Sodio
Sodio elemento
Il sodio, il cui simbolo deriva dal nome natrium dato nel medioevo al carbonato di sodio, venne isolato per la prima volta nel 1807 da H. Davy mediante elettrolisi dell'idrossido fuso.
È tra gli elementi più abbondanti e diffusi in natura (è al sesto posto nell'ordine di abbondanza), costituendo complessivamente (sotto forma di composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +1) circa il 2,6% della litosfera.
Tra i minerali del sodio vi sono il salgemma NaCl, carbonati (trona, termonatrite), borati (borace), nitrati, solfati e moltissimi silicati (per esempio feldspati, anfiboli, pirosseni).
Sodio è presente anche nelle stelle (tra le quali il Sole) e negli spazi interstellari.
Allo stato elementare è un solido leggero, lucente con riflessi rosa se appena tagliato, a basso punto di fusione, molle e malleabile.
Appartenendo alla famiglia dei metalli alcalini è un elemento fortemente elettropositivo; si comporta generalmente da riducente tendendo allo stato di ossidazione +1.
Con l'ossigeno dell'aria reagisce velocemente a temperatura ambiente e in presenza di umidità, formando l'ossido e l'idrossido, mentre al di sopra di ca 120 °C brucia con fiamma gialla, formando ossido e superossido.
La reazione con l'acqua
2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2
fortemente esotermica, è tanto violenta da provocare l'incendio all'aria dell'idrogeno sviluppato; così molto violente possono essere anche le reazioni con taluni composti organici alogenati, come per esempio quella con tetracloruro di carbonio che può risultare esplosiva.
Il sodio si combina molto velocemente con fluoro e cloro (soprattutto se umidi), e con zolfo, selenio e tellurio; con idrogeno, iodio, fosforo, arsenico e antimonio si ha reazione solo a temperature superiori a ca 200-300 °C, e con azoto solo al di sopra di ca 1000 °C.
Allo stato fuso riduce a metalli gli ossidi e i sali di molti elementi, e attacca i metalli preziosi e la silice. Come altri metalli alcalini, mentre è molto solubile in ammoniaca liquida a bassa temperatura (e in queste condizioni in assenza di catalizzatori praticamente non reagisce), si combina molto facilmente con ammoniaca gassosa formando sodioammide NaNH2.
Le soluzioni di sodio in ammoniaca liquida a elevata concentrazione sono di colore rossastro, e presentano una conducibilità elettrica di tipo metallico; a bassa concentrazione sono invece di colore blu-azzurro, e si comportano come conduttori elettrolitici, in seguito alla probabile presenza di elettroni solvatati e di ioni Na+.
Sodio
Composti del sodio
L'ossido di sodio Na2O, bianco, si ottiene per lenta e incompleta ossidazione dell'elemento.
Il perossido di sodio Na2O2, è ottenibile per energica ossidazione; trattato con acidi diluiti origina acqua ossigenata; è usato nella sbianca.
L'idrossido di sodio NaOH, viene preparato per elettrolisi del cloruro di sodio in soluzione acquosa; si può anche ottenere dalla reazione tra bicarbonato e carbonato di sodio e idrossido di calcio, Ca(OH)2:
NaHCO3 + Ca(OH)2 ⇄ CaCO3 + NaOH + H2O
in questa reazione il carbonato di calcio, di formula CaCO3, precipita e per ottenere elevate rese in idrossido di sodio si parte da soluzioni diluite di carbonato e bicarbonato di sodio.
L'idrossido di sodio è molto solubile in acqua, completamente ionizzato in ioni Na+ e OH−; presenta quindi le caratteristiche di una base forte, che lo rendono di vasta utilizzazione sia nell'industria sia in laboratorio.
Commercialmente l'idrossido di sodio è noto con il nome di soda caustica.
Il cloruro di sodio NaCl, detto anche sale comune o sale da cucina, è un composto ionico di colore bianco, cristallino, è solubile in acqua per il 36% ca.
Si ricava dall'acqua del mare in cui è contenuto in grandi quantità (l'acqua salmastra contiene in media dal 3,3 al 3,7% di sali e il residuo secco contiene ca il 30% di cloruro di sodio).
Il nitrato di sodio NaNO3, si trova in percentuale dal 15 al 70% nel caliche, minerale dal quale, per raffinazione, si ottiene il nitro del Cile che è commercializzato con un titolo di nitrato del 94-96%; si produce anche industrialmente da soda e acido nitrico; è impiegato come fertilizzante azotato.
Il composto Na2SO4, noto come solfato di sodio, si può ottenere per trattamento del cloruro con acido solforico, per doppio scambio con solfato di magnesio, oppure per reazione tra biossido di zolfo e soluzioni di cloruro sodico; si forma anche in alcune lavorazioni chimiche, per esempio nella fabbricazione del rayon; viene usato nell'industria della cellulosa, del vetro e dei detergenti.
Il carbonato di sodio o soda Na2CO3, si trova anche in natura, ma viene prodotto industrialmente in grandi quantità utilizzando il processo Solvay; si tratta sostanzialmente di un doppio scambio fra il cloruro NaCl e bicarbonato ammonico con produzione di bicarbonato di sodio (NaHCO3), da cui per riscaldamento si ha il carbonato. Il carbonato è utilizzato in varie industrie, soprattutto per la fabbricazione di saponi e di vetri; il bicarbonato è invece impiegato per la preparazione di bevande gassate e nell'uso domestico.
