Hydroxyde de sodium

L'hydroxyde de sodium pur est appelé communément soude caustique. Dans les conditions normales, il se trouve sous forme solide cristalline[6]. C'est un corps chimique minéral composé de formule chimique NaOH, qui est à température ambiante un solide ionique. Il est fusible vers 318 °C, il se présente généralement sous forme de pastilles, de paillettes ou de billes blanches ou d'aspect translucide, corrosives. Il est très hygroscopique, il est d'ailleurs aussi souvent commercialisé sous la forme dissoute dans l'eau. Il y est en effet très soluble. Il est également très soluble dans l'éthanol[7]. Sa dose journalière admissible est non spécifiée depuis 1966[7]. Le code du travail français ne permet pas à des mineurs de fabriquer ou de manipuler ce produit chimique[8].

Pour les articles homonymes, voir soude.

Hydroxyde de sodium
__ Na+     __ HO−
Structure du réseau cristallin de l'hydroxyde de sodium.
Identification
Nom UICPA hydroxyde de sodium
No CAS 1310-73-2 (anhydre)

12200-64-5 (·H2O)
12179-02-1 (·H2O)
No ECHA 100.013.805
No CE 215-185-5 (anhydre)

215-185-5 (·H2O)
PubChem 14798
No E E524
SMILES
InChI
Apparence solide de formes variables, blanc, déliquescent, inodore[1]
Propriétés chimiques
Formule HNaONaOH
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
SGH[4]

Danger
H314
SIMDUT[5]

E,
NFPA 704
Transport
80
   1823   

80
   1824   
Peau Irritant
Yeux Irritant
Composés apparentés
Autres cations Hydroxyde de potassium
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Sa présentation la plus connue est celle mélangée à l'eau, c'est-à dire en solution aqueuse. Il s'agit de l'hydroxyde de sodium, souvent appelé en raccourci soude, ou encore lessive de soude. C'est une solution transparente visqueuse, qui est encore plus corrosive qu'à l'état pur. Son agressivité est amplifiée par son aspect mouillant, qui augmente l'action et le contact avec la peau.

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).

Propriétés physico-chimiques

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
Courbe de solubilité de l'hydroxyde de sodium dans l'eau.

La solubilité du carbonate de sodium caustique dans l'eau augmente avec la température, à pression constante ou ambiante[9]. Elle est de 1 090 g/l à 20 °C (solution à 50 %) et atteint 3 137 g/l à 80 °C[10].

Cette solubilité élevée, très supérieure par exemple à celle de la chaux ou des autres hydroxydes alcalino-terreux, l'abondance de sa production industrielle et son prix de revient inférieur 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[11] :

Concentration massique
(%m)		Molarité
(moles de soluté par litre
de solution : mol⋅L−1)		Masse volumique
(g⋅cm−3)
0,50,1251,0039
1,00,2521,0095
2,00,5101,0207
3,00,7741,0318
4,01,0431,0428
5,01,3171,0538
6,01,5971,0648
7,01,8831,0758
8,02,1741,0869
9,02,4701,0979
10,02,7721,1089
11,03,0801,1199
12,03,3931,1309
13,03,7111,1419
14,04,0361,1530
15,04,3651,1640
16,04,7011,1751
17,05,0411,1861
18,05,3871,1971
19,05,7391,2082
20,06,0961,2192
22,06,8271,2412
24,07,5791,2631
26,08,3521,2848
28,09,1451,3064
30,09,9581,3277
32,010,7911,3488
34,011,6431,3697
36,012,5121,3901
38,013,3981,4102
40,014,3001,4299

Techniques de fabrication

Historique

Dans l'Antiquité, on utilisait le carbonate de sodium 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. Le carbonate de sodium 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 du carbonate de sodium et font disparaître les anciennes techniques.

À la fin du XIXe siècle, l'avènement de l'électricité permet la production directe de carbonate de sodium 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.

On a 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) + 2 HO–(solvaté)

soit la réaction globale caractéristique de l'électrolyse de l'eau salée : 2 NaCl(aq.) + 2 H2O → 2 NaOH(aq.)+ Cl2(gaz) + H2(gaz)

Aujourd'hui, 99 % du carbonate de sodium produit est d'origine électrochimique.

Pastilles de soude.

Électrolyse de saumure (eau saturée en sel)

Le carbonate de sodium est obtenu par électrolyse du chlorure de sodium (NaCl).

Il 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, du carbonate de sodium 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 lesquelles 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[12].

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 au carbonate de sodium. On parle de caustification ou de caustication. La réaction s'écrit :

Na2CO3(solide) + Ca(OH)2(aq.) → 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[13].

Dans l'industrie chimique

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 produits de nettoyage :
    • savons,
    • détergents,
    • les déboucheurs chimiques sont souvent à base d'hydroxyde de sodium ;
  • au traitement des eaux[14] ;
  • au lavage des gaz ;
  • dans l'industrie pétrolière ;
  • dans l'industrie de l'aluminium :
    • à la préparation du minerai (attaque ou traitement de la bauxite du procédé Bayer),
    • lors des préparations par immersion dans une solution plus ou moins concentrée, décapages des pièces avant les traitements anticorrosion par anodisation et les préparations de soudure ;
  • dans l'industrie textile :
    • traitement des fibres naturelles (cellulose),
    • obtention de fibres régénérées,
    • de la rayonne ou soie synthétique,
    • dans l'industrie de certaines fibres textiles artificielles et des plastiques ;
  • dans l'industrie des colorants…

La carbonate de sodium est utilisée dans certains produits défrisant pour cheveux, mais a tendance à être abandonnée dans les cosmétiques modernes.

