Sodium

Sodium
Échantillon de sodium dans de l'huile minérale.
Néon←Sodium→Magnésium Li 11 Na ↑ Na ↓ K Tableau complet•Tableau étendu
Position dans letableau périodique
Symbole	Na
Nom	Sodium
Numéro atomique	11
Groupe	1
Période	3epériode
Bloc	Bloc s
Famille d'éléments	Métal alcalin
Configuration électronique	[Ne] 3s1
Électronsparniveau d’énergie	2, 8, 1
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	22,989 769 28± 2 × 10−8u
Rayon atomique(calc)	180pm(190pm)
Rayon de covalence	166± 9pm
Rayon de van der Waals	227pm
État d’oxydation	+1
Électronégativité(Pauling)	0,93
Oxyde	Base forte
Énergies d’ionisation
1re:5,139 076eV	2e:47,286 4eV
3e:71,620 0eV	4e:98,91eV
5e:138,40eV	6e:172,18eV
7e:208,50eV	8e:264,25eV
9e:299,864eV	10e:1 465,121eV
11e:1 648,702eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 22Na {syn.} 2,602ans ε 0,54 22Ne 23Na 100% stableavec 12neutrons 24Na {syn.} 15,03h β- 1,39 24Mg
Propriétés physiques ducorps simple
État ordinaire	Solidenon magnétique
Masse volumique	0,968g·cm-3(20°C)
Système cristallin	Cubique centré
Dureté(Mohs)	0,5
Couleur	Argenté blanc
Point de fusion	97,80°C
Point d’ébullition	883°C
Énergie de fusion	2,598kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	96,96kJ·mol-1
Volume molaire	23,78×10-6m3·mol-1
Pression de vapeur	1,43×10-5Paà−39,15°C[réf.souhaitée]
Vitesse du son	3 200m·s-1à20°C
Chaleur massique	1 230J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	21×106S·m-1
Conductivité thermique	141W·m-1·K-1à 0°C (solide) 129,7 W/m/K à 25°C (solide) 83,7 W/m/K à 98 °C (liquide)
Divers
NoCAS	7440-23-5
NoECHA	100.028.302
NoCE	231-132-9
Précautions
SGH
Danger H260,H314,EUH014,P223,P231,P232,P280,P305,P338,P351,P370,P378etP422 H260:Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément H314:Provoque de graves brûlures de la peau et des lésions oculaires EUH014:Réagit violemment au contact de l'eau P223:Éviter tout contact avec l’eau, à cause du risque de réaction violente et d’inflammation spontanée. P231:Manipuler sous gaz inerte. P232:Protéger de l’humidité. P280:Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P305:En cas de contact avec les yeux: P338:Enlever les lentilles de contact si la victime en porte et si elles peuvent être facilement enlevées. Continuer à rincer. P351:Rincer avec précaution à l’eau pendant plusieurs minutes. P370:En cas d’incendie: P378:Utiliser… pour l’extinction. P422:Stocker le contenu sous…
SIMDUT
B6,E, B6:Matière réactive inflammable dégage un gaz inflammable au contact de l'eau: hydrogène E:Matière corrosive forme au contact de l'eau une substance corrosive: hydroxyde de sodium Divulgation à 1,0% selon les critères de classification
NFPA 704
3 3 2 W
Transport
X423 1428 Code Kemler: X423:matière solide inflammable, réagissant dangereusement avec l'eau en dégageant des gaz inflammables) Numéro ONU: 1428:SODIUM Classe: 4.3 Code de classification: W2:Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables, sans risque subsidiaire, et objets contenant de telles matières: Solides; Étiquette: 4.3:Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables Emballage: Groupe d'emballageI:matières très dangereuses;
Unités duSI&CNTP,sauf indication contraire.