Il bicromato di sodio Na2Cr2O7, e il cromato di sodio Na2CrO4, si ottengono dal minerale cromite, contenente fino al 50% di ossido di cromo (III) (Cr2O3) sotto forma di cromito di ferro (FeCr2O4), per calcinazione con calcare e carbonato sodico in forno rotativo a ca 1000 °C, previa macinazione: dalla massa di fusione è poi estratto con acqua il cromato, che viene eventualmente trasformato in bicromato per trattamento con acido solforico; le soluzioni vengono quindi concentrate e da esse cristallizzano i due sali. Vengono entrambi usati nella concia delle pelli, nella fabbricazione di alcuni pigmenti al cromo, nella cromatura dei metalli.
L'idrosolfito di sodio Na2S2O4, prodotto per riduzione del bisolfito sodico con zinco e biossido di zolfo, serve specialmente come riducente nell'industria dei coloranti al tino e di alcune preparazioni farmaceutiche.
L'ipoclorito di sodio NaClO, sale sodico dell'acido ipocloroso (HClO), si prepara per gorgogliamento del cloro a freddo in una soluzione di NaOH. Le sue soluzioni acquose anche per azione di acidi debolissimi (per esempio del biossido di carbonio dell'aria sciolta in acqua) liberano acido ipocloroso che si dissocia dando ossigeno attivo, ossidante e sbiancante.
Per tale agione si usano in commercio soluzioni acquose diluite di ipoclorito di sodio miste a carbonato e solfato sodico per la sbianca e il candeggio di tessuti (candeggina).
Il nitrito di sodio NaNO2, preparato per reazione tra vapori nitrosi e carbonato sodico in soluzione, viene impiegato nella diazotazione, specialmente per la preparazione di coloranti nonché come conservante alimentare per insaccati e carni in scatola e conservate.
II silicato di sodio Na2SiO3, preparato per fusione di carbonato sodico con silice e sabbia silicea, è usato come componente di adesivi, mastici e detergenti.
Il solfito neutro di sodio Na2SO3, il bisolfito NaHSO3, entrambi derivati dall'acido solforoso, e il metabisolfito Na2S2O5, vengono impiegati come riducenti blandi in varie reazioni chimiche (per esempio per la sintesi di alcuni coloranti), come anticloro, come antifermentativo, nell'industria fotografica e in un processo di estrazione della cellulosa.
Il tiosolfato di sodio Na2S2O3, preparato per fusione con zolfo del solfito oppure per reazione tra soluzioni di carbonato sodico e solfuro sodico con biossido di zolfo, serve in fotografia per i bagni di sviluppo e come anticloro.
Tra i fosfati, i più importanti sono il monoidrogenoortofosfato di disodio, Na2HPO4 (detto comunemente fosfato bisodico), e l'ortofosfato di trisodio Na3PO4 (detto comunemente fosfato trisodico), sali molto solubili in acqua che hanno impieghi in detergenti e in prodotti per l'addolcimento delle acque tramite addolcitore.
L'acetato di sodio CH3COONa, ha impieghi come neutralizzante e mordente per i tessuti, nella concia delle pelli e come reagente in diversi processi chimici.
Il formiato di sodio HCOONa, ha impieghi in diverse industrie (tessile, conciaria, alimentare ecc.) come disinfettante e conservante.
Utilizzo del sodio
Il sodio metallico viene largamente utilizzato nell'industria chimica e farmaceutica come catalizzatore, come reagente e per la preparazione di vari suoi composti, in metallurgia come disossidante e desolforante e come additivo in talune leghe Al-Si, in elettrotecnica nelle lampade a vapori di sodio. Importanti sono anche le applicazioni nel settore dell'energia nucleare, dove è impiegato in taluni tipi di reattore come fluido per il trasferimento di calore.
Metodo di produzione del sodio
Il sodio può essere preparato per riduzione ad alta temperatura di alcuni suoi composti con carbone, calcio o altri metalli; oggi viene ottenuto industrialmente con il processo Downs di elettrolisi del cloruro fuso. Il processo utilizza come elettrolita una miscela fusa formata da circa il 40% in peso di cloruro di sodio e il 60% di cloruro di calcio, miscela che presenta un punto di fusione molto più basso di quello del cloruro di sodio e permette di condurre l'elettrolisi a temperatura di ca 600 °C. Si impiegano grandi celle coibentate rivestite internamente di materiali refrattari, munite di catodo circolare in ghisa e anodi in grafite, a funzionamento discontinuo; il sodio che si forma al catodo galleggia sul bagno elettrolitico e si raccoglie in un apposito serbatoio, mentre il cloro che si sviluppa all'anodo, e che viene mantenuto separato dal sodio per mezzo di un diaframma in ferro posto tra gli elettrodi, viene convogliato a un serbatoio dall'alto della cella. Oltre alla reazione principale di elettrolisi:
2 Na+Cl− → 2 Na + Cl2
si ha anche formazione di calcio metallico per riduzione dello ione Ca2+ e per l'instaurarsi dell'equilibrio:
2 Na + CaCl2 ⇄ 2 NaCl + Ca
Pertanto, allo scopo di eliminare il calcio disciolto nel sodio fuso quest'ultimo viene portato a temperature di 100-150°C, di poco superiori a quelle di fusione: la maggior parte del calcio si separa in seguito alla sua diminuita solubilità e viene allontanato per filtrazione. Si ottiene così sodio con un titolo di circa il 99,95%.
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