Nátrium-karbonát

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. május 25-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 4 szerkesztést igényelnek .
Nátrium-karbonát
Tábornok
Szisztematikus
név
Nátrium-karbonát
Hagyományos nevek szóda, nátrium-karbonát; dekahidrát - mosószóda
Chem. képlet Na 2 C O 3
Fizikai tulajdonságok
Moláris tömeg 105,99 g/ mol
Sűrűség 2,53 g/cm³
Termikus tulajdonságok
Hőfok
 •  olvadás 854 °C
 • bomlás 1000°C
Entalpia
 •  oktatás -1130,7 kJ/mol
Kémiai tulajdonságok
Sav disszociációs állandó 10.33
Oldhatóság
 • 20 °C-os vízben 21,8 g/100 ml
Osztályozás
Reg. CAS szám 497-19-8
PubChem
Reg. EINECS szám 207-838-8
MOSOLYOK   C(=O)([O-])[O-].[Na+].[Na+]
InChI   InChI=1S/CH203.2Na/c2-1(3)4;;/h(H2,2,3,4);;/q;2*+1/p-2CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L
Codex Alimentarius E500(i) és E500
RTECS VZ4050000
CHEBI 29377
ChemSpider
Biztonság
LD 50 4 g/kg (patkányok, szájon át)
GHS piktogramok A CGS rendszer "felkiáltójel" piktogramja
NFPA 704 NFPA 704 négyszínű gyémánt 0 egy 0
Az adatok standard körülményeken (25 °C, 100 kPa) alapulnak, hacsak nincs másképp jelezve.
 Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon

A nátrium-karbonát (szóda) egy szervetlen vegyület , a szénsav nátriumsója , amelynek kémiai képlete Na 2 CO 3 . Színtelen kristályok vagy fehér por, vízben oldódik. A szódabikarbóna higroszkópos termék; a levegőben lévő vízgőzt és szén-dioxidot felszívja, így a nátrium-hidrogén-karbonát savas sóját képezi , szabadban tárolva pedig lerakódik [1] . A szódabikarbónát A (granulált), B osztályú (porított) és nefelinércből állítják elő ( GOST 10689-75 ) [1] .

Az iparban főként nátrium-kloridból nyerik a Solvay-módszer szerint. Üveggyártáshoz, detergensek gyártásához használják, alumínium bauxitból történő előállításához és olajfinomításhoz használják.

Tulajdonságok

Színtelen kristályok vagy fehér por formájában jelenik meg. Többféle változatban létezik: a monoklin kristályrácsos α-módosítás 350°C-ig képződik, majd e hőmérséklet fölé hevítve 479°C-ig átmegy a β-módosításba, amely szintén monoklin kristályrácsa van. A nátrium-karbonát-monohidrát Mohs-keménysége 1,3 [2] Ahogy a hőmérséklet 479 °C fölé emelkedik, a vegyület hatszögletű ráccsal γ-módosításon megy keresztül. 854°C-on olvad, 1000°C fölé hevítve lebomlik, nátrium-oxidot és szén-dioxidot képezve [3] [4] .

A nátrium-karbonát kristályos hidrátjai különböző formákban léteznek: a színtelen monoklin Na 2 CO 3 10H 2 O 32,017 ° C-on színtelen rombuszos Na 2 CO 3 7H 2 O-dá alakul, az utóbbi 35,27 ° C-ra melegítve színtelen rombossá válik. Na 2 CO 3 H 2 O. 100−120 °C tartományban a monohidrát vizet veszít.

