Wenn Natrium in eine kleine Menge Wasser getropft wird, fängt es Feuer. Welches der folgenden Dinge verbrennt dabei?

[was verbrennt wenn natrium in wasser reagiert]: 560 Grad

Das Phänomen, was verbrennt wenn natrium in wasser reagiert, basiert auf einem hochgradig exothermen Prozess. Die plötzlich freigesetzte Hitze führt zur sofortigen Entzündung eines gasförmigen Reaktionsprodukts an der Luft, was besondere Sicherheitsmaßnahmen erfordert. Die genaue Kenntnis dieser heftigen chemischen Reaktion schützt vor unerwarteten Gefahren im Labor.

Die schnelle Antwort: Welcher Stoff brennt bei der Reaktion?

Wenn das Alkalimetall Natrium mit Wasser in KOntakt kommt, verbrennt dabei das hochentzündliche Gas Wasserstoff. Bei dieser chemischen Reaktion wird schlagartig so viel Energie freigesetzt, dass sich der entstehende Wasserstoff sofort entzündet und mit einer charakteristischen gelben Flamme verbrennt.

Viele Beobachter glauben im ersten Moment, dass das Metall selbst brennt. Das ist jedoch ein Irrtum. Ich habe dieses Experiment im Labor oft durchgeführt - und es fasziniert mich jedes Mal aufs Neue. Es ist die enorme Hitzeentwicklung, die das unsichtbare Wasserstoffgas entflammt, während das Natrium als geschmolzene Kugel auf der Oberfläche tanzt.

Was passiert chemisch bei der Reaktion von Natrium und Wasser?

Die chemische Reaktion zwischen Natrium und Wasser ist eine sogenannte Redoxreaktion. Das unedle Metall Natrium gibt sehr leicht Elektronen ab und oxidiert. Wasser nimmt diese Elektronen auf und wird dabei reduziert. Als Endprodukte entstehen gasförmiger Wasserstoff und gelöstes Natriumhydroxid, besser bekannt als Natronlauge.

Die grundlegende Reaktionsgleichung lautet: 2 Na + 2 H2O -> 2 NaOH + H2

Das Besondere hierbei ist der natrium wasser exotherm wasserstoffgas Charakter des Prozesses. Exotherm bedeutet, dass während des Vorgangs viel Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Da die Dichte von Natrium mit rund 0,97 Gramm pro Kubikzentimeter geringer ist als die von Wasser, versinkt das Metall nicht. Es schwimmt oben. Durch die rasche Wärmeentwicklung schmilzt das Stückchen Natrium sofort zu einer glänzenden Kugel, da sein Schmelzpunkt bei knapp 98 Grad Celsius liegt. ^[2]

Warum entzündet sich der Wasserstoff von selbst?

Wasserstoffgas benötigt zur Entzündung an der Luft eine Zündquelle oder eine ausreichende Aktivierungsenergie. Bei einer Zündtemperatur von etwa 560 Grad Celsius brennt das Gas selbstständig.^[3] Da das reagierende Natrium extrem viel Hitze erzeugt, wird dieser kritische Punkt in Sekundenschnelle überschritten. Aber es gibt einen Haken.

Wenn das Natriumstückchen absolut frei auf einer großen Wasseroberfläche gleiten kann, verteilt sich die Wärme manchmal zu schnell im Wasser. Der Wasserstoff strömt dann einfach ungehindert ab. Fixiert man das Metall jedoch an einer Stelle - zum Beispiel mithilfe eines Filterpapiers - konzentriert sich die thermische Energie auf einen winzigen Raum. Die Zündtemperatur wird erreicht. Der natrium wasser reaktion wasserstoff brennt Prozess wird sichtbar.

Die gelbe Farbe der Flamme ist übrigens kein Beweis dafür, dass Natrium brennt. Sie resultiert aus der sogenannten Flammenfärbung. Winzige Natriumionen werden durch die enorme Hitze des brennenden Wasserstoffs energetisch angeregt und strahlen ein intensives gelbes Licht aus. Es ist also eine optische Täuschung: Welches Gas brennt bei Natrium in Wasser ist somit klar beantwortet, denn der Wasserstoff brennt, aber das Natrium leuchtet.

Die Gefahr der Knallgasreaktion und Explosion

Wenn Wasserstoff unkontrolliert mit dem Luftsauerstoff reagiert, spricht man von einer Knallgasreaktion. Solange der Wasserstoff direkt bei der Entstehung an der Oberfläche verbrennt, läuft der Prozess relativ kontrolliert ab. Kritisch wird es, wenn sich das Gas vor der Entzündung mit viel Sauerstoff vermischt. Es kommt zu einer schlagartigen Explosion.

Zusätzlich bildet sich während der reaktion von natrium mit wasser verbrennung eine Schicht aus Wasserdampf und Wasserstoff um die schmelzende Natriumkugel. Diese Schicht behindert zeitweise den KOntakt zum flüssigen Wasser. Bricht diese Barriere plötzlich zusammen, kommt es zu einer extrem schnellen Nachreaktion, die das geschmolzene, heiße Metall explosionsartig in alle Richtungen schleudert. Aus diesem Grund gehören solche Experimente ausschließlich hinter eine Schutzscheibe im Abzug.

Vergleich: Reaktion verschiedener Alkalimetalle mit Wasser

Die Intensität der exothermen Reaktion nimmt innerhalb der Gruppe der Alkalimetalle im Periodensystem von oben nach unten stark zu. Hier ist der direkte Vergleich:

Lithium

• Der entstehende Wasserstoff entzündet sich im Regelfall nicht von selbst.
• Reagiert zügig, schmilzt jedoch aufgrund seines höheren Schmelzpunktes meist nicht zu einer Kugel.
• Moderat, spritzt kaum, erfordert dennoch grundlegende Sicherheitsmaßnahmen.

Natrium

• Entzündung erfolgt leicht, insbesondere wenn die Bewegung des Stückchens eingeschränkt wird.
• Reagiert heftig, schmilzt sofort zu einer Kugel und saust auf der Oberfläche umher.
• Hoch, es besteht akute Explosions- und Verspritzungsgefahr des geschmolzenen Metalls.

Kalium

• Der Wasserstoff entzündet sich sofort ohne Verzögerung und brennt mit einer violetten Flamme.
• Reagiert extrem heftig und augenblicklich unter starkem Zischen.
• Sehr hoch, eine Explosion erfolgt fast immer unmittelbar nach dem Wasserkontakt.

Laborunfall durch falsche Entsorgung

Ein Chemiestudent im ersten Semester sollte eine Apparatur reinigen, in der sich noch unscheinbare, verkrustete Reste von metallischem Natrium befanden. Aus Unwissenheit goss er eine kleine Menge Wasser in das Glasgefäß, statt die Reste fachgerecht mit Ethanol unschädlich zu machen.

Das Wasser traf auf das verdeckte Natrium. Es zischte sofort heftig, und innerhalb von Sekundenbruchteilen sammelte sich Wasserstoffgas im engen Hals des Kolbens. Die exotherme Hitze stieg rasant an.

Bevor der Student reagieren konnte, entzündete sich das Gasgemisch. Es kam zu einer Knallgasexplosion, die das Glasgefäß zerspringen ließ und alkalische Natronlauge auf den Labortisch schleuderte.

Dank der vorgeschriebenen Schutzbrille blieb der Student unverletzt. Der Vorfall zeigte jedoch drastisch, wie gefährlich die unkontrollierte Wasserstoffbildung bei der Verwendung von Alkalimetallen ist.