Natriumkarbonat

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 25 maj 2022; kontroller kräver 4 redigeringar .
Natriumkarbonat
Allmän
Systematiskt
namn		 Natriumkarbonat
Traditionella namn soda, natriumkarbonat; dekahydrat - tvättläsk
Chem. formel Na2CO3 _ _ _ _
Fysikaliska egenskaper
Molar massa 105,99 g/ mol
Densitet 2,53 g/cm³
Termiska egenskaper
Temperatur
 •  smältning 854°C
 • nedbrytning 1000°C
Entalpi
 •  utbildning -1130,7 kJ/mol
Kemiska egenskaper
Syradissociationskonstant 10.33
Löslighet
 • i vatten vid 20 °C 21,8 g/100 ml
Klassificering
Reg. CAS-nummer 497-19-8
PubChem 10340
Reg. EINECS-nummer 207-838-8
LEDER   C(=O)([O-])[O-].[Na+].[Na+]
InChI   InChI=1S/CH2O3.2Na/c2-1(3)4;;/h(H2,2,3,4);;/q;2*+1/p-2CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L
Codex Alimentarius E500(i) och E500
RTECS VZ4050000
CHEBI 29377
ChemSpider 9916
Säkerhet
LD 50 4 g/kg (råttor, oralt)
GHS-piktogram Piktogram "Utropstecken" för CGS-systemet
NFPA 704 NFPA 704 fyrfärgad diamant 0 ett 0
Data baseras på standardförhållanden (25 °C, 100 kPa) om inget annat anges.
 Mediafiler på Wikimedia Commons

Natriumkarbonat (soda) är en oorganisk förening , natriumsalt av kolsyra med den kemiska formeln Na 2 CO 3 . Färglösa kristaller eller vitt pulver, lösligt i vatten. Soda är en hygroskopisk produkt, den absorberar vattenånga och koldioxid i luften för att bilda ett surt salt av natriumbikarbonat och kakor när den förvaras utomhus [1] . De producerar soda klass A (granulerad), klass B (pulveriserad) och från nefelinmalm ( GOST 10689-75 ) [1] .

Inom industrin erhålls det huvudsakligen från natriumklorid enligt Solvay-metoden. Det används vid tillverkning av glas, för tillverkning av rengöringsmedel, används i processen för att erhålla aluminium från bauxit och vid oljeraffinering.

Egenskaper

Det ser ut som färglösa kristaller eller vitt pulver. Den finns i flera olika modifikationer: α-modifieringen med ett monoklint kristallgitter bildas vid temperaturer upp till 350°C, sedan, när den värms över denna temperatur och upp till 479°C, övergår den till β-modifieringen, som också har ett monoklint kristallgitter. Mohs hårdhet för natriumkarbonatmonohydrat är 1,3 [2] När temperaturen stiger över 479°C genomgår föreningen en γ-modifiering med ett hexagonalt gitter. Smälter vid 854°C, när den värms över 1000°C sönderdelas den för att bilda natriumoxid och koldioxid [3] [4] .

Kristallina hydrater av natriumkarbonat finns i olika former: färglös monoklin Na 2 CO 3 10H 2 O, vid 32,017 ° C förvandlas till färglös rombisk Na 2 CO 3 7H 2 O, den senare, när den värms upp till 35,27 ° C, blir färglös till rombisk Na 2 CO 3 H 2 O. Inom intervallet 100−120 °C förlorar monohydratet vatten.

