Sodio

Il sodio è l'elemento chimico che ha come simbolo Na.^[1]

Sodio
11 Na                                                                                                                                                                                                                                               neon ← sodio → magnesio
Aspetto
Aspetto dell'elemento Bianco argenteo
Linea spettrale Linea spettrale dell'elemento
Generalità
Nome, simbolo, numero atomico	sodio, Na, 11
Serie	metalli alcalini
Gruppo, periodo, blocco	1 (IA), 3, s
Densità	968 kg/m³
Durezza	0,5
Configurazione elettronica	Configurazione elettronica
Termine spettroscopico	2S1/2
Proprietà atomiche
Massa atomica	22,98977 u
Raggio atomico (calc.)	180 pm
Raggio covalente	154 pm
Raggio di van der Waals	227 pm
Configurazione elettronica	[Ne]3s1
e− per livello energetico	2, 8, 1
Stati di ossidazione	1 (base forte)
Struttura cristallina	cubico a corpo centrato
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (non magnetico)
Punto di fusione	370,87 K (97,72 °C)
Punto di ebollizione	1 156 K (883 °C)
Volume molare	23,78×10−6 m³/mol
Entalpia di vaporizzazione	96,96 kJ/mol
Calore di fusione	2,598 kJ/mol
Tensione di vapore	1,2×10−5 Pa a 1 234 K
Velocità del suono	3200 m/s a 293,15 K
Altre proprietà
Numero CAS	7440-23-5
Elettronegatività	0,93 (Scala di Pauling)
Calore specifico	1230 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica	21×106 S/m
Conducibilità termica	141 W/(m·K)
Energia di prima ionizzazione	495,8 kJ/mol
Energia di seconda ionizzazione	4 562 kJ/mol
Energia di terza ionizzazione	6 910,3 kJ/mol
Energia di quarta ionizzazione	9 543 kJ/mol
Energia di quinta ionizzazione	13 354 kJ/mol
Energia di sesta ionizzazione	16 613 kJ/mol
Energia di settima ionizzazione	20 117 kJ/mol
Energia di ottava ionizzazione	25 496 kJ/mol
Energia di nona ionizzazione	28 932 kJ/mol
Energia di decima ionizzazione	141 362 kJ/mol
Isotopi più stabili
iso NA TD DM DE DP 22Na sintetico 2,6020 anni ε 2,842 22Ne 23Na 100% È stabile con 12 neutroni
iso: isotopo NA: abbondanza in natura TD: tempo di dimezzamento DM: modalità di decadimento DE: energia di decadimento in MeV DP: prodotto del decadimento

Storia

Lo stesso argomento in dettaglio: Humphry Davy.

Il nome deriva dall'inglese "soda" e dal latino "sodanum", che significa "rimedio per il mal di testa". Il simbolo "Na" deriva dal termine latino "natrium", che si riferisce al "natron" (soda in inglese).^[2]

Il cloruro di sodio e il carbonato di sodio sono conosciuti fin dai tempi preistorici: il primo utilizzato come aromatizzante e conservante, e la seconda per la fabbricazione del vetro. Il sale proveniva dall'acqua di mare, mentre la soda proveniva da Wadi El Natrun in Egitto o dalla cenere di alcune piante.^[3]

La loro composizione fu oggetto di dibattito tra i primi chimici e la soluzione arrivò finalmente dalla Royal Institution di Londra nell'ottobre 1807, quando Humphry Davy espose la soda caustica a una corrente elettrica e ottenne delle goccioline di sodio metallico, proprio come aveva fatto in precedenza per il potassio, sebbene avesse dovuto utilizzare una corrente più forte.

L'anno seguente, Josef Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard ottennero il sodio riscaldando a calore rosso una miscela di soda caustica e limatura di ferro.^[3]

Chimica nucleare

Numero atomico[1]	11
Massa atomica[2]	22,989 769 28(2)

Isotopi^[4]

Nuclide	Massa monoisotopica	Decadimento	Emivita
17Na	17,0372730 ± 6,4x10−5	p = 100%	-
18Na	18,0268794 ± 1x10−4	p = ?	1,3 zs ± 0,4
19Na	19,0138803 ± 1,13x10−5	p = 100%	1 as
20Na	20,0073543 ± 1,19x10−6	β+ = 100% β+α = 25,0 ± 0,4%	447,9 ms ± 2,3
21Na	20,9976545 ± 4,5x10−8	β+ = 100%	22,4550 s ± 5,4x10−3
22Na	21,.9944375 ± 1,41x10−7	β+ = 100% e+ = 90,57 ± 0,8% ε = 9,43 ± 0,6%	2,6019 y ± 6x10−4
22mNa		IT = 100%	243 ns ± 2
23Na	22,9897692 ± 1,94x10−9	IS = 100%	stabile
24Na	23,9909630 ± 1,7x10−8	β- = 100%	14,9560 h ± 1,5x10−3
24mNa		IT≈100% β- = 0,05%	20,18 ms ± 0,10
25Na	24,9899540 ± 1,288x10−6	β- = 100%	59,1 s ± 0,6
26Na	25,9926346 ± 3,759x10−6	β- = 100%	1.071,28 ms ± 0,25
26mNa		IT=100%	4.,35 us ± 0,16
27Na	26,994076 ± 4x10−6	β- = 100% β-n = 0,098 ± 2,4%	301 ms ± 6
28Na	27,998939 ± 1,1x10−5	β- = 100% β-n = 0,58 ± 1,2%	33,1 ms ± 1,3
29Na	29,002877 ± 7,876x10−6	β- = 100% β-n = 22 ± 0,3% β-2n ?	43,2 ms ± 0,4
30Na	30,009098 ± 5,074x10−6	β- = 100% β-n = 28,6 ± 2,2% β-2n = 1,24 ± 1,9% β-α = 5e−5 ± 0,2%	45,9 ms ± 0,7
31Na	31,013147 ± 1,5x10−5	β- = 100% β-n =36,0 ± 3,5% β-2n =0,73 ± 0,9% β-3n <0.05%	16,8 ms ± 0,3
32Na	32,020011 ± 4x10−5	β- = 100% β-n = 26 ± 0,6% β-2n = 7,6 ± 1,5%	12,9 ms ± 0,3
33Na	33,025529 ± 4,83x10−4	β- = 100% β-n = 47 ± 0,6% β-2n = 13 ± 0,3%	8,2 ms ± 0,4
34Na	34,034010 ± 6,435x10−4	β- = 100% β-2n ≈50% β-n≈15%	5,5 ms ± 1,0
35Na	35,040614 ± 7,2x10−4	β- = 100% β-n ? β-2n ?	1,5 ms ± 0,5
36Na	36,049279 ± 7,37x10−4	n ?	-
37Na	37,057042 ± 7,37x10−4	β- ? β-n ? β-2n ?	1 ms ± 1,5 us
38Na	38,066458 ± 7,68x10−4	n ?	-
39Na	39,075123 ± 7,97x10−4	β- ? β-n ? β-2n ?	1 ms ± 400 ns

Abbondanza e disponibilità

Lo stesso argomento in dettaglio: Sodio (biologia).

Abbondanza

Sistema solare[5]	5,7 x 10−2 (frazione molare atomica relativa a Si = 1)
Sole[5]	6,0 x 10−2 (frazione molare atomica relativa a Si = 1)
Crosta terrestre[6]	2,36 × 104 mg/kg
Oceani[6]	1,08 × 104 mg/l

Le linee D del sodio sono tra le più prominenti nello spettro solare.^[7] Sebbene il sodio sia il sesto elemento più abbondante sulla Terra e costituisca circa il 2,6% della crosta terrestre, è un elemento molto reattivo e non si trova mai libero in natura.^[6] Il sodio è presente in moltissime rocce, tra cui le più abbondanti sono:^[8]

• l'albite, Na(AlSi₃O₈);
• la sciorlite, NaFe²⁺3Al₆(Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₃(OH);
• l'analcime, Na(AlSi₂O₆) · H₂O;
• la montmorillonite, (Na,Ca)_0.33(Al,Mg)₂(Si₄O₁₀₎(OH)₂ · nH₂O;
• l'halite, NaCl;
• la nefelina, Na₃K(Al₄Si₄O₁₆);
• l'egirina, NaFe³⁺Si₂O₆;
• il natrolite, Na₂Al₂Si₃O₁₀ · 2H₂O;
• la dravite, NaMg₃Al₆(Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₃(OH);
• l'egirina-augite, (Na_aCa_bFe²⁺_cMg_d)(Fe³⁺_eAl_fFe²⁺_gMg_h)Si₂O₆

Sodio e cloro, insieme al potassio, servono a mantenere la pressione osmotica, l'equilibrio acido-base e il bilancio dei fluidi nei tessuti corporei.^[9]

