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Vidéo de la leçon : Propriétés du sodium et de ses composés Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment décrire et expliquer les propriétés de l’élément sodium et de ses composés.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à décrire et expliquer les propriétés de l’élément sodium et de ses composés.

Le sodium est un métal réactif qui se trouve dans le groupe un du tableau périodique. Les métaux du groupe un sont connus sous le nom de métaux alcalins. Bien qu’il soit courant dans la croûte terrestre, le sodium ne se trouve jamais dans la nature sous forme de métal pur. Le sodium réagit avec de nombreux autres éléments pour former des sels. Le chlorure de sodium est un sel très courant. En utilisant le chlorure de sodium comme substance de départ, le sodium métallique peut être extrait par électrolyse. Pour obtenir le sodium métallique à partir du chlorure de sodium, le chlorure de sodium doit d’abord être fondu. Pour abaisser le point de fusion du chlorure de sodium, il est mélangé avec du chlorure de calcium. Ce mélange fond à environ 600 degrés Celsius.

Le sodium est produit aux électrodes négatives, ou cathodes, dans cette cellule électrolytique. Ces cathodes sont en fer. Le sodium est fondu à la température de la cellule. Et comme le sodium est moins dense que le chlorure de sodium fondu et le chlorure de calcium de la cellule, il monte et il sort de la cellule. L’anode, l’électrode positive de cette cellule est en graphite, et c’est là que du chlore gazeux est produit. À l’électrode négative, la cathode de cette cellule, un ion sodium gagne un électron pour se convertir en atome de sodium.

Cette demi-équation représente un processus de réduction. On peut se rappeler la mnémonique qui consiste à dire que la réduction, qui commence par « r », c’est quand l’espèce reçoit des électrons, qui commence aussi par « r ». À l’anode, l’électrode positive de cette cellule d’électrolyse, deux ions chlorure arrivent. Chaque ion chlorure perd un électron. Donc, un total de deux électrons est perdu. Une molécule de chlore, Cl2, est formée dans ce processus. Puisque des électrons sont perdus dans ce processus, l’anode est le site de l’oxydation de cette cellule.

Maintenant, nous allons examiner certaines des propriétés du sodium métallique. En tant que métal, le sodium a des propriétés plutôt inhabituelles par rapport aux propriétés des autres métaux classiques. Physiquement, le sodium est un métal mou avec une faible densité, un faible point de fusion et un faible point d’ébullition. Le sodium est en fait légèrement moins dense que l’eau. Donc, si on met du sodium dans l’eau, il flotte. D’ailleurs, le sodium réagit avec l’eau, pour former de l’hydrogène gazeux. La réaction est très violente et libère une grande quantité d’énergie thermique dans l’environnement. Dans cette réaction exothermique, on peut voir que le sodium fond en petites boules qui flottent sur l’eau.

Beaucoup de ces propriétés physiques peuvent être attribuées au fait que les atomes de sodium sont relativement gros. Dans le réseau métallique du sodium, vous ne trouverez pas tellement d’atomes de sodium par unité de volume. Cela donne au sodium une faible densité. Toujours dans le réseau métallique, on constate qu’il n’y a qu’un seul électron de valence par ion sodium. Cela donne lieu à une attraction électrostatique relativement faible entre ces électrons délocalisés et les ions sodium dans le réseau. Par conséquent, la liaison métallique est également faible.

Maintenant, nous allons voir la réaction du sodium métallique avec l’oxygène gazeux. Le sodium métallique a une telle réactivité chimique qu’on le conserve généralement recouvert d’huile. Cela évite que le sodium métal fraîchement coupé ne réagisse avec l’oxygène de l’air. Le sodium métallique réagit très facilement avec l’oxygène. Lorsqu’on chauffe de gros morceaux de sodium en présence d’oxygène, ils brûlent en formant une flamme orange. Quand le sodium brûle avec un excès d’oxygène, le principal produit formé est le peroxyde de sodium. Le peroxyde de sodium a une couleur légèrement jaunâtre, ce qui est plutôt inhabituel pour un métal du groupe un. Le peroxyde de sodium a la formule chimique Na2O2. Deux moles d’atomes de sodium doivent donc réagir avec une mole de molécules d’oxygène pour former une mole de peroxyde de sodium.

Lorsque le sodium est chauffé avec de l’oxygène de cette manière, une petite quantité de superoxyde de sodium, NaO2, peut aussi se former. Le peroxyde et le superoxyde de sodium réagissent tous deux avec l’eau. Ce sont des agents oxydants forts. Le peroxyde de sodium réagit avec l’eau pour former de l’hydroxyde de sodium et du peroxyde d’hydrogène en solution. Le superoxyde de sodium réagit également avec l’eau pour former non seulement de l’hydroxyde de sodium et du peroxyde d’hydrogène en solution, mais aussi de l’oxygène gazeux. Le peroxyde de sodium peut également réagir avec les acides dilués. Lorsque le peroxyde de sodium réagit avec un acide, il se forme le sel correspondant ainsi que du peroxyde d’hydrogène. Par exemple, la réaction avec de l’acide chlorhydrique produit du chlorure de sodium et du peroxyde d’hydrogène en solution.

