Carbonate de sodium

Lecarbonate de sodiumest uncomposé chimiquede formule Na2CO3et correspondant à l'espèce minérale naturelle dénomméenatrite. Il s'agit d'unseldesodiumde l'acide carbonique. Il représente un des grands produits polyvalents de la chimie moderne. Dans le langage courant, ce solide ionique, le plus souvent sous forme poudreuse, et ses solutions aqueuses sont dénommés communément respectivementcristaux de soudeetsoude, du nom ancien de cetalcaliminéral, utilisé précocement dans l'industrie verrièreantique.
Il ne faut pas confondre le carbonate de sodium Na2CO3avec l'hydroxyde de sodiumNaOH, dit « soude caustique », ni avec lebicarbonate de sodiumNaHCO3, autrefois nommé communément « bicarbonate de soude ».
Lecarbonatedesodiumpeut être obtenu à partir de gisements denatronNa2(CO3) • 10 H2O, souvent stocké en réserve géologique sous forme dethermonatriteNa2(CO3) • H2O, ou encore detronaNa2CO3• NaHCO3• 2H2O. EnÉgypte antique, on le trouvait dans la fleur de natron deslacs Amersou dans les cendres lessivées des nombreuses plantes de la famille deschénopodiacéespoussant sur lessalisols. Lasalicornesur les rivages deMéditerranéeou diverses plantes des rivages atlantiques, dénommées communément soude, donnaient par combustion descendres, dont on tirait un sel soluble ou alcali nommésoude. Il s'agit de l'« alcali minéral » des Anciens.
Les déserts alcalins et surtout leurs lacsendoréiquesalcalins offrent de nombreuses ressources en carbonate de sodium ; par exemple lelac MagadiauKenya, lelac Owenset les nombreuxlac SodaouAlkali lakeen Californie, enOregon, enColombie-Britannique. Il y a aussi pléthore d'anciens lacs, comme lelac Searles.
Leprocédé Leblanca été élaboré entre 1771 et 1791. Il a connu un essor vigoureux après 1830, mais s'est effondré vers 1870.
Leprocédé Solvayouprocédé à l'ammoniacqui produit du carbonate de sodium à partir deselet decraiel'a supplanté avant 1870 car moins coûteux en charge de combustible et relativement moins polluant. Il exploite souvent les saumures de sel gemme peu coûteuses et la grande solubilité dubicarbonate d'ammoniumdans l'eau, a contrario de la faible solubilité à froid dubicarbonate de sodiumNaHCO3. Le carbonate de sodium ou soude Solvay est obtenu finalement en chauffant du bicarbonate de sodium à la température de100°C. Les soudières produisent un composé Na2CO3pulvérulent, nommé soude légère. Sa densité apparente est de l'ordre de 0,5t/m. Pour diverses applications industrielles, une recristallisation du monohydrate, puis une calcination au four tournant est nécessaire pour obtenir différents carbonates de sodium denses : ce sont les soudes denses (marquées souvent d'une majuscule indiquant l'application), de densité apparente de l'ordre de 1t/m.
Les procédés de fabrication de Na2CO3, anhydre et purifié, à partir d'extractions minières,natronoutrona, l'emportent sur le procédé Solvay, qui n'en conserve au mieux que les deux tiers de la production mondiale. Celle-ci est estimée à40 millionsde tonnes au début des années 1990.
La solubilité du carbonate de sodium dans l'eau croît avec la température, jusqu'à 33 % en masse à40°C, puis décroît au-delà, pour tendre vers une valeur légèrement inférieure, à 30 % en masse. La solubilité à saturation pour100 gd'eau pure est de7,1 gà0°C, de45,5 gà100°C.
Une solution à50 g/L présente une masse volumique de1,045 g/mL dans lesconditions normales de température et de pression. Son pH mettant en jeu le couple hydrogénocarbonate HCO3/carbonate CO3est 11,9.
Exposé à l'air humide, le carbonate de sodium anhydre se dégrade enbicarbonate de sodium.
Na2CO3solide anhydre+ H2Ovapeur d'eau ou par condensation+ CO2gaz au ras du sol→ 2 NaHCO3solide
Na2CO3est peu soluble dans l'éthanolet insoluble dans l'acétone.
Le carbonate de sodium réagit avec la plupart des acides pour donner dudioxyde de carbone. Il précipite aussi par échange d'ions, plusieurs sels métalliques solubles.
Le carbonate desodiumn'est pastoxiquepour l'environnement. Il peut être irritant sur lapeauet il est donc préférable de le manipuler avec des gants.
