CARBONATE NEUTRE
Na0,C0 2 .
Propriétés.
Le carbonate de soude pur, obtenu par la calcination des cristaux d’hydrate, est une poudre blanche. Densité: 2,6459 à 20 degrés (Favre et Valson), 2,6459 (Karsten), 2,509 (Filhol) ; d’après Quincke, elle est égale à 2,509 à zéro, et à 2,041 au point de fusion du sel.
Le carbonate de soude fond au rouge à une température un peu inférieure au carbonate de potasse. Jacquelaiu a constaté que le carbonate en fusion perd de l’acide carbonique, et que la fusion dans un courant de ce gaz ne préserve pas le carbonate d’une perte plus forte en acidecarbonique. D’après la moyenne des expériences de Jacquelain, cette perte atteindrait 2,17 pour 100 du poids du sel.
Les déterminations de Scheerer indiquent une perte de 1,34 à 1,38 pour 100
pour le sel chauffé au rouge clair dans un creuset de platine couvert. Au rouge moyen, le sel reprend 0,54 pour 100 d’acide carbonique.
M. Mallard, en chauffant dans un creuset de platine fermé, à des suurces de chaleurs diverses, 4 grammes de carbonate calciné sans fusion, a constaté les pertes suivantes :
Au bec Bunsen, après 10 minutes. 0» r ,026
Au rouge blanc — 10. 0» r ,051
La perte reste ensuite constante. Supposant que cette limite fixe pour chaque température provient de la tension de l’acide carbonique présent dans le creuset* M. Mallard a dirigé dans l’appareil, pendant la fusion, un courant d’air privé d’acide carbonique. Il a vu ainsi qu’au bec Bunsen la perte est identique avec celle qu’on observe en l’absence du courant d’air, ce qui semble indiquer que la tension de dissociation du carbonate est nulle à cette température. Au rouge blanc, au contraire, la perte croît d’une manière continue, et à peu près proportionnellement au temps, à raison de 0 3r ,015 par minute.
La vapeur d’eau dirigée sur le carbonate de soude chauffé au rouge, accélère considérablement sa dissociation par un mécanisme tout semblable, la tension de l’acide carbonique dans l’atmosphère artificielle ainsi maintenue autour du carbonate étant constamment nulle. La chaleur d’hydratation de la soude formée agit dans le même sens et concourt à la décomposition.
Le carbonate de soude anhydre est très soluble dans l’eau. Le tableau suivant représente sa solubilité aux diverses températures, d’après Poggiale et Lœwel:
dans 100 parties d’eau.
Températures. (Poggiale.) (Lœwel.)
Le carbonate de soude présente un maximum de solubilité vers + 36 degrés. La dissolution saturée dépose vers 104 degrés, au moment d’entrer en ébullition, une quantité notable de sel monohydraté NoO,C0 2 -f- HO (Lœwel).
La dissolution saturée à l’ébullition se recouvre, par le refroidissement, dans une capsule, d’une croûte saline opaque. Cette pellicule ne se forme plus, si on laisse la dissolution dans le ballon où on l’a préparée, jusqu’à ce que sa température soit descendue à environ 50 ou 55 degrés, et si on la verse seulement alors dans la capsule; vers 32°,5, on voit se déposer des cristaux de 1
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l’hydrate à 10 HO, et cette cristallisation continue jusque vers 28 degrés (Lœwel).
Les dissolutions ne cristallisent plus de la même façon, si elles sont soumises au refroidissement dans un espace limité, où l’air ne peut se renouveler que difficilement à leur surface, comme il arrive lorsqu’on recouvre la capsule d’une cloche de verre. Dans ces conditions, la liqueur est restée jusqu’à 12 degrés sans cristalliser, puis elle s’est subitement prise en une masse de cristaux à ÎOHO. Dès qu’on soulève la cloche, le. contact de l’air atmosphérique fait cesser immédiatement la sursaturalion (Lœwel).
Si au lieu de placer les dissolutions sous une cloche, pendant qu’elles sont encore très chaudes, on ne les y met que lorsqu’elles sont refroidies vers -j- 35 à +36 degrés, après les avoir décantées dans une capsule, on obtient du jour au lendemain des cristaux de sel à 7 HO (modification b) si la température de l’air ambiant est entre 16 et 24 degrés. Aux températures inférieures, c’est généralement le sel à 10 HO qui se dépose (Lœwel).
