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Natrium

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André Otto
Natrium
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Grundlagen zum Thema Natrium

Inhalt

Natrium – Chemie

Bestimmt hast du bereits etwas von dem Element Natrium im Chemieunterricht gehört und ganz sicher ist dir dieser Stoff schon einmal im Alltag begegnet. Natrium steht in der 1. Hauptgruppe und der 3. Periode des Periodensystems der Elemente. Es handelt sich um eine Alkalimetall. Aber wo kommt Natrium im Alltag vor und für was wird Natrium verwendet? Das erfährst du in diesem Text.

Was ist Natrium einfach erklärt? – Definition Natrium

Natrium ist ein chemisches Element, das in der Chemie mit dem Formelzeichen $\ce{Na}$ bezeichnet wird. Es handelt sich um ein sehr weiches, unedles Metall. Die Farbe von Natrium geht von silber bis weiss.

Weißt du auch, welche physikalischen und chemischen Eigenschaften Natrium hat? Das wollen wir uns nun genauer ansehen.

Natrium – chemische Eigenschaften

Betrachtet man Natrium auf atomarer Ebene, so besitzt es drei Elektronenschalen mit insgesamt elf Elektronen. Das Element verfügt über ein Valenzelektron. Die Ordnungszahl (Kernladungszahl) von Natrium ist elf. Natrium ist sehr reaktiv und in Verbindungen mit anderen Elementen immer einfach positiv geladen.

Natrium Elektronenkonfiguration

Natrium – physikalische Eigenschaften

Der folgende Steckbrief gibt eine Übersicht über die physikalischen Eigenschaften von Natrium:

Steckbrief Natrium Wert
Aggregatzustand fest
Schmelzpunkt $\pu{98°C}$
Siedepunkt $\pu{883°C}$
Dichte $\pu{0,97 g/cm3}$
Atommasse $\pu{22,99u}$

Mit einer Dichte von $\pu{0,97 g/cm3}$ ist Natrium ein leichtes Metall. Seine Dichte ist geringer als die des Wassers.

Natrium – Reaktionen

In diesem Abschnitt betrachten wir für Natrium typische chemische Reaktionen. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über einige der wichtigsten Natriumverbindungen in der Chemie.

Reaktionspartner Reaktion
Sauerstoff $\ce{O2}$ 1. Oxidation an trockener Luft:
Es entsteht Natriumoxid $\ce{Na2O}$ :

$\ce{4Na + O2 → 2Na2O}$

2. Verbrennung
Natrium ist leicht entzündlich. Es entsteht Natriumperoxid $\ce{Na2O2}$:

$\ce{2Na + O2 → Na2O2}$

Bei der Verbrennung von Natrium ist eine gelbe Flammenfärbung zu beobachten. So erfolgt der Nachweis von Natrium in der Chemie.
Halogene, wie beispielsweise Chlor $\ce{Cl2}$ Mit Halogenen reagiert Natrium zum Teil stark unter Bildung von Natriumhalogeniden (Salze). Das bekannteste Natriumhalogenid ist unser Kochsalz Natriumchlorid $\ce{NaCl}$:

$\ce{2Na + Cl2 → 2NaCl}$

Wasser $\ce{H2O}$ Mit Wasser reagiert Natrium sehr heftig zu Natriumhydroxid $\ce{NaOH}$, auch bekannt unter der Bezeichnung Natronlauge.

$\ce{2Na + 2H2O → 2NaOH + H2}$
Wasserstoff $\ce{H2}$ Natrium reagiert bei sehr hohen Temperaturen und in einer Kohlenstoffdioxidatmosphäre mit Wasserstoff zu Natriumhydrid $\ce{NaH}$.

$\ce{2Na + H2 → 2NaH}$

Natrium – Vorkommen und Herstellung

Natrium kommt in Form von Verbindungen in der Natur in Mineralien vor. Der Anteil von Natrium in der Erdkruste beträgt 2,64 %. Häufige Mineralien in denen Natrium gebunden ist, sind in folgender Liste aufgezählt:

  • Steinsalz (Natriumchlorid). Das bekannteste Natriummineral.
  • Soda (Natriumcarbonat)
  • Kryolith (Eisstein)
  • Borax
  • Natronfeldspat (Albit)

Natrium stellt man heute hauptsächlich durch Schmelzflusselektrolyse von trockenem Natriumchlorid her.

