Le sodium est l'élément chimique de numéro atomique 11, de symbole Na. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur dans la nature, mais il est très abondant sous forme de composés, par exemple dans le sel de cuisine. Il brûle dans l'air avec une flamme jaune.

Histoire

Le sodium est depuis longtemps reconnu dans les composés, mais il ne fut pas isolé avant 1807, lorsque Sir Humphry Davy réalisa l'électrolyse de la soude caustique. Pendant le Moyen Âge, un composé du sodium avec le nom latin de sodanum était utilisé pour le traitement des maux de tête. Le symbole du sodium, Na, vient du nom latin d'un composé du sodium appelé natrium, qui lui-même vient du grec νίτρον (nitron), un carbonate de sodium naturel (le natron). En allemand, comme en danois ou en néerlandais, sodium se dit natrium.

Isotopes

Le sodium possède 22 isotopes connus, avec un nombre de masse variant entre 18 et 37. Seul le sodium 23 (Na) est stable, ce qui fait du sodium un élément monoisotopique. À part Na et Na, isotopes radioactifs cosmogéniques avec une demi-vie de respectivement 2,605 ans et environ 15 heures, les radioisotopes du sodium ont tous une demi-vie inférieure à une minute, voire une seconde pour la majorité d'entre eux. En pratique, seul Na est trouvé dans la nature et le sodium est donc considéré comme un élément mononucléidique.

Caractéristiques notables

Caractéristiques chimiques

Sodium métallique.

Raies spectrales.

Comme les autres métaux 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'hydrogène et produit une explosion, ce qui force à le conserver dans le pétrole ou sous une atmosphère inerte d'azote ou d'argon. Le sodium est léger, flotte sur l'eau et la décompose en libérant du dihydrogène et en formant de la soude (hydroxyde de sodium) :

Na + H2O → Na + OH + 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 de 97,81 °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 ne brûle dans l'air qu'à des températures supérieures à 388 K (soit 115 °C).

Le spectre du sodium possède la particularité de présenter un doublet spectral très brillant dans le jaune. Ces deux raies, localisées à 589,00 et 589,59 nm sont généralement notées D1 et D2. Leur interférence est responsable d'un phénomène de battement en 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 de 200 gigapascal.

Caractéristiques physiques

C'est un excellent conducteur électrique.

Le sodium est utilisé comme fluide caloporteur (réfrigérant) à haute température, seul, ou fréquemment allié au potassium. Le mélange NaK abaisse la température de fusion en deçà de 0 °C, facilitant ainsi l'exploitation de la boucle fluide. L'alliage de 78 % K potassium et 22 % Na est liquide jusqu'à −12,6 °C et bout à 785 °C.

Coefficient de dilatation à 25 °C = 70×10 °C.

Formule pour la masse volumique du solide : ρ = 971 / (1+0,00007*(t-20)) ; avec ρ en kg/m et t en °C.

Corrélation pour la masse volumique du liquide : ρ = 949 - 0,223 × t - 0,0000175 × t ; avec ρ en kg/m et t en °C ; applicable entre 100 et 800 °C.

Corrélation pour la valeur de Cp du solide : Cp = 1,02954 + 0,00059184 × t + 0,00000010528 × t ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et t en °C ; applicable entre 0 et 90 °C.

Corrélation pour la valeur de Cp du liquide : Cp = 1,62957 - 0,000832987 × T + 0,000000462265 × T ; avec Cp en kJ/(kg⋅K) et T en K ; applicable entre 100 et 800 °C.

Corrélation pour la viscosité dynamique du liquide : μ = -3,759×10 × t + 6,3008×10 × t - 3,729×10 × t + 9,9806×10 ; avec μ en kg/(m⋅s) et t en °C ; applicable entre 100 et 700 °C.

Corrélation pour la conductivité thermique du liquide : λ = (2,442544 × (t + 273,15)) / (6,8393 + 0,033873 × t + 0,000017235 × t) ; avec λ en W/(m⋅K) et t en °C ; applicable entre 100 et 700 °C.

