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sòdio

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Chimica: generalità

sm. [sec. XIX; da soda]. Elemento chimico di simbolo Na, peso atomico 22,98 e numero atomico 11. § Data la sua altissima reattività nei confronti dell'ossigeno e dell'acqua, il sodio non si rinviene mai libero in natura, mentre sotto forma di composti diversi costituisce in media il 2,8% della crosta terrestre. Tra i suoi minerali abbonda il salgemma, cloruro di sodio fossile formato dall'evaporazione di antichi bacini marini; dall'evaporazione di laghi salati deriva anche il carbonato di sodio naturale, con giacimenti in Egitto, nell'Africa orientale e nell'America Settentrionale. Grandi quantità di sodio, che non sono però convenientemente utilizzabili industrialmente, sono poi contenute nelle rocce eruttive, in particolare in quelle ricche di feldspati. Altri minerali del sodio sono il borace, la kernite e il nitrato di sodio, NaNO3, che, più o meno impuro, costituisce il cosiddetto sodanitro o nitro del Cile. Il sodio è il catione più abbondante nell'acqua marina; in quantità minore è presente in tutte le acque dolci e nelle acque minerali. Il sodio metallico venne preparato per la prima volta nel 1807 da H. Davy sottoponendo a elettrolisi l'idrossido di sodio fuso. Altri metodi di preparazione in seguito attuati si basano sulla riduzione ad alta temperatura dell'idrossido o di altri composti del sodio con riducenti diversi, tra cui il carbone, il carburo di calcio, il magnesio, l'alluminio e in particolare il ferro, sotto forma di limatura. Attualmente il sodio metallico viene prodotto esclusivamente per elettrolisi del cloruro fuso; l'elettrolita è costituito da una miscela di cloruro di sodio con altri sali, in genere con il 30% di fluoruro di sodio o con il 55-60% di cloruro di calcio, che vengono aggiunti allo scopo di abbassare il punto di fusione del cloruro di sodio e poter effettuare l'elettrolisi a una temperatura di 550-600 ºC. Gli anodi sono costituiti da blocchi di grafite, i catodi da anelli di acciaio; tra gli anodi e i catodi è interposta una fitta rete di acciaio che funge da diaframma e impedisce il diffondersi del cloro verso la zona catodica della cella. Per gli usi per i quali è richiesto un prodotto molto puro, il sodio metallico così ottenuto viene purificato per distillazione nel vuoto, separando le piccole quantità di calcio, di magnesio, di ferro ecc. che esso contiene e che, essendo molto meno volatili del sodio, rimangono nel residuo della distillazione. Il sodio si presenta come un metallo di colore bianco argenteo, lucente sulle superfici di fresco tagliate, ma che all'aria si ricopre rapidamente di una crosta bianca di ossido, di idrossido e di carbonato. A contatto con l'acqua reagisce violentemente trasformandosi nell'idrossido NaOH e sviluppando idrogeno; il calore svolto dalla reazione è tale che l'idrogeno si infiamma: per queste sue proprietà, il sodio metallico viene conservato sotto petrolio, in modo da isolarlo dal contatto con l'umidità e l'ossigeno dell'atmosfera. È un metallo molto tenero, tanto da poterlo facilmente tagliare con un coltello; ha peso specifico di .0,97 e fonde a 97,8 ºC; alla pressione atmosferica bolle a 892 ºC e, acceso, brucia all'aria con fiamma di colore giallo vivo. Il sodio metallico viene utilizzato quale reagente nella preparazione di importanti intermedi nell'industria chimica organica e come disossidante in alcune tecnologie metallurgiche. Il sodio metallico fuso trasmette molto bene il calore, per cui viene usato nelle valvole dei motori a scoppio per facilitare la dispersione di calore dalle parti più sollecitate, e inoltre come fluido scambiatore di calore in alcuni tipi di reattore nucleare. La luce gialla che i vapori di sodio emettono sotto l'azione della scarica elettrica viene sfruttata nelle lampade fluorescenti.