A nátrium-karbonát tulajdonságai
paraméter vízmentes nátrium-karbonát dekahidrát Na 2 CO 3 10H 2 O
molekulatömeg 105,99 amu 286,14 amu
olvadási hőmérséklet 854 °C 32°C
oldhatóság acetonban és szén-diszulfidban nem oldódik ; etanolban mérsékelten oldódik ; nagyon jól oldódik glicerinben és vízben
sűrűség 2,53 g/cm³ (20°C-on) 1,446 g/cm³ (17°C-on)
standard képződésentalpia ΔH −1131 kJ/mol (t) (297 K-en) –4083,5 kJ/mol ((t) (297 K-nál)
szabványos Gibbs-energia a képződés G −1047,5 kJ/mol (t) (297 K-en) –3242,3 kJ/mol ((t) (297 K-nál)
az oktatás standard entrópiája S 136,4 J/mol K (t) (297 K-nál)
szabvány moláris hőkapacitás C p 109,2 J/mol K (g) (297 K-n)
A nátrium-karbonát oldhatósága vízben
hőmérséklet , °C 0 tíz húsz 25 harminc 40 ötven 60 80 100 120 140
oldhatóság , g Na 2 CO 3 / 100 g H 2 O 7 12.2 21.8 29.4 39.7 48.8 47.3 46.4 45.1 44.7 42.7 39.3

Vizes oldatban a nátrium-karbonát hidrolizál , ami a környezet lúgos reakcióját eredményezi. Hidrolízis egyenlet (ionos formában):

A szénsav első disszociációs állandója 4,5⋅10 −7 . A szénnél erősebb sav a nátrium-karbonáttal reagálva kiszorítja. Mivel a szénsav rendkívül instabil, azonnal vízzé és szén-dioxiddá bomlik:

Hidratálja

A nátrium-karbonát három különböző hidrátként és egy vízmentes sóként izolálható:

A dekahidrát -2,1 és +32,0 °C közötti hőmérséklet-tartományban kristályosodó vizes oldatokból, a heptahidrát a szűk 32,0-35,4 °C-os tartományban kristályosodik ki, és e felett a monohidrát képződik . [5]

Száraz levegőben a dekahidrát és a heptahidrát vizet veszít és monohidrátot képez. Más hidrátokról is beszámoltak, például 2,5 egység vízzel egységnyi nátrium-karbonáttal ("pentahemihidrát"). [6]

A természetben lenni

A természetben a szóda egyes hínárok hamujában , valamint ásványi anyagok formájában található:

Modern ásványi szódatavakismert Transbajkáliában [7] és Nyugat-Szibériában ; A tanzániai Natron - tó és a kaliforniai Searles -tó nagyon híresek [8] . Az ipari jelentőségű Tronát 1938 -ban fedezték fel a Green River ( Wyoming , USA ) eocén rétegeinek részeként . A trónnal együtt számos korábban ritka ásványt találtak ebben az üledékes rétegben, köztük a dawsonitot , amelyet a szóda és a timföldgyártás nyersanyagaként tartanak számon . Az Egyesült Államokban 4 wyomingi és egy kaliforniai vállalat bányászik a természetes szódát, körülbelül a felét exportálják [9] . A világszerte felhasznált szóda körülbelül egynegyede természetes forrásból származik, ennek 90%-a az Egyesült Államokból származik [10] .

Getting

A 19. század elejéig a nátrium-karbonátot főként egyes hínárok , tengerparti és szikes növények hamvaiból nyerték a viszonylag rosszul oldódó NaHCO 3 lúgból történő átkristályosításával .

Barilla és hínár

A halofita növények és tengeri moszatok egyes fajait feldolgozhatják a nátrium-karbonát nyers formájának előállítására. Ez az ipari szódaforrás egészen a 19. század elejéig uralta Európát és más országokat.

A szárazföldi növényeket (általában az angol  saltwort ) vagy az algákat (általában Fucus fajokat ) összegyűjtötték, szárították és elégették. A hamut ezután "kioldották" (vízzel mostuk), hogy lúgos oldatot képezzenek. Ezt az oldatot szárazra forraltuk, hogy megkapjuk a végterméket, amelyet "szóda hamunak" neveztek; ez a nagyon régi név az arab "szóda" szóból származik, amelyet viszont a "sószóda"-ra alkalmaznak, amely a sokféle, termesztésre betakarított tengerparti növény egyike. A „ barilla ” a tengerparti növények vagy algák hamvaiból nyert nátrium-karbonát technikai formájára vonatkozó kereskedelmi kifejezés [11] . [12]

A nátrium-karbonát koncentrációja a szódabikarbónában széles skálán változott, a tengeri moszatból származó forma ("moszat") 2-3 százalékától a spanyolországi legfinomabb sófűből származó barilla  30 százalékáig . A 18. század végére a szódabikarbóna forrásai, valamint a növényekből és hínárokból származó „káliumlúg” a 18. század végére egyre kevésbé voltak megfelelő források, és elkezdődött a kutatás a szódabikarbóna konyhasóból és más általános vegyszerekből történő előállításának kereskedelmileg életképes módjait. .

