NaK (Legierung)

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NaK ist die Bezeichnung für eine Legierung, die aus Natrium und Kalium besteht und ein Eutektikum bildet, d. h. die Gemische aus beiden Komponenten haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als die der reinen Stoffe. Sie ist in einem weiten Konzentrationsbereich bei Raumtemperatur flüssig und ist gelegentlich zur Kühlung von Kernreaktoren verwendet worden.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Fest-flüssig-Phasendiagramm von Natrium und Kalium[1]

NaK-Mischungen mit einem Kaliumgehalt zwischen 40 % und 90 % sind bei Raumtemperatur flüssig. Das Eutektikum liegt bei einer Konzentration von 22 % Natrium und 78 % Kalium, hat einen Schmelzpunkt von −11 °C und einen Siedepunkt von 785 °C.[2] Die Dichte beträgt bei 21 °C 0,866 g/cm³, die Legierung ist also leichter als Wasser. Die Grenzflächenspannung ist sehr hoch, so dass die Flüssigkeit die Neigung hat, große Tropfen zu bilden.

Chemische Eigenschaften[Bearbeiten]

NaK reagiert wie seine Bestandteile Natrium und Kalium sehr leicht mit Wasser und Sauerstoff. Bei Lagerung unter Luft bildet sich ein Belag aus gelbem Kaliumhyperoxid der leicht entzündlich ist. Da es aus Alkalimetallen besteht, wirkt es stark reduzierend.

Herstellung[Bearbeiten]

Industriell wird NaK durch Destillation hergestellt.[3] Hierbei werden flüssiges Natrium und Kaliumchlorid einer Destillationskolonne kontinuierlich zugeführt. In der Reaktionszone reagiert das Kaliumchlorid mit dem Natrium, so dass Natriumchlorid und Kalium entstehen. Im darüberliegenden Verstärkungsteil der Kolonne wird das leichtersiedende Kalium angereichert und über Kopf als Gemisch mit Natrium in beliebiger Konzentration abgezogen.

Verwendung[Bearbeiten]

Kühlmittel in Kernreaktoren[Bearbeiten]

NaK wird häufig zur Kühlung von mit schnellen Neutronen arbeitenden Versuchsreaktoren verwendet. Der niedrige Schmelzpunkt erübrigt eine externe Heizung zum Flüssighalten des Kühlmittels, wenn der Reaktor abgeschaltet ist.

Katalyse[Bearbeiten]

NaK kann als Katalysator in verschiedenen Reaktionen eingesetzt werden, wie z. B. bei der Herstellung von Ibuprofen.

Trocknungsmittel[Bearbeiten]

Aufgrund der hohen Reaktivität mit Wasser und des flüssigen Zustandes kann NaK als Entwässerungsmittel eingesetzt werden, um Restfeuchte aus Lösungsmitteln, z. B. Tetrahydrofuran, abzutrennen.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. G.L.C.M. van Rossen, H. van Bleiswijk: Über das Zustandsdiagramm der Kalium-Natriumlegierungen, in: Z. anorg. allg. Chem., 1912, 74, S. 152–156. doi:10.1002/zaac.19120740115
  2. MSDS (PDF; 21 kB) Callery Chemical Company, 3. Januar 2000
  3. Jackson, C.B.; Werner, R.C.: The Manufacture of Potassium and NaK In: Advances in Chemistry, Vol. 19, January 1, 1957 doi:10.1021/ba-1957-0019.ch018