Lesodiumest l'élément chimiquedenuméro atomique11, de symbole Na (dulatinnatrium). Il fait partie dupremier groupedutableau périodiqueet plus particulièrement desmétaux alcalins.Sur Terre et dans les autres corps telluriques il est généralement lié à d'autres éléments au sein de nombreuxminéraux.Il est abondant dans l'eau de mer(avec uneteneurd'environ 10,8g/kg), sous la forme d'ionslibres. Lesel de cuisine,qui provient directement ou indirectement de l'eau de mer, est constitué dechlorure de sodium.

Dans lesconditions normales de température et de pression,lecorps simpleest unmétalmou, de couleur argentée. Très réactif, il s'oxyde rapidement au contact de l'airet réagit violemment avec l'eau.

Histoire

Le sodium est depuis longtemps reconnu dans les composés, mais il ne fut pas isolé avant1807,lorsque SirHumphry Davyréalisa l'électrolysede lasoude caustique.Pendant leMoyen Âge,un composé du sodium avec le nom latin desodanumétait utilisé pour le traitement des maux de tête. Le symbole du sodium, Na, vient du nom latin d'un composé du sodium appelénatrium,qui lui-même vient dugrecνίτρον/nítron,un carbonate de sodium naturel (lenatron). En allemand, en danois, en norvégien ou en néerlandais, sodium se ditnatrium.

Isotopes

Le sodium pos sắc de 22 isotopes connus, avec unnombre de massevariant entre 18 et 37. Seul lesodium 23(²³Na) est stable, ce qui fait du sodium unélément monoisotopique.À part²²Na et²⁴Na, isotopes radioactifs cosmogéniques dedemi-vies2,604 ans et 14,96 heures, lesradioisotopesdu sodium ont tous une demi-vie inférieure à une minute, voire une seconde pour la majorité d'entre eux. En pratique, seul²³Na est trouvé dans la nature et le sodium est donc considéré comme unélément mononucléidique.

Caractéristiques notables

Caractéristiques chimiques

Sodium métallique.

Comme les autresmétaux alcalins,le sodium a un aspect doux, blanc argenté, légèrement rosé. C'est un élément très réactif; en particulier il s'oxyde lentement à l'air humide et réagit violemment avec l'eau:il libère une grande quantité d'hydrogèneet produit une explosion, ce qui force à le conserver dans lepétroleou sous une atmosphère inerte d'azoteou d'argon. Le sodium est léger, flotte sur l'eau et la décompose en libérant dudihydrogèneet en formant de lasoude(hydroxydede sodium):

Réaction du sodium avec l'eau.

Na +H₂O→Na⁺+OH⁻+${\tfrac {1}{2}}$H₂

La chaleur dégagée par la réaction exothermique de décomposition de l'eau suffit généralement, en présence d'oxygène,à faire détoner l'hydrogène produit.

Sa température de fusion relativement basse, aux alentours de97,81°C,le rend facile à manipuler, stocker et transporter (en citernes par exemple, dans lesquelles on le solidifie pour le refondre à l'arrivée), à condition d'être très vigilant à bien le laisser toujours sous atmosphère inerte et à l'abri de l'eau ou de l'humidité, en raison de sa grande réactivité.

Ce métal brûle dans l'air avec uneflammejaune (mais il ne s'enflamme qu'à des températures supérieures à388K,soit115°C).

Raies spectralesdu sodium.

Lespectredu sodium pos sắc de la particularité de présenter undoublet spectraltrès brillant dans le jaune. Ces deux raies, localisées à 589,00 et 589,59nmsont généralement notées respectivement D2 et D1. Leur interférence est responsable d'un phénomène debattementen intensité.

À mesure que la pression augmente, le sodium devient isolant et prend l’aspect d’un matériau noir, puis celui d’un matériau translucide rouge avant de finalement devenir transparent sous une pression de200gigapascals.

