HYDROXYDE DE SODIUM (NAOH): STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS, SYNTHÈSE - CHIMIE - 2025

L' hydroxyde de sodium est un composé inorganique dont la formule chimique est NaOH et consiste en une base ou un métal alcalin fort. Une solution à 5% de celui-ci dans l'eau a un pH proche de 14.

C'est un solide blanc très hygroscopique qui peut également absorber le dioxyde de carbone de l'air pour former du carbonate de sodium. Il est commercialisé dans des bouteilles en plastique sous forme de pilules, qui ne peuvent pas être exposées trop longtemps à l'air, ni ne doivent être manipulées avec des spatules.

Comprimés d'hydroxyde de sodium dans un verre de montre. Source: Aucun auteur lisible par machine fourni. Walkerma supposé (sur la base des revendications de droits d'auteur).

L'hydroxyde de sodium peut être synthétisé en faisant réagir l'hydroxyde de calcium avec du carbonate de sodium. Cependant, actuellement, il est essentiellement synthétisé par électrolyse de la saumure et est un sous-produit de la production de chlore gazeux.

Compte tenu de la forte basicité du NaOH, il a de nombreuses utilisations et applications, telles que la production de papier, savons, détergents, colorants, etc. Il est également utilisé dans le nettoyage domestique, le traitement de l'eau, le traitement de l'aluminium, la fabrication de médicaments, etc. et surtout, c'est un modèle secondaire par excellence.

L'hydroxyde de sodium est très corrosif, pouvant provoquer des irritations et des brûlures de la peau et des yeux. En inhalant sa poussière, il peut provoquer un œdème pulmonaire. Pendant ce temps, son ingestion peut causer des dommages si graves au tube digestif qu'elle peut entraîner la mort.

Structure

Anhydre

Ions NaOH. Source: Gabriel Bolívar.

L'image du haut montre les ions qui composent NaOH. Le cation Na ⁺ est représenté par la sphère violette, tandis que l'anion hydroxyle (hydroxyde ou hydroxyle) OH ^- par la sphère rouge et blanche. Les ions Na ⁺ et OH ^- interagissent les uns avec les autres par l'attraction électrostatique de leurs charges opposées.

Structure de l'hydroxyde de sodium

Ces interactions ne sont pas directionnelles, de sorte que les attractions d'une paire d'ions Na ⁺ OH ^- peuvent affecter celles des autres à distance. Le résultat est que les ions Na ⁺ se repoussent, de la même manière que les ions OH ^-, jusqu'à ce qu'ils définissent un cristal d'énergie minimale où ils établissent une structure ordonnée et périodique (cristalline).

Par conséquent, les cristaux orthorhombiques de NaOH anhydre (sans eau) apparaissent:

Représentation de la structure cristalline de l'hydroxyde de sodium anhydre. Source: Quibik via Wikipedia.

Les ions restent suffisamment cohésifs pour que le cristal de NaOH anhydre fond à 323 ° C (tant qu'il n'y a pas d'humidité dans l'environnement).

Hydrate

Na ⁺ et OH ^- sont des ions facilement solvatés (hydratés) par les molécules d'eau. Cela favorise son hydratation au-delà de l'énergie réticulaire de ses cristaux, c'est pourquoi NaOH libère beaucoup d'énergie lorsqu'il entre en contact avec l'eau.

Cependant, les cristaux anhydres peuvent héberger des molécules d'eau non dissoutes; autrement dit, l'hydroxyde de sodium peut former de nombreux hydrates, NaOH · nH ₂ O. La molécule d'eau peut soit former une liaison hydrogène avec OH ^- (HOH-OH ^-), soit se coordonner avec Na ⁺ (Na ⁺ - OH ₂).

En fonction du rapport molaire entre NaOH et H ₂ O, des monohydrates (NaOH · H ₂ O), des dihydrates (NaOH · 2H ₂ O), des trihémidrates (NaOH · 3,5H ₂ O), des tétrahydrates (NaOH · 4H ₂ O) peuvent apparaître, heptahydrates (NaOH · 7H ₂ O) et autres.

