Hydroxyde de sodium

De formule chimique NaOH, fortement ionisée à l’état fondu comme en solution, l’hydroxyde de sodium est un produit « caustique », d’un coût moindre que celui de la potasse et d’une solubilité très supérieure à celle de la chaux, qui en font la base minérale la plus utilisée. Ses applications, très nombreuses expliquent une production mondiale de l’ordre de 65 Mt/an.

L’hydroxyde de sodium est un solide ionique constitué de cations sodium et d’anions hydroxyde. C’est la présence de ces anions qui confère sa forte basicité à l’hydroxyde de sodium qui réagit avec les acides protoniques pour former de l’eau et les sels correspondants. Avec les acides forts, la réaction est très exothermique :
NaOH(aq) + HCl(aq) ------> NaCl(aq) + H2O(l)

La solution issue de la dissolution du produit cristallisé est appelée soude, à ne pas confondre avec une appellation commune du carbonate de sodium (cf. Carbonate de sodium), voire soude caustique. La solution aqueuse d’hydroxyde de sodium est également dénommée « lessive de soude » par les droguistes. L’hydroxyde de sodium réagit facilement avec les acides carboxyliques (cf. Acide acétique, Acétates) et même avec les phénols (cf. Phénol). Il réagit également avec des gaz acides tels que le dioxyde de carbone (cf. Dioxyde de carbone), le dioxyde de soufre (cf. Soufre) ou l’hydrogène sulfuré (cf. Hydrogène sulfuré). Cette réactivité est exploitée pour la purification des gaz de cheminée (cf. Ciments, Charbon/Houille) afin de prévenir leur rejet dans l’atmosphère :
2 NaOH + CO2 ------> Na2CO3 + H2O

L’hydroxyde de sodium était obtenu par la réaction de caustification au départ du carbonate de sodium, contenu dans certains minerais et les cendres végétales :
Na2CO3 + Ca(OH)2 ------> CaCO3 + 2 NaOH
et employant la chaux obtenue par calcination du calcaire (cf. Chaux). En 1789, Nicolas Leblanc invente un procédé permettant d’obtenir du carbonate de sodium à partir d’eau de mer, méthode qui sera supplantée par celle mise au point par Ernest Solvay en 1861. Ces procédés permirent de réduire les coûts de revient de l’hydroxyde de sodium, mais à la fin du XIXe siècle, l’avènement de l’électricité conduira à sa production directe par électrolyse d’une saumure, selon le procédé chlore-alcali :
2 Na+Cl + 2 H2O + 2 e ------> H2 + 2 Cl + 2 NaOH

Aujourd’hui 99 % de la production est d’origine électrochimique, sous forme de solutions titrant environ 500 g/L, dont on tire l’hydroxyde de sodium par évaporation de l’eau. Le co-produit est le dichlore (cf. Chlore). Cette situation de co-production amène parfois des distorsions sur les marchés de ces deux produits de base de la chimie industrielle : la demande de l’un peut être plus élevée que celle de l’autre. Lorsque la demande en hydroxyde de sodium n’est pas satisfaite, les prix augmentent et l’on a recours à la réaction de caustification, mise en œuvre aux Etats-Unis grâce aux importants gisements de carbonate de sodium.

Pour réaliser cette électrolyse (cf. Chlore), il faut éviter la réaction entre les deux co-produits, ce qui est accompli en séparant les compartiments cathodique et anodique avec le recours aux cellules à :

  • cathode de mercure, qui donnent des solutions pures à 500 g/L. Des concentrations de 700 g/L peuvent être atteintes ;
  • diaphragme qui,fournissent des solutions à environ 140 g/L, contaminées par du chlorure de sodium (environ 160 g/L). Ces solutions doivent être purifiées par précipitation du chlorure et concentrées par évaporation. Les solutions finalement obtenues (500 g NaOH/L) contiennent encore 1 à 2 g/L de chlorure de sodium ;
  • membrane, qui produisent des solutions pures, mais de concentrations limitées à des valeurs comprises entre 150 et 350 g/L selon la nature de la membrane. Ces solutions doivent être concentrées à 500 g/L par évaporation.

Les cellules à cathode de mercure sont progressivement abandonnées du fait de l’impact environnemental du mercure (cf. Mercure) et de plus en plus remplacées par les cellule à membrane qui consomment moins d’énergie électrique (et de vapeur) et conduisent à une plus grande pureté des solutions d’hydroxyde de sodium.

En plus d’être la base la plus communément employée en laboratoire, l’hydroxyde de sodium est utilisé en grande quantité par plusieurs industries, principalement en tant que base :

  • dans l’industrie papetière qui absorbe environ 25% de la production. Il est utilisé dans la fabrication des pâtes chimiques selon le procédé kraft (ou procédé au sulfate), du fait de sa capacité à dissoudre la lignine du bois et de libérer les fibres cellulosiques qui donnent le papier (cf. Cellulose). Il est également utilisé lors du blanchiment de la pâte, à raison de 20-30 kg/t de pâte. Cette opération consiste à éliminer la lignine restante par le dichlore qui forme des chlorolignines solubles dans l’hydroxyde de sodium ;
  • en métallurgie, notamment de l’aluminium (cf. Aluminium), pour élaborer l’alumine au départ de la bauxite selon le procédé Bayer qui nécessite de l’ordre de 30-100 kg NaOH par tonne d’aluminium produite ;
  • du savon et de produits détergents en général (cf. Savons, Persil & Lessives) ;
  • de certains textiles artificiels et matières plastiques ;
  • de produits chimiques.

L’hydroxyde de sodium sert à réguler le pH et régénérer les résines échangeuses d’ions des stations de traitement des eaux, et comme nous l’avons déjà évoqué pour la purification des gaz de cheminée. En agro-alimentaire il contribue au nettoyage des installations (circuits, bouteilles), modifier l’amidon, faciliter l’épluchage (alors dit chimique), etc. Comme additif alimentaire (E524), il sert de régulateur de l’acidité utilisé dans une large gamme de produits et, si vous ne le saviez pas, à donner tout son brillant aux bretzels !

L’emploi de l’hydroxyde de sodium s’étend également aux énergies « durables » :

  • il est utilisé en catalyse de transestérification des huiles végétales pour la production de biodiesel. Toutefois il doit être employé sous forme anhydre pour éviter la formation de savon… ;
  • il peut être utilisée pour stocker de l’énergie solaire sous forme chimique. En effet, la réaction entre la soude et l’eau est fortement exothermique. Une fois la soude diluée, il suffit d’utiliser directement l’énergie solaire pour faire s’évaporer l’eau et revenir à l’état initial.
  • sa réaction avec l’eau et l’aluminium produisant un dégagement d’hydrogène, il a également proposé pour faire fonctionner un moteur à explosion sans émission de CO2 : il reste toutefois à préciser l’analyse du cycle de vie correspondant…
La soude caustique est irritante et corrosive pour la peau, les yeux, les voies respiratoires et digestives. Elle doit être manipulée avec des gants, des lunettes de sécurité et une protection des voies respiratoires. En cas de contact avec la peau, après l’avoir épongé avec du vinaigre, il faut rincer à l’eau abondamment (15 à 20 minutes). En cas de contact avec les yeux il faut rincer abondamment pendant au moins 20 minutes sous l’eau courante.
En cas d’ingestion accidentelle, il ne faut pas faire vomir et il faut appeler les secours ou un centre anti-poison le plus vite possible.

Pensée du jour :
« Les gens caustiques ont un pH élevé ! »

Sources :

Pour en savoir plus :

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