Hydroxyde de sodium
Pour les articles homonymes, voir soude.| Hydroxyde de sodium | |||||
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| __ Na+ __ HO− Structure du réseau cristallin de l'hydroxyde de sodium. | |||||
| Identification | |||||
| Nom UICPA | Hydroxyde de sodium | ||||
| No CAS | (anhydre) (·H2O) | ||||
| No EINECS | (anhydre) (·H2O) | ||||
| PubChem | |||||
| No E | E524 | ||||
| SMILES | |||||
| InChI | |||||
| Apparence | solide de formes variables, blanc, déliquescent, inodore[1]. | ||||
| Propriétés chimiques | |||||
| Formule brute | NaOH | ||||
| Masse molaire[2] | 39,9971 ± 0,0004 g/mol H 2,52 %, Na 57,48 %, O 40 %, | ||||
| pKa | Base forte | ||||
| Propriétés physiques | |||||
| T° fusion | 318 °C[1] | ||||
| T° ébullition | 1 390 °C[1] | ||||
| Solubilité | dans l'eau à 20 °C : 1 090 g·l-1[1] | ||||
| Masse volumique | 2,1 g·cm-3[1] | ||||
| Pression de vapeur saturante | 0,13 kPa à 739 °C 2,67 kPa à 953 °C 13,3 kPa à 1 111 °C 53,3 kPa à 1 286 °C | ||||
| Thermochimie | |||||
| ΔvapH° | 175 kJ·mol-1 (1 atm, 1 388 °C)[3] | ||||
| Propriétés optiques | |||||
| Indice de réfraction | 1,357 | ||||
| Précautions | |||||
 C Phrases R : 35, Phrases S : 1/2, 26, 37/39, 45,
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0 3 1 | |||||
 E, | |||||
 Danger | |||||
| Peau | Irritant | ||||
| Yeux | Irritant | ||||
| Composés apparentés | |||||
| Autres cations | Hydroxyde de potassium | ||||
L'hydroxyde de sodium, appelé également soude caustique[7], est un corps chimique composé minéral de formule chimique NaOH, qui est à température ambiante un solide ionique. Fusible vers 318 °C, il se présente généralement sous forme de pastilles, de paillettes ou de billes blanches ou d'aspect translucide, corrosives et très hygroscopiques. Il est très soluble dans l'eau et légèrement soluble dans l'éthanol[8]. Sa dose journalière admissible est non spécifiée depuis 1965[8]. Le code du travail de France ne permet pas à des mineurs de fabriquer ou de manipuler ce produit chimique[9].
La solution d'hydroxyde de sodium, souvent appelée soude, est une solution aqueuse transparente. Concentrée, elle est corrosive et souvent appelée lessive de soude.
Ce produit, matière importante de l'industrie chimique, capitale pour le contrôle d'un milieu alcalin ou la régulation d'acidité dans un procédé, est aussi courant dans le commerce, sous forme de paillette ou de solution ; il est vendu par exemple comme déboucheur de canalisations, produit de nettoyage ou agent de neutralisation (d'acides).
Propriété physico-chimique
Les propriétés chimiques de l'hydroxyde de sodium sont surtout liées à l'ion hydroxyde HO- qui est une base forte. En outre, l'hydroxyde de sodium réagit avec le dioxyde de carbone (CO2) de l'air et se carbonate.
Solubilité
La solubilité de la soude caustique dans l'eau augmente avec la température, à pression constante ou ambiante[10]. Pour 100 g d'eau distillée, la masse de NaOH solubilisée correspond environ à 42 g à 0 °C et 347 g à 100 °C. Elle dépasse 1 070 g/l à 20 °C et atteint 3 137 g/l à 80 °C[11].
Cette solubilité élevée, très supérieure par exemple à celle de la chaux ou des autres autres hydroxydes alcalino-terreux, l'abondance de sa production industrielle et son prix de revient inférieure à la potasse caustique, en font la base minérale la plus utilisée dans le monde.
