Natrium wird seit Milliarden Jahren aus Gesteinen und Böden gelöst und gelangt so in die Ozeane, wo es etwa 50.106 Jahre verbleibt. Der Natriumgehalt in Meerwasser liegt bei etwa 11000 ppm. Flusswasser enthält im Allgemeinen nur circa 9 ppm.
Trinkwasser enthält etwa 50 mg Natrium pro Liter. Bei Mineralwasser und vor allem Heilwasser liegt dieser Wert wesentlich höher.
In gelöster Form ist Natrium fast immer als Na+-Ion zu finden.
Wie und in welchen Verbindungen reagiert Natrium mit Wasser?
Elementares Natrium reagiert sehr stark mit Wasser. Die Reaktionsgleichung lautet:
2Na(s) + 2H2O -> 2NaOH(aq) + H2(g)
Zahlreiche Natriumverbindungen reagieren hingegen nicht so heftig mit Wasser, sondern lösen sich langsam in diesem.
Abbildung: www2.uni-siegen.de
Wasserlöslichkeit von Natrium und/oder seinen Verbindungen
Für die Wasserlöslichkeit von Natriumverbindungen gibt es einige Beispiele.
Die wohl bekannteste Natriumverbindung ist Natriumchlorid (NaCl), oder auch Kochsalz. Bei 20oC ist die Wasserlöslichkeit dieser Verbindung 359g/L. Sie ist jedoch beinahe Temperatur unabhängig.
Auch Natriumcarbonat (Na2CO3) lässt sich in Wasser lösen. Die Löslichkeit bei 20oC liegt bei 220g/L.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann
Wie kann Natrium ins Wasser gelangen?
Schon auf natürlichem Wege gelangen viele Natriumverbindungen ins Wasser. Wie bereits erwähnt, wird es aus Gesteinen und Böden gewaschen. Nicht nur Meerwasser enthält viel Natriumchlorid, auch alle Flüsse und Seen enthalten Natriumverbindungen, wenn auch in viel geringerem
Maße, abhängig von geologischen Verhältnissen und Kontamination mit Abwasser.
Natriumverbindungen haben viele Verwendungszwecke in der Industrie und können so schließlich ins Wasser gelangen. So werden sie zur Herstellung von Antiklopfmitteln, in der Metallurgie, als Kühlmittel, etwa in Kernreaktoren, und in Gasentladungslampen verwendet. Natriumnitrat wird oft als Düngemittel verwendet.
60% des Natriumchlorids wird in der chemischen Industrie genutzt, wo es ungewandelt wird zu
Chlorgas, Natriumhydroxid oder Natriumcarbonat. Weitere 20% nutzt man in der Lebensmittelindustrie als Konservierungsmittel oder Geschmacksverstärker. Das restliche Kochsalz wird z.B. im Winter als Streusalz oder für ähnliche Zwecke verwendet.
Natriumhydroxid wird zur Entfernung von Verstopfungen in Abflussrohren verwendet und Natriumcarbonat wird bei der Abwasserbehandlung genutzt, um Säuren zu neutralisieren. Natriumhydrogencarbonat findet Verwendung als Backtriebmittel, in der Textil-
und Lederindustrie und der Herstellung von Seifen und Reinigungsmitteln.
In Sanitärreinigern wird das Element auch in Form von Natriumhypochlorit genutzt.
Mit Hilfe von Natrium-Metall werden Beryllium, Thorium, Titanium und Zirkonium extrahiert. In Straßenbeleuchtung wird oft ein kleines Stück Natrium in neonhaltige Lampen geschweißt, die so weniger Elektrizität verbrauchen.
Das radioaktive 24Na wird zu medizinischen Untersuchungen genutzt.
Welche Umweltprobleme können durch Wasserverunreinigung mit Natrium entstehen?
Natrium wird der Wassergefährdungsklasse 2 (WGK 2) zugeordnet und ist somit ein wassergefährdender Stoff. Natriumchlorid hingegen ist als Stoff der Wassergefährdungsklasse 1 nur schwach wassergefährdend.
Natrium ist ein essentieller Stoff für Tiere, wohingegen Pflanzen kaum Natrium enthalten. Die Fischtoxizität von Natrium liegt bei der Goldorfe bei einem LC50-Wert
(Letalkonzentration; Konzentration, bei der 50% einer Population sterben) von 157 mg/L. Das in Sanitärreinigern enthaltene Natriumhypochlorit kann zur Bildung von chlorierten Kohlenwasserstoffen beitragen und auf diese Weise das Abwasser stark belasten. Natürlicherweise besteht Natrium nur aus einem stabilen Isotop (23Na). Es gibt jedoch auch 13 instabile Isotopen dieses Elements. Die Radiotoxizitätsklasse von Natrium ist „mittel“.
Welche Gesundheitseffekte kann Natrium im Wasser verursachen?
Natrium ist im menschlichen Körper mit circa 100g enthalten. Es ist ein essentielles Element, dessen Ionen etwa für Nervenfunktionen mitverantwortlich sind. Im Blutserum ist es dann auch mit 3,3 g/L enthalten und reguliert die extrazelluläre Flüssigkeit, das Säure-Base-Gleichgewicht und das Membranpotential, oft in Zusammenarbeit mit Kalium.
Natrium kann jedoch vor allem in Form von Kochsalz auch überdosiert werden. So
können etwa ein erhöhter Blutdruck, Arterienverkalkung, Ödeme, Hyperosmolarität, Verwirrtheit und Entzündungsneigung durch zu viel Na+ verursacht werden.
Eine zu geringe Natriumaufnahme führt zu Dehydrierung, Konvulsionen (Schüttelkrämpfen), Muskelschwäche, verlangsamtem Wachstum und Benommenheit.
Normalerweise muss man täglich circa 300 mg Natriumchlorid zu sich nehmen um das Natriumgleichgewicht zu halten. Einen erhöhten Natriumbedarf hat der Mensch bei Durchfallerkrankungen
und anderen Gesundheitsschäden mit hohem Salzverlust. Die durchschnittliche Einnahme von Kochsalz bei Erwachsenen liegt bei 9 g, was etwa 4 g Natrium entspricht. Bei Herz- und Nierenerkrankungen sollte man auf eine Salzarme Ernährung achten.
Kochsalzlösung wurde früher als Brechmittel verwendet. Natronlauge kann zu tiefgreifenden Verätzungen führen.
Welche Wasserreinigungstechnologien können genutzt werden um Natrium zu entfernen?
Die
Entfernung von Kochsalz aus Wasser kann z.B. durch Umkehrosmose, Elektrodialyse, Destillation oder Ionenaustauscher realisiert werden. Der sparsamste Prozess, was Energie und Geld angeht, ist wohl die Umkehrosmose.
Natrium wird auch selbst zur Wasserreinigung genutzt. So kann es als Gegenion zu Calcium
und Magnesium bei der Wasserenthärtung fungieren. Natronlauge und Natriumpercarbonat können Säuren neutralisieren. Natriumbisulfit (NaHSO3) wird für die Reduktion stark oxidierender Chemikalien, Natriumsulfid (Na2S) zur Fällung komplexgebundener Schwermetalle genutzt.
Die Trinkwassernormen der EU und Deutschlands geben eine maximale Natriumkonzentration von 200 mg/l vor.
Trinkwassernormen im Vergleich
Quellenangaben
Zum Periodensystem der Elemente
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