Corrélation pour la pression de vapeur saturante : Ps = 4,216×10 × (t + 273,15) × exp[-13 308,94 / (t + 273,15)] ; avec Ps en Pa et t en °C ; applicable entre 100 et 800 °C.

Utilisations du sodium

Le sodium sous sa forme métallique est utilisé dans la fabrication des esters ainsi que dans celle d'autres composés organiques, utilisés en particulier dans l'industrie pharmaceutique, les cosmétiques, les pesticides, etc.

Il a été longtemps utilisé, sous forme d'alliage avec le plomb, pour la production de plomb tétraéthyle, additif antidétonant pour le carburant automobile.

Autres utilisations du sodium métal :

pour la synthèse de l'indigo artificiel, du borohydrure de sodium, dans la réduction de Birch

dans certains alliages, pour améliorer leur structure ;

pour purifier les métaux fondus ;

pour la fabrication des lampes à vapeur de sodium ;

pour la fabrication du silicium utilisé dans l'électronique ou les panneaux solaires ;

pour les batteries sodium - soufre ;

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, mais il sert également dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, avec le risque de feux de sodiums particulièrement difficiles à éteindre, étudié à Cadarache par le CEA, y compris pour le démantèlement de Superphénix, entamé en 1998 et dans la perspective d'une éventuelle mise en œuvre du projet de prototype de réacteur à neutrons rapides « Astrid ». Le sodium est peu capturant aux neutrons thermiques (0,4 barn de section efficace) et a fortiori aux neutrons rapides, cependant un peu de sodium 24 est formé dans le cours du fonctionnement qui gène l'approche des circuits dans la semaine suivant l'arrêt. Le sodium 24 est émetteur bêta et gamma de 4 MeV de période 15 h en donnant du magnésium 24 stable.

Le NaK est un alliage de sodium et de potassium, c'est un matériau important pour les transferts thermiques.

Le sodium est utilisé sous forme de vapeur alcaline dans les lampes à vapeur de sodium. Cette vapeur est très réactive : par exemple, à 1 400 °C, elle réagit avec l'alumine en formant de l'aluminate.

Le sodium liquide est un produit dangereux mais qui intéresse l'industrie nucléaire ; les technologies de maîtrise de ce sodium font l'objet d'un travail continu au sein d'un réseau dit « école internationale du sodium et des métaux liquides », qui a accueilli, depuis sa création en 1975, plus de 4000 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, deux produits dangereux), ainsi qu'à mieux utiliser l'acoustique pour détecter des débuts d’ébullition ou un état d’engazement du sodium, les ultrasons pour la mesure du débit et de la température du sodium fondu, et la chimie pour la mesure de la teneur en oxygène, les courants de Foucault pour le repérage de défauts dans les installations, la télémétrie, 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 la soude sous exposition d'un flux de gaz carbonique de 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 par électrolyse du chlorure de sodium fondu. Le chlorure de sodium fondant vers 800 °C, il est nécessaire pour des raisons technologiques de l'utiliser en mélange avec du chlorure de calcium et du chlorure de baryum. Ce mélange permet de travailler à environ 600 °C. Les principaux producteurs de sodium sous forme métallique dans le monde sont :

MSSA - Métaux spéciaux en France à Pomblière-Saint-Marcel près de Moûtiers en Savoie ;

DuPont aux États-Unis à Niagara Falls ;

différents producteurs sont apparus récemment en Chine en Mongolie Intérieure, dans le Ningxia et le Henan.

Il est aussi possible d'obtenir du sodium métallique par électrolyse d'hydroxyde de sodium, NaOH, fondu c'est-à-dire vers 300 °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 oxydo-réduction du mélange de magnésium et soude cristalline, le tout chauffé.

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 ou sel de table, qui est du chlorure de sodium (NaCl) ;

la soude (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).