Dès l'Antiquité égyptienne, il y a 4 000 ans, cet alcali a servi à la fabrication duverre. Dans l'industrie verrière, il sert toujours à apporter du Na2Oouoxyde de sodiumà la composition verrière. Elle porte le nom technique de soude V. Cette dernière peut être aussi nécessaire à la fabrication d'émail, de couverte, d'émaux pour la céramique.
L'alcali minérala été utilisé en quantité industrielle ensavonnerieà l'époque moderne. Il l'est toujours dans l'industrie des savons et desdétergents, en particulier leslessives. Utilisé en complément de la lessive lorsque l'eau est dure, il en augmente l'efficacité mais n'empêche pas les dépôts de calcaire.
Il a été et est abondamment utilisé comme alcali dans l'industrie de la cellulose et du papier.
Ensidérurgie, le carbonate de sodium Na2CO3est tout à la fois un fondant, un désulfurant, un désiliciant, déphosphorant et un dénitrurant. Les opérations de désulfuration entre hauts-fourneaux et convertisseurs d'aciérie utilisent des briquettes de carbonate de sodium.
La métallurgie des métaux non ferreux, par exempleCr,VouU, emploie du carbonate de sodium, souvent marquée M.
Le carbonate de sodium est très utilisée en synthèse chimique. Pour résumer ces emplois pléthoriques, son adjonction permet souvent de préparer des dérivés sodiques d'un ou des composé(s), ce(s) dérivé(s) devenant beaucoup plus soluble(s) dans l'eau que le composé initial. Quelques produits obtenus à partir du carbonate de sodium sont lebicarbonate de sodiumpurifié, lesilicate de sodiumet ses dérivés, les phosphates, lepercarbonate de sodium, lebichromate de potassium, lessulfites, desengrais...
Le carbonate de sodium est utilisé dans l'alimentation commeadditif alimentaireet réglementé sous le numéro E500(i). Il sert commeanti-agglomérant,régulateur alimentaire de pHetagent de levuration.
Il entre dans la composition de certains isolants à base de chanvre, en usage dans le secteur du bâtiment.
C'est un agent de neutralisation pour les eaux agressives, il intervient dans la production des eaux potables suivant des normes officielles. Il neutralise aussi l'acide sulfurique des batteries.
Le carbonate de sodium est également utilisé en remplacement du sel de déneigement car beaucoup moins perturbant pour l'environnement.
De plus en plus, le carbonate de sodium (vendu sous le nom ancien de « cristaux de soude ») est utilisé par les particuliers comme produit ménager écologique.
En effet, l'ion carbonate étant une base moyenne (pH de 11,5 à 12,5), il aura la capacité d'hydrolyseret donc desaponifierles graisses présentes (des esters d'acides gras hydrophobes).
En clair, alors que dans le lave-linge ou le lave-vaisselle, lestensioactifsousavonsvont attraper les particules hydrophobes avec leur queue apolaire et les mélanger à l'eau pour les évacuer avec leur tête polaire, le carbonate de sodium va venir transformer sur place les graisses en savon capable de se lier à l'eau.
Ainsi le carbonate de sodium ne va pas « laver » au sens premier du terme, mais solubiliser les molécules de corps gras, en les hydrolysant pour les transformer en molécules de savon qui agit en tant que tel ou part directement avec l'eau de lavage.
Le carbonate de sodium est une base faible facile d'emploi. Le carbonate de sodium, en dehors de son rôle évoqué en synthèse chimique, est utilisée, en laboratoire de recherche, pour stabiliser le milieu acido-basique, afin de conduire des réactions simples.
De même, en biochimie, une solution définie permet de stopper une réaction enzymatique.
Il entre dans le processus d'extraction de nombreuxalcaloïdes, substances qui sont définies en particulier de lacocaïnede la feuille decoca.
Le carbonate de sodium entre dans la composition du Caffenol, unrévélateur film noir et blancque l'on peut aisément préparer chez soi.
Le carbonate de sodium est aussi utilisé dans le processus de fabrication de lanitroglycérine(plus précisément dans le lavage de celle-ci).
À laBelle Époque, le carbonate de sodium figure déjà parmi les substances les plus utilisées dans l'industrie. C'est véritablement leprocédé Solvayqui a permis la banalisation du produit et de ses dérivés dans de nombreux usages quotidiens, artisanaux ou industriels, au point que ceux-ci étaient désignés de façon populaire comme la « soude Solvay ».
Quant à l'heureux industriel belge devenu millionnaire,Ernest Solvay, il devint un mécène européen des sciences et techniques en favorisant l'essor des sciences (appliquées) et les rencontres ou sommets scientifiques, notamment ceux qui entreront dans l'histoire des sciencessous l’appellation de «congrès Solvay».