Qu’est-ce que le sodium ?
Le sodium est un métal alcalin de numéro atomique 11.
Son symbole est Na et son poids atomique est de 22,99. Il est connu sous le nom de sodium ou de soude. Comme les autres éléments métalliques alcalins, il est très réactif.
Il forme des composés sous forme de cations monovalents et est largement répandu sur terre sous forme de chlorure de sodium, de carbonates et de nitrates. Industriellement, il est produit par électrolyse de sels fondus tels que le chlorure de sodium.
Utilisations du sodium
En raison de sa grande réactivité, le sodium peut être utilisé comme agent réducteur ou catalyseur dans le raffinage des métaux.
De plus, son faible point de fusion et sa bonne conductivité thermique peuvent être utilisés à des fins de refroidissement. C’est pourquoi on peut le retrouver par exemple dans les liquide de refroidissement dans les réacteurs à neutrons rapides. Les lampes à sodium utilisées sur les autoroutes et dans les tunnels contiennent du sodium, de même que le savon utilisé dans la vie quotidienne.
Le sodium est également un minéral essentiel au corps humain. Il est l’élément responsable du maintien d’une fonction musculaire et nerveuse normale.
Propriétés du sodium
Le sodium a un point de fusion de 98°C et un point d’ébullition de 883°C. Il a une densité de 0,97, soit légèrement plus léger que l’eau.
Le sodium est très réactif et réagit violemment avec l’eau ainsi qu’avec les acides et les bases. Lorsque le sodium entre en contact avec le corps humain, il se compose avec l’eau à la surface du corps pour former de l’hydroxyde de sodium, qui attaque la peau. Il s’oxyde facilement, même à l’air, de sorte que le sodium métallique seul n’existe pas dans la nature. Il réagit avec les solvants protiques tels que l’alcool, mais pas avec le kérosène ou l’éther. Ainsi, pour conserver le sodium, il faut le tremper dans de la paraffine.
Le sodium a tendance à s’ioniser en un cation monovalent. La réaction de flamme donne une couleur jaune.
Structure du sodium
Le sodium est un métal doux, blanc argenté, dont la configuration électronique est [Ne] 3s1. À température et pression ambiantes, il présente une structure cubique, mais sous une pression élevée de 200 GPa, sa structure cristalline se modifie et il perd son éclat métallique, devenant transparent.
Il existe 20 isotopes connus du sodium. Toutefois, seul le 23Na peut être considéré comme un isotope stable. On trouve des traces de 22Na et de 24Na dans l’eau de pluie et dans d’autres sources. Tous les autres isotopes radioactifs ont une demi-vie inférieure à une minute.
Deux isomères nucléaires ont été découverts dans le sodium. L’isomère nucléaire ayant une longue durée de vie est le 24mNa, qui a une demi-vie de 20,2 ms.
Autres informations sur le sodium
1. Méthodes de production du sodium
Industriellement, le sodium est produit par électrolyse du sel fondu. Il existe deux méthodes : le procédé Castner et le procédé Downs.
Le procédé Castner utilise l’hydroxyde de sodium comme matière première. Le graphite est utilisé comme anode et le fer ou le nickel comme cathode. L’électrolyse est réalisée à une température d’environ 320°C, proche du point de fusion de l’hydroxyde de sodium. De l’oxygène est produit à l’anode et du sodium métallique est libéré à la cathode.
Dans le procédé Downs, qui utilise le chlorure de sodium, l’ajout de chlorure de calcium ou de chlorure de potassium abaisse le point de fusion du chlorure de sodium, ce qui permet à l’électrolyse d’avoir lieu à une température proche de 600°C. L’anode produit du chlore, un sous-produit.
2. Réaction du sodium
Lorsque le sodium réagit avec l’eau, de l’hydrogène est produit pour former de l’hydroxyde de sodium. L’hydrure de sodium peut également être obtenu par chauffage avec de l’hydrogène. Il réagit avec les groupes hydroxyle des alcools, des phénols et des acides carboxyliques pour produire de l’hydrogène, par exemple des alcoxydes. Le sodium peut également réagir avec des halogènes autonomes pour produire des sels.
Le sodium s’oxyde rapidement en oxyde de sodium, même à l’air sec, et perd son éclat métallique. Si l’oxyde de sodium est laissé à l’air, il réagit également avec le dioxyde de carbone et forme du carbonate de sodium.
Le sodium agit comme un agent réducteur, de ce fait divers métaux, tels que le titane, le thorium, le tantale et le zirconium, peuvent être facilement extraits. La réduction du chlorure de titane avec du sodium métallique permet, par exemple, d’obtenir du titane.