Na

Natrium


Natrium is bijzonder reactief. Net als de andere alkalimetalen uit groep 1 is het pas stabiel als het z'n buitenste elektron kan afstaan. Het zachte, zilverachtige element gaat vooral gemakkelijk verbindingen aan met de halogenen aan de andere kant van het periodiek systeem (groep 17). Die hebben juist een elektron nodig voor stabiliteit. Keukenzout (natriumchloride) is het bekendste voorbeeld van zo'n verbinding. Je vindt natrium in nog veel meer zouten en ook in zepen. Het geeft een karakteristiek gele kleur aan verkeerslampen en speelt als natriumazide een levensreddende rol in airbags. Mensen kunnen niet zonder natrium: het is onder andere van belang voor het functioneren van zenuwen, de vochtbalans in cellen en de bloedsomloop.
Symbool Na Protonen/elektronen 11
Groep 1 Isotopen 23Na
Periode Elektronenconfiguratie [Ne] 3s1
Blok s Elektronegativiteit 1,0 (Pauling)
Bij kamertemperatuur vast Atoomstraal 186 10-12m
Dichtheid 970 kg m-3 Relatieve atoommassa 22.9898
Smeltpunt 98 oC
(371 K)
Soortelijke warmte 1230 J kg-1K-1
Kookpunt 883 oC
(1156 K)
Warmtegeleidingscoëfficiënt 142 W m-1K-1

Wegverlichting

De bekende oranjegele verlichting van (snel)wegen is te danken aan gasontladingslampen gevuld met natrium en een edelgas (vaak neon). De elektrische energie stimuleert natriumatomen tot het uitzenden van karakteristiek heldergeel licht met golflengtes van 589 en 589,6 nm. De natriumlamp werd pas mogelijk na de ontwikkeling van het zeer resistente boorsilicaatglas, dat bestand is tegen het agressieve metallisch natrium.

 

Aangezien natrium bij kamertemperatuur een vaste stof is, wordt neongas gebruikt om de lamp te starten. Dit geeft de lamp in eerste instantie een roodachtig (neon)licht. Pas als de temperatuur hoog genoeg is om het natrium te verdampen krijgt de lamp de volle lichtsterkte. Door de menging van het neon- en natriumspectrum is het licht dan enigszins oranje. Er zijn hogedruk- en lagedruklampen. In de lichtere en kleinere hogedruklampen zijn ook andere gassen zoals xenon te vinden. Deze lampen zijn minder gelig, ze hebben een breder kleurenspectrum.

Airbag

Het airbagsysteem in een auto bestaat uit drie onderdelen: een elektronische detector die een botsing registreert, een gasgenerator met een uitgekiend mengsel van chemicaliën en een nylon zak die bliksemsnel met stikstof wordt opgeblazen.

Het stikstof wordt geproduceerd door de gasgenerator. Die bevat een mengsel van natriumazide (NaN3), kaliumnitraat (KNO3) en siliciumdioxide (SiO2). Op het moment van botsing vindt er via elektrische weg ontsteking plaats. Dit zet een bliksemsnelle reactie in gang waarbij het natriumazide ontleedt tot stikstof en natrium:

2 NaN3   ???   2 Na  +  3 N2

Het gevormde natrium reageert met de aanwezige kaliumnitraat:

10 Na + 2  KNO3     ???   K2O   +   5 Na2O  + N2

De beide oxiden vormen vervolgens met siliciumdioxide een glasachtig materiaal:

K2O   +   5 Na2O   + SiO2    ???    glas 

Door de snelle detectie en activatie is een airbag binnen 60 tot 80 milliseconden volledig opgeblazen.

 

Meer toepassingen


Als element

  • bereiding van metalen, bijvoorbeeld titanium en zirkonium (door reductie)
  • goudwasserij (Na-amalgaam)
  • katalysator (onder andere voor polymerisatie van butadiëen)

Toepassing in verbindingen

  • badzout                                                                                             Na2P4O7
  • bakpoeder                                                                                         NaHCO3
  • bleekmiddel voor papier, hout                                                           Na2O2
  • conserveringsmiddel voor vlees en vleeswaren                              natriumlactaat
  • cosmetica                                                                                         natriumlaurylsulfaat, natriumstearaat
  • desinfectiemiddelen                                                                          NaOCl, NaBO2,Na2S2O5
  • frisdrank                                                                                            NaHCO3
  • gebitsreiniging                                                                                   NaBO2
  • kaas- en ijsbereiding                                                                         Na2P4O7
  • keukenzout                                                                                        NaCl
  • melkglas                                                                                            NaAlO2
  • ontstopper voor afvoeren/leidingen                                                   NaOH
  • tandpasta                                                                                          natriumlaurylsulfaat
  • vlekverwijderaar                                                                                NaBO2
  • vuurwerk                                                                                           NaNO3
  • was(bleek)middel                                                                              natrium-perboraat-silicaat: Persil®

 

Naam

De Zweedse chemicus Jöns Jacob Berzelius gaf het element de naam natrium aangezien het voorkwam in natriumcarbonaat (soda). De Grieken noemden dat nitron en de Arabieren natrun.