Le chlorure de sodium est indispensable à la vie, par exemple à la transmission de l'influx nerveux, faisant intervenir des échanges intermembranaires d'ions Na.

On trouve également des composés du sodium :

dans le savon (en combinaison avec des acides gras) ;

dans les chaufferettes sous forme d'acétate de sodium.

Impacts environnementaux

Quand il provient du sel, NaCl, massivement utilisé pour le salage des routes (près de la moitié de la consommation mondiale de sel), ou de remontées de sel suite à un drainage ou à des arrosages excessifs, il contribue à la destruction et salinisation des sols et à l'intoxication de nombreuses espèces animales, végétales, fongiques et microbiennes. Il existe néanmoins des bactéries extrêmophiles qui peuvent survivre dans des milieux hypersalés.

Impacts sanitaires

L'ion sodium est l'un des éléments indispensables à l'organisme, mais, lorsque présent en excès (généralement à cause d'un régime trop riche en sel), c'est un facteur d'hypertension et de dégradation de la fonction rénale (au niveau des tubules). Dans le sang d'un adulte de poids moyen à jeun, il doit être compris entre 136 et 145 mEq/L.

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 €.

钠（拉丁语：Natrium，化学符号：Na）是一种化学元素，它的原子序数是11，相对原子质量为23。钠单质不会在地球自然界中存在，因为钠在空气中会迅速氧化，并与水产生剧烈反应，所以常见于化合物中，元素状态的钠通常以特殊物质（如石蜡、煤油）保存，以防与空气中的水份或氧气产生化合物。

性状

钠是一种质地软（可以用普通餐刀切割）、轻、蜡状而极有延展性的银白色（当刚切好时，存放久了会变暗）的1A族的碱金属元素。 钠的化学性质很活泼。在空气中很容易氧化生成氧化钠，燃烧发出黄色火焰生成过氧化钠。和水起爆炸反应（产生高温使自己熔成一个银白色的圆球在水面高速移动，并不断释放氢），生成氢氧化钠（碱性溶液）；与醇反应生成醇钠。因此通常保存在煤油或石蜡中。钠可以和大部分元素反应，但是很难和硼、碳、铁和镍反应。钠在高温下可以和硅酸盐反应，侵蚀玻璃和瓷器。

发现

1807年，英国化学家戴维首先用电解熔融的氢氧化钠的方法制得钠并命名。

名称由来

从一个只有在19世纪用的英文字Natrium。来源natron，原指种天然碱。此字从西班牙文传法文，然后英文。最开始是在阿拉伯文写为natrūn。希腊文是使用个阿拉伯文变体nitrūn，所以变成nítron（此字是氮的来源）。然后在从希腊文的nítron传到西班牙文。

分布

钠在自然界中以化合物的形式存在，是最常见的碱性金属，也是地球上第六丰富的元素。钠大量的存在于钠长石（NaAlSi3O8）、食盐（氯化钠）、智利硝石（硝酸钠）、纯碱（碳酸钠）等矿物中。此外，在海水中以钠离子的形式存在，在海水中含量约为2.7%。钠也是人体肌肉和神经组织中的主要成分之一。

制备

钠的制备方法主要有当斯法（Downs）和卡斯纳法（Castner）。 当斯法 在食盐(即氯化钠)融熔液中加入氯化钙，油浴加热并电解，温度为500℃，电压6V，通过电解在阴极生成金属钠，在阳极生成氯气。然后经过提纯成型，用液体石蜡进行包装。 化学方程序： 卡斯纳法 以氢氧化钠为原料，放入铁质容器，熔化温度320~330℃，以镍为阳极，铁为阴极，在电极之间设置镍网隔膜，电解电压4~4.5V，阴极析出金属钠，并放出氧气。再将制得的金属钠精制，用液体石蜡包装。 化学方程序：

同位素

已发现的钠的同位素共有15种，包括钠19至钠33，其中只有钠23是稳定的，其他同位素都带有放射性。