Dans l'agroalimentaire

L'hydroxyde de sodium sert à :

Dans l'énergétique

Le carbonate de sodium peut être utilisé pour stocker de l'énergie solaire sous forme chimique. En effet, la réaction entre le carbonate de sodium et l'eau est fortement exothermique. Une fois le carbonate de sodium dilué, 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 dioxyde de carbone.

Dans les laboratoires d'analyse et industries chimiques

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.

Le carbonate de sodium est également utilisé comme un réactif pour des tests de chimie. En effet, en présence de certains cations métalliques, Le carbonate de sodium forme un précipité d'une certaine couleur.

Cation métalliqueCouleur du précipité
Cu2+bleu
Fe2+vert
Fe3+rouille
Zn2+blanc
Al3+blanc
Ag+blanc

Dangers

Effets sur la santé
Brûlure chimique après exposition à une solution d'hydroxyde de sodium.

L'hydroxyde de sodium est un produit dangereux, non par sa toxicité métabolique (il est utilisé dans certaines saumures alimentaires et la réaction chimique avec l'acide chlorhydrique du suc gastrique produit simplement du sel qui n'est pas toxique), mais plutôt parce qu'il est extrêmement corrosif dès 0,5 % de concentration et son contact direct détruit les tissus organiques.

Au même titre que l'acide sulfurique, et contrairement à l'acide chlorhydrique, le danger ne réside pas tant dans sa caractéristique de base forte, que dans son avidité pour l'eau qui « brûle » les tissus en les déshydratant, tout en rendant la réaction fortement exothermique. De plus, le caractère visqueux des solutions concentrées (ex: à 50 %) aggrave les contacts accidentels.

Précautions

La dissolution de NaOH dans l'eau étant fortement exothermique, la préparation ou dilution présente des risques d'éclaboussures par ébullition : il faut donc verser le produit dans l'eau et jamais l'inverse. On verse lentement, en agitant avec précaution pour homogénéiser la température du récipient qui peut être élevée et produire des vapeurs.

Le carbonate de sodium réagit également très violemment avec les acides et certains métaux[19] et il ne faut donc pas non plus la diluer dans un récipient métallique tel qu'un seau en aluminium ou en zinc.

Le carbonate de sodium est irritant 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 et des voies respiratoires si présence de poussière ou d'aérosol. En cas de contact très important, Le carbonate de sodium peut interférer avec les transmissions nerveuses, atténuant la douleur de la brûlure et retardant la prise de mesures.

En cas d'accident

En cas de contact avec la peau, il faut tout d'abord essuyer l'endroit de contact puis 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 antipoison le plus vite possible.

En cas de contact avec les yeux, rincer à l'eau, ou au sérum physiologique, pendant quinze-vingt minutes, et ensuite consulter un médecin ophtalmologiste[20]. Le carbonate de sodium caustique traverse toute la cornée de l'œil en moins de quarante secondes.

Effets sur l'environnement
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Le carbonate de sodium caustique augmente le pH des cours d'eau, représentant ainsi une menace pour la faune et la flore aquatique.

Le carbonate de sodium 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. HYDROXIDE DE SODIUM, fiche(s) de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée(s) le 9 mai 2009
  2. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  3. (en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, , 90e éd., 2804 p., Relié (ISBN 978-1-4200-9084-0)
  4. Numéro index 011-002-00-6 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du Règlement CE N° 1272/2008, 16 décembre 2008.
  5. « 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
  6. 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 Carbonate de sodium, pour disposer de soude caustique. La soude dite minérale était à base de carbonate de sodium (Na2CO3). Le carbonate de sodium est décrit dans le Grand Larousse du début du XXe siècle en ces termes désuets : « hydrate de sodium ».
  7. (en) FAO, Monograph 1 (2006) Sodium hydroxyde INS number: 524 [PDF]
  8. http://www.legifrance.gouv.fr/affichCode.do?idSectionTA=LEGISCTA000018532678&cidTexte=LEGITEXT000006072050&dateTexte=20121229
  9. Fiche technique sur NaOH et ses caractéristiques de solubilité.
  10. 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).
  11. (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.
  12. (en) Rapport final de la Commission européenne sur le cycle du mercure, février 2004.
  13. La France n'en produisait que 3,2 %.
  14. Le carbonate de sodium, agent de neutralisation, sert à réguler le pH et régénérer les résines échangeuses d'ions des stations de traitement des eaux.
  15. Karleskind Alain, Manuel des corps gras, 1992, Éd. Lavoisier, 1500 p.
  16. 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]).
  17. « Noms de catégorie et système international de numérotation des additifs alimentaires » [PDF], CAC/GL 361989, sur http://www.codexalimentarius.net, Codex Alimentarius, (consulté le ), p. 1-35.
  18. (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, (consulté le ).
  19. https://www.cdc.gov/niosh/ipcsnfrn/nfrn0360.html
  20. Fiche CSST, premiers secours.

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
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