E514 : Sulfate de sodium

Le sulfate de sodium est un composé chimique largement utilisé en tant que correcteur d’acidité de synthèse sous le code E514. Ce sel est formé d’un ion sulfate, d’ions sodium et de molécules d’eau. Il est extrait de gisements naturels situés au Mexique et en Espagne. Sa production industrielle est réalisée selon différentes techniques, impliquant la neutralisation de l’excès d’acide sulfurique avec de la soude.

Description du sulfate de sodium

Le sulfate de sodium est un composé minéral chimiquement stable et résistant à la chaleur. À l’état naturel, il se présente sous la forme de cristaux blancs ou transparents, ou celle d’une poudre blanche hautement soluble dans l’eau. Lorsqu’il est hydraté, il est aussi connu sous le nom de « sel de Glauber », de « mirabilite » ou de « sulfate de sodium décahydraté ».

Historique du sulfate de sodium

Le sulfate de sodium a été découvert au XVII^e siècle par Johann Rudolf Glauber, un chimiste bavarois. Il était initialement employé comme laxatif. Ce minéral a ensuite servi de matière première pour la fabrication industrielle de carbonate de sodium à partir du XVIII^e siècle. Cet usage a entraîné une demande croissante pour ce composé. Dans les années 1970, l’industrie américaine du papier seule en consommait 980 000 T. Au début des années 2000, l’Europe en utilisait 1,6 millions de tonnes.

Structure du sulfate de sodium

Le sulfate de sodium, de formule moléculaire Na₂SO_4, existe sous plusieurs formes polymorphiques, généralement incolores. Il adopte une structure rhomboédrique à température ambiante, et devient monoclinique à partir de 100 °C. Il prend une configuration hexagonale à des températures supérieures à 241 °C, surtout au-dessus de 500 °C.

Lorsqu’il n’est pas extrait de gisements naturels, ce composé peut être synthétisé selon plusieurs réactions réalisées en milieu industriel ou en laboratoire.  

Propriétés du sulfate de sodium

Le sulfate de sodium résiste aux agents oxydants, car le soufre dans l’ion sulfate possède déjà une valence VI. Cependant, il peut réagir avec des réducteurs tels que le carbone à des températures très élevées. À des températures encore plus hautes, au-delà de 730 °C, il peut être réduit en sulfure de sodium.

La solution aqueuse de ce sel neutre réagit avec l’acide sulfurique, formant un sel d’acide :

Na₂SO₄(aq) + H₂SO₄(aq) ⇔ 2 NaHSO₄(aq)

L’équilibre de cette réaction dépend d’un facteur extérieur (la température) ainsi que des concentrations molaires en réactifs et produits, ainsi que de la température.

La solution aqueuse, combinée avec des sels de baryum, précipite en chlorure de sodium et en sulfate de baryum :

Na₂SO₄(aq) + BaCl (aq) → BaSO4(s) + 2 NaCl(aq).

Production industrielle

La seconde source de sulfate de sodium provient de la production industrielle ou du recyclage.

L’une des méthodes de synthèse les plus courantes est la fabrication de l’acide chlorhydrique à partir de chlorure de sodium et d’acide sulfurique selon la réaction suivante :

2 NaCl + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + 2 HCl

Elle se déroule selon le procédé Mannheim, à des températures comprises entre 800 et 900 °C. Il permet d’obtenir ce qui est appelé « gâteau de sel ». Voici la réaction :

Le procédé Hargreaves, à 650 °C, est plus lent et plus efficace. Le composé est obtenu à partir de dioxyde de soufre :

4 NaCl(solide) + 2 SO₂(gaz) + O₂(gaz) + H₂O(vapeur d’eau) → 2 Na₂SO₄(solide) + 4 HCl(gaz).

Recyclage

Le processus de recyclage cible le sulfate de sodium sous forme de :

• mirabilite précipitée dans les saumures ou dans les solutions concentrées de chlorure de sodium ;
• coproduit de la fabrication du bichromate de potassium ;
• sous-produit des fibres synthétiques régénérées.

En outre, ce composé apparaît lorsqu’un acide fort et une base forte sont mis à réagir. En l’occurrence, en chimie industrielle, l’acide sulfurique et la soude caustique sont les plus couramment utilisés.