Chacun de ces hydrates peut cristalliser à partir d'une solution aqueuse de NaOH avec différents pourcentages massiques et à différentes températures. Par conséquent, NaOH présente un diagramme de solubilité dans l'eau compliqué.

De manière générale, les cristaux d'hydrates sont moins denses et ont des points de fusion inférieurs. En effet, les molécules d'eau «gênent» les interactions entre Na ⁺ et OH ^-, ajoutant des forces dipôle-dipôle au détriment des attractions ioniques.

Proprietes physiques et chimiques

Des noms

Nom préféré IUPAC: hydroxyde de sodium. Autres noms: soude caustique, ascarite (moins courante)

Masse molaire

39,9971 g / mol

Apparence

Solide ou cristaux blancs, séreux ou opaques.

Point de fusion

323 ºC

Point d'ébullition

1 388 ºC

Solubilité dans l'eau

1000 g / L à une température de 25 ° C Cela montre combien il peut se dissoudre dans l'eau.

Ses solutions aqueuses sont visqueuses, avec une valeur de viscosité environ quatre-vingts fois celle de l'eau, et elles dégagent beaucoup de chaleur au début. Si vous êtes en contact avec eux, ils rendent la peau glissante, en raison de la saponification des acides gras de la peau.

Basicité (pKb)

- 0,56

pH

Une solution à 5% p / p dans l'eau a un pH proche de 14

Indice de réfraction (nD)

À une longueur d'onde de 580,4 nm: 1433 à 320 ° C et 1421 à 420 ° C

Stabilité

Les récipients qui le contiennent doivent être fermés hermétiquement pour éviter la formation de carbonate de sodium. Cela est dû à sa forte hygroscopicité, qui l'amène à absorber l'humidité de son environnement et sa teneur en CO ₂.

Décomposition

Lorsqu'il est chauffé jusqu'à décomposition, il émet de la fumée d'oxyde de sodium.

Point d'auto-inflammation

Non inflammable

Viscosité

4,0 cPois à 350 ° C

Chaleur de vaporisation

175 kJ / mol à 1388 ºC

Tension superficielle

74,35 dynes / cm en solution à 2,72% p / p dans l'eau à 18 ° C

Réactivité

Avec des acides

Réagit avec les acides minéraux organiques et inorganiques, donnant naissance à l'eau et au sel correspondant. Dans le cas de l'acide sulfurique, la réaction est exothermique.

2 NaOH + H ₂ SO ₄ => Na ₂ SO ₄ + 2 H ₂ O

Aux oxydes d'acide

Réagit avec le dioxyde de soufre, par exemple, en donnant un sel de sulfite et de l'eau:

2 NaOH + SO ₂ => Na ₂ SO ₃ + H ₂ O

Avec des métaux

Ses solutions aqueuses réagissent avec certains métaux pour produire des sels de sodium complexes. Par exemple, sa réaction avec le zinc donne naissance à un zincate de sodium:

Zn + 2 NaOH + 2 H ₂ O => Na ₂ + H ₂

Synthèse

L'hydroxyde de sodium est synthétisé principalement par deux méthodes: l'utilisation du carbonate de sodium, utilisé initialement, et l'électrolyse du chlorure de sodium, actuellement de plus en plus utilisé dans l'industrie.

Réaction du carbonate de sodium et de l'hydroxyde de calcium

Le carbonate de sodium réagit avec l'hydroxyde de calcium dans un processus connu sous le nom de caustification:

Ca (OH) ₂ + Na ₂ CO ₃ => CaCO ₃ + NaOH

Le carbonate de calcium précipite, laissant l'hydroxyde de sodium dans le surnageant, qui est concentré par évaporation.

Le carbonate de sodium provient auparavant du procédé Solvay:

2 NaCl + CaCO ₃ => Na ₂ CO ₃ + CaCl ₂

Électrolyse du chlorure de sodium

L'électrolyse du chlorure de sodium, présent dans la saumure, produit de l'hydrogène gazeux, du chlorure gazeux et de l'hydroxyde de sodium en solution aqueuse:

2 Nacl + 2 H ₂ O => H ₂ + Cl ₂ + 2 NaOH

La chambre électrolytique se compose d'un compartiment contenant l'anode (+), en titane métallique, et d'un endroit où la saumure est placée. Ce compartiment est séparé du compartiment cathodique (-) par une membrane poreuse.