Chimica: i composti del sodio

In tutti i suoi composti il sodio si comporta come elemento monovalente a carattere fortemente metallico. Eccetto i sali che derivano da acidi di per sé colorati, tali composti sono quasi sempre bianchi e in genere molto solubili in acqua. Alcuni di essi come l'idrossido, NaOH, indicato comunemente con il nome di soda caustica, il carbonato, Na2CO3, indicato con il nome di soda, e il sale marino, costituito dal cloruro NaCl, sono prodotti di grande importanza pratica e tecnica. Il perossido, Na2O2, è costituito da una polvere bianco-giallognola dotata di forti proprietà ossidanti; si discioglie in acqua ghiacciata con sviluppo di calore e le soluzioni così ottenute vengono usate come sbiancante in applicazioni diverse. Non ha invece applicazioni tecniche l'ossido, Na2O, meno facile da preparare allo stato puro e che si può ottenere dal perossido facendolo reagire con la quantità calcolata di sodio metallico. Tra i sali del sodio il fluoruro, NaF, si prepara neutralizzando con soda l'acido fluoridrico e trova impiego quale antifermentativo in prodotti non alimentari. Il bromuro e lo ioduro di sodio vengono tra l'altro usati nell'industria fotografica per preparare i corrispondenti sali di argento; in altre applicazioni, allo ioduro di sodio si preferisce quello di potassio, che presenta il vantaggio di non essere igroscopico. Il solfuro, Na2S, si ottiene riducendo con carbone il solfato Na2SO4 a ca. 900 ºC oppure, a un grado di purezza maggiore, riducendo per via elettrolitica una soluzione di idrossido e polisolfuro di sodio; quest'ultimo, importante per la produzione di gomma Thiokol, si prepara disciogliendo lo zolfo in fiori in una soluzione del solfuro. Il solfuro è un solido di colore bianco solo se perfettamente puro, mentre il prodotto tecnico è per lo più colorato in giallo da impurezze; è solubilissimo in acqua e trova svariate applicazioni tecniche, tra le quali è importante quella in conceria per la depilazione delle pelli. Il solfato di sodio, Na2SO4, a temperatura ambiente cristallizza dalle sue soluzioni in acqua sotto forma del decaidrato, Na2SO4·10H2O, indicato un tempo con il nome di sale di Glauber. Il sale anidro è assai igroscopico e viene infatti usato nei laboratori chimici quale essiccante. Il solfito di sodio, Na2SO3, e il metabisolfito di sodio, Na2S2O5, trovano impiego quali riducenti e, in particolare il metabisolfito, quali antisettici e antifermentativi nell'industria enologica. Sono solidi cristallini bianchi, assai solubili in acqua, che si preparano per azione dell'anidride solforosa sulle soluzioni concentrate di idrossido o di carbonato di sodio. Disciogliendo lo zolfo in fiori nelle soluzioni di solfito di sodio si ottiene il tiosolfato di sodio, Na2S2O3, il quale, con il nome tradizionale ma improprio di iposolfito di sodio, viene usato in fotografia quale fissatore: esso è infatti capace di disciogliere e quindi di asportare dalle pellicole e dalle carte fotografiche gli alogenuri di argento, trasformandoli in sali complessi solubili. Il nitrato di sodio, NaNO3, che si rinviene in natura in grandi giacimenti salini di origine organica, soprattutto in zone desertiche del Cile, rappresentava all'inizio del secolo un prodotto fondamentale per l'industria chimica, costituendo il composto di partenza per la preparazione dell'acido nitrico, oltre che uno dei primi fertilizzanti azotati entrati nell'uso.

Fisiologia

Il sodio è contenuto nei tessuti animali e vegetali quasi esclusivamente sotto forma ionica, riscontrandosi di preferenza nei liquidi extracellulari, mentre il potassio predomina nell'interno delle cellule. Tale distribuzione non dipende dal fatto che le cellule sono impermeabili al sodio; esperimenti condotti con l'isotopo Na24 hanno dimostrato che il sodio ha la capacità di penetrare nelle cellule, da cui viene però costantemente espulso con un meccanismo attivo di membrana (pompa del sodio) che richiede la presenza di ATP e che comporta consumo di energia. L'organismo umano contiene all'incirca 100 g di sodio, corrispondenti a ca. 250 g di cloruro di sodio; infatti la maggior parte del contingente sodico dell'organismo è presente sotto forma di cloruro, mentre piccole quantità si trovano sotto forma di bicarbonato sodico. La principale funzione fisiologica del sodio è quella di regolare la pressione osmotica e l'equilibrio acido-base dei liquidi organici. Inoltre il metabolismo del sodio è strettamente correlato con quello dell'acqua, tanto che la ritenzione di questo ione si accompagna costantemente con la ritenzione di acqua e con l'aumento del tenore idrico dei tessuti (edema). Una dieta normale mista apporta all'incirca 10-15 g giornalieri di cloruro di sodio; questa quantità eccede di molto le richieste ordinarie dell'organismo, cosicché la maggior parte del sodio introdotto con la dieta viene passivamente eliminata con le urine. L'escrezione urinaria avviene mediante filtrazione glomerulare e parziale riassorbimento del sodio da parte dei tubuli renali. La regolazione del metabolismo del sodio e dei suoi scambi con lo ione potassio è attuata attraverso fattori chimico-fisici (pressione osmotica, permeabilità delle membrane biologiche, ecc.) che sono sotto il controllo del sistema nervoso e dell'apparato endocrino. Particolare importanza nel metabolismo idrosodico hanno gli ormoni della corteccia surrenale, e specialmente i mineral-corticoidi, come l'aldosterone, che consentono il riassorbimento del sodio a livello dei tubuli renali e il suo scambio con il potassio. Nelle malattie caratterizzate da insufficienza surrenale (per esempio morbo di Addison) si verifica una cospicua perdita di ioni sodio attraverso il rene, che determina la riduzione del tenore sodico nei liquidi dell'organismo. Tale condizione è accompagnata da disturbi caratteristici: nausea, anoressia, apatia profonda, crampi muscolari, abbassamento della pressione arteriosa fino alla morte per collasso circolatorio. Disturbi di questo tipo possono talora aversi anche nell'individuo in normali condizioni di salute in seguito alla massiva perdita di sodio con il sudore per effetto di sforzi fisici intensi in ambiente con temperatura molto elevata.