Caractéristiques physiques

• C'est un excellent conducteur électrique.
• Le sodium est utilisé comme fluide caloporteur à haute température, seul, ou allié au potassium à plus basse température: le mélangeNaKest liquide à température ambiante. L'alliage de 78 % K potassium et 22 % Na est liquide jusqu'à−12,6°Cet bout à785°C.
• Coefficient de dilatation à25°C= 70 × 10⁻⁶°C⁻¹.
• Formule pour la masse volumique du solide:ρ= 971 / (1+0,00007*(t-20))³;avecρen kg/m³etten °C.
• Corrélation pour la masse volumique du liquide:ρ= 949 - 0,223 ×t- 0,0000175 ×t²;avecρen kg/m³etten °C; applicable entre 100 et800°C.
• Corrélation pour la valeur deCpdu solide:Cp= 1,02954 + 0,00059184 ×t+ 0,00000010528 ×t²;avecCpen kJ/(kg⋅K) etten °C; applicable entre 0 et90°C.
• Corrélation pour la valeur deCpdu liquide:Cp= 1,62957 - 0,000832987 ×T+ 0,000000462265 ×T²;avecCpen kJ/(kg⋅K) etTen K; applicable entre 100 et800°C.
• Corrélation pour la viscosité dynamique du liquide:μ= −3,759 × 10⁻¹²×t³+ 6,300 8 × 10⁻⁹×t²- 3,729 × 10⁻⁶×t+ 9,980 6 × 10⁻⁴;avecμen kg/(m⋅s) etten °C; applicable entre 100 et700°C.
• Corrélation pour la conductivité thermique du liquide:λ= (2,442544 × (t+ 273,15)) / (6,8393 + 0,033873 ×t+ 0,000017235 ×t²); avecλen W/(m⋅K) etten °C; applicable entre 100 et700°C.
• Corrélation pour la pression de vapeur saturante:Ps = 4,216 × 10¹³× (t+ 273,15)^-1,18× exp[−13 308,94 / (t+ 273,15)]; avecPs en Pa etten °C; applicable entre 100 et800°C.

Quelques caractéristiques thermodynamiques du sodium

Température (°C)	Masse volumique ρ (kg/m3)	Viscosité dynamique μ (10−3kg/(m⋅s)	Conductivité thermique λ (W/(m⋅K))	Capacité calorifique à pression constante Cp (kJ/(kg⋅K)	Commentaire
−173,15	1 011,5			0,9791	solide
0	975,1		141,0 (142,0)	1,0295	solide
20	971		142	1,0414	solide
25	970,0			1,2259 (1,0444)	solide
97,80	955,3 (solide) 927,0 (liquide)	0,690 (0,705)	83,7	1,5525	liquéfaction
200	903,7	0,450	81,5 (80,8)	1,4815	liquide
300	880,5	0,340 (0,345)	75,7 (75,5)	1,4213	liquide
400	857,0	0,278 (0,284)	71,2 (71,0)	1,3704	liquide
500	831,1	0,234 (0,239)	66,8 (67,2)	1,3704	liquide
600	808,9	0,212 (0,210)	63,9	1,2962	liquide
700	784,3	0,186 (0,193)	61,0	1,2730	liquide
800	759,4	0,179 (0,165)	58,3	1,2590	liquide
883					ébullition

Utilisations du sodium

Le sodium sous sa forme métallique est utilisé dans la fabrication desestersainsi que dans celle d'autrescomposés organiques,utilisés en particulier dans l'industrie pharmaceutique,lescosmétiques,lespesticides(métam-sodium), etc.

Il a été longtemps utilisé, sous forme d'alliage avec leplomb,pour la production deplomb tétraéthyle,additifantidétonant pour lecarburantautomobile.