La réaction suivante se produit au niveau de l'anode:

2 Cl ^- => Cl ₂ + 2 e ^- (oxydation)

Pendant ce temps, cette réaction se produit dans la cathode:

2 H ₂ O + 2 e ^- => H ₂ + OH ^- (réduction)

Le sodium (Na ⁺) diffuse du compartiment anodique au compartiment cathodique, à travers la membrane qui les sépare, formant de l'hydroxyde de sodium.

Applications

Produits de nettoyage

L'hydroxyde de sodium est utilisé pour fabriquer des savons et des détergents utilisés à la maison et en entreprise. La combinaison d'hydroxyde de sodium et de chlore produit un agent de blanchiment chloré, utilisé pour laver les vêtements blancs.

Il élimine également l'accumulation de graisse dans les drains, produisant son élimination par sa conversion en savons grâce au processus de saponification. Cela permet d'éliminer la plomberie obstruée des maisons et autres bâtiments.

Produits pharmaceutiques et médicaments

L'hydroxyde de sodium est utilisé pour fabriquer des analgésiques courants, tels que l'aspirine. Aussi des médicaments à action anticoagulante qui bloquent la formation de caillots sanguins et des médicaments pour réduire l'hypercholestérolémie.

Processus énergétiques

L'hydroxyde de sodium est utilisé dans la fabrication de piles à combustible qui fonctionnent comme des batteries pour produire de l'électricité pour une variété d'applications, y compris le transport. Les résines époxy, fabriquées avec l'intervention de l'hydroxyde de sodium, sont utilisées dans les éoliennes.

Traitement de l'eau

L'hydroxyde de sodium est utilisé pour neutraliser l'acidité de l'eau et contribuer à l'élimination des métaux lourds. Il est également utilisé pour la production d'hypochlorite de sodium, un désinfectant de l'eau.

L'hydroxyde de sodium est mis à réagir avec du sulfate d'aluminium pour former de l'hydroxyde d'aluminium: un agent floculant utilisé dans les usines de traitement des eaux pour augmenter la sédimentation des particules, produisant leur clarification.

Fabrication du papier

L'hydroxyde de sodium est utilisé avec le sulfure de sodium dans le traitement du bois pour obtenir de la cellulose, sous une forme presque pure, qui forme la base du papier. Il est également utilisé dans le recyclage du papier, car en aidant à séparer l'encre, il permet sa réutilisation.

Fabrication industrielle

L'hydroxyde de sodium est utilisé dans la fabrication de rayonne, de spandex, d'explosifs, de résines époxy, de verre et de céramique. Il est utilisé dans l'industrie textile pour fabriquer des teintures et pour traiter les tissus de coton.

Dans les usines de traitement de la canne à sucre, l'hydroxyde de sodium à basse température est utilisé pour la production d'éthanol à partir de la bagasse de canne à sucre.

Des risques

L'hydroxyde de sodium est un composé hautement corrosif, il peut donc provoquer, par contact avec la peau, des brûlures, des cloques et même des cicatrices permanentes.

Au contact des yeux, il peut provoquer des brûlures graves, un gonflement, des douleurs, une vision trouble et, dans les cas graves, une cécité permanente.

Avaler de l'hydroxyde de sodium peut provoquer des brûlures aux lèvres, à la langue, à la gorge, à l'œsophage et à l'estomac. Parmi les symptômes habituels figurent les nausées, les vomissements, les crampes d'estomac et la diarrhée.

Bien que l'inhalation d'hydroxyde de sodium soit rare et ne puisse se produire qu'en raison de la présence de poussière du composé dans l'air ou de la formation d'un brouillard qui le contient, elle produit une irritation des poumons.

En cas d'exposition chronique, cela peut provoquer un œdème pulmonaire et un essoufflement sévère, ce qui constitue une urgence médicale.

Références

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