. Es ist ein starkes Oxidationsmittel: Es explodiert beim Mischen mit Aluminiumpulver oder Holzkohle, reagiert mit Schwefel (und wird heiß) und entzündet viele organische Flüssigkeiten. Natriumperoxid reagiert mit Kohlenmonoxid unter Bildung von Carbonat. Bei der Reaktion von Natriumperoxid mit Kohlendioxid wird Sauerstoff freigesetzt:

2Na 2 O 2 + 2CO 2 = 2Na 2 CO 3 + O 2

Diese Reaktion hat wichtige praktische Anwendungen in Atemgeräten für U-Bootfahrer und Feuerwehrleute.

Natriumsuperoxid NaO 2 wird durch langsames Erhitzen von Natriumperoxid auf 200–450 °C unter einem Sauerstoffdruck von 10–15 MPa gewonnen. Hinweise auf die Bildung von NaO 2 wurden erstmals bei der Reaktion von Sauerstoff mit in flüssigem Ammoniak gelöstem Natrium erhalten.

Die Einwirkung von Wasser auf Natriumsuperoxid führt auch bei Kälte zur Freisetzung von Sauerstoff:

2NaO 2 + H 2 O = NaOH + NaHO 2 + O 2

Mit steigender Temperatur steigt die Menge an freigesetztem Sauerstoff, da sich das entstehende Natriumhydroperoxid zersetzt:

4NaO 2 + 2H 2 O = 4NaOH + 3O 2

Natriumsuperoxid ist Bestandteil von Systemen zur Luftregeneration in geschlossenen Räumen.

Natriumozonid NaO 3 entsteht durch die Einwirkung von Ozon auf wasserfreies Natriumhydroxidpulver bei niedriger Temperatur, gefolgt von der Extraktion von rotem NaO 3 mit flüssigem Ammoniak.

Natriumhydroxid NaOH wird oft als Natronlauge oder Natronlauge bezeichnet. Dies ist eine starke Base und wird als typisches Alkali eingestuft. Zahlreiche NaOH-Hydrate wurden aus wässrigen Lösungen von Natriumhydroxid gewonnen N H 2 O, wo N= 1, 2, 2,5, 3,5, 4, 5,25 und 7.

Natriumhydroxid ist sehr aggressiv. Es zerstört Glas und Porzellan durch Wechselwirkung mit dem darin enthaltenen Siliziumdioxid:

2NaOH + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + H 2 O

Der Name „Natronlauge“ spiegelt die ätzende Wirkung von Natriumhydroxid auf lebendes Gewebe wider. Besonders gefährlich ist es, wenn dieser Stoff in die Augen gelangt.

Der Arzt des Herzogs von Orleans, Nicolas Leblanc (1742–1806), entwickelte 1787 ein praktisches Verfahren zur Herstellung von Natriumhydroxid aus NaCl (Patent 1791). Dieses erste großtechnische industrielle chemische Verfahren war eine große technologische Errungenschaft in Europa im 19. Jahrhundert. Das Leblanc-Verfahren wurde später durch das elektrolytische Verfahren ersetzt. Im Jahr 1874 belief sich die weltweite Produktion von Natriumhydroxid auf 525.000 Tonnen, wovon 495.000 Tonnen nach der Leblanc-Methode gewonnen wurden; 1902 erreichte die Produktion von Natriumhydroxid 1800.000 Tonnen, mit der Leblanc-Methode wurden jedoch nur 150.000 Tonnen gewonnen.

Natriumhydroxid ist heute das wichtigste Alkali in der Industrie. Allein in den USA beträgt die jährliche Produktion mehr als 10 Millionen Tonnen. Es wird in großen Mengen durch Elektrolyse von Salzlaken gewonnen. Bei der Elektrolyse einer Natriumchloridlösung entsteht Natriumhydroxid und Chlor wird freigesetzt:

Kathode (Eisen) 2H 2 O + 2 e– = H 2 + 2OH –

Anode (Graphit) 2Cl – – 2 e– = Cl 2

Mit der Elektrolyse geht die Konzentration von Alkali in riesigen Verdampfern einher. Das größte der Welt (im Werk „Lake Charles“ von PPG Inductries) hat eine Höhe von 41 m und einen Durchmesser von 12 m. Etwa die Hälfte des produzierten Natriumhydroxids wird direkt in der chemischen Industrie zur Herstellung verschiedener organischer und anorganischer Stoffe verwendet: Phenol, Resorcin, b-Naphthol, Natriumsalze (Hypochlorit, Phosphat, Sulfid, Aluminate). Darüber hinaus wird Natriumhydroxid bei der Herstellung von Papier und Zellstoff, Seife und Reinigungsmitteln, Ölen und Textilien verwendet. Es ist auch bei der Verarbeitung notwendig von Bauxit. Ein wichtiges Einsatzgebiet von Natriumhydroxid ist die Neutralisation von Säuren.

