Natrĭum [1]

[447] Natrĭum (Sodium) Na, Alkalimetall, findet sich nicht im freien Zustand in der Natur, aber weitverbreitet in zahlreichen Verbindungen. N. ist das Metall aller Natronsalze, von denen sich Chlornatrium als Steinsalz, salpetersaures Natron als Chilisalpeter, kohlensaures Natron als Urao und Trona, borsaures Natron als Borax, schwefelsaures Natron als Glauberit, Fluornatrium im Kryolith, kieselsaures Natron im Nephelin, Sodalith, Andesin, Albit, Labradorit etc. findet. Geringe Mengen oder Spuren von Natronsalzen fehlen kaum in irgend einem Mineral. Ebenso enthält jede Ackererde und jedes Gewässer Natronsalze, und manche Quellen und das Meerwasser sind sehr reich daran. Auch im Pflanzenreich ist N. sehr verbreitet, in den Landpflanzen aber treten Natriumverbindungen gegen Kaliumverbindungen zurück. Strandpflanzen und Seegewächse sind reich an N. Im tierischen Organismus sind Natriumverbindungen allgemein verbreitet, am reichlichsten im Blutserum, während Kalium in den Blutkörperchen auftritt. Zur Darstellung von N. erhitzt man ein inniges Gemisch von kohlensaurem Natron mit Kohle und Kreide in einem Destillationsapparat auf Weißglut. Dabei entzieht die Kohle der Kohlensäure und dem Natron Sauerstoff, und es entweichen Kohlenoxyd und Natriumdämpfe, welch letztere in einer platten, kastenartigen Vorlage verdichtet werden. Aus dieser tropft das N. in ein mit Steinöl gefülltes Gefäß. Castner erhitzte Natriumhydroxyd mit Eisenkarbid auf 800°. Dabei bildet der Sauerstoff des Natriumhydroxyds mit Kohlenstoff Kohlensäure, und diese verbindet sich mit einem Teil des Natriumhydroxyds, während Wasserstoff entweicht. Die Natriumdämpfe werden in das Kondensationsgefäß geleitet. Der Vorzug des Verfahrens liegt in der niedrigen Temperatur bei der Destillation, der schnellen Ausführung der Operation und dem geringen Kostenaufwand für Gefäße. Gegenwärtig wird N. elektrolytisch aus Ätznatron dargestellt. Castner erhitzt dies in einem eisernen Gefäß, durch dessen Boden eine zylindrische Kathode geht. Die Anode bildet ein Eisenzylinder, der die Kathode in einigem Abstand umgibt. Über der Kathode befindet sich ein zylindrisches Gefäß, das bis in die Schmelze reicht; darin sammeln sich die aufsteigenden Natriumkügelchen, die man von Zeit zu Zeit ausschöpft. N. kann auch elektrolytisch aus Chlornatrium dargestellt werden, doch ist es vorteilhaft, ein Gemenge von Chlornatrium, Chlorkalium und Chlorstrontium, anzuwenden, um den Schmelzpunkt herabzusetzen und die Bildung von Subchlorür zu vermeiden. Das erhaltene Metall ist frei von Strontium, enthält aber[447] 3 Proz. Kalium, das durch oxydierendes Schmelzen entfernt werden kann. Der nach Grabau anzuwendende Apparat (Fig. 1 u. 2) besitzt ein von einem als Luftbad dienenden Mantel m umgebenes Schmelzgefäß g, das bei Beginn der Operation durch die Feuerung ff geheizt wird. Konzentrisch um die Kathodenpolzelle p befindet sich eine Reihe von durch eine gemeinschaftliche Leitung l verbundenen, aus Graphitkohle angefertigten Anoden aa, während die Stromleitung zu der Kathode k, einer an starkem Eisendraht befestigten Eisenscheibe, vermittelst des eisernen Aufsatzes b geschieht. Letzterer ist mit dem Körper der eigentlichen Kathodenpolzelle dicht verbunden und trägt das zur Abführung des im obern Teile dieser letztern sich ansammelnden Alkalimetalles bestimmte Rohr c, außerdem eine Bohrvorrichtung d zur Beseitigung etwaiger Verstopfungen vor der Abzweigung des Rohres c.

