NaK (Legierung)

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

Physikalische Eigenschaften

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] Bei einer Dichte von 0,866 g/cm³ (21 °C) ist die Legierung leichter als Wasser. Die Grenzflächenspannung ist sehr hoch, so dass die Flüssigkeit die Neigung hat, große Tropfen zu bilden.

Chemische Eigenschaften

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

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

Kühlmittel in Kernreaktoren

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

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

Trocknungsmittel

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