Faits sur le sodium

Seul, il est explosif. Combiné au chlore, c’est du sel de table.

C’est le sodium pour vous – un élément sauvage et laineux qui réagit facilement et se mélange à d’autres éléments pour fabriquer certaines des substances les plus courantes de la vie quotidienne. Outre le sel de table (NaCl), le sodium est présent dans le bicarbonate de soude (NaHCO3), le peroxyde de sodium (Na2O2) et le borax, ou borate de sodium (Na2B4O7-10H2O). Il est crucial pour le contrôle de la pression sanguine et le fonctionnement du système nerveux.

Mais commençons par les explosions.

Ka-boom

Mélangé à l’eau, le sodium réagit de façon spectaculaire. Cette combinaison produit de l’hydroxyde de sodium, de l’hydrogène gazeux et de la chaleur (le terme technique pour ces réactions génératrices de chaleur est un exothermique). La chaleur est si intense qu’elle enflamme le gaz d’hydrogène, créant une explosion impressionnante. Les scientifiques ont même filmé cette réaction sur une vidéo à haute vitesse, capturant l’explosion et expliquant pourquoi la réaction se produit si rapidement. Il s’avère que lorsque l’eau et le sodium se combinent pour la première fois, le sodium libère des électrons – des particules chargées négativement – laissant l’élément dans un état de charge positive, ont rapporté les chercheurs dans la revue Nature Chemistry en janvier 2015. Toutes ces charges positives se repoussent, déchirant le sodium et créant plus de surface pour une réaction encore plus importante : ka-boom.

Les faits

Selon le Jefferson National Linear Accelerator Laboratory, les propriétés du sodium sont :

• Numéro atomique (nombre de protons dans le noyau) : 11
• Symbole atomique (sur le tableau périodique des éléments) : Na
• Poids atomique (masse moyenne de l’atome) : 22,98976928
• Densité : 0,97 gramme par centimètre cube
• Phase à température ambiante : Solide
• Point de fusion : 208,04 degrés Fahrenheit (97,80 degrés Celsius)
• Point d’ébullition : 1 621 F (883 C)
• Nombre d’isotopes (atomes du même élément avec un nombre différent de neutrons) : 21 ; 1 stable
• Isotopes les plus courants : Na-23 (100 % d’abondance naturelle)

Métal réactif

Le sodium est un métal alcalin, que l’on retrouve sur le côté le plus gauche du tableau périodique avec ses compatriotes : lithium, potassium, rubidium, césium et francium. Ce que tous ces métaux alcalins ont en commun, c’est un électron unique dans leur coquille la plus externe. Les atomes partagent des électrons avec d’autres atomes afin de se lier, et un électron unique qui se balade sur le bord est tout simplement trop tentant pour être laissé de côté, d’un point de vue moléculaire. Par conséquent, le sodium et les autres métaux alcalins sont si réactifs qu’on ne les trouve jamais seuls dans la nature. Ils sont toujours liés à au moins un autre élément pour former des composés.

Les composés contenant du sodium sont connus et utilisés depuis l’Antiquité. Les anciens Égyptiens, par exemple, utilisaient une substance appelée natron pour emballer les momies et leurs organes, en séchant la chair et en la préservant. Le natron est un mélange de soude (carbonate de sodium) et de bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium) contenant du sodium et présent dans la nature.

Le mérite de la découverte du sodium pur revient toutefois au chimiste anglais Humphry Davy, qui a utilisé l’électrolyse pour isoler l’élément de l’hydroxyde de sodium, selon la Royal Society of Chemistry.

Le sodium métal pur fait ce truc amusant du flash-bang dans l’eau, mais ses utilisations pratiques sont limitées. Certains réacteurs nucléaires utilisent du sodium liquide comme liquide de refroidissement. Selon Hitachi, qui fabrique certains de ces réacteurs, l’utilisation d’un métal comme liquide de refroidissement est un élément de sécurité supplémentaire, car le sodium conduit et dissipe facilement tout excès de chaleur.

La plupart du temps, cependant, le sodium est utilisé dans le cadre de l’un des composés qu’il crée si facilement. Le borax est utilisé dans les détergents et les cosmétiques ; le bicarbonate de sodium, ou bicarbonate de soude, est utilisé pour faire lever le pain et d’autres produits de boulangerie ; le nitrite de sodium est utilisé pour conserver les aliments, notamment les charcuteries.

Dans le corps, le sodium aide à réguler les niveaux d’eau, ce qui le rend crucial pour maintenir la pression artérielle. Les humains n’en ont cependant pas besoin de beaucoup. Selon l’American Heart Association (AHA), les adultes devraient consommer environ 1 500 milligrammes par jour. La plupart des Américains en consomment 3 400 milligrammes par jour. (Des recherches récentes ont soulevé des questions sur la quantité appropriée de sel dans l’alimentation, une étude d’août 2014 ayant conclu qu’une consommation modérée pouvait réduire le risque de problèmes cardiovasculaires.)