A nefelinércből _

Orosz tudósok kidolgoztak egy eljárást timföld előállítására nefelin -koncentrátumból, amelynek jellemzője a melléktermékek hiánya [1] . A feldolgozás során a nefelinekből és a mészkőből cementet , szódát, hamuzsírt és timföldet nyernek . A nefelint mészkővel szinterelik, és a terméket alumínium- oxid , szóda és kálium-oxid kinyerésére dolgozzák fel. Majd kilúgozás után a belit iszapból cementet állítanak elő [1] . A nefelineket apatit -lerakódásokkal, amelyekből uránt vonják ki , és titán-nióbium ércekkel társítják.

Ásványként

A Trona trinátrium-hidrogén-dikarbonát-dihidrátot (Na 3 HCO 3 CO 3 2H 2 O) Törökországban bányászják . A Ciner Holding csoporthoz tartozó Eti Soda az Ankarához közeli Beypazariban fejleszti a leggazdagabb trona lelőhelyet . kétmillió tonna szódabikarbóna került elő egy Ankara melletti lelőhelyből.

Néhány lúgos tóból is bányászják, például a kenyai Magadi-tóból kotrással. A forró sóforrások folyamatosan pótolják a tó sókészletét, így amíg a kotrás mértéke nem haladja meg a feltöltődés mértékét, a forrás teljesen fenntartható. Az Egyesült Államok több területén bányászják, és szinte az összes belföldi nátrium-karbonát-fogyasztást biztosítja. Az 1938-ban felfedezett nagy természeti lelőhelyek, mint például a wyomingi Green River közelében található, gazdaságosabbá tették a trona ásványi anyagként való kifejlesztését, mint az ipari termelést Észak-Amerikában.

Leblanc módszere

1791-ben Nicolas Leblanc francia kémikus szabadalmat kapott "A Glauber-só szódává való átalakításának módszere ". E módszer szerint nátrium-szulfát ("Glauber-só"), kréta vagy mészkő ( kalcium-karbonát ) és faszén keverékét körülbelül 1000 ° C -on sütik. A szén [13] a nátrium-szulfátot szulfiddá redukálja:

A nátrium-szulfid reakcióba lép a kalcium-karbonáttal:

A keletkezett olvadékot vízzel kezeljük, miközben a nátrium-karbonát feloldódik, a kalcium-szulfidot leszűrjük, majd a nátrium-karbonát oldatot bepároljuk. A nyers szódát átkristályosítással tisztítják . A Leblanc-eljárás során a szódát kristályos hidrát formájában állítják elő (lásd fent), így a keletkező szódát kalcinálással dehidratálják.

A nátrium-szulfátot kősó ( nátrium-klorid ) kénsavval történő kezelésével állították elő :

A reakció során felszabaduló hidrogén -kloridot a víz részben megfogta, így sósav keletkezett , de maga a sósav maradt a légszennyezés fő forrása.

Az első ilyen típusú szódagyárat Oroszországban M. Prang iparos alapította, és 1864 - ben jelent meg Barnaulban .

A gazdaságosabb (nem marad nagy mennyiségű kalcium-szulfid melléktermék) és technológiás Solvay-módszer megjelenése után a Leblanc-módszer szerint működő üzemek bezárni kezdtek. 1900 - ra a gyárak 90%-a Solvay-módszerrel állított elő szódát, az utolsó Leblanc-módszert alkalmazó gyárakat pedig az 1920-as évek elején zárták be [14] [15] .

Ipari ammónia módszer (Solvay módszer)

Ernest Solvay belga vegyészmérnök 1861- ben szabadalmaztatott egy módszert a szóda előállítására, amelyet ma is használnak [16] .