Natriumchlorid NaCl ist als Speisesalz und Steinsalz bekannt. Es bildet farblose, leicht hygroskopische kubische Kristalle. Natriumchlorid schmilzt bei 801 °C, siedet bei 1413 °C. Seine Löslichkeit in Wasser hängt kaum von der Temperatur ab: 35,87 g NaCl lösen sich in 100 g Wasser bei 20 °C, bei 80 °C sind es 38,12 g.

Natriumchlorid ist ein notwendiges und unverzichtbares Lebensmittelgewürz. In der fernen Vergangenheit war Salz genauso teuer wie Gold. Im alten Rom wurden Legionäre oft nicht mit Geld, sondern mit Salz bezahlt, daher das Wort Soldat.

In der Kiewer Rus verwendete man Salz aus der Karpatenregion, aus Salzseen und Flussmündungen des Schwarzen und Asowschen Meeres. Es war so teuer, dass es bei feierlichen Festen auf den Tischen adliger Gäste serviert wurde, während andere „schlürfend“ weggingen.

Nach dem Anschluss der Region Astrachan an den Moskauer Staat wurden die Kaspischen Seen zu wichtigen Salzquellen, und dennoch gab es nicht genug davon, es war teuer, so dass es zu einer Unzufriedenheit unter den ärmsten Bevölkerungsschichten kam, die zu einer zunehmenden Unzufriedenheit führte Aufstand bekannt als „Salt Riot“ (1648)

Im Jahr 1711 erließ Peter I. ein Dekret zur Einführung eines Salzmonopols. Der Salzhandel wurde zum ausschließlichen Recht des Staates. Das Salzmonopol dauerte mehr als 150 Jahre und wurde 1862 abgeschafft.

Heutzutage ist Natriumchlorid ein billiges Produkt. Zusammen mit Kohle, Kalkstein und Schwefel gehört es zu den sogenannten „Big Four“ mineralischen Rohstoffen und ist der wichtigste für die chemische Industrie.

Das meiste Natriumchlorid wird in Europa (39 %), Nordamerika (34 %) und Asien (20 %) produziert, während Südamerika und Ozeanien jeweils nur 3 % und Afrika 1 % ausmachen. Steinsalz bildet riesige unterirdische Lagerstätten (oft Hunderte von Metern dick), die mehr als 90 % NaCl enthalten. Eine typische Salzlagerstätte in Cheshire (die Hauptquelle für Natriumchlorid in Großbritannien) erstreckt sich über eine Fläche von 60 × 24 km und verfügt über ein Salzbett von etwa 400 m Dicke. Allein diese Lagerstätte hat schätzungsweise einen Wert von mehr als 10 11 Tonnen .

Weltweite Salzproduktion zu Beginn des 21. Jahrhunderts. erreichte 200 Millionen Tonnen, 60 % davon werden von der chemischen Industrie (zur Herstellung von Chlor und Natriumhydroxid sowie Papierzellstoff, Textilien, Metallen, Gummi und Ölen) verbraucht, 30 % von der Lebensmittelindustrie, 10 % von weitere Tätigkeitsfelder. Natriumchlorid wird beispielsweise als günstiges Enteisungsmittel verwendet.

Natriumcarbonat Na 2 CO 3 wird oft Soda oder einfach Soda genannt. Es kommt in der Natur in Form von gemahlenen Salzlaken, Sole in Seen und den Mineralien Natron Na 2 CO 3 ·10H 2 O, Thermonatrit Na 2 CO 3 ·H 2 O, Trona Na 2 CO 3 ·NaHCO 3 ·2H 2 O vor . Natriumformen und andere verschiedene hydratisierte Carbonate, Bicarbonate, Misch- und Doppelcarbonate, zum Beispiel Na 2 CO 3 · 7H 2 O, Na 2 CO 3 · 3NaHCO 3, aKCO 3 N H 2 O, K 2 CO 3 NaHCO 3 2H 2 O.

Unter den industriell gewonnenen Salzen der Alkalielemente ist Natriumcarbonat von größter Bedeutung. Am häufigsten wird für seine Herstellung die 1863 vom belgischen Chemiker-Technologen Ernst Solvay entwickelte Methode verwendet.