 

De Engelse benaming sodium werd voorgesteld door Humphry Davy (foto) die het element als eerste isoleerde. Hij leidde de naam af van soda, dat al sinds oude tijden in gebruik is als wasmiddel maar ook als middel tegen hoofdpijn. Het Latijnse sodanum betekent ???remedie tegen hoofdpijn???. Suda is het Arabische woord voor hoofdpijn.

Ontdekking

In 1702 vermoedde de Duitse chemicus Georg Ernst Stahl al een verschil tussen soda (Na2CO3) en potas (K2CO3). In 1736 toonde zijn Franse vakgenoot Henri Louis Duhamel du Monceau aan dat er een verschil was tussen de basen kaliloog (KOH) en natronloog (NaOH). Het duurde tot 1807 voordat Humphry Davy er in slaagde (metallisch) natrium af te scheiden door elektrolyse van gesmolten natriumhydroxide (NaOH). 

Voorkomen

Er zit veel natrium in de aardkost: met een gewichtsaandeel van 2,36% staat het element op plaats 6 in de lijst van meestvoorkomende elementen. Vanwege zijn hoge reactiviteit wordt het nooit in zijn zuivere elementaire vorm aangetroffen.

 

De voornaamste natriumhoudende mineralen zijn:

  • albiet                                                  NaAlSi3O8
  • borax                                                  Na2B4O5(OH)4.8H2O
  • haliet of steenzout (foto)                    NaCl
  • jadeïet                                                Na(Al,Fe+3)Si2O6
  • kerniet                                                Na2B4O6(OH)2.3H2O
  • kryoliet of ijssteen                              Na3AlF6
  • mirabiliet                                             Na2SO4.10H2O
  • sodaliet                                               Na8Al6Si6O24Cl2
  • sylviniet                                              KCl.Na­Cl
  • ulexiet                                                 NaCaB5O6(OH)6.5H2

In de oceanen is ongeveer 1,08% natrium aanwezig, het is daar 't op drie na meest voorkomende element (na zuurstof, waterstof en chloor). Het menselijk lichaam bevat ongeveer 0,14% natrium (als tiende element). Het is essentieel voor het functioneren van zenuwen en spieren. Teveel natrium is slecht voor de nieren en kan de bloeddruk verhogen.

Winning

Zoutmeren zijn een belangrije bron voor zowel natrium- als kaliumzouten (voornamelijk chloriden), zoals bijvoorbeeld het Great Salt Lake (Utah, V.S.) en de Dode Zee (Israël, foto). Een ton water uit zoutmeren bevat gemiddeld 10,6 kg natriumchloride (ongeveer 77 % van alle opgeloste stof), eén ton zeewater 35 kg. Eén ton water uit de Dode Zee bevat 280 kg opgeloste zouten.

 

Andere wingebieden voor natriumzouten - voornamelijk (steen)zout of soda (natriumcarbonaat) - liggen in de Verenigde Staten van Amerika, Rusland (met name Siberië), Armenië, Oekraïne (De Krim), Canada, Zuid-Amerika, China, India, Tibet, Mongolië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Duitsland, Spanje, Portugal, Italië en Frankrijk. In sommige van deze landen wordt zout uit zeewater gewonnen.

Vroeger

Natrium werd verkregen door elektrolyse van gesmolten natriumhydroxide (NaOH) bij 330 °C via het zogenoemde Castner-procédé (diagram). Dit is een weinig efficiënt proces: de opbrengst bedraagt slechts 50 %.

  

Tegenwoordig

Nu wint men natrium volgens het zogenoemde Downs-procédé. Dit behelst elektrolyse van een gesmolten mengsel van natrium-, calcium- en bariumchloride (NaCl, CaCl2, BaCl2) bij 600oC. De anode is daarbij van grafiet en de kathode van ijzer. Met een opbrengst van zo'n 90% is dit een veel efficiënter proces.

Deel dit op: