L’undicesimo elemento del Sistema Periodico è il sodio (link alla lettura della scheda), con il quale inauguriamo il terzo periodo! Per la prima volta possiamo vedere la parola periodico all’opera. Con il neon, infatti, è stato completato il secondo livello energetico, che può contenere massimo otto elettroni.
L’undicesimo elettrone del sodio va quindi a disporsi nel terzo livello energetico, occupando il primo slot dell’orbitale 3s. Il sodio dunque possiede un elettrone solitario nel livello energetico più esterno, esattamente come il litio. Questo fa sì che ne condivida le proprietà chimiche! Era questo il comportamento notato da Mendeleev nel 1869, che decise di disporre verticalmente gli elementi chimicamente simili: sodio e litio fanno parte dello stesso gruppo, il primo, detto dei metalli alcalini.
Donatori aggressivi
Questi elementi sono l’antitesi di quelli che popolano il gruppo del fluoro (gli alogeni): hanno un solo elettrone di valenza e lo vogliono regalare, il prima possibile, per ottenere una configurazione elettronica simile a quella di un gas nobile. La loro elettronegatività è quindi molto bassa, e nei composti tenderanno a essere sempre i perdenti che cedono elettroni a un elemento più bullo di loro. Come nel caso del litio, gli elettroni più interni del sodio schermano la carica elettrica del nucleo, e il risultato è che l’elettrone esterno è molto meno legato. Le dimensioni dell’atomo aumentano di molto rispetto a quelle del neon, e la sua reattività è superiore a quella del litio.
del cloruro di sodio. Crediti: Hans-Joachim
Engelhardt
Di conseguenza non troverete mai sodio puro in natura, ma solo i suoi composti. Il sodio è un metallo grigio lucente, poco meno denso dell’acqua e che si ossida molto rapidamente a contatto con l’ossigeno atmosferico, come il litio. Anche stavolta bisogna fare bene attenzione a non immergerlo: si scatena una reazione ancora più energetica, che produce idrossido di sodio (NaOH), idrogeno gassoso (H2) e un sacco di calore (che stavolta darà fuoco all’idrogeno). Il primo di questi prodotti è noto anche come soda caustica, ed è una base (alcalina) molto corrosiva. Se bruciato su una fiamma, il sodio produce una tipicissima fiamma giallo-arancione a 589 nm di lunghezza d’onda, generata dal suo elettrone esterno che saltella tra l’orbitale base 3s e quello eccitato 3p.
Parlando del rapporto conflittuale dei metalli alcalini con gli alogeni, non sbagliatevi a mescolare la soda caustica con dell’acido muriatico (acido cloridrico, HCl). Non appena le due soluzioni entrano in contatto si scatena una reazione ancora più violenta, durante la quale il cloro (parente prossimo del fluoro) strappa l’elettrone al sodio producendo un sacco di calore. Da questo bailamme emergono due prodotti insospettabili: acqua (H2O) e cloruro di sodio (NaCl), il banale sale da tavola!
L’elemento sacro
I composti del sodio sono noti fin dall’antichità più remota. Il sale era piuttosto prezioso, non solo per insaporire i cibi ma soprattutto per conservarli, tanto che nell’antica Roma veniva utilizzato per ricompensare i legionari (da cui il salario). Nel medioevo si diffuse invece l’uso del sodanum per alleviare i mal di testa, che oggi conosciamo come carbonato di sodio (Na2CO3) o soda. La parola stessa arriva direttamente dall’arabo suda, che vuol dire -appunto- mal di testa!
Il nome attuale dell’elemento (sodium in neolatino) fu proposto nel 1807 da Humphry Davy, che lo aveva scoperto proprio dall’elettrolisi di una soluzione di soda. Ludwig Gilbert propose invece nel 1809 il termine natronium, da cui deriva il simbolo chimico scelto da Berzelius cinque anni più tardi (Na).
Questa parola, natrium in neolatino, ha radici molto più antiche, perché arriva dal nome del sale usato dagli Antichi Egizi per la mummificazione, il natron. La radice semantica è la parola egizia ntr (netjer), che significa “divinità”. È un sale semplice, carbonato di sodio, che si estrae dai laghi salati del nord Africa. Uno di essi, il più grande, è proprio il lago Natron, tra Kenya e Tanzania!
Un elemento illuminante
Oggi trova impieghi molto più prosaici, per esempio nell’illuminazione pubblica. I vapori di sodio, se attraversati da una corrente elettrica, producono una brillante luce arancione, la tipica illuminazione di parcheggi, rotonde e svincoli. Queste lampade sono ad alta efficienza, persino più dei LED (in quanto a lumen per watt) e permettono di risparmiare molta energia, però alterano la percezione notturna dei colori e ora le si sta abbandonando. I saponi invece, come il laurilsolfato di sodio, sono lunghe catene di carbonio con un atomo di sodio all’estremità. In tal modo hanno una coda solubile nei grassi e una testa solubile nell’acqua. Come tanti spilli, le molecole immergono la coda nella gocciolina di grasso e tengono la testa nell’acqua, rendendo possibile l’asportazione dello sporco.
Il sodio ha un ruolo fondamentale nella vita: questa è nata nell’oceano, e quando ha colonizzato la terra si è portata l’oceano dentro. Tutti i nostri fluidi corporei sono una soluzione salina a base di cloro e sodio, da cui la soluzione fisiologica usata in medicina. Insieme al potassio è alla base della trasmissione degli impulsi nervosi, mentre la pompa sodio-potassio permette alle cellule di mantenere l’equilibrio osmotico con l’esterno. È grazie anche al sodio se possiamo pensare!
Sodio dalle stelle
l’unico stabile su lunghi periodi
Il sodio sulla Terra è molto abbondante, addirittura in sesta o settima posizione, e lo troviamo ovviamente nell’acqua di mare insieme agli altri elementi alcalini, alcalino-terrosi e alogeni. Nell’Universo invece non è un campione, si ferma al quindicesimo posto. Ancora una volta, paga lo scotto di essere un elemento dispari, e dunque la sua sintesi è sfavorita dai processi di fusione nucleare.
Come molti elementi dispari, possiede un solo isotopo stabile, 23Na (sodio-23) con 12 neutroni. La sua produzione avviene solitamente durante il bruciamento del carbonio all’interno delle giganti rosse, insieme alle reazioni che producono neon, ossigeno e magnesio.