Maintenant, nous allons voir la réaction du sodium avec l’eau. Comme nous l’avons déjà vu, le sodium métallique doit être tenu à l’écart de l’eau. C’est parce qu’il réagit violemment avec l’eau et produit de l’hydrogène gazeux. L’autre produit de cette réaction est l’hydroxyde de sodium. L’hydroxyde de sodium se dissout très facilement dans l’eau et produit une solution fortement alcaline. Puisque l’hydroxyde de sodium est une base, il s’agit d’une solution basique. Lors de la réaction, le sodium saute dans tous les sens et fond à la surface de l’eau. Parfois, le sodium prend feu dans cette réaction très exothermique. L’hydrogène produit dans cette réaction brûle en faisant un bruit sec.

Maintenant, nous allons voir la réaction du sodium avec les acides. Le sodium métallique réagit de façon très violente et exothermique avec des solutions d’acides dilués. Quand le sodium métallique réagit avec l’acide chlorhydrique, l’acide nitrique ou l’acide sulfurique, le sel de sodium correspondant et de l’hydrogène gazeux se forment. La réaction du sodium métallique avec l’acide chlorhydrique concentré n’est pas aussi violente qu’on pourrait s’y attendre. Dans ce cas, le chlorure de sodium formé n’est pas très soluble dans l’acide concentré. Il forme une barrière entre le sodium métallique et l’acide concentré, empêchant la réaction de continuer.

Maintenant, nous allons voir la réaction du sodium avec les non-métaux. Le sodium réagit facilement avec d’autres éléments non-métalliques, tels que l’hydrogène, le soufre et le phosphore. Il est possible de directement mélanger les éléments si on chauffe d’abord le sodium pour le faire fondre. Le sodium liquide réagit avec l’hydrogène gazeux à environ 300 degrés Celsius pour former de l’hydrure de sodium. Celui-ci contient l’ion hydrure, de charge négative. Les hydrures sont des agents réducteurs et l’hydrure de sodium réagit avec l’eau pour produire de l’hydroxyde de sodium et de l’hydrogène gazeux. C’est pour cette raison que les hydrures ont été étudiés comme moyen de stocker de l’hydrogène gazeux destiné à une utilisation potentielle dans les véhicules à hydrogène du futur.

Le sulfure de sodium est facilement préparé en laboratoire en chauffant le sodium métallique avec du soufre élémentaire. Le soufre est une poudre jaune. Le sulfure de sodium est un composé toxique, et il réagit avec l’air humide pour dégager du sulfure d'hydrogène gazeux. Le sulfure d'hydrogène gazeux sent les œufs pourris.

Le phosphure de sodium peut être formé en chauffant du phosphore blanc avec du sodium métallique. Le phosphure de sodium est un solide noir, ce qui est inhabituel pour un métal du groupe un. Lorsque le sodium métallique est chauffé directement avec un halogène, une réaction très exothermique forme le sel correspondant d’halogénure de sodium. Le sodium brûle très vivement dans le chlore gazeux pour produire le chlorure de sodium. De vastes dépôts de chlorure de sodium se trouvent sous terre et se dissolvent également dans les lacs et les océans.

Les halogénures de sodium sont tous solubles dans l’eau. Les halogénures de sodium sont des sources importantes d’ions sodium. Dans notre organisme, l’ion sodium est le cation le plus abondant dans le liquide interstitiel et le plasma sanguin. Les ions sodium jouent un rôle important dans la fonction des cellules nerveuses. Généralement, notre alimentation nous fournit tout ce qu’il nous faut en ions sodium pour être en bonne santé. Les ions sodium se trouvent dans de nombreux légumes et produits laitiers.

Maintenant, nous allons voir les propriétés de l’hydroxyde de sodium. L’hydroxyde de sodium, sous sa forme pure, est un solide blanc corrosif. Il se dissout très facilement dans l’eau, le processus étant très exothermique. La solution est très alcaline et il produit une sensation savonneuse au toucher. Une solution d’hydroxyde de sodium peut être mise à réagir avec des graisses ou des huiles pour fabriquer du savon. Industriellement, l’hydroxyde de sodium en solution est également utilisé dans la fabrication de la soie synthétique et du papier.

Une solution d’hydroxyde de sodium neutralise les solutions acides pour produire un sel de sodium et de l’eau. Si l’acide choisi est l’acide chlorhydrique, le sel formé est le chlorure de sodium. De même, si l’acide choisi est l’acide sulfurique, le sel formé est le sulfate de sodium.

Une autre utilisation intéressante de l’hydroxyde de sodium en solution est la détection de cations métalliques. Les cations métalliques sont des ions de charge positive. Ils se trouvent dans les solutions contenant des sels métalliques. Ces tests sont de simples tests de laboratoire, et ils fonctionnent sur la base de la formation de précipités d’hydroxyde de métal insoluble. Pour tester la présence d’ions cuivre deux en solution, on ajoute quelques gouttes d’une solution d’hydroxyde de sodium dans le tube à essai. Immédiatement, un précipité bleu se forme. Le précipité bleu est provoqué par la formation d’hydroxyde de cuivre (II) dans cette réaction. Si notre solution d’ions cuivre avait été préparée à partir de sulfate de cuivre (II), la solution de départ aurait été bleue. Les solutions d’ions cuivre deux sont souvent bleues. La solution bleue du début ne doit pas être confondue avec le précipité bleu d’hydroxyde de cuivre (II), qui confirme la présence d’ions cuivre deux.

