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Natrium

Li - Na - K - Rb - Cs - Fr

Ein Versuch mit Natrium

Natrium ist wohl das wichtigste Alkalimetall, nicht nur in der Industrie und Wirtschaft, sondern auch im Chemieunterricht. Das liegt wohl daran, dass Natriumsalze allgegenwärtig sind, man denke da nur an das Kochsalz (Natriumchlorid), und dass man Natrium sehr leicht und kostengünstig gewinnen kann.

Versuch
Reaktion von Natrium mit Wasser

Durchführung (Lehrerversuch im Abzug!):

Eine große Glaswanne wird mit Leitungswasser gefüllt, dem ein paar Tropfen Phenolphthaleinlösung zugesetzt wurden.

Dann wird mit dem Küchenmesser ein kleines Stück Natrium von einem größeren Natriumstück abgeschnitten. Das Natriumstück muss anschließend vollständig entrindet werden, alle Seiten des Stücks müssen metallisch glänzen.

Anschließend wird das Natriumstück mit der Pinzette in die Schüssel mit dem Wasser gegeben. Dann wird die Scheibe des Abzugs sofort heruntergezogen.

Beobachtungen:

Das Natriumstück flitzt auf dem Wasser hin und her, dabei kann man ein mehr oder weniger lautes Zischen vernehmen. Das Natriumstück wird immer kleiner und formt sich dabei zu einer Kugel. Manchmal sind auch gelbe Flammen zu beobachten, wenn die Kugel auf dem Wasser hin- und herflitzt. Oft gibt es auch am Ende einen kleinen Knall, und die restliche Kugel zerplatzt.

Erklärungen

Nun wollen wir auch diesen Versuch deuten. Wieder ist es bemerkenswert, dass wir das Metall Natrium überhaupt mit einem Messer durchschneiden können. Natrium ist ein sehr weiches Metall, sogar noch weicher als Lithium.

Bei der Reaktion mit Wasser entsteht ein farb- und geruchloses Gas, das man mit Hilfe der Knallgasprobe leicht als Wasserstoff identifizieren könnte, was wir aber aus Sicherheitsgründen nicht machen. Der Wasserstoff entsteht gemäß folgender Reaktionsgleichung:

2 Na + 2 H2O ===> 2 NaOH + H2

Aus festem Natrium und flüssigem Wasser bildet sich gasförmiger Wasserstoff sowie im Wasser gelöstes Natriumhydroxid NaOH. Dieses Natriumhydroxid verleiht dem Wasser alkalische Eigenschaften; das Phenolphthalein färbt sich rot, und das Wasser fühlt sich seifig an. Es ist Natronlauge entstanden, die wässrige Lösung von Natriumhydroxid.

Warum aber flitzt das Natriumkügelchen auf der Wasseroberfläche hin- und her?

Bei der Reaktion mit Wasser entsteht gasförmiger Wasserstoff. Dieses Gas kann nicht vollständig nach oben entweichen, ein Teil verbleibt unter der Natriumkugel. Diese schwimmt sozusagen auf einem Wasserstoffkissen. Durch den Rückstoß, der sich bei der Gasentwicklung ergibt, flitzt die Kugel dann auf der Wasseroberfläche hin- und her.

Wieso bildet sich bei der Reaktion überhaupt eine Kugel?

Bei der exothermen Reaktion wird so viel Energie frei, dass das Natriumstück schmilzt - der Schmelzpunkt von Natrium beträgt ja auch nur 98 ºC, das ist für ein Metall sehr wenig. Flüssige Körper nehmen stets eine Form an, bei der ihre Oberfläche minimal ist - die Kugelform eben. Das kann man schön in Sciencefiction-Filmen sehen, wenn in der Schwerelosigkeit Wasser verschüttetet wird, das Wasser bildet dann auch kleine Kugeln.

Das Element Natrium

Natrium, das Element mit der Ordnungszahl 11, wurde 1807 von DAVY durch Schmelzflusselektrolyse gewonnen. Natrium ist ein leichtes Metall. Es hat eine Dichte von 0,97 g/cm3 und schwimmt daher gerade noch auf dem Wasser. Außerdem ist Natrium ein sehr weiches Metall, man kann es mit dem Messer schneiden, leichter als Lithium. Es schmilzt bereits bei 98 ºC, also wesentlich eher als Lithium, und die Siedetemperatur beträgt 890 ºC, also ebenfalls niedriger als bei Lithium. Im Vergleich zu anderen Metallen ist Natrium sehr reaktiv. An der Luft läuft es innerhalb weniger Minuten trüb an, und mit Wasser reagiert Natrium heftig unter Bildung von Wasserstoff.

Aufgrund seiner Eigenschaften könnte man annehmen, dass Natrium gar kein "richtiges" Metall ist. Das Element Natrium weist aber dennoch alle Eigenschaften eines typischen Metalls auf. Wenn man ein Stück Natrium durchschneidet, glänzt die Schnittfläche metallisch. Außerdem leitet Natrium den Strom recht gut und ist auch ein guter Wärmeleiter. Schließlich geht Natrium chemische Reaktionen mit Nichtmetallen ein, die für viele Metalle typisch sind.

Wegen seiner hohen Reaktivität kommt Natrium in der freien Natur nicht in elementarer Form vor, sondern nur in Form von Natriumsalzen wie Natriumchlorid oder Natriumcarbonat. Diese Salze werden wie auch das Element vielfältig eingesetzt; alle Anwendungen hier aufzuzählen, würden den Rahmen sprengen.

Flüssiges Natrium - man soll es nicht glauben - wird wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und wegen seines geringen Schmelzpunktes als "Kühlmittel" in Flugzeugmotoren und Kernkraftwerken verwendet. In den Natriumdampflampen, die man oft an Straßenkreuzungen, Fußgängerüberwegen oder anderen Gefahrenstellen sieht, befindet sich metallisches Natrium. Wenn die Lampe leuchtet, verdampft das Natrium und strahlt gelbes Licht aus, das aufgrund seiner Wellenlänge auch Nebel, Regen oder Dunst durchdringt. In der Natrium/Schwefel-Batterie wird ebenfalls metallisches Natrium eingesetzt. Diese Batterie - eigentlich ein Akkumulator - liefert viermal so viel Energie wie ein Bleiakku, der immer noch in den meisten Fahrzeugen eingesetzt wird.

Hergestellt wird Natrium durch Chloralkali-Elektrolyse, dabei wird Natriumchlorid-Lösung oder geschmolzenes Natriumchlorid in seine Elemente Natrium und Chlor zerlegt.

Weitere Einzelheiten im Lexikon-Artikel "Natrium" sowie unter "externe Links" in der rechten Randspalte.