Caratteristiche atomiche

Il sodio è un elemento del primo gruppo,^[10] terzo periodo (metalli alcalini),^[6] blocco s della tavola periodica.^[10]

Caratteristica
Configurazione elettronica[1]	[Ne]3s1
Stato fondamentale[11]	2S1/2
Stato di ossidazione[8]	+1, -1
Energia di ionizzazione[3][6]	5,139 eV
	1°	495,845 kJ/mol
	2°	4.562,444 kJ/mol
	3°	6.910,28 kJ/mol
	4°	9.543,36 kJ/mol
	5°	13.353,6 kJ/mol
	6°	16.612,85 kJ/mol
	7°	20.117,2 kJ/mol
	8°	25.496,25 kJ/mol
Affinità elettronica[12]	0,548 eV
Elettronegatività	Scala di Pauling[13]	0,93
	Scala di Allen[14]	0,869
Raggio atomico empirico[15]	180 pm
Raggio covalente[10]	166(9) pm
Raggio di Van der Waals[7]	227 pm

Spettro atomico^[16]

Ione	N° i linee	Linee con probabilità di transizione	Linee con livelli designati	N. di livelli
Na (I)	869	523	858	430
Na (II)	1345	176	605	165
Na (III)	560	417	560	120
Na (IV)	687	671	687	104
Na (V)	529	503	527	102
Na (VI)	657	594	641	116
Na (VII)	1374	1369	1374	142
Na (VIII)	464	456	464	89
Na (IX)	172	138	172	46
Na (X)	594	586	594	111
Na (XI)	156	156	156	128
Total:	7407	5589	6638	1553

Metodi di preparazione

Attualmente viene ottenuto a livello commerciale mediante l'elettrolisi di cloruro di sodio fuso e assolutamente asciutto. Questo metodo è molto più economico rispetto all'elettrolisi dell'idrossido di sodio, che veniva utilizzata alcuni anni fa.^[7]

Caratteristiche chimico-fisiche

Informazioni strutturali

Stato in condizioni standard[17]	solido grigio inodore
Reticolo di Bravais[18]	cubico a facce centrate
Densità[6]	0,97 g/cm3

Caratteristiche elettroniche

Configurazione elettronica[1]	[Ne]3s1
Tipo di legame	metallico

Caratteristiche termodinamiche

Punto di fusione[7]	97,8°C
Punto di ebollizione[7]	883 °C
Punto triplo[19]	370,98 K
Punto di infiammabilità[17]	82 °C
Entalpia standard di formazione del gas[20]	107,30 kJ/mol
Entalpia standard di formazione del liquido[20]	2,41 kJ/mol
Entropia standard di formazione del gas (a 1 bar)[20]	153,65 J/mol*K
Entropia standard di formazione del liquido (a 1 bar)[20]	57,86 J/mol*K
Entropia standard di formazione del solido (a 1 bar)[21]	51,30 ± 0,20 J/mol*K
Parametri dell'equazione di Shomate per il gas (1.170.,525K < T < 6.000K)[20]	A	20.80573
	B	0.277206
	C	-0.392086
	D	0.119634
	E	-0.008879
	F	101.0386
	G	178.7095
	H	107.2999
Parametri dell'equazione di Shomate per il liquido (370,98K < T < 1.170,525K)[20]	A	40.25707
	B	-28.23849
	C	20.69402
	D	-3.641872
	E	-0.079874
	F	-8.782300
	G	113.6646
	H	2.406001
Parametri dell'equazione di Shomate per il solido (298K < T < 370K)[20]	A	72.63675
	B	-9.491572
	C	-730.9322
	D	1414.518
	E	-1.259377
	F	-21.79467
	G	155.0963
	H	0.000000
Parametri dell'equazione di Antoine (924K < T < 1.118K)[22]	A	2.46077
	B	1873.728
	C	-416.372
Pressione di vapore[3]	1,85 x 10−4 Pa a 400K
	5,6 Pa a 600K

Stato solido

Classificazione Goldschmidt[8]	litofilo
Modulo di compressibilità[3]	6,3 GPa

Caratteristiche di trasporto

Caratteristica
Calore specifico[3]	1.228 J/kg K
Conducibilità termica[18]	141 W/m K
Resistività elettrica[23]	47,7 nΩ·m

Caratteristiche chimiche

Reazione in acqua

La decomposizione in acqua porta alla liberazione di idrogeno e alla formazione di idrossido:^[7][24]

${\displaystyle {\ce {2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2}}}$