Propriétés physiques à 20 °C
Évolution de la masse volumique de la solution aqueuse en fonction de la concentration[12] :
| Concentration massique (%m) | Molarité (moles de soluté par litre de solution) mol.L-1 | Masse volumique (g.cm-3) |
|---|---|---|
| 0,5 | 0,125 | 1,0039 |
| 1,0 | 0,252 | 1,0095 |
| 2,0 | 0,510 | 1,0207 |
| 3,0 | 0,774 | 1,0318 |
| 4,0 | 1,043 | 1,0428 |
| 5,0 | 1,317 | 1,0538 |
| 6,0 | 1,597 | 1,0648 |
| 7,0 | 1,883 | 1,0758 |
| 8,0 | 2,174 | 1,0869 |
| 9,0 | 2,470 | 1,0979 |
| 10,0 | 2,772 | 1,1089 |
| 11,0 | 3,080 | 1,1199 |
| 12,0 | 3,393 | 1,1309 |
| 13,0 | 3,711 | 1,1419 |
| 14,0 | 4,036 | 1,1530 |
| 15,0 | 4,365 | 1,1640 |
| 16,0 | 4,701 | 1,1751 |
| 17,0 | 5,041 | 1,1861 |
| 18,0 | 5,387 | 1,1971 |
| 19,0 | 5,739 | 1,2082 |
| 20,0 | 6,096 | 1,2192 |
| 22,0 | 6,827 | 1,2412 |
| 24,0 | 7,579 | 1,2631 |
| 26,0 | 8,352 | 1,2848 |
| 28,0 | 9,145 | 1,3064 |
| 30,0 | 9,958 | 1,3277 |
| 32,0 | 10,791 | 1,3488 |
| 34,0 | 11,643 | 1,3697 |
| 36,0 | 12,512 | 1,3901 |
| 38,0 | 13,398 | 1,4102 |
| 40,0 | 14,300 | 1,4299 |
Techniques de fabrication
Historique
Dans l'Antiquité, on utilisait la soude soit d'origine minérale soit d'origine végétale. La soude, prototype de l'alcali minéral, désigne alors un carbonate de sodium plus ou moins pur, qui provenait dans le premier cas de dépôts lacustres à base de natron, éventuellement purifiés et séchés, et dans le second, des sels de lixiviation des cendres obtenues par la combustion de plantes halophytes comme la salicorne ou les Soudes. La soude caustique était ensuite obtenue par caustification (voir ci-dessous).
Entre 1771 et 1791, le chimiste Nicolas Leblanc invente un procédé permettant d'obtenir du carbonate de sodium à partir d'eau de mer, procédé coûteux en combustible qui sera supplanté par le procédé Solvay plus économique entre 1861 et 1864 (mis au point par l'entrepreneur et chimiste belge Ernest Solvay). Ces procédés, surtout le second, permettent de réduire les coûts de revient de la soude et font disparaître les anciennes techniques ancestrales.
À la fin du XIXe siècle l'avènement de l'électricité permet la production directe de soude par électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium, dont les deux compartiments d'électrode sont séparés par une membrane évitant la migration des gaz dissous.
Nous avons ainsi les deux demi-réactions suivantes :
- L'ion chlorure dissous est oxydé en chlore gazeux au contact de l'anode : 2 Cl- solvaté → Cl2 gaz + 2 e-
- La molécule d'eau, préalablement décomposée à la cathode en proton solvaté ou ion hydronium et ion hydroxyde, permet d'expliquer le dégagement du gaz hydrogène par réduction du proton H+ et l'alcalinisation corrélative du milieu aqueux : 2 H2O solvant liquide+ 2 e- → H2 gaz + 2OH- solvaté
soit la réaction globale caractéristique de l'électrolyse de l'eau salée : 2 NaCl aqueux + 2H2O → 2 NaOH aqueux+ Cl2 gaz + H2 gaz
Aujourd'hui, 99 % de la soude produite est d'origine électrochimique.
Électrolyse de saumure (eau saturée en sel)
La soude est obtenue par électrolyse du chlorure de sodium NaCl.
La soude s'obtient pour le moment majoritairement par une électrolyse avec cathode de mercure (anode : titane ; cathode : mercure). Cette opération produit en même temps du chlore, de la soude en solution et de l'hydrogène. Mais le mercure est un métal lourd nocif par bioaccumulation et à très faible dose, plus encore lorsqu'il est transformé en mono- ou di-méthylmercure par les bactéries. Il est volatil et non dégradable, et passe facilement la barrière des poumons, ce qui en fait un des polluants majeurs de l'environnement, en augmentation dans toutes les mers. C'est l'une des raisons pour laquelle les sociétés européennes impliquées se sont engagées à faire disparaître ce procédé à l'horizon 2020, procédé en cours de remplacement par des électrolyses à membranes[13].
