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

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

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 brandfördernd 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 kann zur Kühlung von mit schnellen Neutronen arbeitenden Kernreaktoren dienen. Der niedrige Schmelzpunkt erübrigt eine externe Heizung zum Flüssighalten des Kühlmittels, wenn der Reaktor abgeschaltet ist.

• Die sowjetischen RORSAT-Satelliten nutzten als Energiequelle einen Kernreaktor mit NaK-Kühlung.

Kühlmittel für Computer

Wegen der für Privathaushalte nicht ungefährlichen Handhabung und der hohen Kosten im Vergleich zu einer Wasserkühlung wird eine CPU-Kühlung mit NaK gegenwärtig (2014) nur im „High-End“-Segment genutzt.

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.

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