Ekvimoláris mennyiségű gáz halmazállapotú ammóniát és szén-dioxidot vezetünk telített nátrium-klorid-oldatba , azaz mintha ammónium-hidrogén-karbonátot NH 4 HCO 3 vezetnénk be :

A gyengén oldódó (9,6 g/100 g víz 20 °C-on) nátrium-hidrogén-karbonát kicsapódott maradékát kiszűrjük és 140–160 °C-ra melegítve kalcináljuk (dehidratáljuk), miközben nátrium-karbonáttá alakul:

A keletkező CO 2 visszakerül a termelési ciklusba. Az NH 4 Cl ammónium-kloridot Ca (OH) 2 kalcium-hidroxiddal kezeljük :

A keletkező NH 3 szintén visszakerül a termelési ciklusba.

Így az egyetlen termelési hulladék a kalcium-klorid .

A világon az első ilyen típusú szódagyárat 1863 -ban nyitották meg Belgiumban ; Az első ilyen típusú üzemet Oroszországban az uráli Berezniki város környékén Lyubimov, Solvay and Co. alapította 1883 -ban [17] . Termőképessége évi 20 ezer tonna szóda volt.

Eddig ez a módszer maradt a szóda beszerzésének fő módja minden országban.

Hou útja

Hou Debang kínai vegyész fejlesztette ki az 1930-as években. Abban különbözik a Solvay eljárástól, hogy nem használ kalcium-hidroxidot.

Howe módszere szerint a szén-dioxidot és az ammóniát 40 fokos nátrium-klorid-oldatba vezetik. A reakció során a kevésbé oldható nátrium-hidrogén-karbonát kicsapódik (mint a Solvay-módszernél). Ezután az oldatot 10 fokra hűtjük. Ebben az esetben ammónium-klorid kicsapódik, és az oldatot újra felhasználják a következő adag szóda előállítására.

A módok összehasonlítása

A Howe-módszer szerint a Solvay-módszer szerinti CaCl 2 helyett melléktermékként NH 4 Cl képződik.

A Solvay-eljárást a Haber-eljárás megjelenése előtt fejlesztették ki , akkoriban az ammónia hiánycikknek számított, ezért NH 4 Cl -ből kellett regenerálni . Howe módszere később jelent meg, az ammóniaregenerálás igénye már nem volt annyira akut, illetve az ammóniát nem lehetett kivonni, hanem nitrogén műtrágyaként NH 4 Cl vegyület formájában alkalmazták.

Az NH 4 Cl azonban klórt tartalmaz, melynek feleslege sok növény számára káros, ezért az NH 4 Cl műtrágyaként való felhasználása korlátozott. A rizs viszont jól tolerálja a klórfelesleget, és Kínában, ahol NH 4 Cl-t használnak a rizstermesztéshez, a Hou-módszer, amely melléktermékként NH 4 Cl-t termel, elterjedtebb, mint más régiókban.

Jelenleg számos országban szinte az összes mesterségesen előállított nátrium-karbonátot Solvay-módszerrel állítják elő (beleértve a Howe-módszert is, mint módosítást), nevezetesen Európában a mesterségesen előállított szóda 94%-a, világszerte 84%-a (2000) [18] .

Alkalmazás

Szappangyártás és mosó- és tisztítóporok gyártása ; zománcok ultramarin előállításához . Fémek zsírtalanítására és nagyolvasztós nyersvas szulfatálására is használják . A nátrium-karbonát a kiindulási termék a NaOH , Na 2 B 4 O 7 , Na 2 HPO 4 előállításához . Használható cigarettaszűrőben [19] .

Az élelmiszeriparban a nátrium-karbonátokat E500 élelmiszer-adalékanyagként , savasságszabályozóként, sütőporként tartják nyilván, amely megakadályozza a csomósodást és a csomósodást. A nátrium-karbonát (szódabikarbóna, Na 2 CO 3 ) kódja 500i, a nátrium-hidrogén-karbonát (szódabikarbóna, NaHCO 3 ) - 500ii, keverékük - 500iii.

A fokozott olajkinyerés egyik legújabb technológiája az ASP elárasztás, amely szódát és felületaktív anyagokat használ a víz és az olaj közötti határfelületi feszültség csökkentésére .

A fotózásban az előhívók részeként használják gyorsítószerként [20] .

A polimerizáció megelőzése érdekében önállóan adják a motorolajhoz . Koncentrációja 2 g 1 liter olajra.

Üveggyártás

A nátrium-karbonátot üveggyártásban használják . A nátrium-karbonát a szilícium-dioxid folyasztószereként szolgál, és a szilícium-dioxid olvadáspontját +2500 °C-ról +500 °C-ra csökkenti. A kapott üveg vízben gyengén oldódik, ezért az olvadt keverékhez további ~10% kalcium-karbonátot adunk , hogy az üveg oldhatatlan legyen.

A palack- és ablaküveg (szóda-mészüveg) nátrium-karbonát, kalcium-karbonát és kvarchomok (szilícium-dioxid (SiO 2 )) keverékeinek olvasztásával készül. A keverék összetevőit hevítve a karbonátok fém-oxidokra (Na 2 O és CaO) és szén-dioxidra (CO 2 ) bomlanak. Így a nátrium-karbonát hagyományosan a nátrium-oxid forrása . A szódaüveg évszázadok óta az üveg leggyakoribb formája [13] .

A víz keménységének csökkentése

A nátrium-karbonátot gőzkazánokban a víz lágyítására és általában a víz keménységének csökkentésére használják . A kemény víz oldott vegyületeket tartalmaz, általában kalcium- vagy magnéziumvegyületeket. A nátrium-karbonátot a víz átmeneti és tartós keménységének eltávolítására használják. [21]

A nátrium-karbonát a magnézium-Mg 2+ és a kalcium Ca 2+ kationok karbonátionjainak vízoldható forrása . Ezek az ionok karbonátionokkal kezelve oldhatatlan szilárd csapadékot képeznek:

Hasonlóképpen a víz meglágyul, mivel már nem tartalmaz oldott kalcium- és magnéziumionokat. [21]

Biztonság

Az ipari helyiségek levegőjében a szóda aeroszolok megengedett legnagyobb koncentrációja 2 mg/m 3 [3] . A szóda a 3. veszélyességi osztályba tartozó anyagok közé tartozik. A szódabikarbóna aeroszol, ha nedves bőrrel, valamint a szem és az orr nyálkahártyájával érintkezik, irritációt, hosszan tartó expozíció esetén pedig bőrgyulladást okozhat .

Triviális címek

A szóda a szénsav technikai nátriumsóinak általános neve .

  • Na 2 CO 3 (nátrium-karbonát) - szóda, mosószóda
  • Na 2 CO 3 10H 2 O (nátrium-karbonát-dekahidrát, 62,5% kristályvizet tartalmaz) - mosószóda; néha Na 2 CO 3 H 2 O vagy Na 2 CO 3 7H 2 O néven kapható
  • NaHCO 3 ( nátrium-hidrogén-karbonát ) - szódabikarbóna, nátrium-hidrogén-karbonát, nátrium-hidrogén-karbonát

A "szóda" az európai nyelvekben valószínűleg az arab "suwwad" szóból származik - a különféle sósfű , növények általános neve, amelyek hamujából a középkorban bányászták; vannak más verziók is [22] . A szódabikarbónát (nátrium-karbonát) azért nevezik így, mert a bikarbonátból való kinyeréséhez az utóbbit „égetik” ( latin  calcinatio , calx szóból, hasonlóan a mészégetés folyamatához ), vagyis kalcinálják.