Eine konzentrierte wässrige Lösung aus Natriumchlorid und Ammoniak wird unter leichtem Druck mit Kohlendioxid gesättigt. Dabei entsteht ein Niederschlag aus relativ schwerlöslichem Natriumbicarbonat (die Löslichkeit von NaHCO 3 beträgt 9,6 g pro 100 g Wasser bei 20 °C):

NaCl + NH 3 + H 2 O + CO 2 = NaHCO 3 Ї + NH 4 Cl

Um Soda zu gewinnen, wird Natriumbicarbonat kalziniert:

Das freigesetzte Kohlendioxid wird in den ersten Prozess zurückgeführt. Zusätzliches Kohlendioxid wird durch Kalzinieren von Calciumcarbonat (Kalkstein) gewonnen:

Das zweite Produkt dieser Reaktion, Calciumoxid (Kalk), wird zur Regeneration von Ammoniak aus Ammoniumchlorid verwendet:

Somit ist das einzige Nebenprodukt der Sodaproduktion nach der Solvay-Methode Calciumchlorid.

Gesamtprozessgleichung:

2NaCl + CaCO 3 = Na 2 CO 3 + CaCl 2

Offensichtlich findet unter normalen Bedingungen in einer wässrigen Lösung die Rückreaktion statt, da sich das Gleichgewicht in diesem System aufgrund der Unlöslichkeit von Calciumcarbonat vollständig von rechts nach links verschiebt.

Aus natürlichen Rohstoffen gewonnene Soda (natürliche Soda) ist von besserer Qualität als Soda, die nach der Ammoniakmethode hergestellt wird (Chloridgehalt weniger als 0,2 %). Darüber hinaus sind die spezifischen Kapitalinvestitionen und die Kosten für Soda aus natürlichen Rohstoffen um 40–45 % niedriger als für synthetisch gewonnenes. Mittlerweile stammt etwa ein Drittel der weltweiten Limonadenproduktion aus natürlichen Vorkommen.

Die Weltproduktion von Na 2 CO 3 verteilte sich 1999 wie folgt:

Gesamt
Norden Amerika
Asien/Ozeanien
Zap. Europa
Ost Europa
Afrika
Lat. Amerika

Der weltweit größte Produzent von natürlicher Soda-Asche sind die USA, wo sich die größten erforschten Reserven an Trona und Sole von Sodaseen konzentrieren. Die Lagerstätte in Wyoming bildet eine 3 m dicke Schicht und eine Fläche von 2300 km 2. Seine Reserven übersteigen 10 10 Tonnen. In den USA konzentriert sich die Limonadenindustrie auf natürliche Rohstoffe; Die letzte Sodasyntheseanlage wurde 1985 geschlossen. Die Produktion von Soda in den Vereinigten Staaten hat sich in den letzten Jahren bei 10,3–10,7 Millionen Tonnen stabilisiert.

Im Gegensatz zu den Vereinigten Staaten sind die meisten Länder der Welt fast ausschließlich auf die Produktion synthetischer Soda angewiesen. Bei der Produktion von Soda liegt China nach den USA weltweit an zweiter Stelle. Die Produktion dieser Chemikalie in China erreichte 1999 etwa 7,2 Millionen Tonnen. Die Produktion von Soda in Russland belief sich im selben Jahr auf etwa 1,9 Millionen Tonnen.

In vielen Fällen ist Natriumcarbonat durch Natriumhydroxid austauschbar (z. B. bei der Herstellung von Papierzellstoff, Seife, Reinigungsmitteln). Etwa die Hälfte des Natriumcarbonats wird in der Glasindustrie verwendet. Eine wachsende Anwendung ist die Entfernung von Schwefelverunreinigungen aus Gasemissionen von Kraftwerken und großen Öfen. Dem Kraftstoff wird Natriumcarbonatpulver zugesetzt, das mit Schwefeldioxid reagiert und feste Produkte, insbesondere Natriumsulfit, bildet, die gefiltert oder ausgefällt werden können.

Früher wurde Natriumcarbonat häufig als „Waschsoda“ verwendet, diese Anwendung ist jedoch aufgrund der Verwendung anderer Haushaltsreiniger verschwunden.

Natriumbicarbonat NaHCO 3 (Backpulver) wird hauptsächlich als Kohlendioxidquelle beim Brotbacken, bei der Herstellung von Süßwaren, bei der Herstellung von kohlensäurehaltigen Getränken und künstlichen Mineralwässern, als Bestandteil von Feuerlöschmitteln und als Arzneimittel verwendet. Dies liegt an der leichten Zersetzung bei 50–100 °C.