Les dissolutions sursaturées de carbonate de soude, renfermées dans des tubes scellés ou dans des fioles bouchées, ne déposent pas spontanément des cristaux par un abaissement convenable de température, comme cela arrive avec les dissolutions sursaturées de sulfate de soude. Elles restent à l’état de sursaturation pendant un temps indéfini. Un refroidissement voisin de — 10 degrés détermine la cristallisation brusque des liqueurs, cristallisation qui s’accompagne d’un dégagement de chaleur considérable. Le passage d’un courant électrique, capable de décomposer l’eau, ne fait pas cesser la sursaturation (Lœwel).
Quand la dissolution, saturée bouillante, se trouve en contact, après son refroidissement, avec un excès de sel non dissous, elle se prend du jour au lendemain en une masse de cristaux à 7 HO, si la température extérieure est inférieure à —(— 8 degrés. Lorsque la température ambiante se maintient entre 10 et 16 degrés, les dissolutions déposent ordinairement, au bout de quelques jours, sur la croûte saline précipitée par l’ébullition, une masse transparente de rhomboèdres à 7 HO (modification a). Aux températures inférieures à -f- 16 degrés, l’eau mère laisse déposer des tables carrées minces qui constituent la modification b de l’hydrate à 7 HO (Lœwel).
Une dissolution saturée de carbonate de soude bout à 104°,5 (Griffith), à 105 degrés (Mulder), à 106 degrés (Kremers), à 104°,6 (Legrand).
La table suivante, due à Gerlach, indique la teneur en carbonate de soude anhydre, et en hydrate à 10 HO, des dissolutions de densités diverses à 15 degrés :
DENSITÉ DES DISSOLUTIONS DE CARBONATE DE SOUDE, A 15 DEGRÉS, D’APRÈS GERLACH.
SEL
DENSITÉS
SEL
DENSITÉS
SEL
densités.
JiasuUS
Carbonate
Carbonate hydraté
en
Carbonate hydraté
en
Carbonate hrdrali
centièmes.
anhydre.
centièmes.
centièmes.
L’abaissement du point de congélation des dissolutions de carbonate de soude n’est pas proportionnel au poids de sel dissous. Le rapport est égal à 0,400, tant que la proportion de carbonate de soude dissous dans 100 grammes d’eau ne dépasse pas 3 grammes. Au delà, ce rapport décroît progressivement jusqu’à 0,350, terme qu’on atteint quand le poids de sel dissous devient égal à 8 grammes. Il est probable que ce rapport est encore décroissant pour des concentrations plus considérables (de Coppet).
La chaleur spécifique du carbonate de soude anhydre, rapportée à l’unité de poids, est égale à 0,273 (Régnault), 0,246 (Kopp). Ces nombres deviennent respectivement 13,0 et 14,4 quand on les rapporte à l’équivalent.
Marignac a trouvé pour les chaleurs spécifiques des dissolutions de carbonate de soude :
La chaleur de dissolution de C0 2 ,Na0 est égale à -J- 2 Cal ,8 (Berthelet, Thomsen).
Le carbonate de soude anhydre est insoluble dans l’alcool.
SODIUM
La chaleur de formation des carbonates de soude dissous a été messurée par M. Berthelot. En faisant agir des solutions d’acide carbonique, contenant de ls r ,820 à ls r ,250 de GO 3 par litre, sur des solutions de soude caustique, il a trouvé :
CO 1 dissous + NaO (1 éq. = 2 lit.) dégage. + lOCal25
2C0 8 — -j-NaO. +HCMH
La dissolution de CO 2 (22 grammes) dans l’eau dégageant -f- 2 e * 1 -, 80, il conviendrait d’ajouter ce nombre aux précédents si l’on opérait les réactions au moyen de l’acide gazeux.
Un excès d’âcide carbonique dissous ou d’alcali libre est sans influence thermique. L’action de la dilution est insensible pour les liqueurs étendues. Avec le carbonate neutre dissous dans la proportion de 1 gramme pour 2 litres, l’addition de 5 volumes d’eau à la dissolution donne lieu à une absorption de — 0 e * 1 ,09. Il en résulte que le carbonate, bien qu’assez stable, renferme une dose sensible d’alcali libre, par suite d’une légère dissociation (Berthelot).
Chauffé au rouge blanc en présence du charbon, le carbonate de soude se décompose en sodium et acide carbonique.
Le soufre agit sur le carbonate de soude, vers 275 degrés, en formant du pentasulfure et de l’hyposulfite (Fordos et Gélis); aune température plus élevée, on obtient du trisulfure et du sulfate (Schône,.