Si le précipité bleu d’hydroxyde de cuivre (II) est recueilli et fortement chauffé, il commence à noircir. Dans cette réaction, l’hydroxyde de cuivre (II) bleu se décompose, produisant de la vapeur d’eau et de l’oxyde de cuivre (II) noir. Lors de la réaction entre des solutions d’ions aluminium trois et d’hydroxyde de sodium, un précipité blanc d’hydroxyde d’aluminium (III) se forme. Ce résultat n’est pas exceptionnel, car de nombreux autres cations métalliques produisent des précipités blancs en présence d’hydroxyde de sodium en solution. Dans ce cas, cependant, l’hydroxyde d’aluminium (III) se dissout si un excès d’hydroxyde de sodium lui est ajouté. L’hydroxyde d’aluminium (III) réagit avec l’excès d’hydroxyde de sodium pour former une solution d’aluminate de sodium. L’aluminate de sodium est à la fois soluble et incolore.

Maintenant, examinons les propriétés du carbonate de sodium. Le carbonate de sodium est un solide blanc. Le carbonate de sodium est thermiquement stable. Il ne se décompose pas lorsqu’il est chauffé. La stabilité thermique du carbonate de sodium est différente de celle du carbonate de lithium et des carbonates des métaux du groupe deux. Le carbonate de lithium et les carbonates des métaux du groupe deux se décomposent en chauffant. Lorsque le carbonate de sodium est dissous dans l’eau, il produit une solution alcaline ou basique. La solution résultante a un pH d’environ 11. Cela fait virer le papier indicateur universel au bleu.

Le carbonate de sodium neutralise les solutions acides, telles que les solutions d’acide chlorhydrique. Lors d’une telle réaction, le sel de sodium correspondant est formé. Il se forme également du dioxyde de carbone et on peut alors observer un dégagement gazeux. En pratique, le carbonate de sodium est utilisé pour neutraliser un acide déversé par accident, de manière relativement sûre. Dans l’industrie, le carbonate de sodium est important dans la fabrication du verre, du papier et des textiles. Le carbonate de sodium peut également être utilisé pour adoucir l’eau dure, l’eau calcaire, qui contient des ions calcium et magnésium dissous. Ces ions réagissent avec le carbonate de sodium pour former des carbonates insolubles pouvant être éliminés par filtration. Le carbonate de sodium est vendu sous la forme de cristaux de soude, justement pour cette utilisation, mais aussi en tant que nettoyant.

Le carbonate de sodium est fabriqué selon un procédé industriel appelé le procédé Solvay. L’ammoniac gazeux et le dioxyde de carbone gazeux traversent une solution saturée de chlorure de sodium. Cette réaction produit du bicarbonate de sodium. Lors du chauffage, la solution de bicarbonate de sodium se décompose en carbonate de sodium en solution, dioxyde de carbone et vapeur d’eau.

Voyons maintenant ce qui se passe lorsque certains composés de sodium sont fortement chauffés. Le nitrate de sodium se décompose sous l’effet de la chaleur. Dans cette réaction, de l’oxygène gazeux est libéré et il reste du nitrite de sodium solide. Notez la différence subtile dans les formules de ces deux composés. Le nitrate de sodium est déliquescent. Cela veut dire que lorsqu’il est laissé exposé à l’air, il absorbe la vapeur d’eau. À cause de cette déliquescence, le nitrate de sodium n’est pas utilisé dans les dispositifs pyrotechniques. Dans la poudre à canon, on utilise plutôt le nitrate de potassium.

Comme mentionné précédemment, le carbonate de sodium est thermiquement stable. Il ne se décompose pas lorsqu’il est chauffé. Ne confondez pas le carbonate de sodium avec le bicarbonate de sodium, dont la formule est différente. Le bicarbonate de sodium se décompose lorsqu’il est chauffé à 180 degrés Celsius. À cette température, le bicarbonate de sodium dégage du dioxyde de carbone. Le bicarbonate de sodium, ou bicarbonate de soude, est utilisé comme levure chimique. À la température à laquelle on cuit les gâteaux, le bicarbonate de soude se décompose. Le dioxyde de carbone formé aide le gâteau à gonfler.

Voyons maintenant les points clés de cette vidéo. Le sodium est un métal très réactif qu’on extrait par électrolyse. Le sodium réagit avec l’oxygène pour former du peroxyde de sodium, de formule Na2O2. Le sodium réagit avec de nombreux non-métaux, comme le soufre, le phosphore et l’hydrogène. Le sodium réagit avec l’eau pour former une solution alcaline d’hydroxyde de sodium. L’hydroxyde de sodium peut être utilisé pour tester les ions métalliques en solution. Des précipités solides se forment.

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