Ossidazione

${\displaystyle {\ce {Na + O3 -> NaO2 + O.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + O3 -> O2 + NaO}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + N2O -> N2 + NaO}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + O2 -> NaO2}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + H2O2 -> H2O + NaO}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + He + O2 -> He + NaO2}}}$^[24]

Idrossidi

${\displaystyle {\ce {Na + H2O2 -> NaOH + OH.}}}$^[24]

Nitrazione

${\displaystyle {\ce {Na + NO -> NaNO}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + Ar + NO -> Ar + NaNO}}}$^[24]

Clorurazione

${\displaystyle {\ce {Na + Cl2 -> NaCl + Cl.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + SCl2 -> NaCl + SCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + BCl3 -> NaCl + BCl2}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + SiCl4 -> NaCl + SiCl3}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + S2Cl2 -> NaCl + SCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + AsCl3 -> NaCl + AsCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + PCl3 -> NaCl + PCl2}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + DCl -> NaCl + D}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + HCl -> NaCl + H.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + SnCl4 -> NaCl + SnCl3}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + TiCl4 -> NaCl + TiCl3}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C3H3Cl -> C3H3. + NaCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + CH2FCl -> .CH2F + NaCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + (CH3)3GeCl -> NaCl + (CH3)3Ge}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + (CH3)3SiCH2Cl -> NaCl + (CH3)3SiCH2.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + (CH3)3SnCl -> NaCl + (CH3)3Sn}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + (CH3)2SnCl2 -> NaCl + (CH3)2SnCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + (CH3)2CCl2 -> NaCl + (CH3)2CCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + t-C4H9CH2Cl -> C5H12 + NaCl}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C5H4ClN -> NaCl + C5H4N}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C6H13Cl -> NaCl + (CH3)3CCH2CH2.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C7H18Cl2Si2 -> NaCl + (CH3)3SiCH(*)Si(CH3)3}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C8H7Cl -> NaCl + C8H8}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C8H9Cl -> NaCl + C8H10}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C9H9Cl -> NaCl + C9H10}}}$^[24]

${\displaystyle {\ce {4Na + C2ClF3 -> 2C + NaCl + 3FNa}}}$ ΔrH° = -1.576,1 ± 5,4 kJ/mol^[25]

Fluorurazione

${\displaystyle {\ce {C4F8 + 4Na -> 4C + 8FNa}}}$ ΔrH° = -2.989 ± 9,2 kJ/mol^[25]

${\displaystyle {\ce {4Na + CF4 -> C + 4FNa}}}$ ΔrH° = -1.362 ± 9,2 kJ/mol^[26]

${\displaystyle {\ce {C2F4 + 4Na -> 4FNa + 2C}}}$ ΔrH° = -1.611 ± 4,6 kJ/mol^[27]

${\displaystyle {\ce {8Na + C3F8 -> 3C + 8FNa}}}$ ΔrH° = -2.761 ± 7,1 kJ/mol^[28]

${\displaystyle {\ce {SF6 + Na -> NaF + SF5}}}$

${\displaystyle {\ce {CH3F + Na -> .CH3 + NaF}}}$^[24]

Bromurazione

${\displaystyle {\ce {Na + C7H7Br -> NaBr + C8H9}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + HBr -> NaBr + H.}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + SiBr4 -> NaBr + SiBr4}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C2H3Br -> NaBr + C2H3}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C3H5Br -> NaBr + C3H5}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C4H7Br -> NaBr + C4H7}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C5H4BrN -> NaBr + C5H4N}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C7H4BrN -> NaBr + C7H5N}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C8H7Br -> NaBr + C8H8}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C9H9Br -> NaBr + C9H10}}}$^[24]

Reazioni di coordinazione

${\displaystyle {\ce {(I- * 4294967295Na) + Na -> I-}}}$ ΔrH° = 82,0 ± 9,6 kJ/mol^[29]

${\displaystyle {\ce {(Na+ * Na) + Na -> (Na+ * 2Na)}}}$ ΔrH° = 133 kJ/mol^[30]

Altre reazioni

${\displaystyle {\ce {Na + SO2 -> NaSO2}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C2H3I -> C2H3 + NaI}}}$

${\displaystyle {\ce {Na + C6H5I -> NaI + C6H5}}}$^[24]

