Natrium

Natrium - Symbol Na, Ordnungszahl 11 - ist ein chemisches Element aus der ersten Gruppe des Periodensystems bzw. der ersten Hauptgruppe und zählt damit zu den Alkalimetallen. Das reine Metall ist silberweiß, weich, mit dem Messer schneidbar und läuft rasch unter der Einwirkung von Luftfeuchtigkeit matt an.

Natrium-Verbindungen sind seit langem bekannt und werden ebensolange von den Menschen verwendet; die bekannteste ist das gewöhnliche Salz (Natriumchlorid, NaCl). So leiten sich auch die deutsche Bezeichnung für das Leichtmetall und der englische bzw. französische Name Sodium von diesen Verbindungen ab. Das Natron (Natriumhydrogencarbonat) dürfte Namenspate für das Natrium sein und wird - in leicht abgewandelter Form - ausser im Deutschen auch in einigen anderen Sprachen verwendet - bis in weit entfernte Japan: Natoriumu. Der Name Sodium - abgeleitet von Soda - hingegen wurde von Humphry Davy geprägt, der das reine Metall 1807 entdeckte, als er eine Elektrolyse von wasserfreiem, geschmolzenem Natriumhydroxid durchführte.

Übersicht: Allgemeine Daten zum Natrium

Bezeichnung:Natrium Symbol:Na Ordnungszahl:11 Atommasse:22,98976928(2) u Periodensystem-Stellung:1. Gruppe, 1. Hauptgruppe, 3. Periode, s-Block. Gruppen-Zugehörigkeit:Alkalimetalle. Entdeckung:1807 - Humphry Davy. Bedeutung des Namens:vom Natron abgeleitet. Englischer Name:Sodium CAS-Nummer:7440-23-5 InChI-Key:KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N

Das Natrium-Atom

Das Na-Atom - und damit das chemische Element Natrium - ist eindeutig durch die 11 positiv geladenen Protonen im Atomkern definiert. Für den elektrischen Ausgleich im ungeladenen Natrium-Atom sorgt die gleiche Anzahl an Elektronen.

Für Unterschiede bei den Atomkernen sorgen die Kernbausteine der Neutronen. Diese Atomsorten werden unter dem Begriff Natrium-Isotope bzw. Natrim-Nuklide zusammengefasst (Isotopen-Daten: siehe dort).

Elektronenkonfiguration

Symbol	OZ	Kurzform	1s	2s	2p	3s	3p	3d
Na	11	[Ne] 3s¹	2	2	6	1

Ionisierungsenergien

Die folgende Tabelle listet die Bindungsenergien bzw. die Ionisierungsenergien IE des Natriums auf, also die erforderliche Energie in Elektronenvolt (eV), um ein bestimmtes Elektron von einem Natrium-Atom zu trennen.

1. IE:	5,1390764 eV	2. IE:	47,2867 eV	3. IE:	71.6205 eV	4. IE:	98,92 eV	5. IE:	138,40 eV	6. IE:	172,18 eV
7. IE:	208,51 eV	8. IE:	264,25 eV	9. IE:	299,867 eV	10. IE:	1465,13435 eV	11. IE:	1648,7020 eV	12. IE:	eV

Elektronenbindungsenergie

Die nachfolgende Tabelle listet die Elektronenbindungsenergien der einzelnen Natrium-Elektronen in den jeweiligen Orbitalen auf. Die Werte sind in Elektronenvolt (eV) angegeben.

