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Acétate de sodium

2023-07-15

On trouve sur le marché des chaufferettes sous la forme de récipients capables de générer de la chaleur. Certains modèles sont souples, et contiennent un liquide à priori inerte mais s'activant par simple pression. Ce liquide est généralement une solution saturée en acétate de sodium.

Solution sursaturée

Un crystal d'acétate de sodium tri-hydraté – une molécule d'acétate pour trois d'eau – se liquéfie à 58°C, température sous laquelle on devrait l'observer sous forme solide. Par liquéfaction suivie d'un refroidissement, on produit une solution – liquide – aqueuse dite sursaturée. En pratique, le processus se produit à 54°C seulement, température de saturation, avant que le soluté lui même ne change d'état. Ce produit est capable de refroidir sans reformer de cristaux, et conduire à un produit dit métastable.

Via la formation d'un centre de nucléation – usuellement par pression mais également par simple contact entre forme dissoute et sel pouvant conduire à des colonnes (liquide vers solide) ou des boules (solide vers liquide)[1] –, on provoque la recristallisation des sels au cours d'une réaction générant de la chaleur, exothermique. La chaleur latente associée étant de l'ordre de 270 kJ.kg⁻¹.

Environ 0,42 mol d'acétate de sodium (34,45 g), produit à partir de 0,42 mol de bicarbonate de soude (35 g), permettent de relacher une température de 45°C durant une heure environ[2] ou, selon la chaleur latente théorique, une énergie de l'ordre de 9301,5 J. Anecdotiquement, et bien que cela ne fasse pas grand sens, on peut ainsi associer à la réaction une vitesse de libération d'énergie de 9,3 kJ.h⁻¹. En pratique cela doit probablement varier en fonction des paramètres de conductivité thermique du système comme le matériau et la surface d'échange.

Le système étant fermé, le sel est disponible pour être de nouveau dissout, malgré une faible dégradation de l'acétate en acide acétique.

Synthèse

L'acétate de sodium est une base conjuguée de l'acide acétique. On l'obtient facilement par réaction avec une base sodique telle que le bicarbonate de sodium ou le carbonate de sodium[3] – C'est par ailleurs le mélange souvent recommandé pour le ménage, et dont la rumeur voudrait qu'elle ne génère que de l'eau et du dioxyde de carbone. Avec du bicarbonate, la réaction est la suivante :

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂CO₃
H₂CO₃ → CO₂ + H₂O

Une molécule de bicarbonate réagit avec une molécule d'acide acétique – deux si l'on utilise du carbonate. À l'issue de quoi est produite autant d'eau que d'acide acétique. Un crystal nécessitant trois molécules d'eau, le produit doit alors être dilué (théoriquement avec deux molécules d'eau pour chaque molécule d'acide acétique).

En conditions réelles, où il est difficile d'obtenir autant de précision, on dilue le produit avant de procéder à une évaporation jusqu'à saturation – signalée par la précipitation de cristaux blancs d'acétate. La solution est saturée pour une température de 100°C, mais sursaturée une fois refroidie.

Pour terminer il suffit de filtrer et éliminer les cristaux en excès qui provoqueraient une cristallisation lors du refroidissement, et mettre la solution dans le contenant final – Un contenant souple, pour l'activation, et capable de supporter une chaleur de l'ordre de 100°C est idéale.

Références

[1] Crystallization of sodium acetate, Hiegel 1980

[2] Expérience : chaufferette, prx 2023

[3] Carbonate de Sodium, LeJun 2023