Jegyzetek

  1. 1 2 3 4 Mihail Kolomiec, Ljubov Mihajlova. The Soda Ash Market: Status and Forecasts  // The Chemical Journal: Journal. - 2005. - november. - S. 28-32 . Archiválva az eredetiből 2022. január 23-án.
  2. Pradyot, Patnaik. Szervetlen vegyi anyagok kézikönyve. - The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003. - P. 861. - ISBN 978-0-07-049439-8 .
  3. 1 2 Rukk, 1992 .
  4. Alikberova .
  5. T. W. Richards és A. H. Fiske (1914). „A nátrium-karbonát hidrátjainak átmeneti hőmérsékleteinek átmeneti hőmérsékleteiről, mint fixpontokról a hőmérőben” . Az American Chemical Society folyóirata . 36 (3): 485-490. DOI : 10.1021/ja02180a003 . Archiválva az eredetiből, ekkor: 2020-06-14 . Letöltve: 2021-10-22 . Elavult használt paraméter |deadlink=( súgó )
  6. A. Pabst. A nátrium-karbonát hidrátjairól . Letöltve: 2021. október 22. Az eredetiből archiválva : 2021. november 3..
  7. B. B. Namsarajev, D. D. Barkhutova. Dél-Transbaikalia szódatavai - egyedülálló ökoszisztémák  // A Burját Állami Egyetem közleménye: Biológia Földrajz: folyóirat. - 2018. - 1. sz . - S. 82-86 . - doi : 10.18101/2587-7143-2018-1-82-86 . Az eredetiből archiválva : 2021. november 12.
  8. Jurij Konsztantyinov. Szóda kezelés. Népi receptek archiválva : 2019. február 3., a Wayback Machine - Liters 2019 isbn 5040325053
  9. Soda Ash statisztikák és információk (USGS) archiválva 2021. november 13-án a Wayback Machine -nél – 2020 ásványi árucikk-összefoglaló Archivált 2020. július 13-án a Wayback Machine -nél
  10. Lazenby, Henry Az amerikai szódagyártók célja, hogy nagyobb piaci részesedést szerezzenek tisztább lábnyommal  . Bányászati ​​Hetilap (2014. június 26.). Letöltve: 2020. augusztus 22. Az eredetiből archiválva : 2017. november 20.
  11. Barilla // Brockhaus és Efron enciklopédikus szótára  : 86 kötetben (82 kötet és további 4 kötet). - Szentpétervár. , 1890-1907.
  12. Hooper, Robert. Lexicon Medicum . - 1848. - London : Longman, 1802. - P. 1198-9.
  13. 1 2 Christian Thieme (2000), Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry , Weinheim: Wiley-VCH, ISBN 978-3527306732 , DOI 10.1002/14356007.a24_299 . 
  14. Clow, Archibald és Clow, Nan L. (1952). Chemical Revolution, (Ayer Co Pub, 1952. június), pp. 65–90. ISBN 0-8369-1909-2 .
  15. Kiefer, David M. (2002. január). "Minden a lúgról szólt . " A mai vegyész a munkahelyen . 11 (1): 45-6. Archiválva az eredetiből, ekkor: 2019-04-04 . Letöltve: 2021-10-22 . Elavult használt paraméter |deadlink=( súgó )
  16. Globális szódaipar – feltörekvő dinamika – Blogok – Televízió
  17. A berezniki szódagyár létrehozásának és fejlesztésének története Archív másolat 2019. augusztus 19-én a Wayback Machine -nél, Permi Régió Állami Levéltára, 1997
  18. WebCite lekérdezés eredménye
  19. Egy találmány szabadalma (elérhetetlen link) . Letöltve: 2013. október 6. Az eredetiből archiválva : 2014. július 8.. 
  20. Gurlev, 1988 , p. 298.
  21. 1 2 Archivált másolat . Letöltve: 2021. október 22. Az eredetiből archiválva : 2021. július 7..
  22. "Szóda": etimológiai "fejfájás"? . Letöltve: 2019. február 6. Az eredetiből archiválva : 2019. február 7..

Irodalom

  • Gurlev D.S. A fényképezés kézikönyve (fényképészeti anyagok feldolgozása). - K . : Technika, 1988.
  • Rukk N. S. Nátrium-karbonát // Kémiai Enciklopédia  : 5 kötetben / Ch. szerk. I. L. Knunyants . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Réz - Polimer. - S. 182. - 639 p. - 48.000 példány.  — ISBN 5-85270-039-8 .

Linkek