K	LI	LII	LIII
1s	2s	2p_1/2	2p_3/2
1070,8	63,5	30,65	30,81

Weitere Daten

Atomradius:190 pm (berechnet)
180 pm (empirisch, nach Slater) Kovalente Radien:166(9) pm (nach Cordero et al.)
155 pm (in Einfach-Bindungen, nach Pyykkö et al.)
160 pm (in Zweifach-Bindungen, nach Pyykkö et al.) Van-der-Waals-Radius:227 pm Molvolumen:23,78 cm³ mol^-1 Fluoreszenz-Ausbeute:ω_K: 0,021; ω_L1: ; ω_L2: ; ω_L3: Austrittsarbeit:2,75 eV

Spektrallinien des Natriums

Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Emissionsspektrum des Natrium mit den charakteristischen Spektrallinien im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 700 nm. Deutlich zu erkennen ist die Natrium-Doppellinie bei 588,99 nm und 589,59 nm.

Chemie des Natriums

Reines Natrium ist ein unedles und hochreaktives Metall. Geprägt wird die Chemie des Natriums von dem einen Valenzelektron im 3s-Orbital, das bereitwillig mit anderen Bindungspartner geteilt oder ganz an diesen abgegeben wird, um das einfach positiv geladene Na⁺-Kation zu bilden, dessen Elektronen eine energetisch begünstigte Edelgaskonfiguration wie das Neon einnehmen. Der häufigste Oxidationszustand des Natriums ist daher ist +1.

Chemische Daten

Elektronegativität:0,93 nach Pauling
1,01 nach Allred-Rochow
0,869 nach Allen
1,2 nach Mulliken
0,85 nach Sanderson
2,4380 eV nach Gosh-Gupta
2,85 eV nach PearsonElektronaffinität:0,547 926(25) eV bzw. 52,867(3) kJ mol^-1Oxidationsstufen:+1

Standardpotentiale

Normalpotential des Natriums:

E⁰ (V)	N_ox	Name Ox.	Ox.	e^-	⇔	Red.	Name Red.	N_ox
-2,71	+ I	Natrium-Kation	Na⁺	+ e^-	⇔	Na (s)	Natrium	0

Material- und physikalische Eigenschaften des Natriums

Die nachfolgende Tabelle führt einige physikalische Daten sowie Materialeigenschaften des reinen Natrium-Metalls auf.

Schmelzpunkt:97,794 °C Schmelzenthalpie (molar):2,60 kJ mol^-1 Siedepunkt:882,940 °C Verdampfungsenthalpie:97,42 kJ mol^-1 Wärmekapazität:28,230 J mol^-1 K^-1 (molar)
1,228 J g^-1 K^-1 (spezifisch) Debye-Temperatur:156,5 K Thermische Leitfähigkeit:142 W m^-1 K^-1 Temperaturleitzahl:112 mm² s^-1 bei 20°C (Temperaturleitfähigkeit) Wärmeausdehnung:71 μm m^-1 K^-1 bei 25 °C Elektrische Leitfähigkeit:21 × 10⁶ A V^-1 m^-1 Elektrischer Widerstand:47,7 nΩ m bei 20 °C Dichte:0,968 g cm^-3 Elastizitätsmodul:6,8 GPa (Young Modulus) Kompressionsmodul (isotherm):6,8 GPa 300 K Kompressibilität (isotherm):0,147 GPa^-1 300 K Kritischer Punkt:2573 K, 35 MPa Kristallstruktur:kubisch-raumzentriert - bcc. Gitterkonstanten:a = 429 pm; Z = 2 Raumgruppe:lm3m - Nr. 229 Härte:nach Mohs: 0,5
nach Brinell: 0,00069 GPa Magnetismus:paramagnetisch Magnetische Suszeptibilität:8,5 × 10^-6 cm³ mol^-1 Schallgeschwindigkeit:3200 m s^-1 bei 20 °C Standard-Bildungsenthalpie:0,0 kJ mol^-1 (Feststoff, Kristall)
107,5 kJ mol^-1 (gasförmig) Gibbs Freie Enthalpie:77,0 kJ mol^-1 (gasförmig) Molare Standard-Entropie:42,6 J mol^-1 K^-1 (Feststoff, Kristall)
153,7 J mol^-1 K^-1 (gasförmig)

Geochemie, Vorkommen, Verteilung

Das freie Metall kommt in der Natur nicht vor und tritt in Form seiner Verbindungen weit verbreitet in der Natur auf. Natrium ist das sechsthäufigste Element in der Erdkruste und existiert in zahlreichen Mineralien wie Feldspate, Sodalith, Steinsalz oder auch Meersalz.