Natrium – Verwendung

Für was verwendet man Natrium? Einige Beispiele sind in der folgenden Liste aufgeführt:

  • Nervenzellen benötigen Natriumionen (Natrium-Kalium-Pumpe)
  • Natriumdampflampen, Bleichmittel, Kühllegierungen oder als Katalysator bei der Herstellung von Synthesekautschuk
  • Wichtig für die Synthese verschiedener organischer Verbindungen
  • Glaubersalz $\ce{Na2SO4}$ in Waschmitteln, der Textil- und Glasindustrie und als Abführmittel
  • Natriumnitrat $\ce{NaNO3}$ und Natriumnitrit $\ce{NaNO2}$: in Pökelsalz, Dünger und Sprengstoffen, Herstellung von Farbstoffen
  • als Natriumhydrogencarbonat $\ce{NaHCO3}$ in Medikamenten gegen Magenverstimmungen und bei der Herstellung von Backwaren
  • Natriumcarbonat $\ce{NaCO3}$ zur Wasserenthärtung

Das Video Natrium

In diesem Video wird das Element Natrium einfach erklärt. Natriumverbindungen sind essentiell für die belebte Natur. Ohne sie und ohne metallisches Natrium ist die menschliche Gesellschaft nicht existenzfähig. Du erfährst alles was du für das Fach Chemie in der Schule über Natrium wissen musst.

Nach dem Betrachten des Videos hast du genügend Wissen, um in Chemie ein Referat über Natrium zu halten. Viel Spaß!