Natriumkarbonats egenskaper
parameter vattenfritt natriumkarbonat dekahydrat Na 2 CO 3 10 H 2 O
molekylär massa 105,99 amu 286,14 amu
smält temperatur 854°C 32°C
löslighet olöslig i aceton och koldisulfid ; svårlöslig i etanol ; mycket lösligt i glycerin och vatten
densitet 2,53 g/cm³ (vid 20°C) 1,446 g/cm³ (vid 17°C)
standardentalpi för bildning ΔH −1131 kJ/mol (t) (vid 297 K) −4083,5 kJ/mol ((t) (vid 297K)
standard Gibbs bildningsenergi G −1047,5 kJ/mol (t) (vid 297 K) −3242,3 kJ/mol ((t) (vid 297K)
standardentropi för utbildning S 136,4 J/mol K (t) (vid 297K)
standard molär värmekapacitet C sid 109,2 J/mol K (g) (vid 297K)
Löslighet av natriumkarbonat i vatten
temperatur , °C 0 tio tjugo 25 trettio 40 femtio 60 80 100 120 140
löslighet , g Na 2 CO 3 per 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

I en vattenlösning hydrolyseras natriumkarbonat , vilket ger en alkalisk reaktion av omgivningen. Hydrolysekvation (i jonform):

Den första dissociationskonstanten för kolsyra är 4,5⋅10 −7 . Alla syror starkare än kol tränger undan det i reaktion med natriumkarbonat. Eftersom kolsyra är extremt instabil, sönderdelas den omedelbart till vatten och koldioxid:

Återfuktar

Natriumkarbonat kan isoleras som tre olika hydrater och ett vattenfritt salt:

Dekahydratet bildas från vattenlösningar som kristalliserar i temperaturintervallet −2,1 till +32,0 °C, heptahydratet i det smala intervallet 32,0 till 35,4 °C, och över denna temperatur bildas monohydratet . [5]

I torr luft förlorar dekahydrat och heptahydrat vatten för att bilda monohydrat. Andra hydrater har rapporterats, såsom med 2,5 enheter vatten per enhet natriumkarbonat ("pentahemihydrat"). [6]

Att vara i naturen

I naturen finns läsk i askan från vissa alger, såväl som i form av mineraler:

Moderna mineral soda sjöarkänd i Transbaikalia [7] och i västra Sibirien ; Lake Natron i Tanzania och Lake Searles i Kalifornien är mycket kända [8] . Trona , som är av industriell betydelse, upptäcktes 1938 som en del av de eocena skikten av Green River ( Wyoming , USA ). Tillsammans med tronen hittades många tidigare betraktade sällsynta mineraler i detta sedimentära skikt, inklusive dawsonite , som anses vara ett råmaterial för produktion av soda och aluminiumoxid . I USA bryts naturlig soda av 4 företag i Wyoming och ett i Kalifornien, ungefär hälften exporteras [9] . Ungefär en fjärdedel av den läsk som används över hela världen kommer från naturliga källor, varav 90% kommer från USA [10] .

Får

Fram till början av 1800-talet erhölls natriumkarbonat huvudsakligen från askan från vissa tång-, kust- och saltväxter genom omkristallisation av den relativt svårlösliga NaHCO 3 från lut .

Barilla och sjögräs

Vissa arter av halofytväxter och sjögräs kan bearbetas för att producera den råa formen av natriumkarbonat. Denna industriella källa till soda dominerade Europa och andra länder fram till början av 1800-talet.

Landväxter (vanligtvis engelsk  saltört ) eller alger (vanligtvis Fucus-arter ) samlades in, torkades och brändes. Askan "urlakades" sedan (tvättades med vatten) för att bilda en alkalisk lösning. Denna lösning kokades till torrhet för att skapa den slutliga produkten, som kallades "soda"; detta mycket gamla namn kommer från det arabiska ordet "Soda", som i sin tur används för "salt soda" - en av de många typer av kustväxter som skördas för odling. " Barilla " är en kommersiell term som används för den tekniska formen av natriumkarbonat som erhålls från aska från kustväxter eller alger [11] . [12]

Koncentrationen av natriumkarbonat i soda varierade kraftigt, från 2-3 procent för den tånghärledda formen ("kelp") till 30 procent för den finaste saltörtshärledda barillan i  Spanien. Källor till soda, och den tillhörande "potaska"-luten från växter och tång, blev allt mindre än tillräckliga källor i slutet av 1700-talet, och en sökning började efter kommersiellt gångbara sätt att syntetisera soda från bordssalt och andra vanliga kemikalier .