Erdkruste:23600 mg kg^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Erdmantel:2590 ppm Meerwasser:10800 mg L^-1 (ppmw, bezogen auf die Masse) Sonnensystem:0,057 (bezogen auf Silicium, Si=1)

Gefahren und Sicherheit

(Allgemeine Hinweise ohne Gewähr auf Richtigkeit und Vollständigkeit)

Gefahr

Natrium-Metall verursacht schwere Hautverbrennungen und Augenschäden. Bei Kontakt mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können.

Literatur und Quellen

[1] - Humphry Davy:
On some new phenomena of chemical changes produced by electricity, particularly the decomposition of the fixed Alkalies, and the exhibition of the new substances which constitute their bases; and on the general nature of alkaline bodies.
In: Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1808, DOI 10.1098/rstl.1808.0001, open access.

Externe Informationsangebote

Spezielle Teilinformationen

Born-Haberscher Kreisprozeß am Beispiel Natriumchlorid
Grundlagen, Reaktionen, Schema. Universität Bielefeld

Hilfsmittel und Daten für Labor und Praktikum

Entsorgung von Natriumabfällen
Ausführungen zu Arbeitssicherheit und Umweltschutz. FU Berlin

Regenerieren von Natrium
Aufarbeitung von älterem, metallischem Natrium. FU Berlin - Format: PDF

Praktikumsskripten, praktische Anleitungen

Flammenemmissionsspektroskopie, FES
... von Natrium. Praktikumsprotokoll - Format: PDF

Quantendefekt
... an Natrium und Cäsium. F-Praktikumsskript - Format: PDF

Experimente, Versuchsanleitungen

Natrium-Schwefel-Element
Eine Batterie ohne Schwermetalle. Theorie, Versuch. Universität Bayreuth

Reaktion: Natrium und Wasser
Versuchsanleitung. Experimentalchemie.de

Gruppenelemente - Informationen

Alkalimetalle
Vorlesungsmaterialien: Chemie der Metalle. Universität Freiburg

Chloralkalielektrolyse
Übersicht mit schematischer Darstellung

Chlor-Alkali-Elektrolyse (Amalgamverfahren)
Schematische Darstellung. Universität Bielefeld

Demonstrationen: Alkalimetalle
Versuchsanleitungen zur Chemie der Alkalimetalle. Thomas Seilnacht

Vergleichende Chemie der Alkalimetalle
Vortragsskript. Universität Bayreuth

Versuche mit Alkalimetallen
Demonstrationsversuche in anorganischer Chemie; Themenkreis Elementfamilien - Format: PDF

Verbindungsklassen

Sauerstoffverbindungen der Alkalimetalle
Oxide, Peroxide, Hyperoxide und Ozonide der Alkalimetalle: Herstellung, Struktur, Bedeutung. Vortragsskript. Universität Bayreuth

Einzelne Verbindungen

Natrium und Natriumverbindungen
Chemikalien-Datenbank: physikalische und chemische Eigenschaften, Sicherheitsdatenblätter, kommerziell verfügbaren Stoffen und Verbindungen; verschiedene Suchkriterien einschließlich Struktursuche

Chemische Reaktionen

Elektrolyse von Natriumchlorid
Grundlagen, Reaktionen, Schema. Universität Bielefeld

Analyse und Bestimmung

Trennung von Kalium- und Natriumsalzen durch Flotation
Artikel: Praxis der Naturwissenschaften Chemie. Köln 9/1979, S. 238-243 - Format: PDF

Kategorie: Chemische Elemente

Aktualisiert am 28.02.2020.

Permalink: https://www.internetchemie.info/chemische-elemente/natrium.php