Wie alle Alkalimetalle ist auch Natrium ein Leichtmetall, das sich durch eine sehr geringe Dichte auszeichnet (von 0.53 g/cm³ für Lithium über 0.97 g/cm3 bis 1.90 g/cm³ für Cäsium). Natrium leitet hervorragend elektrischen Strom und Wärme. Zusammen mit dem niedrigen Schmelzpunkt von nur 98 °C (Wärmeleitfähigkeit: 140 W/mK) ist Natrium so ein sehr geeignetes Kühlmedium, z. B. in Kernreaktoren (gegenüber nur 0.56 W/mK für Wasser). Die ns¹-Elektronenkonfiguration und das sehr hohe 2. Ionisationspotenzial (über 4500 kJ/mol) erklären, warum bislang keine Verbindung bekannt ist, in der Natrium mit einer höheren Oxidationsstufe als +I vorkommt. Das Metall ist weich, leicht zu formen und mit dem Messer zu schneiden. Es wird unter einer Sperrflüssigkeit aus Paraffinöl gelagert, da es mit feuchter Luft reagiert.

Natrium ist jedoch nicht so reaktiv, dass es unter Normalbedingungen mit reaktionsträgem Stickstoffgas Nitrid bildet. An Luft verbrennt das Metall zum entsprechenden Oxid. Zwei Natriumkationen passen in der Größe zum Peroxid-Anion O₂²–, so dass sich Na₂O₂ bildet. Natrium reagiert heftig mit Wasser unter Bildung von Natronlauge und Wasserstoffgas. Es bringt die Reaktionswärme auf, das Metall zu einer Kugel zu schmelzen, die dann auf einem Polster aus Wasserstoffgas auf der Oberfläche schwimmt. Wird diese Bewegung nicht unterbunden und der Abtransport der Reaktionswärme in das Wasser nicht eingeschränkt, so entzündet sich das Gas nicht. Kann sich die Kugel aus flüssigem Metall nicht frei bewegen, so wird das Knallgas explosionsartig gezündet [2]. Eine Vielzahl von YouTube-Videos oder auch ein Beitrag hier auf dieser Seite zeigt immer wieder diese gefährliche Reaktion.[3]

Ganz anders mit Ammoniak! Wird Natrium bei Temperaturen tiefer als -33°C in flüssigen Ammoniak eingebracht, bildet sich zunächst eine tiefblaue Lösung ohne Gasentwicklung.[4] Dabei wird kein Natriumamid NaNH₂ gebildet, sondern das Alkalimetall-Kation und das dazugehörige Elektron als Anion in einem solvenzseparierten Ionenpaar gelöst. Der permanente Dipol NH₃ ist in der Lage, mit seinem partiell negativen Stickstoffatom sowohl das Na+ zu solvatisieren, als auch mit seinen partiell positiv polarisierten Wasserstoffatomen einen Käfig zu bilden, der ein ungepaartes Elektron aufnehmen kann. Solche Lösungen aus solvatisierten Elektronen sind paramagnetisch.

Erst bei hoher Metallkonzentration kommt es zur Ausbildung von Kontaktionenpaaren und damit zu Spinpaarung. Diese konzentrierten Lösungen sind dann goldfarben und ausgezeichnete Reduktionsmittel, um z. B. direkt aus Sauerstoff Hyperoxide oder aus Acetylen Metallacetylide herzustellen.[5]

