Natron

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Natron
Catégorie V : carbonates et nitrates[1]
Général
Numéro CAS 6132-02-1
Classe de Strunz
Classe de Dana
Formule brute Na2CO3 · 10 H2O
Identification
Couleur incolore à blanche, gris à jaune suivant impuretés
Classe cristalline et groupe d'espace m (groupe d'espace Cc)
Système cristallin monoclinique
Réseau de Bravais a = 12,83 Å; b = 9,03 Å; c = 13,44 Å β = 123,0°
Clivage (001)
Cassure conchoïdale
Habitus croûte massive, mais aussi en efflorescence et en incrustation
Échelle de Mohs 1 à 1,5
Trait blanc
Éclat vitreux
Propriétés optiques
Indice de réfraction cristaux polyaxes 1,405 1,425 1,440
Pléochroïsme sans couleur
Transparence transparent à translucide
Propriétés chimiques
Densité 1,42 à 1,47 (grande pureté 1,44 à 1,46)
Température de fusion se décompose à 32°C en heptahydrate (perte d'eau), qui se transforme en monohydrate avant 38 °C
Fusibilité entre 32,5 °C et 34,5 °C
Solubilité soluble dans l'eau à 0°C
Comportement chimique La perte d'eau commence entre 33,5 °C et 34°C. L'heptahydrate de carbonate de sodium formé est déjà instable à 32°C, et engendre par perte d'eau la thermonatrite.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Le natron désigne un minéral défini de formule Na2CO3·10H2O, mais aussi une roche évaporitique, contenant principalement du carbonate de sodium décahydraté, de formule Na2CO3·10H2O, du bicarbonate de sodium et des dépôts salins, et plus rarement d'autres hydrates, comme le monohydrate de carbonate de sodium ou thermonatrite, voire la forme anhydride de carbonate de sodium nommée soude, produits à base de carbonate de sodium qui en justifient l'exploitation industrielle[2]. Cet alcali, nommé Soda en langue allemande, se présente aussi sous la forme d'une substance blanche, évanescente, que l'on trouve au bord de certains lacs, temporaires ou permanents, à eaux saumâtres du désert. Le natron à donné le symbole du sodium (Na).

Description et occurrence[modifier | modifier le code]

Le système cristallin du minéral pur est monoclinique. Son éclat est vitreux, transparent à translucide et sa couleur incolore à blanche. La solubilité du minéral dans l'eau pure augmente avec la température : 215,8 g/litre d'eau à 20°C, 445 g/litre à 80°C.

Les lacs plus ou moins temporaires des dépressions du Sahara, au contraire des véritables oasis, ne disposent souvent que d'une eau saumâtre et saline, riche en chlorure de sodium NaCl aq et en bicarbonate de sodium NaHCO3 dissous; aussi du natron se forme-t-il dans les bassins recevant les eaux usées[3]. Il est exploité depuis la haute Antiquité [4].

Gisements[modifier | modifier le code]

Un lac de natron dans un ancien cratère au Tibesti

Le natron est essentiellement d'origine évaporitique et se forme en toute pureté minérale sous forme d'efflorescences surtout lors de l'évaporation de lacs riches en bicarbonate de sodium et autres sels de sodium.

Des gisements de natron se trouvent en Libye, en Égypte près des lacs Amers, au Tchad dans les montagnes du Tibesti, au Kenya, au Botswana,aux États-Unis, par exemple en Californie, mais aussi en Turquie, dans les déserts alcalins du Gobi... Par chauffage asséchant, il est possible d'obtenir de la soude Na2CO3·10H2O.

La roche évaporite peut contenir des impuretés parfois conséquentes en sels de sodium, de magnésium... sous forme de chlorures, de sulfates ou de borates. Les impuretés les plus communes sont le bicarbonate de sodium, la halite et la mirabilite, soit le sel de Glauber des Anciens.

Le natron se trouve également dans les dépôts des fumerolles de l'Etna et du Vésuve.

Utilisation dans l'Égypte ancienne[modifier | modifier le code]

Le natron était déjà connu des Égyptiens de l'Antiquité qui l'utilisaient à divers emplois[5]. :

  • produit générique de nettoyage ménager et d'espace salubre, réparti et frotté à sec
  • agent détergent à base d'eau [6]
  • produit technique de désinfection (insecticide, bactéricides) et antiseptique médical pour blessures légères
  • agent de conservation alimentaire (poissons, viandes), à dose sèche mesurée, probablement souvent en association avec le sel.
  • agent (desséchant, agrégeant ou durcisseur ?) dans la préparation des cuirs et la confection textile.
  • agent de nettoyage, d'abrasion ou de collecte de métaux nobles, composant de flux de brasage en métallurgie
  • produit équivalent asséché et purifié de la soude dans la préparations des verres et céramiques.
  • ingrédient de couleur tel quel constituant le bleu égyptien des céramiques
  • ingrédients dans les huiles d'éclairage brûlant sans fumée (lampes à huile de castor)
  • pour la propreté et les soins du corps, à faible dose sèche en particulier les dents, les bains de bouches et surtout en association avec de l'huile odorante pour la toilette[7],
  • pour les soins mortuaires, en particulier la momification des personnalités où il est le principal agent de conservation utilisé Contrairement à l'idée répandue par certains traducteurs d'Hérodote, qui visita l'Égypte au Ve siècle avant notre ère, les embaumeurs n'utilisaient pas ce produit sous forme de salage mais en solution liquide et les cadavres étaient plongés dans des bains de natron. Il servait à déshydrater le corps. À l'époque ptolémaïque, cette substance était un monopole royal, et, plus tardivement, sous la domination arabe, elle représentait encore une source de revenu considérable pour le gouvernement.