Le sulfate de sodium américain et le britannique proviennent de la production de dichromate de sodium. Il s’agit dans ce cas d’un coproduit de la formation du bichromate de potassium :

2 Na₂CrO₄(aq) + 2 H₂SO₄(aq) + H₂O → Na₂Cr₂O₇(aq). 2 H₂O(précipité)+ Na₂SO₄(aq)

Un autre procédé de synthèse consiste à neutraliser un excès d’acide sulfurique par de la soude :

2 NaOH(aq) + H₂SO₄(aq) → Na₂SO₄(aq) + 2 H₂O(l)

Ce dernier est considéré comme le plus facile à réaliser en laboratoire.

Sulfate de sodium en nutrition

Le sulfate de sodium est un additif alimentaire utilisé dans de nombreux aliments. Il agit comme correcteur d’acidité, apporte une saveur acidulée, et améliore la conservation de la qualité des aliments. Sa présence peut être identifiée par la mention « E514 » sur les étiquettes des produits.

Il est retrouvé dans :

• les boissons alcoolisées ;
• les boissons sucrées ;
• les desserts comme les glaces ;
• les yaourts ;
• les confiseries comme les pâtes de fruits ou les bonbons acidulés ;
• les fruits confits ;
• les sauces ;
• les conserves de légumes ;
• les farines ;
• les fromages.

Cet acidifiant est autorisé dans les régimes diabétiques, halal, casher, végétariens, végétaliens et végans. Ce composé est également utilisé dans l’alimentation animale.

Applications du sulfate de sodium

Le sulfate de sodium possède plusieurs applications dans divers domaines.

Industrie des détergents

Ce composé est largement exploité comme antimottant et comme charge dans les détergents. Il est présent dans les poudres de machines à laver, et contribue à leur solubilisation. Toutefois, son utilisation décline face à la popularité des détergents liquides qui n’en contiennent pas.

Industrie de la pâte à papier

Le sulfate de sodium est employé dans le procédé Kraft et autres procédés de traitement de la pâte à papier. Il est essentiel pour la fabrication du sulfure de sodium (Na₂S), un agent réducteur et dépilatoire efficace. Cette réaction de réduction se déroule à environ 750 °C.

Industrie du verre

Il est utilisé pour réduire la formation de bulles d’air dans le verre fondu, contribuant à la clarification du verre. Il fluidifie également le verre, et empêche la constitution de mousse pendant la production de verre fondu.

Industrie textile

Au Japon, le sulfate de sodium est employé pour faciliter la teinture des fibres textiles. Il réduit la charge négative de ces derniers permettant une meilleure pénétration uniforme des pigments. À la différence du chlorure de sodium, ce produit ne provoque pas de corrosion sur les instruments en acier inoxydable utilisés lors de la phase de coloration.

Laboratoire

Ce composé sert d’agent de séchage utilisé pour éliminer les traces d’eau des solutions organiques. Il est chimiquement inerte, et plus efficace que d’autres agents similaires. Comparés au sulfate de magnésium, il agit plus lentement. Son usage s’effectue à des températures inférieures à environ 30 °C.

Autres utilisations

Le sulfate de sodium est également utilisé pour le dégivrage des vitres, le nettoyage des moquettes et la fabrication d’amidon. Il entre dans la composition des émulseurs anti-incendie, notamment pour les extincteurs à eau pulvérisée avec additif. Ce composé peut être employé dans la production d’éponges et dans divers procédés de traitement des métaux. Dans l’industrie pharmaceutique, il compose en partie les médicaments contre les troubles digestifs. En cosmétique, il sert à ajuster la viscosité des produits.

Précautions d’usage du sulfate sodium

Le sulfate de sodium est considéré comme non toxique, mais il nécessite tout de même une utilisation prudente en raison de ses propriétés irritantes.

La manipulation de sa forme cristalline peut causer une irritation cutanée et oculaire. Il est donc recommandé de porter des gants et des lunettes de protection pour éviter tout contact direct. Pour sa forme poudrée, le port de masque en papier est requis.

À des doses élevées, il peut provoquer des troubles digestifs tels que des nausées ou des vomissements. Cependant, sa faible teneur dans les aliments n’est pas toxique. Cet additif n’est pas soumis à une dose journalière admissible ou DJA. Une consommation continue peut entraîner une déplétion des minéraux essentiels, en particulier du potassium.

Chez les nourrissons, le sulfate de sodium peut altérer la régulation hydrique, et occasionner une diarrhée. Par conséquent, il est préférable d’éviter son utilisation dans l’alimentation infantile.