Autres utilisations du sodium métal:

• pour la synthèse de l'indigoartificiel, duborohydrure de sodium,dans laréduction de Birch
• dans certainsalliages,pour améliorer leur structure, ou, dans le cas duNaK(alliage de sodium et depotassium), pour ses qualités detransfert thermique;
• pour purifier les métaux fondus;
• pour la fabrication deslampes à vapeur de sodiumgrâce audoublet du sodium;
• pour la fabrication du silicium utilisé dans l'électronique ou les panneaux solaires;
• pour lesbatteries sodium - soufre.
• pour les batteriessodium - ion.
• le sodium sous forme liquide constitue un fluide caloporteur efficace (assurant le transfert de chaleur): on l'utilise dans ce but principalement dans les soupapes (creuses) de moteurs poussés (par exemple leRolls-Royce Merlin). Il sert également dans lesréacteurs nucléaires à neutrons rapides(Cf. infra)

La vapeur de sodium (utilisée dans les lampes) est très réactive: par exemple, à1 400°C,elle réagit avec l'alumineen formant de l'aluminate de sodium.

Industrie nucléaire

Le sodium liquide est un produit dangereux notamment du fait de risque de feux de sodium particulièrement difficiles à éteindre. Mais il intéresse l'industrie nucléairecomme fluide caloporteur dans lesréacteurs nucléaires à neutrons rapides,pour deux raisons: ses qualités deconductivité thermiqueet decapacité calorifiqueélevée, et le fait d'être peu capturant aux neutrons thermiques (0,4 barn de section efficace) et a fortiori aux neutrons rapides. Toutefois, un peu de sodium 24 est formé au cours du fonctionnement (lorsque le sodium traverse le cœur du réacteur). Le sodium 24 est radioactif, d'unedemi-viecourte de15hen donnant du magnésium 24 stable. Cela empêche l'approche des circuits jusqu'à une semaine suivant l'arrêt.

Les techniques de maîtrise de ce sodium font l'objet d'un travail continu par leCEAàCadarache,y compris pour ledémantèlementdeSuperphénix,entamé en 1998et dans la perspective d'une éventuelle mise en œuvre du projet deprototypederéacteur à neutrons rapides«Astrid».

Le réseau dit «école internationale du sodium et des métaux liquides», a accueilli, depuis sa création en 1975, plus de 4 000 stagiaires;« L’essentiel des recherches s’applique au fonctionnement d’un générateur de vapeur chauffé directement par une circulation de sodium, et vise au contrôle du risque de contact entre le sodium et l’eau. Mais des expériences concernent aussi l’hypothèse d’un générateur de vapeur alimenté par un circuit tertiaire au gaz, avec un circuit secondaire au sodium ».Des travaux visent à mieux neutraliser la vapeur de sodium (qui peut boucher certains filtres), à mieux neutraliser le sodium en cas d'accident ou incident ou lors des vidanges ou démantèlement d'installations (le procédé actuel, procédé NOAH, produit de l'hydrogène et de la soude caustique, deux produits dangereux), ainsi qu'à mieux utiliser l'acoustiquepour détecter des débuts d’ébullition ou un état d’engazement du sodium, lesultrasonspour la mesure du débit et de la température du sodium fondu, et la chimie pour la mesure de la teneur en oxygène, lescourants de Foucaultpour le repérage de défauts dans les installations, latélémétrie,pour la mesure des distances ainsi que des capteurs pouvant être plus ou moins durablement immergés dans le sodium liquide.Un procédé de «carbonatation» permet par contact avec de lasoude caustiquesous exposition d'un flux degaz carboniquede nettoyer des parois contaminées, en produisant des carbonates de sodium, inertes et solubles mais ce procédé est lent (moins d'un millimètre/jour).

Fabrication

Le sodium sous forme métallique est fabriqué parélectrolyseduchlorure de sodiumfondu. Le chlorure de sodium fondant vers800°C,il est nécessaire pour des raisons techniques de l'utiliser en mélange avec duchlorure de calciumet duchlorure de baryum.Ce mélange permet de travailler à environ600°C.Au cours de chimie, cette expérience peut être réalisée en utilisant comme creuset une pipe en terre, comme cathode (où le sodium se dépose) une aiguille à tricoter en acier, comme anode (où le chlore se dégage) la mine en graphite d'un crayon noir taillé aux deux extrémités, et comme source de chaleur unbec Bunsen.

