Quelltext der Seite Natrium-Cobalt(III)-oxid

{{Infobox Chemikalie
| Kristallstruktur = ja
| Strukturformel   = [[Datei:Lithium-cobalt-oxide-3D-balls.png|200px|Lithium-Cobalt(III)-oxid]]
| Strukturhinweis  = {{Farbe|#935AB7|Kreis=1}} [[Natrium|Na<sup>+</sup>]] {{0}} {{Farbe|#6972B0|Kreis=1}} [[Cobalt|Co<sup>3+</sup>]]{{0}} {{Farbe|#EE0000|Kreis=1}}  [[Sauerstoff|O<sup>2−</sup>]]
| Suchfunktion     = NaCoO2
| Andere Namen     = * Natrium-Cobalt-Dioxid
* Natriumcobaltoxid
* Natriumkobaltoxid
| Summenformel     = NaCoO<sub>2</sub>
| CAS              = * {{CASRN|39455-58-8|KeinCASLink=1}}<ref> [http://www.guidechem.com/cas-394/39455-58-8.html ''Guidechem''], abgerufen am 15. Januar 2016.</ref>
* {{CASRN|595564-41-3|KeinCASLink=1|Q0}} (Hydrat)
* {{CASRN|108159-17-7|KeinCASLink=1|Q0}} (x=0,6)
* {{CASRN|118392-28-2|KeinCASLink=1|Q0}} (x=0,64-0,74)
* {{CASRN|121091-71-2|KeinCASLink=1|Q0}} (x=0,67)
* {{CASRN|153590-08-0|KeinCASLink=1|Q0}} (x=0,77)
| EG-Nummer        = 
| ECHA-ID          = 
| PubChem          = 
| ChemSpider       = 
| DrugBank         = 
| Beschreibung     = schwarzer Feststoff<ref name="Smith L. Holt" />
| Molare Masse     = 113,919 g·[[mol]]<sup>−1</sup>
| Aggregat         = fest<ref name="Smith L. Holt" />
| Dichte           = 
| Schmelzpunkt     = 
| Siedepunkt       = 
| Dampfdruck       = 
| Löslichkeit      = 
| Quelle GHS-Kz    = NV
| GHS-Piktogramme  = {{GHS-Piktogramme-klein|/}}
| GHS-Signalwort   = 
| H                = {{H-Sätze|/}}
| EUH              = {{EUH-Sätze|/}}
| P                = {{P-Sätze|/}}
| Quelle P         = 
| ToxDaten         = 
}}

'''Natrium-Cobalt(III)-oxid''' ist eine [[chemische Verbindung]] von [[Natrium]], [[Cobalt]] und [[Sauerstoff]]. Cobalt und Sauerstoff bilden dabei Cobaltoxid-Ebenen zwischen denen Natrium-Ionen eingelagert sind.

== Herstellung ==
Verschiedene Natrium-Cobalt(III)-oxid-Phasen können durch Reaktion von [[Natriumperoxid]] oder [[Natriumhydroxid]] und [[Cobalt(II,III)-oxid]]pulver bei Temperaturen von 450 bis 750&nbsp;°C dargestellt werden. Um Phasen mit x gleich 0,60, 0,77 und 1 zu erhalten sollte die Temperatur bei 550&nbsp;°C liegen, für Phasen im Bereich zwischen 0,64 und 0,74 bei 750&nbsp;°C.<ref name="Smith L. Holt">{{Literatur| Autor=Smith L. Holt | Titel=Inorganic Syntheses, Band 22 | Verlag=John Wiley & Sons | ISBN=0-470-13288-4 | Jahr=2009 | Online={{Google Buch | BuchID=lPjtscSPu_MC | Seite=56 }} | Seiten=56 }}</ref><ref name="DOI10.1021/cm5021788">Yuechuan Lei, Xin Li, Lei Liu, Gerbrand Ceder: ''Synthesis and Stoichiometry of Different Layered Sodium Cobalt Oxides.'' In: ''Chemistry of Materials.'' 26, 2014, S.&nbsp;5288, {{DOI|10.1021/cm5021788}}.</ref>
:<math>\mathrm{3x \ Na_2O_2 + 2 \ Co_3O_4 + (2-3x) \ O_2 \longrightarrow 6 \ Na_xCoO_2}</math>

Die Verbindung kann auch durch Reaktion von [[Natriumcarbonat]] mit [[Cobalt(II,III)-oxid]] bei 750 °C gewonnen werden.<ref name="AGH">AGH University of Science and Technology: [http://home.agh.edu.pl/~ets2004/proceedings/Plewa.PDF Sodium cobalt oxide as functional material]</ref>