Transkript Natrium

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Natrium. Der Film gehört zur Reihe Elemente. An Vorkenntnissen solltest du die Schulchemie bis "Basen, Säuren, Salze" gut beherrschen. Ich möchte dir eine Übersicht über das chemische Element Natrium und wichtige Natriumverbindungen darbieten. Der Film besteht aus 8 Abschnitten: 1. Geschichte und Entdeckung 2. Vorkommen 3. Stellung im Periodensystem der Elemente 4. Eigenschaften 5. Reaktionen 6. Verwendung des Metalls 7. Verbindungen und ihre Verwendung 8. Zusammenfassung   1. Geschichte und Entdeckung Das Element nicht selbst, aber eine seiner wichtigen Verbindungen, ist seit der Antike bekannt. In Ägypten nannte man sie "neter". Sie diente mit Pottasche zusammen der Mumifizierung von Leichen. In Griechenland trug sie den Namen "nitron". die Römer nannten sie "nitrium" und die Araber schließlich "natrun". Einige werden es schon erraten haben. Es handelt sich um die uns heute bekannte Verbindung Natron, auch Soda genannt. Im Mittelalter spielte Salz und seine Gewinnung eine große Rolle. Im Bergbau spricht man von "Halit", von Steinsalz. Es wurde in Bergwerken oder aus Wasser gewonnen. Für viele Städte war die Bedeutung von Salzgewinnung und -handel sehr groß. Beispiele dafür sind Salzgitter, Salzburg, Halle an der Saale und Bad Reichenhall. Der Entdecker elementaren Natriums war der Engländer Davy im Jahre 1807. Er stellte das Element durch Schmelzflusselektrolyse von Natriumhydroxid her. 2. Vorkommen Das Element Natrium hat das chemische Symbol Na. In der Erdhülle kommt es zu 2,64% vor, damit nimmt es den sechsten Platz ein. Es gibt eine Vielzahl an Natriummineralen: Steinsalz (man nennt es auch Halit) aus dem wir das Kochsalz gewinnen, die Soda (Natriumcarbonat), die auch noch Kristallwasser enthält, Kryolith (Eisstein), den man bei der Aluminiumherstellung verwendet, Borax kommt in der Natur vor und hat viele chemische Anwendungen Albit ist ein Natrium-Aluminium-Silikat - man nennt es auch Natronfeldspat,   3. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente steht das Element Natrium an dieser Stelle. Das ist die erste Hauptgruppe des Periodensystems. Es handelt sich um die Alkalimetalle. Folglich ist Natrium ein Metall. Die Oxidationszahl in den Verbindungen ist +1.   4. Eigenschaften Natrium ist ein sehr unedles Metall. Es ist sehr weich. Seine Härte nach Mohs beträgt 0,5. Damit liegt es zwischen Kalium und Lithium. Natrium ist sehr leicht. Mit einer Dichte von 0,97g pro cm² ist seine Dichte geringer als die des Wassers. Es hat eine höhere Dichte als Lithium und Kalium. Natrium schmilzt niedrig, bei 98° C. Es liegt damit zwischen Kalium und Lithium.   5. Reaktionen Natrium ist leicht entzündlich und stark ätzend. An trockener Luft findet Oxidation statt. Es entsteht Natriumoxid. Bei Verbrennung hingegen bildet sich Natriumperoxid. Mit Wasser reagiert Natrium sehr heftig. Neben Wasserstoff bildet sich Natriumhydroxid. Mit Wasserstoff reagiert Natrium ebenfalls. Dafür sind eine Kohlenstoffdioxidatmosphäre und relativ hohe Temperaturen notwendig. Es entsteht Natriumhydrid. Mit den Halogenen ragiert Natrium bereits bei Raumtemperatur. Die Reaktionen können heftig sein. Es bilden sich Natriumhalogenide, Salze.   6. Verwendung des Metalls Natrium stellt man heute hauptsächlich durch Elektrolyse her. Es ist die trockene, die Schmelzflusselektrolyse, von Natriumchlorid. Um die Schmelztemperatur zu vermindern, setzt mal Calciumchlorid zu. Ein Anwendungsbereich sind die Natriumdampflampen. Die Kühllegierungen bestehen aus Natrium, und Kalium ist bei Raumtemperatur flüssig. Man fügt es zu anderen Metallen, um kalkabweisende Legierungen zu erhalten. Natrium ist Katalysator bei der Herstellung von Synthesekautschuk. Eine Reihe von natriumhaltigen Verbindungen findet in der organischen Synthese Verwendung: Natriumborhydrid und Natriumazid, Triphenylphospin und Natriumamid sowie Natriumcyanid und Natriumhydrid.   7. Verbindungen und ihre Verwendung NaCl ist Kochsalz, Halit, Steinsalz, Natriumchlorid. Laut US-Empfehlung sind 2,3 Gramm pro Tag gesund. Wir nehmen es unter anderem in Salzgurken auf. Nervenzellen benötigen Natriumionen. Der Organismus benötigt Natrium bei der Na-K-Pumpe (Natrium-Kalium-Pumpe). Natriumperoxid ist eine gelbe Verbindung. Bei der Reaktion mit Wasser bildet sie Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid. Natriumperoxid wird daher als Bleichmittel verwendet. Natriumhyperoxid. Bei der Reaktion mit Wasser bildet sich neben Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid Sauerstoff. Es findet Hydrolyse statt. Natriumhydroxid NaOH. Herstellung: Die am häufigsten industriell genutzte Methode ist die wässrige Elektrolyse von Natriumchlorid. An der Kathode entsteht Wasserstoff. Es kommt zu einem Überschuss an Hydroxidionen. Nach Eindampfen entsteht Natriumhydroxid. Fest heißt das auch Ätznatron. Es ist eine starke Base. Die wässrige Lösung nennt man Natronlauge. Ein älteres Verfahren ist die Verdrängungsreaktion. Natriumcarbonat reagiert mit Calciumhydroxid. Calciumcarbonat fällt aus, Natriumhydroxid bleibt in wässriger Lösung zurück. Natriumhydroxid ist ein chemischer Grundstoff. Natriumhydrogencarbonat und Natriumcarbonat: Die Herstellung beginnt modern mit dem Solvay-Verfahren. Natriumchlorid in Lösung reagiert mit Ammoniak und Kohlenstoffdioxid. Es entsteht Natriumhydrogencarbonat. Aus Natriumhydrogencarbonat kann man Natriumcarbonat herstellen. Es entstehen Wasser und Kohlenstoffdioxid. Dafür ist Erwärmung notwendig. Natriumhydrogencarbonat wird bei Magenverstimmungen verwendet. Außerdem findet es in der Backwarenindustrie Verwendung. Natriumcarbonat verwendet man als Wasserenthärter, außerdem in der organischen Synthese. Beide werden breit in der chemischen Industrie verwendet. Man könnte ein ganzes Buch darüber schreiben. Das giftige Salz Natriumfluorid benutzt man als Holzschutzmittel, für die Desinfektion und für die Wasserfluorierung. Natriumsulfat (Na2SO4) nennt man auch Glaubersalz. Es enthält Kristallwasser. Einige der vielen Anwendungsgebiete finden sich in Waschmitteln, in der Glasindustrie, in der Textilindustrie und als Abführmittel. Natriumnitrat NaNO3 (Chilesalpeter) und Natriumnitrit NaNO2: Aus ihnen stellt man Pökelsalz her. Auch Sprengstoffe und Düngemittel werden daraus hergestellt. Natriumnitrit dient der Diazotierung und Farbstoffherstellung. Azobenzol und analoge Farbstoffe werden daraus synthetisiert.   8. Zusammenfassung

Natriumverbindungen sind essentiell für die belebte Natur. Ohne sie und ohne metallisches Natrium ist die menschliche Gesellschaft nicht existenzfähig.   Ich bedanke mich für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen. 

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Natrium Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Natrium kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die früheren Bezeichnungen von Soda.

    Tipps

    Soda trägt auch den Namen Natron.

    Lösung

    Die oder das Soda, auch Natron genannt, ist ein Salzmineral aus der Mineralklasse der „Carbonate“. Es stellt damit das Dekahydrat des Natriumcarbonats dar. Bereits im Altertum wurde es allgemein als Reinigungsmittel unter anderem für Glas verwendet. Im alten Ägypten diente es zur Trocknung von Leichen und damit der Mumifizierung. Schon die Römer im Altertum versuchten, mit alkalischer Birkenasche oder Soda Haare zu bleichen.
    Soda ist ein wichtiger Rohstoff beziehungsweise ein wichtiges Hilfsmittel zur Herstellung von Glas, Bleichmitteln, Waschmitteln, Farbmitteln und Gerbereiprodukten.