Il existe un autre procédé : électrolyse à diaphragme, qui comportait de l'amiante, substituée en France par un matériau composite depuis la fin des années 1990.
À partir de carbonate de sodium
Cette technique était celle utilisée autrefois en Égypte ou en Turquie. Elle est encore utilisée en Amérique du Nord où se trouvent des gisements naturels de carbonate de sodium. C'est un ajout de chaux (matière) au carbonate de sodium. On parle de caustification ou de caustication. La réaction s'écrit :
Na2CO3 solide + Ca(OH)2 aqueux → CaCO3 + 2 NaOH solide après évaporation de l'eau du lait de chaux
Utilisations industrielles importantes
La production annuelle mondiale entre 1991 et 1998 est estimée à 45 millions de tonnes[14].
L'hydroxyde de sodium est utilisé en grande quantité par plusieurs industries. La moitié de la production reste dans l'industrie chimique, où elle participe à l'élaboration de plus de 400 produits de base, par des procédés de chimie minérale ou de synthèse organique. L'autre emploi, principalement en tant que base, la rend indispensable, par ordre décroissant des besoins, à la fabrication des pâtes à papier, à l'industrie des savons et des détergents et produits de nettoyage, au traitement des eaux[15] et au lavage des gaz, en particulier dans l'industrie pétrolière, dans l'industrie de l'aluminium (attaque ou traitement de la bauxite du procédé Bayer), dans l'industrie textile avec le traitement des fibres naturelles (cellulose), l'obtention de fibres régénérées, de la rayonne ou soie synthétique, dans l'industrie de certains fibres textiles artificiels et des plastiques, dans l'industrie des colorants...
Les déboucheurs chimiques sont souvent à base d'hydroxyde de sodium. La soude est utilisée dans certains produits défrisants pour cheveux, mais a tendance à être abandonnée dans les cosmétiques modernes.
En agro-alimentaire elle sert à nettoyer les installations (circuits, bouteilles), modifier l'amidon, épluchage chimique, etc. C'est aussi un additif alimentaire (E524[16]), il sert comme régulateur de l’acidité[17] et il est utilisé dans une large gamme de produits[18].
La soude peut être utilisée pour stocker de l'énergie solaire sous forme chimique. En effet, la réaction entre la soude et l'eau est fortement exothermique. Une fois la soude diluée, il suffit d'utiliser directement l'énergie solaire pour faire s'évaporer l'eau et revenir à l'état initial.
La réaction de l'hydroxyde de sodium avec l'eau et l'aluminium produit un dégagement d'hydrogène qui peut faire fonctionner un moteur à explosion sans émission de CO2.
Emploi au laboratoire
L'hydroxyde de sodium est la base la plus communément utilisée en laboratoire. Elle sert à de nombreux dosages, ainsi qu'à la précipitation d'hydroxydes. Elle intervient dans les réactions d'hydrolyse.
La soude est également utilisée comme un réactif pour des tests de chimie. En effet, en présence de certains cations métalliques, la soude forme un précipité d'une certaine couleur.
| Cation métallique | Couleur du précipité |
|---|---|
| Cu2+ | bleu |
| Fe2+ | vert |
| Fe3+ | rouille |
| Zn2+ | blanc |
| Al3+ | blanc |
| Ag+ | blanc |
Effets sur la santé
Lorsqu'il est mélangé avec de l'eau, la température du mélange augmente jusqu'à atteindre une température proche de celle du point d'ébullition de l'eau, soit 100 °C, risquant ainsi de provoquer des éclaboussures dangereuses. La soude réagit très violemment avec les acides et certains métaux[19]. La soude caustique est irritante et corrosive pour la peau, les yeux, les voies respiratoires et digestives. Elle doit être manipulée avec des gants, des lunettes de protection et une protection intégrale du visage (visagière) et une protection des voies respiratoires si présence de poussière ou d'aérosol. En cas de contact très important, la soude peut interférer avec les transmissions nerveuses, atténuant la douleur de la brûlure et retardant la prise de mesure.