Der uneingeschränkte König der Energiespeicher für die Elektromobilität ist gegenwärtig der Lithium-Ionen-Akku. Die Energiedichte steigt ständig bei sinkendem Preis. Aller Voraussicht nach nähert sich die Technologie jedoch einem Plateau: ein zukünftig ausgereizter Lithium-Ionen-Akku fasst voraussichtlich höchstens 30% mehr Energie pro Masse als gegenwärtig. Eine Alternative ist hier möglicherweise die Natrium-Sauerstoff-Batterie. Schon jetzt ist die Zahl der Ladezyklen höher als bei der Lithium-Sauerstoff-Batterie. Trotz viel größerer Oberfläche der Kathode aus Kohlefasern und Ether-basiertem Elektrolyten, bildet sich hier kein Natriumcarbonat[6]. In den Materialwissenschaften und der Batterieforschung spielen Schichtstrukturen und Interkalationsverbindungen eine herausgehobene Rolle. Die prominentesten Vertreter dieser Substanzklasse sind Graphitinterkalationsverbindungen durch ihren vielfältigen Einsatz als Anoden- und Kathodenmaterial in Alkalimetall-Ionen-Akkus. Selbstorganisierte Sandwich-Strukturen aus polycyclischen Carbanionen und Natriumionen, hergestellt aus verschiedensten Kohlenstoff-Allotropen, können hier als Modelle für geladene Anodenmaterialien der Zukunft dienen. Dabei sind die Schichten der Wirtsstruktur innerhalb der Ebene stark gebunden, weisen aber nur schwache Wechselwirkungen untereinander auf. Diese Schichten aus Graphit oder Übergangsmetalloxiden werden vom gewünschten Metall oder der Legierung reduziert und bilden anionische Schichten, zwischen denen sich die desolvatisierten Kationen bewegen können. Der Zusatz von Ammoniak zum Elektrolyten könnte für eine erhöhte Mobilität der Kationen sorgen. Die neuartige Schichtstruktur von [Na(NH₃)₄][Ind], die aus selbstorgani¬sierten abwechselnden Schichten von quadratisch-planar koordinierten Kationen und Indenylanionen besteht, könnte so ein Modellsystem sein. Sie wird im Wesentlichen durch zwei Effekte determiniert: iDe Energiedifferenz zwischen Td- und D2d-symmetrischer Form ist für Na(NH₃)₄+ um 25 kJ·mol-¹ geringer als für Li(NH₃)₄+. Die niedrigere Barriere kann dabei durch NH-?-Wechselwirkungen überkompensiert werden. Die quadratisch-planare Natrium-Koordination sorgt für wenig Störung in der Schichtstruktur der Elektroden, während die NH-Π-Wasserstoffbrückenbindungen die Mobilität entlang einer Spannung erhöhen.[7]

Neben diesen bekannten großtechnischen Prozessen spielt Natrium in der metallorganischen Synthesechemie eine zunehmend wichtige Rolle. Zwar hat es noch nicht den Stellenwert des Lithiums erreicht, holt jedoch in den letzten Jahren stark auf. Seit etwa zehn Jahren hat sich das fruchtbare Feld der heterobimetallischen Metallierungsreagenzien aus einer anfänglichen Laborkuriosität eröffnet. Mulvey et al. machten die Entdeckung, dass immer wieder cyclische Metallamidkomplexe gebildet wurden, die ein Oxid oder Peroxid im Zentrum eines Metallaheterocyclus enthielten (Abb. 3, links). Jeweils zwei einwertige Natrium- und zwei zweiwertige Erdalkalimetalle sind mit vier amidischen Stickstoffatomen verbunden. Da hier die Polaritäten gegenüber den klassischen Kronenethern invertiert sind und Anionensolvatation gegeben ist, prägten sie für diese Verbindungsklasse die Begriffe Inverse Kronenether oder Inverse Kronenkomplexe.[8]

Einer der größten Erfolge dieser gemischtmetallischen Na/Mg Amide ist jedoch sicher die Tetradeprotonierung des Ferrocens. [11] Mit Organolithiumverbindungen und geeigneten Donorbasen kann man allenfalls die 1,1‘-Dimetallierung des Cp₂Fe (Cp = Cyclopentadienyl, C₅H₅-) erreichen. Damit ist die Derivatisierung dieser wichtigen Verbindungsklasse deutlich limitiert. Beide Cyclopentadienylringe von Metallocenen ließen sich bislang nur monosubstituieren. Mit [NaMg(NR₂)₃] geling jedoch die 1,1‘,3,3‘-Tetrametallierung vieler Metallocene (Abb. 4). In der Struktur des [(ⁱPr₂N)₈Na₄Mg₄{Fe(C₅H₃)₂}] ist das zentrale [Fe(C5H3)2]4-Tetraanion von einem Torus aus alternierend acht Metallkationen und acht Π-verbrückenden Amiden umgeben. Die deprotonierten Kohlenstoffatome verbrücken dabei jeweils ein Natrium- und ein Magnesium-Kation. Zwei weitere Natrium-Kationen sind an die beiden Cp-Ringe η³-gebunden.

Das Periodensystem ist ein faszinierendes Ordnungssystem, das die Natur den Elementen gegeben hat. Vor 150 Jahren wurde dieses System erstmals von Wissenschaftlern erkannt. Die Generalversammlung der Vereinten Nationen und die UNESCO haben das Jahr 2019 daher zum International Year of the Periodic Table of Chemical Elements, dem Internationalen Jahr des Periodensystems ausgerufen. Die Elemente des Periodensystems werden in loser Folge vorgestellt.