Les principaux producteurs de sodium sous forme métallique dans le monde sont:

• l'usine électrochimique de Pomblièreopérée par MSSA -Métaux spéciauxenFrance,près deMoutiers,enSavoie;
• différents producteurs récemment apparus enChine(enMongolie Intérieure,dans leNíngxiàet leHenan).

Il est aussi possible d'obtenir du sodium métallique par électrolyse d'hydroxyde de sodium,NaOH, fondu c'est-à-dire vers300°C.Toutefois, comme il est plus difficile de récupérer le métal pur dans ce cas, l'industrie préfère l'électrolyse de NaCl.

Il est possible, et utilisé de manière artisanale aussi, d'utiliser une oxydoréduction du mélange de magnésium et soude cristalline, le tout chauffé.^{[réf.souhaitée]}

Composés du sodium

Les composés chimiques dans lesquels on trouve un ion sodium Na⁺sont extrêmement nombreux. Parmi les plus simples on peut citer:

• le sel marin ousel de table,qui est duchlorure de sodium(NaCl);
• lasoude(Na⁺+ OH⁻) ou l'hydroxyde de sodium(NaOH);
• l'eau de Javel,qui contient du chlorure de sodium et de l'hypochlorite de sodium(NaClO).

On trouve également des composés du sodium:

• dans lesavon(en combinaison avec desacides gras);
• dans leschaufferettessous forme d'acétate de sodium.

Importance biologique

Le sodium est indispensable à la vie, par exemple au fonctionnement de l'activité électrique des cellules, faisant intervenir des échanges trans-membranaires d'ions Na⁺.

L'ion sodiumest l'un des éléments indispensables à l'organisme, normalement présent dans le sang à une concentration comprise entre 133 et 143 mmol/L.

Lorsqu'il est présent en excès (hypernatrémie- généralement à cause d'un régime trop riche en sel), c'est un facteur qui favorise la survenue d'hypertension,d'insuffisance cardiaque et de dégradation de lafonction rénale(au niveau des tubules).

Conséquences environnementales

Quand il provient du sel, NaCl, massivement utilisé pour lesalage des routes(14 % de la production),ou de remontées de sel à la suite d'undrainageou à des arrosages excessifs, il contribue à la destruction et salinisation dessolset à l'intoxication de nombreuses espèces animales, végétales, fongiques et microbiennes.

Il existe néanmoins des bactériesextrémophilesqui peuvent survivre dans des milieux hyper-salés.

Commerce

En 2014, la France est nette importatrice de sodium, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 2 000€.

Voir aussi

Articles connexes

• Ion sodium
• Macro-élément

Liens externes

• Notices d'autorité:

  • BnF(données)
  • LCCN
  • GND
  • Japon
  • Israël
  • Tchéquie
• Notices dans des dictionnaires ou encyclopédies généralistes:

  • Britannica
  • Brockhaus
  • Den Store Danske Encyklopædi
  • Gran Enciclopèdia Catalana
  • Gran Enciclopedia de Navarra
  • Larousse
  • Nationalencyklopedin
  • Store norske leksikon
  • Treccani
  • Universalis
• Ressources relatives à la santé:
  • Medical Subject Headings
  • National Drug File
  • Store medisinske leksikon
  • WikiSkripta
• Une vidéo sur l'oxydation du sodium
• (en)«Technical data for Sodium»(consulté le23 avril 2016),avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

1

H

He

2

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

3

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

4

K

Ca

Sc

Ti

V

Cr

Mn

Fe

Co

Ni

Cu

Zn

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

5

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Tc

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

6

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Pm

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

Ir

Pt

Au

Hg

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

7

Fr

Ra

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

8

119

120

*

*

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz nobles	Éléments non classés
		Actinides
		Superactinides