En cas de contact avec la peau, il faut rincer le plus rapidement possible avec de l'eau [20], retirer les vêtements imprégnés en évitant de propager le contact de la base avec la peau, et consulter un médecin.
En cas d'ingestion accidentelle, il ne faut pas faire vomir à cause du risque de double brûlure (aller et retour). Il faut appeler les secours ou un centre anti-poison le plus vite possible.
En cas de contact avec les yeux il faut rincer abondamment pendant au moins 20 minutes sous l'eau courante, si vous avez des kits de neutralisation des bases - ou un produit ampholyte, il est fortement recommandé de les utiliser, et ensuite consulter un médecin ophtalmologiste[20].
Effets sur l'environnement
La soude caustique augmente le pH des cours d’eau, représentant ainsi une menace potentielle pour la faune et la flore aquatiques.
La soude caustique s'infiltre dans la terre et peut nuire à l'agriculture comme à l'environnement des végétaux, des minéraux et des animaux proches ou lointains (rivière, fleuve, nappe phréatique).
Notes et références
- 1 2 3 4 5 HYDROXIDE DE SODIUM, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
- ↑ Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
- ↑ (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press Inc, , 90e éd., Relié, 2804 p. (ISBN 978-1-4200-9084-0)
- ↑ « ESIS » (consulté le 6 décembre 2008)
- ↑ « Hydroxyde de sodium » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 25 avril 2009
- ↑ Numéro index dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
- ↑ L'appellation Soude caustique provient de la caustification ou caustication, opération d'ajout de chaux vive ou de lait de chaux, décrite infra, provoquant (à chaud c'est-à-dire à ébullition du lait de chaux) une réaction chimique que les Anciens faisaient subir à l'alcali soude, pour disposer de soude caustique. La soude dite minérale était à base carbonate de soude (Na2CO3). La soude caustique est décrite dans le Grand Larousse du début du XXe siècle en ces termes désuets : "hydrate de sodium".
- 1 2 (en) [PDF] FAO Monograph 1 (2006) SODIUM HYDROXIDE INS number: 524
- ↑ http://www.legifrance.gouv.fr/affichCode.do?idSectionTA=LEGISCTA000018532678&cidTexte=LEGITEXT000006072050&dateTexte=20121229
- ↑ Fiche technique sur NAOH et ses caractéristiques de solubilité
- ↑ Tableau de solubilité des principaux produits chimiques, in H. Ibert, Chimie technique, formulaire des éditions Mac-Graw Hill, Paris, 1985, traduit en français par Francis Pichon, ISBN 2-7042-1108-6
- ↑ (en) William M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, Boca Raton, CRC Press/Taylor and Francis, , 93e éd., 2670 p. (ISBN 9781439880494, présentation en ligne), p. 5-123
- ↑ (en) http://ec.europa.eu/environment/chemicals/mercury/pdf/report.pdf Rapport final de la Commission Européenne sur le Cycle du Mercure, février 2004
- ↑ La France n'en produisait que 3,2 %.
- ↑ La soude, agent de neutralisation, sert à réguler le pH et régénérer les résines échangeuses d'ions des stations de traitement des eaux.
- ↑ Parlement européen et Conseil de l'Europe, « La Directive 95/2/CE concernant les additifs alimentaires autres que les colorants et les édulcorants », Journal officiel de l'Union européenne, no L 61, , p. 1-56 (lire en ligne). [PDF]
- ↑ « Noms de catégorie et système international de numérotation des additifs alimentaires », CAC/GL 361989, sur http://www.codexalimentarius.net, Codex alimentarius, (consulté le 14 septembre 2008), p. 1-35 [PDF]
- ↑ (en) Codex Alimentarius Commission, « Updated up to the 31st Session of the Codex Alimentarius Commission for Sodium hydroxide (524) », GSFA Online, sur http://www.codexalimentarius.net, Codex Alimentarius, 2008 (consulté le 3 octobre 2008)
- ↑ http://www.cdc.gov/niosh/ipcsnfrn/nfrn0360.html
- 1 2 Fiche CSST, premiers secours
Voir aussi
Articles connexes
- Procédé Leblanc
- Procédé Solvay
Liens externes
- Histoire de la production de la soude chimique
- (fr) Densités des solutions de soude (NaOH aq) dans les CSTP de 0,159 % à 50,5 % en masse
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