Natriumchlorid

Grundlagen und Bedeutung

Natriumchlorid, Formel NaCl, ist das Natriumsalz der Salzsäure und wird auch Kochsalz, Speisesalz oder als Mineral Halit genannt. Es darf nicht mit Natriumchlorit (NaClO₂), dem Natriumsalz der chlorigen Säure, verwechselt werden. Der farb- und geruchlose, salzig schmeckende Feststoff ist für Menschen und Tiere der wichtigste Mineralstoff. Ein erwachsener Mensch enthält etwa 150–300 g Kochsalz und verliert täglich 3–20 g, die ersetzt werden müssen.

Natriumchlorid hat die molare Masse 58,44 g·mol⁻¹. Es schmilzt bei 801 °C, siedet bei 1461 °C und ist bei 25 °C 2,1615 g·cm⁻³ dicht. In Wasser ist es gut löslich: Bei 20 °C lösen sich 358 g je Liter Wasser. Es gibt keine GHS-Piktogramme sowie keine H- oder P-Sätze. Als toxikologische Werte werden LD₅₀-Werte von 3.000 mg·kg⁻¹ bei Ratten nach oraler Aufnahme und über 10.000 mg·kg⁻¹ bei Kaninchen nach Aufnahme über die Haut angegeben.

Natürliche Vorkommen und Gewinnung

Natriumchlorid kommt vor allem gelöst im Meerwasser und als Halit in Steinsalzlagerstätten vor. Meerwasser enthält etwa 3 % Salz; die darin gelöste Gesamtmenge wird auf 3,6 · 10¹⁶ Tonnen geschätzt. Halit kann in Steinsalzlagerstätten bis zu 98 % Natriumchlorid enthalten. Solche Lagerstätten entstanden, als Meeresbuchten in erdgeschichtlicher Zeit austrockneten. Unter Deutschland werden die Lagerstätten auf ein Volumen von 100.000 km³ geschätzt. Da Steinsalz plastisch ist, kann es zu Salzstöcken und Salzkissen verformt werden; bei Austritt im Gebirge kann ein Salzgletscher entstehen.

2020 betrug die Weltsalzproduktion über 280 Millionen Tonnen. Etwa 70 % entfielen auf Steinsalz und 30 % auf Meersalz. Steinsalz wird unter Tage bohrend-sprengend, schneidend oder nass gewonnen. Beim nassen Abbau und bei der Bohrlochsolung wird Salz in Wasser gelöst; als gesättigte Sole mit 26,5 % Salzgehalt wird sie gefördert. Aus gereinigter Sole entsteht durch Eindampfen besonders reines Siedesalz, heute meist in geschlossenen Vakuumverdampfern mit Wärmerückgewinnung.

Meersalz ist dort wirtschaftlich, wo starke Sonneneinstrahlung und wenig Niederschlag zusammentreffen. Meerwasser durchläuft flache Beckenkaskaden, Salzgärten, und konzentriert sich durch Verdunstung. Das ausgefällte Salz wird zusammengeschoben und getrocknet. Für die teure Speisesalzqualität fleur de sel wird das an der Oberfläche schwimmende Salz abgeschöpft. Grundprodukte der Salzindustrie sind Sole, Steinsalz, Meersalz und Siedesalz.

Kristallstruktur, Lösungen und elektrische Eigenschaften

Natriumchlorid bildet farblose, kubische Kristalle der Natriumchlorid-Struktur; die Raumgruppe ist Fm3m (Nr. 225), der Gitterparameter a = 564,00 pm. Jedes Natrium- und jedes Chloratom ist oktaedrisch von sechs Ionen der jeweils anderen Sorte umgeben (Koordinationszahlen Na[6], Cl[6]). Anders als viele andere Kristalle sind NaCl-Kristalle nicht doppelbrechend. Eine dünne Schicht auf einer Diamantoberfläche kann eine hexagonale Struktur bilden. In einer farblosen Flamme erzeugen NaCl-Kristalle ein leuchtendes Gelb-Orange.

Die Wasserlöslichkeit hängt nur wenig von der Temperatur ab: Sie steigt von 35,76 g je 100 g Wasser bei 0 °C auf 39,12 g je 100 g Wasser bei 100 °C. Wässrige Natriumchloridlösungen haben nach dem Raoultschen Gesetz einen niedrigeren Dampfdruck als reines Wasser; der Effekt nimmt mit Salzkonzentration und Temperatur zu. Eine gesättigte Lösung siedet bei 108,7 °C. Über einer gesättigten Lösung beträgt die relative Gleichgewichtsfeuchte je nach Temperatur ungefähr 74,43 bis 76,29 %. Daher zerfließt ein NaCl-Kristall bei einer relativen Luftfeuchte von über etwa 75 %.

Bei 23,4 % Natriumchlorid bildet Wasser ein eutektisches Gemisch, also ein Gemisch mit gemeinsamer Erstarrungstemperatur. Dieses Kryohydrat erstarrt bei −21,3 °C homogen, ohne Entmischung. Unterhalb von 0,15 °C entsteht das stabile Dihydrat NaCl·2H₂O. Natriumchlorid löst sich auch sehr gut in wässrigem Ammoniak; bei tiefen Temperaturen kann NaCl·5NH₃ als farblose Nadeln ausfallen.

In wässriger Lösung und als Schmelze leitet Natriumchlorid Strom, weil es in Ionen dissoziiert. Reines kristallines NaCl leitet dagegen praktisch nicht. Die elektrische Leitfähigkeit der Schmelze steigt beispielsweise von 3,58 S·m⁻¹ bei 800 °C auf 4,39 S·m⁻¹ bei 1100 °C.