== Eigenschaften ==
Natrium-Cobalt(III)-oxid ist ein sehr feuchtigkeitsempfindlicher schwarzer Feststoff.<ref name="Smith L. Holt" /> Es leitet Wärme nur schlecht, ist aber ein guter elektrischer Leiter.<ref name="organische-chemie.ch" /> Die Verbindung hat eine Schichtstruktur bei der sich Schichten aus Natriumatomen mit solchen aus Kobalt und Sauerstoff abwechseln. Von der Struktur, die eine CoO<sub>2</sub>-Schicht umfasst, worin CoO<sub>6</sub>-Oktraeder, die jeweils ein mit sechs Sauerstoffatomen koordiniertes Cobaltatom aufweisen, in einer kantenverknüpften Weise verbunden sind, wurde 1973 der α-Typ (rhomboedrisches System), der α'-Typ (monoklines System), der β-Typ (orthorhombisches System) und der γ-Typ (hexagonales System) entdeckt.<ref name="DOI10.1038/nature05531">M. Roger, D. J. P. Morris, D. A. Tennant, M. J. Gutmann, J. P. Goff, J.-U. Hoffmann, R. Feyerherm, E. Dudzik, D. Prabhakaran, A. T. Boothroyd, N. Shannon, B. Lake, P. P. Deen: ''Patterning of sodium ions and the control of electrons in sodium cobaltate.'' In: ''Nature.'' 445, 2007, S.&nbsp;631, {{DOI|10.1038/nature05531}}.</ref><ref>{{Patent| Land=DE| V-Nr=602004008040| Code=T2| Titel=Natrium-Kobaldoxid-Hydrat| A-Datum=2004-01-21| V-Datum=2008-05-08| Anmelder=National Institute for Material Science| Erfinder=Kazunori Takada et al}}</ref> Der α'-Typ hat eine Struktur mit der {{Raumgruppe|R-3m|lang}}, γ-Typ hat eine Struktur mit der {{Raumgruppe|P63/mmc|lang}}, Na<sub>0,5</sub>CoO<sub>2</sub> hat eine Struktur mit der {{Raumgruppe|Pmmn|lang}}, Na<sub>0,75</sub>CoO<sub>2</sub> hat eine [[Monoklines Kristallsystem|monokline]] [[Kristallstruktur]] mit der {{Raumgruppe|C2/m|lang}}. Das supraleitende Hydrat hat eine hexagonale Struktur mit der Raumgruppe {{Raumgruppe|P63/mmc}}.<ref name="University of Wollongong">University of Wollongong: [http://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?filename=0&article=1405&context=theses&type=additional Crystal growth, magnetism, transport and superconductivity of two dimensional sodium cobalt oxide single crystals], Chen, Dapeng</ref>

== Anwendung ==
Die regelmäßige Struktur aus Natriumatomen im Nanometerbereich macht Natriumkobaltoxid zu einem Kandidat für Laptop-Batterien, effizienter thermoelektrischer Kühlsysteme oder [[Supraleiter]]n.<ref name="organische-chemie.ch">organische-chemie.ch: [https://www.organische-chemie.ch/chemie/2007feb/natriumkobaltoxid.shtm Natriumkobaltoxid in Akkus, als Kühlmittel oder Supraleiter], abgerufen am 5. Juni 2017</ref><ref name="DOI10.1002/adma.200400756">K. Takada, H. Sakurai, E. Takayama-Muromachi, F. Izumi, R. A. Dilanian, T. Sasaki: ''A New Superconducting Phase of Sodium Cobalt Oxide.'' In: ''Advanced Materials.'' 16, 2004, S.&nbsp;1901, {{DOI|10.1002/adma.200400756}}.</ref><ref name="DOI10.4028/www.scientific.net/AMR.545.185">Nur Khairani Samin, Roshidah Rusdi, Norashikin Kamarudin, Norlida Kamarulzaman: ''Synthesis and Battery Studies of Sodium Cobalt Oxides, NaCoO<sub>2</sub> Cathodes.'' In: ''Advanced Materials Research.'' 545, 2012, S.&nbsp;185, {{DOI|10.4028/www.scientific.net/AMR.545.185}}.</ref>

=== Batterien ===
Verschiedene Phasen von Natriumcobaltoxid zeigen eine elektrochemische Aktivität und sind deshalb als Kathodenmaterial für Interkalationsbatterien nutzbar<ref name="10.1016/0025-5408(80)90199-3">J. J. Braconnier, C. Delmas, C. Fouassier, P. Hagenmuller: ''Electrochemical behavior of the phases NaxCoO2'' In: ''Materials Research Bulletin'' 12, 1980, S.&nbsp;1797-1804, {{DOI|10.1016/0025-5408(80)90199-3}}.</ref>. Insbesondere die P2 Phase ist über einen weiten Bereich reversibel Interkalierbar. Es zeigen sich verschiedene Phasenübergänge, welche zu stufenartigen Änderungen des Potentials gegenüber metallischem Natrium führen<ref name="10.1038/nmat2920">R. Berthelot, D. Carlier, C. Delmas: ''Electrochemical investigation of the P2–NaxCoO2 phase diagram'' In: ''Nature Materials'' 1, 2010, S.&nbsp;74-80, {{DOI|10.1038/nmat2920}}.</ref>.

