Hulp bij leren Periodiek systeem

Natrium

chemisch-element

11

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

Protonen/elektronen

Groep

Isotopen

²³Na

Periode

Elektronenconfiguratie

[Ne] 3s¹

Blok

Elektronencofiguratie Bohr

2,8,1

Bij kamertemperatuur

vast

Elektronegativiteit

1,0 (Pauling)

Dichtheid

970 kg m^-3

Atoomstraal

186 ^.10^-12m

Smeltpunt

98 ^oC (371 K)

Relatieve atoommassa

22.9898

Kookpunt

883 ^oC (1156 K)

Soortelijke warmte

1230 J kg^-1K^-1

Warmtegeleidingscoëfficiënt

142 W m^-1K^-1

Selecteer

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

Naam & ontdekking

Voorkomen

Bereiding

Beeld en audio

Toepassingen

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:

$2 {NaN}_{3} \to 2 Na + 3 N_{2}$

Het gevormde natrium reageert met de aanwezige kaliumnitraat:

$10 Na + 2 {KNO}_{3} \to K_{2} O + 5 {Na}_{2} O + N_{2}$

De beide oxiden vormen vervolgens met siliciumdioxide een glasachtig materiaal:

$K_{2} O + 5 {Na}_{2} O + {SiO}_{2} \to glas$

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 & ontdekking

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. 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)₆.5H₂O

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.

Bereiding

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 600^oC. De anode is daarbij van grafiet en de kathode van ijzer. Met een opbrengst van zo’n 90% is dit een veel efficiënter proces.

Bekijk foto’s en filmpjes