Nutzung als Industrie-, Streu- und Gewerbesalz

Als Speisesalz dient Natriumchlorid zum Würzen fast aller Speisen; mengenmäßig überwiegt seit der Industrialisierung jedoch die industrielle Nutzung. In Deutschland entfallen 80 % auf Industriesalz, 12 % auf Auftausalz, 5 % auf Gewerbesalz und 3 % auf Speisesalz. Für die USA wurden 2007 39 % Industriesalz, 37 % Auftausalz, 12 % Gewerbesalz, 3 % Speisesalz und 9 % unbekannte Verwendung angegeben.

Industriesalz ist NaCl als Rohstoff der chemischen Grundstoffindustrie. Es wird als Steinsalz, Meersalz oder vor allem als Sole eingesetzt; für die USA wird der Soleanteil mit 90 % angegeben. In der Chloralkali-Elektrolyse entstehen Wasserstoff, Chlor und Natronlauge. Das Solvay-Verfahren liefert Natriumcarbonat (Soda), Natriumhydrogencarbonat (Natron) und Calciumchlorid als Abfallprodukt. Soda wird unter anderem für Glas, Farbstoffe sowie Wasch- und Reinigungsmittel benötigt. Natron dient als Back- und Feuerlöschpulver, für Medikamente und als Futterzusatz. Weitere Folgeprodukte sind Kunststoffe, medizinische Präparate und Schädlingsbekämpfungsmittel.

Steinsalz wird bei mäßigem Frost als Auftausalz oder Streusalz verwendet, teils mit Zusätzen für bessere Rieselfähigkeit. Vor dem Streuen wird häufig Sole zugesetzt, um Feuchtsalz herzustellen. Gewerbesalz umfasst die übrigen technischen, industriellen und gewerblichen Anwendungen, von ungereinigtem Steinsalz bis zu hochreinem oder sterilen Natriumchlorid. Viehsalz wird dem Futter von Rindern, Schafen und Ziegen beigemischt; es steigert den Appetit und trägt zur allgemeinen Gesundheit bei. Salzlecksteine werden auch für Zoo-, Haus-, Heim- und Wildtiere verwendet.

Konservierung, technische Anwendungen und Medizin

Bei der Konservierung von Fleisch, Fisch und Gemüse entzieht Salz dem Lebensmittel durch Osmose Wasser. Dadurch fehlt schädlichen Organismen die Grundlage Wasser; zudem werden Keime und Krankheitserreger abgetötet. Nitritpökelsalz ist eine Mischung aus Kochsalz und Natriumnitrat, Natriumnitrit oder Kaliumnitrat. Salzlake wird etwa für Salzgurken und Oliven eingesetzt. Käse wird vor und während der Reifung mit Salzwasser beziehungsweise Salzlake behandelt, damit die Kruste trocken bleibt.

Als Regeneriersalz dient Natriumchlorid zur Wasserenthärtung in Geschirrspülmaschinen und Wasseraufbereitungsanlagen; Kältemischungen enthalten Salz und Wasser. Weitere Anwendungen sind Lederverarbeitung, Färberei, Metallverarbeitung und Salzglasur bei Keramik. Bei mindestens 1.200 °C bildet das Natrium-Ion mit den Silikaten des Tons eine dauerhafte Glasur. Das Salz greift dabei aber das Ofeninnere an.

In der modernen Medizin ist eine 0,9%ige Natriumchloridlösung in Wasser eine isotonische Kochsalzlösung und dient als Trägerlösung für Medikamente. Sie wird auch zur Nasenspülung und zum Gurgeln verwendet; reines Wasser würde die Schleimhäute durch Osmose anschwellen lassen. Reines Salz zerstört durch Osmose alle Zellen, also auch Bakterien und Pilze, aber ebenso Körperzellen. Daher ist das Streuen von Salz in Wunden als Desinfektion zweischneidig. Solebäder, Aufenthalte am Meer oder in salzhaltiger Luft sowie Salz-Aerosole werden zur Behandlung von Atemwegserkrankungen eingesetzt.

Optik, Analytik und Speisesalz

Kristallines Natriumchlorid ist für Licht von 0,21 bis 25 µm ausreichend transparent. Deshalb werden daraus Linsen, Prismen und Fenster für sichtbares Licht sowie nahes bis mittleres Infrarot hergestellt. Luftfeuchtigkeit beschädigt diese wasserlöslichen optischen Elemente; eine Temperatur über der Umgebungstemperatur kann dies verhindern. Natriumchlorid-Fenster werden häufig als Brewster-Fenster für leistungsstarke, gepulste CO₂-Laser verwendet. In der Infrarotspektroskopie wird NaCl als zu Tabletten gepresster Träger für Proben eingesetzt. In der chemischen Analytik ist es eine Urtitersubstanz nach Arzneibuch zur Einstellung von Silbernitrat-Maßlösungen und muss dafür zuvor getrocknet werden.

Speisesalz ist lebensnotwendig und verbessert als Gewürz den Geschmack von Speisen. Die letale Dosis, die zu Hypernatriämie führt, wird bei Erwachsenen mit 0,5 bis 5 g je Kilogramm Körpergewicht angegeben. Handelsübliches Salz ist oft jodiert, enthält also lebensmittelverträgliche Iodverbindungen zur Vorbeugung eines möglichen Jodmangels, und wird dann Jodsalz genannt. Trennmittel auf den Kristallen erhalten die Rieselfähigkeit. Daneben gibt es Speisesalz mit Natriumfluorid zur Verbesserung der Zahngesundheit oder mit Folsäure.