Sciences · Éléments chimiques
Sodium
Le sodium (Na, numéro atomique 11) est un métal alcalin si mou qu’il se coupe au couteau et si réactif qu’il explose au contact de l’eau. Sous forme d’ion Na⁺, il est indispensable aux nerfs et aux muscles.
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Le sodium est surtout connu à travers le sel de table, le chlorure de sodium. À l’état de métal, il est pourtant spectaculaire : brillant, mou comme de la cire, il réagit violemment avec l’eau. Sixième élément de la croûte terrestre, il est omniprésent dans les océans, les roches et notre organisme.
Fiche d’identité
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Symbole | Na |
| Numéro atomique | 11 |
| Masse atomique | 22,990 u |
| Famille | Métal alcalin (groupe 1, période 3) |
| État à 20 °C | Solide |
| Fusion | 97,8 °C |
| Ébullition | 883 °C |
| Découverte | 1807, Humphry Davy |
| Abondance | environ 2,3 % de la croûte terrestre ; environ 1,1 % de l’eau de mer en masse |
Propriétés
Le sodium est un métal argenté, de masse volumique 0,97 g/cm³ : il flotte sur l’eau. Il possède un seul électron externe, qu’il cède très facilement pour devenir l’ion Na⁺ (voir ions).
Au contact de l’eau, il réagit vivement en produisant de la soude (hydroxyde de sodium) et de l’hydrogène ; la chaleur dégagée peut enflammer l’hydrogène et provoquer une explosion. À l’air, il se ternit en quelques secondes. On le conserve donc sous huile minérale.
Ses composés colorent les flammes en jaune-orangé intense, dû à deux raies très proches vers 589 nm : c’est la couleur des lampadaires au sodium et des flammes de cuisinière quand on y renverse du sel.
Isotopes
Le sodium naturel ne compte qu’un isotope stable, le sodium 23. Le sodium 22 (période d’environ 2,6 ans), émetteur de positons, sert en recherche ; le sodium 24 (environ 15 heures) est utilisé comme traceur.
Où le trouve-t-on ?
Jamais à l’état natif. Le sodium se trouve dans :
- l'eau de mer et les lacs salés, sous forme de chlorure ;
- les gisements de sel gemme (halite), formés par l’évaporation d’anciennes mers ;
- de nombreux silicates (feldspaths, comme l’albite) ;
- des dépôts de carbonate de sodium naturel (trona, natron) et de nitrate de sodium (Chili).
Production
Le métal est produit par électrolyse du chlorure de sodium fondu, vers 600 °C, en présence de chlorure de calcium qui abaisse la température de fusion (cellule de Downs). Le chlore est un coproduit. La production de métal ne représente qu’une petite partie de l’industrie du sodium : la plupart de ses usages passent par ses composés, sel, soude et carbonate de sodium.
Usages
| Forme | Usages |
|---|---|
| Sodium métallique | caloporteur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides (Phénix, Superphénix) ; réducteur pour produire titane et autres métaux ; lampes à vapeur de sodium |
| Chlorure (NaCl) | alimentation, conservation, déneigement, chimie du chlore et de la soude |
| Hydroxyde (soude caustique) | papier, savons, aluminium (procédé Bayer), déboucheurs |
| Carbonate (soude Solvay) | verre, lessives |
| Bicarbonate | levure chimique, antiacide, extincteurs |
| Hypochlorite | eau de Javel |
Les batteries sodium-ion, moins performantes que les lithium-ion mais sans lithium ni cobalt, commencent à être commercialisées.
Rôle biologique et toxicité
Le sodium est un électrolyte essentiel. Concentré à l’extérieur des cellules, il règle le volume d’eau du sang et la pression artérielle. Le différentiel de concentration entre sodium et potassium, maintenu par la pompe sodium-potassium, permet la transmission de l’influx nerveux et la contraction des muscles (voir système nerveux). Les reins ajustent en permanence son élimination.
Un excès d’apport, surtout sous forme de sel, favorise l’hypertension artérielle : l’OMS recommande moins de 5 g de sel par jour chez l’adulte (voir sel et santé). Une baisse sévère du sodium sanguin (hyponatrémie), par exemple après une consommation d’eau excessive lors d’un effort prolongé, peut provoquer confusion et convulsions et constitue une urgence.
Le sodium métallique, lui, brûle la peau et réagit avec l’humidité des tissus.
Histoire du nom
Le 6 octobre 1807, quelques jours après avoir isolé le potassium, Humphry Davy obtient du sodium par électrolyse de la soude caustique fondue, à la Royal Institution de Londres. Il le nomme d’après la soude (soda en anglais), mot venant peut-être de l’arabe suwwad, plante dont les cendres étaient riches en carbonate de sodium. Le symbole Na vient du latin natrium, tiré du natron, carbonate de sodium naturel utilisé par les Égyptiens pour la momification (voir Égypte antique).
Questions fréquentes
Pourquoi le sodium explose-t-il dans l’eau ?
La réaction libère de l’hydrogène et beaucoup de chaleur. Le métal fond, l’hydrogène s’enflamme au contact de l’air, et la vapeur projette du métal en fusion.
Sel et sodium, est-ce la même chose ?
Non : 1 g de sel contient environ 0,4 g de sodium. Pour convertir une teneur en sodium en sel, on la multiplie par 2,5.
Pourquoi les lampadaires sont-ils orange ?
Les lampes à vapeur de sodium émettent presque toute leur lumière dans le jaune-orangé, très efficace pour l’œil. Elles sont progressivement remplacées par des LED.