=== Supraleitung ===
Durch Substitution eines gewissen Anteils der Natriumionen mit Wasser lässt sich der Abstand der Cobaltoxidebenen deutlich vergrößern<ref name="10.1038/nature01450">K. Takada, H. Sakurai, E. Takayama-Muromachi, F. Izumi, R. A. Dilanian, T. Sasaki: ''Superconductivity in two-dimensional CoO2 layers'' In: ''Nature'' 6927, 2003, S.&nbsp;53-55, {{DOI|10.1038/nature01450}}.</ref><ref name="10.1038/nature01774">R. E. Schaak, T. Klimczuk, M. L. Foo, R. J. Cava: ''Superconductivity phase diagram of NaxCoO2·1.3H2O'' In: ''Nature'' 6948, 2003, S.&nbsp;527-530, {{DOI|10.1038/nature01774}}.</ref> Dies führt zu supraleitenden Eigenschaften des Hydrats von Natriumcobaltoxid. Variation des Natrium- und Wassergehalts zwischen den Cobaltoxidebenen führt zu einer Elektronendotierung der Cobaltatome, was die supraleitenden Eigenschaften beeinflusst<ref name="10.1038/nature01774">R. E. Schaak, T. Klimczuk, M. L. Foo, R. J. Cava: ''Superconductivity phase diagram of NaxCoO2·1.3H2O'' In: ''Nature'' 6948, 2003, S.&nbsp;527-530, {{DOI|10.1038/nature01774}}.</ref> Das Hydrat Na<sub>0,3</sub>CoO<sub>2</sub> · 1,3H<sub>2</sub>O zeigt ein Maximum der [[Sprungtemperatur]] Tc mit 4,3&nbsp;K<ref name="10.1038/nature01774">R. E. Schaak, T. Klimczuk, M. L. Foo, R. J. Cava: ''Superconductivity phase diagram of NaxCoO2·1.3H2O'' In: ''Nature'' 6948, 2003, S.&nbsp;527-530, {{DOI|10.1038/nature01774}}.</ref>.

=== Thermoelektrizität ===
Natriumcobaltoxid zeigt ausgeprägte thermoelektrische Eigenschaften<ref name="10.1016/0167-2738(84)90180-2">J. Molenda, C. Delmas, P. Dordor, A. Stoklosa: ''Transport properties of NaxCoO2-y'' In: ''Solid State Ionics'' 12, 1984, S.&nbsp;473-477, {{DOI|10.1016/0167-2738(84)90180-2}}.</ref><ref name="10.1103/PhysRevB.56.R12685">I. Terasaki, Y. Sasago, K. Uchinokura: ''Large thermoelectric power in NaCo2O4 single crystals'' In: ''Physical Review B'' 56, 1997, S.&nbsp;R12685-R12687, {{DOI|10.1103/PhysRevB.56.R12685}}.</ref>. Verglichen mit einem konventionellen Thermoelektrikum ([[Bismuttellurid]]) zeigt, dass der Seebeckkoeffizient von NaCoO<sub>2</sub> nur etwa halb so groß ist – aufgrund des geringeren elektrischen Widerstands ist NaCoO<sub>2</sub> trotzdem interessant für thermoelektrische Anwendungen.<ref name="10.1103/PhysRevB.56.R12685" /> Untersuchungen zur Abhängigkeit der thermoelektrischen Eigenschaften vom Interkalationsgrad zeigen ein Maximum des Seebeckkoeffizienten bei x > 0,5 und Temperaturen von etwa 100 K<ref name="10.1038/nmat1669">M. Lee, L. Viciu, L. Li, Y. Wang, M. L. Foo, S. Watauchi, R. A. Pascal, R. J. Cava, N. P. Ong: ''Large enhancement of the thermopower in Na(x)CoO2 at high Na doping'' In: ''nature materials'' 5, 2006, S.&nbsp;537-540, {{DOI|10.1038/nmat1669}}.</ref>.

== Einzelnachweise ==
<references/>

[[Kategorie:Natriumverbindung]]
[[Kategorie:Cobaltverbindung]]
[[Kategorie:Sauerstoffverbindung]]