Natriumsulfat Na 2 SO 4 kommt in der Natur in wasserfreier Form (Thenardit) und in Form von Decahydrat (Mirabilit, Glaubersalz) vor. Es ist Teil von Astrachonit Na 2 Mg(SO 4) 2 4H 2 O, Vanthoffit Na 2 Mg(SO 4) 2, Glauberit Na 2 Ca(SO 4) 2. Die größten Natriumsulfatreserven befinden sich in den GUS-Staaten sowie in den USA, Chile und Spanien. Mirabilit, isoliert aus natürlichen Lagerstätten oder Sole von Salzseen, wird bei 100 °C dehydriert. Natriumsulfat ist auch ein Nebenprodukt bei der Herstellung von Chlorwasserstoff unter Verwendung von Schwefelsäure sowie das Endprodukt von Hunderten von industriellen Prozessen, die verwendet werden Neutralisation von Schwefelsäure mit Natriumhydroxid.

Daten zur Produktion von Natriumsulfat werden nicht veröffentlicht, die weltweite Produktion des natürlichen Rohstoffs wird jedoch auf etwa 4 Millionen Tonnen pro Jahr geschätzt. Die Gewinnung von Natriumsulfat als Nebenprodukt wird weltweit auf 1,5–2,0 Millionen Tonnen geschätzt.

Natriumsulfat wurde lange Zeit kaum genutzt. Heute ist dieser Stoff die Grundlage der Papierindustrie, da Na 2 SO 4 das Hauptreagens beim Kraftzellstoff zur Herstellung von braunem Geschenkpapier und Wellpappe ist. Holzspäne oder Sägemehl werden in einer heißen alkalischen Natriumsulfatlösung verarbeitet. Es löst Lignin (den Bestandteil des Holzes, der die Fasern zusammenhält) auf und setzt die Zellulosefasern frei, die dann zu Papierherstellungsmaschinen geschickt werden. Die verbleibende Lösung wird verdampft, bis sie brennbar ist, wodurch Dampf für die Anlage und Wärme für die Verdampfung bereitgestellt wird. Geschmolzenes Natriumsulfat und -hydroxid sind schwer entflammbar und können wiederverwendet werden.

Ein kleinerer Anteil Natriumsulfat wird bei der Herstellung von Glas und Waschmitteln verwendet. Die hydratisierte Form von Na 2 SO 4 ·10H 2 O (Glaubersalz) ist ein Abführmittel. Es wird heute weniger genutzt als früher.

Natriumnitrat NaNO 3 wird Natrium- oder chilenisches Nitrat genannt. Die in Chile gefundenen großen Natriumnitratvorkommen scheinen durch die biochemische Zersetzung organischer Überreste entstanden zu sein. Das zunächst freigesetzte Ammoniak wurde vermutlich zu salpetriger Säure und Salpetersäure oxidiert, die dann mit gelöstem Natriumchlorid reagierten.

Natriumnitrat wird durch Absorption von nitrosen Gasen (einer Mischung aus Stickoxiden) mit einer Lösung von Natriumcarbonat oder -hydroxid oder durch die Austauschwechselwirkung von Calciumnitrat mit Natriumsulfat gewonnen.

Als Dünger wird Natriumnitrat verwendet. Es ist Bestandteil flüssiger Salzkältemittel, Abschreckbäder in der metallverarbeitenden Industrie und wärmespeichernder Zusammensetzungen. Eine ternäre Mischung aus 40 % NaNO 2, 7 % NaNO 3 und 53 % KNO 3 kann vom Schmelzpunkt (142 °C) bis ~600 °C verwendet werden. Natriumnitrat wird als Oxidationsmittel in Sprengstoffen, Raketentreibstoffen, und pyrotechnische Kompositionen. Es wird bei der Herstellung von Glas- und Natriumsalzen verwendet, darunter Nitrit, das als Lebensmittelkonservierungsmittel dient.

Natriumnitrit NaNO 2 kann durch thermische Zersetzung von Natriumnitrat oder dessen Reduktion gewonnen werden:

NaNO 3 + Pb = NaNO 2 + PbO

Bei der industriellen Herstellung von Natriumnitrit werden Stickoxide durch eine wässrige Lösung von Natriumcarbonat absorbiert.

Natriumnitrit NaNO 2 wird neben der Verwendung mit Nitraten als wärmeleitende Schmelze häufig bei der Herstellung von Azofarbstoffen, zur Korrosionsinhibition und zur Fleischkonservierung eingesetzt.

Elena Savinkina