${\displaystyle {\ce {1/2 C16H10Cr2O6 (sol) + Na (cr) -> C8H5CrNaO3 (sol)}}}$ solvente = tetraidrofurano ΔrH° = -285,1 ± 3,6 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {1/2C16H10Mo2O6 (sol) + Na (cr) -> C8H5MoNaO3 (sol)}}}$ solvente = tetraidrofurano ΔrH° = -265,5 ± 3,6 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {1/2C26H30Mo2O6 (sol) + Na (cr) -> C13H15MoNaO3 (sol)}}}$ solvente = tetraidrofurano ΔrH° = -250,6 ± 6,0 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {1/2C16H10O6W2 (sol) + Na (cr) -> C8H5NaO3W (sol)}}}$ solvente = tetraidrofurano ΔrH° = -258,2 ± 6,0 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {1/2C8Co2O8 (sol) + Na (cr) -> C4CoNaO4 (sol)}}}$ solvente = tetraidrofurano ΔrH° = -318 ± 11 kJ/mol

${\displaystyle {\ce {C13H10O (sol) + Na (cr) -> C13H10NaO (sol)}}}$ ΔrH° = -161,1 ± 2,5 kJ/mol^[31]

Composti

• Bicarbonato di sodio
• Boroidruro di sodio
• Bromuro di sodio
• Carbonato di sodio
• Cloruro di sodio
• Esanitrocobaltato di sodio
• Fluoruro di sodio
• Fosfato di sodio
• Idruro di sodio
• Ioduro di sodio
• Nitrato di sodio
• Nitrito di sodio
• Ossido di sodio
• Perossido di sodio
• Perossidisolfato di sodio
• Polisolfuro di sodio
• Seleniuro di sodio
• Solfato di sodio
• Solfito di sodio
• Solfuro di sodio
• Tellurito di sodio
• Tiosolfato di sodio
• Trifosfato pentasodico

Simboli di rischio chimico
pericolo
frasi H	260 - 314 - 318 - EUH014
frasi R	R 14/15-34
consigli P	223 - 231+232 - 280 - 305+351+338 - 370+378 - 422 [32][33]
frasi S	S 1/2-5-8-43-45
Le sostanze chimiche vanno manipolate con cautela
Avvertenze

Precauzioni

Può incendiarsi spontaneamente o meno sull'acqua, a seconda della quantità di ossido e metallo esposto all'acqua. Normalmente, non si incendia nell'aria a temperature inferiori a 115 °C.^[7] Va manipolato e conservato in atmosfera di gas inerte al riparo dall'umidità. I vapori sono più pesanti dell'aria e si diffondono radenti al suolo.^[17]

Provoca gravi ustioni cutanee e gravi lesioni oculari. Se ingerito, provoca gravi bruciature alla bocca e alla gola, così come perforazione dell'esofago e dello stomaco.^[17]

Tossicità per la daphnia e per altri invertebrati acquatici CE50 - Daphnia magna (Pulce d'acqua grande) - 1.640 mg/l - 48 h.^[17]

Applicazioni

• Il sodio è utilizzato nella produzione di titanio, ammoniuro di sodio, cianuro di sodio, perossido di sodio e idruro di sodio;
• il sodio liquido è stato impiegato come refrigerante per i reattori nucleari;
• il vapore di sodio è utilizzato nelle lampade stradali, producendo una brillante luce gialla;^[6]
• il sodio metallico è fondamentale nella fabbricazione di esteri e nella preparazione di composti organici;^[7]
• il sodio metallico può essere utilizzato per migliorare la struttura di alcune leghe, rimuovere incrostazioni dai metalli e purificare metalli fusi^[7]
• una lega di sodio con potassio (NaK) è un importante agente di trasmissione del calore;^[7]
• viene utilizzato nelle batterie;^[34]
• viene utilizzato nella preparazione di saponi;^[35]
• gli isotopi ²²Na e ²⁴Na sono stati utilizzati come traccianti radioattivi negli studi degli elettroliti nel corpo umano;^[36][37]
• il ²²Na è un isotopo cosmogenico che è stato utilizzato per studiare il tempo di residenza dell'acqua nei bacini di acqua dolce. È stato impiegato per la datazione di acque superficiali e sotterranee giovani (fino a poche decine di anni);^[38]
• il ²²Na viene utilizzato come sorgente per calibrare gli scanner di tomografia a emissione di positroni (PET) per verificare che gli strumenti funzionino correttamente.^[39]

Galleria d'immagini

• 
  Sodio metallico (ACS) appena tagliato con un coltello
• 
  Esplosione provocata dall'aggiunta di acqua su 1,3 kg di sodio metallico