Il y a plus de quatre mille ans, peut-être même plus de cinq mille ans puisque le natron a vraisemblablement très tôt été purifié et stocké sous forme solide et sèche, les Égyptiens, excellents connaisseurs de l'art nommé kemia, ont observé la similitude de matière, entre le natron purifié, chauffé et asséché en vase clos, et la partie soluble dans l'eau, des cendres de végétaux de chénopodiacées calcinés poussant sur des terres salifères ou salisols identiques aux milieux des lacs salés[8]. On peut parler d'identité au niveau de la langue égyptienne antique, car la dénomination du natron est la même, pour le minéral et le produit basique préparé. Il s'agit de la soude, le premier alcali minéral connu. Les chaufourniers ont très vite su accroître le pouvoir alcalin de la soude, en la chauffant avec de la chaux, c'est-à-dire la caustifier, et obtenir de la soude caustique.

Usage[modifier | modifier le code]

Il y a plus de quatre mille ans, les céramistes et chaufourniers égyptiens ont découvert qu'en chauffant de la silice (sable), avec du natron asséché et purifié, transformé en soude, et de la chaux vive, ils fabriquaient une matière plus ou moins vitreuse et transparente. En ajoutant certains ingrédients ou poudres minérales colorées au mélange, ces premiers verriers obtenaient des verres diversement colorés.

Le natron, et d'une manière générale le natron purifié et chauffé que nous pouvons dénommer soude, servait également au blanchiment du linge, à la préparation du cuir et à la conservation de la viande.

Histoire de la chimie[modifier | modifier le code]

Le chimiste Claude Berthollet et les savants de l'expédition d'Égypte en 1799 ont étudié avec intérêt in situ les dépôts des grands lacs salés égyptiens, en particulier du natron. Le premier a postulé une réaction de formation réversible, dans le cadre des équilibres chimiques de la chimie lavoisienne :

2 NaClaq en saumure saturée + CaCO3 solide = Na2CO3.10 H2O précipité solide + CaCl2 aq

La réaction inverse était bien connue en laboratoire : les sels des cations calcium précipitent en présence de carbonate. La réaction proposée de formation directe du natron existe, mais est très lente, dans des conditions évaporitiques et nécessite des saumures très concentrées, râpant véritablement par effet corrosif (notamment électrochimique) la roche calcaire encaissante.

La conversion du sel en soude, contrairement à la proposition de Berthollet, est beaucoup plus due à la présence d'eaux saumâtres apportées par la pluie du désert salin ou par des sources intermittentes, eaux naturellement chargées en hydrogénocarbonate de sodium HCO3- et en chlorure de sodium. Le rapport entre les teneurs en ions hydrogénocarbonates et alcalins, comme Na+... et les teneurs en ions alcalino-terreux Ca2+ et Mg2+, est crucial pour l'évolution des saumures naturelles et la formation des roches évaporites, en particulier leurs minéraux de constitution primaire[9]. La première étape consiste dans tous les cas de figures dans la précipitation chimique des carbonates alcalino-terreux, du type calcaire (calcite/aragonite) CaCO3 et dolomie (Ca,Mg)CO3. Dans ce cas où les ions hydrogénocarbonates et alcalins demeurent en bien plus fortes concentrations que toutes autres espèces ioniques en solution aqueuse, la formation de sels à base de carbonate de sodium, comme le natron et de sel NaCl, voire de trona, est la seconde étape inévitable[10].

Notes[modifier | modifier le code]

  1. La classification des minéraux choisie est celle de Strunz, à l'exception des polymorphes de la silice, qui sont classés parmi les silicates.
  2. Définition du natron TLF. L'heptahydrate de carbonate de sodium, probablement trop instable, n'existerait pas à l'état naturel, mais il peut être préparé chimiquement.
  3. L'ensemble des minéraux x Na2CO3 · y NaHCO3 · z H2O (x entier non nul, contrairement à y et z) sont dénommés par les géologues tels que Pomerol et Bellair, les natrons.
  4. L'ancienneté de son exploitation est corrélée avec l'existence d'anciens toponymes égyptiens, hellénisés en Natrona, qui a laissé par exemple la vallée du Wadi el Natrun en Égypte. Le terme géologique a pris un sens géographique dès l'Antiquité, qui a fait florès aux époques historiques moderne et contemporaine, par exemple en Amérique (Natrona) et en Afrique coloniale (Lac Natron)
  5. Le mot égyptien était neter, de l'ancien égyptien nṯr(ĵ) mais le mot natron nous est parvenu par l'arabe natrūn.
  6. Nous sommes dans un univers antique et méditerranéen, avant l'usage des lessives de cendres saponifiant les graisses ou des savons.
  7. Le mélange natron-huile agit comme une sorte de savon adoucissant, entraînant les graisses et poussières présentes sur la peau.
  8. Cette dernière fraction recueillie était également purifiée.
  9. Ce fait est aussi à corréler à l'importance de la surveillance scientifique du flux des rivières permanentes ou temporaires en ions Ca2+ et HCO3-. Mais il s'agit aussi là d'études biologiques et écologiques complexes.
  10. C'est le cas du lac Albert, aux eaux riches en HCO3-. La précipitation du carbonate de sodium, suivie de celle du sulfate et du chlorure de sodium, concerne le Deep Spring lake, pauvre en ions Ca2+ et Mg2+.