Fig. 1 u. 2. Apparat zur Darstellung von Natrium.

Das durch einen Deckel e luftdicht abgeschlossene Schmelzgefäß wird bis zum Niveau nn mit der Schmelze gefüllt; die Nachfüllung des Salzgemisches geschieht durch die Deckelöffnung o, während das in der Anodenabteilung entwickelte Chlor durch das Rohr h abgeleitet wird. Die Kathodenpolzelle p ist ein doppelwandiges Gefäß, das dadurch gebildet wird, daß man von dem untern Rande der eigentlichen, die Kathoden umgebenden Polzelle z₁ aus eine Wand z₂ bis über das Niveau nn der Schmelze führt, so daß der Raum zwischen den Wandungen von z, und z₂ mit Luft gefüllt bleibt. Der elektrische Strom kann daher nur an der untern Öffnung der Polzelle p, nicht aber durch die Wandungen derselben seinen Weg finden. Auch bewirkt die kühlende Wirkung der Luftschicht, daß die Beschickung an der Oberfläche der äußern und innern Wandungen der Polzelle starr bleibt und mithin nicht zerstörend auf das Material der Gefäße wirken kann. Das im obern Teile der Kathodenpolzelle sich sammelnde flüssige N. wird durch den Druck der im Außenraum befindlichen spezifisch schwereren Schmelze bis zur Mündung des Abflußrohres c getrieben und gelangt in die mit Wasserstoff oder Stickstoff gefüllte Glocke i, die in dem mit Petroleum gefüllten Behälter r hängt. Hier sammelt sich das erstarrende Metall.

N. kann in einem trocknen Gefäß ziemlich lange aufbewahrt werden, da eine sich alsbald bildende Oxydschicht die weitere Oxydation verhindert. In den Handel kommt N. in luftleeren Blechbüchsen oder in Stangen, die man mit geschmolzenem Paraffin überzieht oder unter Erdöl verpackt. N. ist bei gewöhnlicher Temperatur knetbar wie Wachs, in der Kälte spröde, schmilzt bei 96°, siedet bei 742°, gibt bei Rotglut farblosen Dampf, spez. Gew. 0,974, Atomgewicht 23,05. Das Flammenspektrum zeigt nur eine sehr glänzende gelbe Linie, die mit der Linie D des Sonnenspektrums zusammenfällt. N. ist auf frischer Schnittfläche silberweiß, läuft aber an der Luft sofort an, indem sich Natriumhydroxyd und kohlensaures Natron bilden. Es besitzt eine sehr große Neigung, sich mit andern Elementen zu verbinden, steht darin aber doch dem Kalium nach. Wie dieses, rotiert es auf Wasser, indem es dieses zersetzt und sich mit seinem Sauerstoff verbindet; aber der dabei frei werdende Wasserstoff entzündet sich nur, wenn das Wasser erwärmt ist oder das Metall an einer Stelle festgehalten wird. Beim Erhitzen an der Luft verbrennt es mit gelaer Flamme zu Natriumoxyd und Natriumsuperoxyd. Seine Verbindungen sind denen des Kaliums analog und so ähnlich, daß sie in vielen Fällen dieselben vertreten können. Es ist meist einwertig und bildet mit Sauerstoff zwei Oxyde, von denen das Natriumoxyd (Natron) Na₂O weitaus am wichtigsten ist. Mit 2–10 Teilen Kalium bildet es eine bei gewöhnlicher Temperatur flüssige Legierung, die wie Quecksilber aussieht und die Verbindung NaK₂ enthält. Legierungen mit wenig Kalium sind spröde und fest. N. dient zur Gewinnung von Aluminium, Magnesium, Silicium und andern Metallen, von reinem Natriumhydroryd, Natriumsuperoxyd und technischem Cyankalium für die Goldgewinnung. zur organischen Synthese (z. B. Darstellung von Acetessigester und Antipyrin). Bei der Goldgewinnung mittels Quecksilbers setzt man zu letzterm N. zu, um die Amalgamierung des Goldes zu befördern. N. wurde zuerst 1807 von Davy dargestellt.