  • Gib Orte wieder, die für die Salzgewinnung von Bedeutung waren.

    Tipps

    In einem Wappen kann man etwas aus dem Namen der Stadt erkennen.

    Lösung

    Die Salzgewinnung und Salzherstellung war für einige Städte von großer Bedeutung. Die Städte wurden dadurch geprägt. Dies findet man zum Teil in den Städtenamen wieder, zum Beispiel in Salzgitter und Salzburg. So war zu erkennen, dass die Stadt sehr mit der Gewinnung und Herstellung von Salz verbunden war. In Bad Reichenhall sind sehr viele Solequellen, was dazu führt, dass der Ort sehr gern als Kurort genutzt wird.

  • Erkläre, was passiert, wenn Natrium mit Wasser in Berührung kommt.

    Tipps

    Es entsteht eine Lauge.

    Der Universalindikator färbt sich im sauren Bereich rot und im basischen Bereich blau.

    Lösung

    Eine Glaswanne wird mit Wasser gefüllt und mit einem Universalindikator versetzt. Nun wird ein reiskorngroßes Stück Natrium mit einem Messer auf einem Wägepapier abgeschnitten und auf das Wasser gegeben. Das Stück Natrium fängt an, sich auf dem Wasser zu bewegen. Es „flitzt" über die Wasseroberfläche und fängt nach kurzer Zeit Feuer. Das Wasser färbt sich an den Stellen, in denen es mit dem Natrium in Kontakt tritt, blau. Es entsteht NaOH, welches durch den Indikator sichtbar gemacht wird. Der letzte Rest des Natriums verpufft mit einem Knall. Die kleine Flamme ist der Wasserstoff, der anfängt zu brennen. iIt einem haselnussgroßen Stück Natrium würde es eine Explosion geben.

  • Deute aus dem beschriebenen Versuch die richtige Lösung.

    Tipps

    Bei der Flammenfärbung werden verschiedenste Farben gezeigt.

    Natrium kann mit seiner starken Farbe viele Elemente überdecken.

    Lösung

    Die Methode beruht darauf, dass die Elemente oder Ionen in einer farblosen Flamme Licht spezifischer Wellenlängen abgeben. Jedes Element hat dabei eine charakteristische Farbe. Die Flammenfärbung entsteht durch Energieumwandlung von Wärmeenergie zu Strahlungsenergie. Die Umwandlung kommt durch Valenzelektronen zustande, die durch die Wärmeenergie in einen angeregten Zustand gehoben werden und unter der Abgabe von Licht wieder zurückfallen. Stoffe, mit denen Flammenfärbung möglich ist, finden aufgrund dieser Eigenschaft in der Pyrotechnik Anwendung. So ergibt beispielsweise Strontium eine kräftige Rotfärbung und Bor eine kräftige Grünfärbung. Diese Nachweismethode ist aber nicht die genaueste Methode, denn Natrium überdeckt mit seiner sehr intensiven gelben Flammenfärbung des Natriums oft alle anderen Flammenfärbungen.

  • Nenne die Anwendungen von Natriumhydrogencarbonat.

    Tipps

    Natriumhydrogencarbonat wird auch Soda oder Natron genannt.

    Lösung

    Natriumhydrogencarbonat hat die Summenformel $NaHCO_3$. Es wird als Mittel gegen Sodbrennen wegen der Neutralisationswirkung unter Bildung von ungiftigen Reaktionsprodukten ($CO_2$ und Wasser) verwendet. Allerdings gilt es heute als veraltet. Außerdem wird es als Backpulver bzw. Triebmittel in Kuchen und Gebäck verwendet. Auch in Brausepulvern kann es vorkommen. In Zahnpasta kann es als Abriebmittel verwendet werden, denn dadurch sollen die Zähne weißer werden.

  • Erschließe, was Natrium vor Oxidation schützt.

    Tipps

    Es handelt sich um eine Lösung.

    Es darf kein Sauerstoff vorhanden sein.

    Lösung

    Unter Normalbedingungen ist Natrium ein wachsweiches, silberglänzendes und hochreaktives Metall. Wegen seiner starken Reaktivität wird elementares Natrium unter inerten Bedingungen gelagert, meistens in Paraffinöl oder Petroleum, bei größeren Mengen in luftdicht verschlossenen Stahlfässern. Wenn es sich um kleinere Mengen handelt, reichen kleine Glasgefäße aus. Inert bedeutet, dass Natrium sich an bestimmten chemischen Vorgängen nicht beteiligen kann. Beim Natrium ist es wichtig, dass es nicht mit dem Sauerstoff in der Luft reagieren kann.

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