procédé solvay
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Lamcharfi Yassine
Lallemand Simon
1A- Groupe 2
Binôme 2
Le procédé Solvay
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Avant propos :
Le procédé Solvay a été mis au point par le chimiste Ernest Solvay en 1861. Ce procédé
est encore utilisé aujourd’hui. Il s’organise sous la forme suivante :
Il sert à produire du carbonate de sodium à partir de bicarbonate de sodium, lui-même obtenu
à partir de sel, calcaire et d'ammoniaque.
Organigramme tiré du site internet: http://www.sodaash.com
(http://www.sodaash.com/about/0,0,1000073-_EN,00.html)
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I. Synthèse du bicarbonate de sodium
1. Schéma du montage
2. Réactions mises en jeu
On fait réagir une solution ammoniacale saturée avec du dioxyde de carbone.
Pour ce TP, le dioxyde de carbone provenait directement d’une bouteille.
Le dioxyde de carbone nécessaire s'obtient en chauffant de la craie (carbonate de calcium
CaCO3) :
CaCO3 = CO2 + CaO
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CO2
Fiole de garde
Sortie d’eau
Barboteur
Réacteur à double paroi
Tube muni d’un fritté
NaOH
H2O
Solution ammoniacale saturée
Entrée d’eau
Lors de ce procédé, plusieurs réactions ont lieu en même temps :
H2O + NH3 = HO- + NH4+
Na+ + CL- + HO- + NH4+ + CO2 = Na+ + CL- + NH4
+ + HCO3-
Na+ + CL- + NH4+ + HCO3
- = CL- + NaHCO3 + NH4+
L’équation bilan peut s’écrire :
NaCl + CO2 + NH3 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
L’erlenmeyer de soude sert à éliminer le surplus de CO2 qui se dégage selon la réaction:
CO2 + 2HO- = CO32- + H2O
On observe que l’erlenmeyer est chaud à la fin de la réaction ce qui implique qu’elle est
exothermique.
3. Caractérisation des produits
a) Test de pH
Le bicarbonate de sodium obtenu est dissout dans de l’eau pure puis testé avec du papier pH.
On observe une couleur verte bleutée qui correspond à un pH d’environ 8 ou 9. Le
bicarbonate de sodium obtenu est donc basique.
b) Test à l’acide chlorhydrique
On introduit une pointe de spatule dans une solution diluée d’acide chlorhydrique. On
observe une effervescence assez violente, impliquant une grande réactivité du bicarbonate de
sodium face à l’acide. Ce qui confirme la basicité du bicarbonate.
c) Caractérisation par diffraction RX
En comparant les deux diffractogrammes fournis, on remarque que les deux courbes se
ressemblent et surtout entre 25° et 40°. Le diffractogramme expérimental ne correspond pas
exactement à celui du cristal parfait car il est impossible en pratique d’obtenir un cristal
parfait. De plus son imprécision est due aux interférences du milieu extérieur.
On peut tout de même en conclure que c’est bien du bicarbonate de sodium pur.
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II. Synthèse du carbonate de sodium
1. Principe de la réaction de calcination du bicarbonate
On chauffe 2,00g de bicarbonate de sodium anhydre dans un tube à
essai.
L’équation de la réaction s’écrit :
2 NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2
Déterminons la masse théorique de carbonate de sodium à obtenir :
2 NaHCO Na2CO3 H2O CO2
Etat Initial n1 0 0 0
Etat Final n1-2xf xf xf xf
On a donc xf =
D'où nNa2CO3 = xf =
m Na2CO3 = * M Na2CO3
m Na2CO3 = * MNa2CO3
m Na2CO3 = * 106
m Na2CO3 = 1,26 g
Expérimentalement après 3 calcinations, on obtient une masse de 1,18g.
Calculons alors le rendement de la réaction :
η = * 100
η = * 100
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η = 93 %
2. Utilisations dans l’industrie
Le carbonate de sodium est utilisé dans l’industrie du verre comme fondant chimique, la
fabrication de verres creux (bouteilles pots, ampoules), verres plats (vitres, pare-brise) verres
de table, verres techniques (écrans vidéo, fibres optique, laine de verre) et également dans
l’industrie de la détergence. Le carbonate de sodium de haute pureté est utilisé dans le
domaine de la pharmacie, la cosmétologie, l’agro-alimentaire et aussi dans la chimie fine.
Le carbonate de sodium est également utilisé pour le traitement des sols soumis à des pluies
acides, en réagissant par réaction acide/base.
En règle générale, les propriétés basiques du carbonate de sodium, lui assurent une utilisation
dans l'élimination des acides quels qu'ils soient.
Le procédé Solvay est moins polluant et moins coûteux que le procédé Leblanc. Le sel
et la craie sont abondants et peu coûteux. L'ammoniac est recyclé pendant la réaction.
Le procédé Solvay est concurrencé par l'extraction du carbonate de sodium dans les gisements
de natron, que l'on trouve par exemple en Égypte ou en Amérique du nord.
Avant la découverte de ce procédé, Le procédé Leblanc permettait d'obtenir du carbonate de
sodium à partir de sel marin. Ce procédé est polluant car il rejette de l'acide chlorhydrique. Le
procédé Leblanc a été utilisé jusque dans les années 1870, où il a été supplanté par le procédé
Solvay.
Sources : http://www.sodaash.com
Documents fournis en TP.
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