Natriumexplosie: naaldachtige priemen in paar microseconden

Natrium in water reageert met vuur en een knal. Die knal kon eigenlijk niet. Er is nu eindelijk een verklaring voor.

Een brokje natrium in het water gooien is een experiment waarbij een middelbareschoolklas onmiddellijk weer bij de les is. Lawaai, vuur en een knal.

Waaróm het einde explosief is, dat kon geen leraar verklaren. Chemici van het Praagse Instituut voor Organische Chemie en Biochemie gaven de verklaring afgelopen maandag eindelijk in het vakblad Nature Chemistry.

Met hulp van hogesnelheidscamerabeelden laten ze zien hoe er in de eerste microseconden naaldachtige priemen uit het metaal schieten.

Natrium is een veelvoorkomend onedel metaal. We krijgen het veel binnen als keukenzout (natriumchloride). Daarin zit natrium in geïoniseerde vorm. Het is zijn buitenste elektron kwijt geraakt. Zolang dat elektron nog in het atoom zit, is natrium een extreem instabiel metaal.

De chemische verklaring voor de heftige reactie is al lang bekend: de elektronen uit het natrium schieten het water in, waardoor hydroxide-ionen en brandbaar waterstof ontstaan. Dat ontbrandt en alle vrijkomende warmte versnelt de reactie.

Het vreemde is: voor een knallende explosie moeten de twee reagerende stoffen goed gemengd zijn. Dat is niet zo bij een brokje metaal in water.

De onderzoekers druppelden een vloeibaar mengsel van natrium en kalium in water, en filmden de explosies met 11.400 beeldjes per seconde. Daarop is te zien dat al na 0,1 milliseconde naaldjes uit de druppel metaal schieten, die snel langer worden. Dit nog niet eerder vertoonde verschijnsel is volgens de chemici een ‘coulomb-explosie’: de negatief geladen elektronen schieten zó snel uit het natrium, dat de forse positieve ladingen aan de buitenkant van het metaalatoom elkaar afstoten. Daardoor schieten de metaalatomen naar buiten. Zo’n exploderende zee-egelvorm geeft genoeg contactoppervlak tussen water en metaal voor een knal. Zie het filmpje op http://nrch.nl/42d5.