Chauffé au rouge avec un grand excès de phosphore amorphe, le carbonate de soude se transforme en une masse noire qui est un mélange d’orlhophosphate de soude tribasique et de charbon ; cette réaction est accompagnée d’un dégagement d’oxyde de carbone :
Ph + 3 (NaO,CO 8 ) = 3Na0,Ph0 5 + 2C + CO.
L’excès de phosphore est volatilisé. Si le mélange renferme plus de 1 équivalent de carbonate pour 6 équivalents de phosphore, une partie du sel reste inaltérée. La réaction commence à 220 degrés. Si l’on ne dépasse pas 240 degrés, on obtient une masse brune entièrement soluble, qui provient peut-être de la décomposition d’un phosphure de carbone formé au début de la réaction (Dragendorfl).
Le sesquioxyde de fer, ainsi que l’oxyde magnétique, chauffés au rouge avec un mélange de carbonate de soude, enchâssent l’acide carbonique (Schaffgotseh, Stromeyer). D’après Berthier, l’oxyde de fer magnétique, maintenu au rouge en présence du carbonate de soude, s’y combine en donnant une masse verte homogène.
E. Kopp, en calcinant au rouge vif, dans une cornue en grès vernissé-, un mélange à équivalents égaux de carbonate de soude anhydre et de protosulfure de fer, a obtenu un culot fondu formé d’une masse homogène cassante, d’une couleur vert noirâtre, lorsque la cassure est fraîche, et d’une texture grenue. Cette masse devient rapidement noire à l’air, en absorbant de l’humidité, de l’acide carbonique et de l’oxygène. Au contact de l’eau, elle fournit une liqueur d’un brun noirâtre foncé, trouble et très caustique ; à la surface, le liquide
ENCYCLOP. CM»
prend rapidement une teinte verte semblable à celle du manganate de potasse. Abandonnée au contact de Pair humide, elle se délite en augmentantde volume; en cet état, elle donne avec l’eau une lessive presque incolore de carbonate de soude renfermant un peu d’hyposulfite et de sulfure. Le résidu insoluble est une combinaison de fer, de soufre et de sodium, qui se grille facilement avec dégagement d’acide sulfureux. Ce résidu renferme, d’après les analyses de Kopp, la combinaison 2 FeS,NaS.
On peut représenter la réaction du carbonate de soude sur le sulfure de fer par l’équation
NaO,C0 2 + FeS = NaS+FeO,C0 2 .
Le carbonate ferreux se décompose en acide carbonique et oxyde ferreux, et une partie de ce dernier passe à l’état d’oxyde ferroso-ferrique aux dépens de Boxygène de l’acide carbonique, qui se réduit partiellement à l’état d’oxyde de carbone. De fait, les gaz qui se dégagent de la' cornue renferment environ 3 volumes de CO 2 pour 1 volume de CO.
Enfin, une partie de sulfure de sodium formé réagit à son tour sur l’oxyde de fer pour produire du sulfure ferroso-sodique et de la soude caustique.
Pi épuration.
Le carbonate de soude provenait autrefois de l’évaporation spontanée, pendant les chaleurs de l’été, de l’eau de certains lacs d’Égypte, de Hongrie, du Tbibet. On le désignait sous le nom de natron ou trôna ou urao. C’était surtout du sesquicarbonate de soude ou du carbonate quatre-tiers sur lesquels on reviendra plus loin.
Aujourd’hui on obtient le carbonate de soude par un grand nombre de méthodes artificielles, dont les plus connues sont les procédés Leblanc, Solvay, Eopp, etc. Nous allons exposer les principes de ces diverses méthodes, renvoyant pour les détails de la pratique industrielle à l’excellent ouvrage de M. Soret. {Encyclopédie chimique, t. Y, 1 er fascicule).
La préparation de la soude naturelle, par incinération des varechs, fucus', etc., dans des fosses, est aussi aujourd’hui à peu près abandonnée. Il est donc inutile d’y insister.
Les méthodes de fabrication de la soude artificielle peuvent se diviser en quatre grands groupes :
1° Traitement du sel marin, après transformation préalable en sulfate ;
2° Traitement direct du sel marin par l’ammoniaque et l’acide carbonique sans passer par le sulfate ;
3° Traitement de la cryolithe ;
4° Traitements divers basés sur l’emploi du nitrate de ' soude, des feldspaths, etc.
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