Qui le savait ?

• Le sodium est le sixième élément le plus abondant sur Terre, selon le Jefferson Lab.
• Vous vous êtes déjà demandé quelle était la différence entre le sel casher et le sel de table ordinaire ? Les grains contiennent environ la moitié du sodium, pour commencer. Le sel casher ne contient pas non plus d’iode ajouté.
• La surdose de sel est réelle. En 2013, des médecins ont rapporté le cas d’un homme de 19 ans qui est tombé dans le coma après avoir ingurgité une bouteille de sauce soja. L’excès de sodium dans le sang a provoqué le déplacement de l’eau du cerveau vers la circulation sanguine, provoquant des crises puis une perte de conscience. Grâce à un traitement d’urgence, l’homme a survécu sans effets secondaires durables.
• Le natron utilisé autrefois pour la momification a des effets naturels. Le lac Natron, en Tanzanie, est alcalin, ou basique, en raison des dépôts naturels de carbonate de sodium. Les animaux morts qui s’échouent sur les rives du lac sont souvent préservés par ce carbonate de sodium, comme le documente un projet photographique étrange de 2013.
• Le sodium est un composant du GMS, ou glutamate monosodique. Il contient du sodium et de l’acide glutamique.
• Les lampadaires jaunes doivent souvent leur couleur au sodium. Les lampes à sodium utilisent un mélange de gaz néon et de sodium solide pour obtenir leur teinte dorée. Elles ont été inventées en 1920, selon l’Edison Tech Center.

Recherche actuelle

Un humble (et peu coûteux) composé de sodium pourrait s’attaquer à une grande tâche : stopper le réchauffement climatique.

Le carbonate de sodium, connu familièrement sous le nom de soude ou de bicarbonate de soude, est un adoucisseur d’eau commun qui est facilement produit à partir de calcaire ou de sel de table. Maintenant, les chercheurs ont pris cette poudre blanche et l’ont encapsulée dans de minuscules boules qui ressemblent à quelque chose comme du caviar. Ces capsules absorbent le dioxyde de carbone, ce qui signifie qu’elles pourraient être utilisées pour « épurer » le gaz à effet de serre des émissions des centrales électriques à combustibles fossiles.

« Le CO2 passe simplement à l’intérieur et est absorbé par le noyau » de la capsule, a déclaré John Vericella, chercheur de l’étude, ingénieur au Lawrence Livermore National Laboratory.

L’humanité produit l’incroyable quantité de 10 gigatonnes de dioxyde de carbone chaque année, un poids qui dépasse la masse totale de la race humaine plus toutes les céréales cultivées annuellement sur la planète, a déclaré Vericella à Live Science. Le CO2 piège la chaleur dans l’atmosphère, ce qui provoque le réchauffement du globe.

Une façon d’améliorer le problème est de capturer le carbone lorsqu’il s’échappe de la combustion des combustibles fossiles – avant qu’il n’atteigne l’atmosphère. À l’heure actuelle, de nombreuses centrales électriques utilisent des composés azotés appelés amines, pulvérisés sur d’immenses tours de lavage à mailles d’acier, qui accrochent le CO2 contenu dans les gaz résiduels des centrales. Ces amines présentent toutefois des inconvénients, a expliqué M. Vericella. Certaines s’échappent dans l’atmosphère et deviennent une source de pollution ; les amines rongent également les tours à mailles d’acier qui soutiennent le processus de capture du carbone.

C’est là que les capsules de carbonate de sodium entrent en jeu. Ces minuscules sphères sont constituées d’une enveloppe polymère perméable, qui laisse passer le CO2. À l’intérieur se trouve un noyau de solution de carbonate de sodium, qui possède des propriétés thermodynamiques qui en font un bon absorbeur de dioxyde de carbone, a déclaré Vericella.

Le carbonate de sodium est connu depuis longtemps pour être un bon absorbeur de CO2, a déclaré Vericella, mais il est plus lent que les solutions d’amines. Avec l’encapsulation, cependant, la surface d’absorption augmente, jusqu’à 100 fois celle d’une tour normale à mailles d’acier avec une solution d’amine. En conséquence, la réaction s’accélère.

Une fois que les capsules ont absorbé leur maximum de dioxyde de carbone, elles sont chauffées et le CO2 est retiré pour être séquestré. Les capsules peuvent ensuite être réutilisées.

« Dans tous ces systèmes, vous devez réutiliser le matériau parce que l’échelle du problème est si grande », a déclaré Vericella.

Les chercheurs ont présenté leurs résultats le 5 février 2015 dans la revue Nature Communications. La prochaine étape, a déclaré Vericella, est de passer à l’échelle. Jusqu’à présent, ils ont testé les microcapsules en quantité dans des tubes à essai. Il en faudra beaucoup plus pour s’attaquer au problème mondial des émissions de CO2.

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