Från nepheline malm

Ryska forskare har utvecklat en process för att erhålla aluminiumoxid från nefelinkoncentrat , vars egenskap är frånvaron av biprodukter [1] . Under bearbetningen erhålls cement , soda, kaliumklorid och aluminiumoxid från nefeliner och kalksten . Nepheline sintras med kalksten och produkten bearbetas för att extrahera aluminiumoxid , soda och kaliumoxid. Sedan, efter urlakning , används belitslammet för att producera cement [1] . Nefeliner är förknippade med avlagringar av apatit , från vilka uran utvinns , och titan-niob-malmer.

Som ett mineral

Trona , trinatriumvätedikarbonatdihydrat (Na 3 HCO 3 CO 3 2H 2 O) bryts i Turkiet . Eti Soda , som är en del av Ciner Holding -gruppen, utvecklar den rikaste tronafyndigheten i Beypazari nära Ankara . två miljoner ton soda utvanns från en fyndighet nära Ankara.

Den bryts också från några alkaliska sjöar som Lake Magadi i Kenya genom muddring. De varma saltkällorna fyller hela tiden på sjöns saltförråd, så så länge muddringstakten inte överstiger påfyllningsgraden är källan helt hållbar. Det bryts i flera områden i USA och tillhandahåller nästan all inhemsk konsumtion av natriumkarbonat. Stora naturliga fyndigheter som upptäcktes 1938, som den nära Green River, Wyoming, gjorde utvecklingen av trona som mineral mer ekonomisk än industriproduktion i Nordamerika.

Leblancs metod

1791 fick den franske kemisten Nicolas Leblanc patent på "Metod för att omvandla Glaubers salt till soda". Enligt denna metod bakas en blandning av natriumsulfat ("Glaubers salt"), krita eller kalksten ( kalciumkarbonat ) och träkol vid en temperatur av cirka 1000 ° C. Kol [13] reducerar natriumsulfat till sulfid:

Natriumsulfid reagerar med kalciumkarbonat:

Den resulterande smältan behandlas med vatten, medan natriumkarbonat går i lösning, kalciumsulfid filtreras bort, sedan avdunstas natriumkarbonatlösningen. Råsoda renas genom omkristallisation . Leblanc-processen producerar soda i form av ett kristallint hydrat (se ovan), så den resulterande sodan dehydreras genom kalcinering.

Natriumsulfat framställdes genom att behandla stensalt ( natriumklorid ) med svavelsyra :

Klorväte som frigjordes under reaktionen fångades delvis upp av vatten för att bilda saltsyra , men saltsyra i sig förblev den huvudsakliga källan till luftföroreningar.

Den första sodafabriken av denna typ i Ryssland grundades av industrimannen M. Prang och dök upp i Barnaul 1864 .

Efter tillkomsten av en mer ekonomisk (inga stora mängder biprodukt kalciumsulfid återstår) och teknisk Solvay-metod började anläggningar som arbetar enligt Leblanc-metoden stängas. År 1900 tillverkade 90 % av fabrikerna läsk med hjälp av Solvay-metoden, och de sista fabrikerna som använde Leblanc-metoden stängde i början av 1920-talet [14] [15] .

Industriell ammoniakmetod (Solvay-metoden)

1861 patenterade den belgiske kemiingenjören Ernest Solvay en metod för framställning av läsk, som används än idag [16] .

Ekvimolära mängder gasformig ammoniak och koldioxid leds in i en mättad lösning av natriumklorid , det vill säga som om ammoniumbikarbonat NH 4 HCO 3 infördes :

Den utfällda återstoden av lätt lösligt (9,6 g per 100 g vatten vid 20 ° C) natriumbikarbonat filtreras bort och kalcineras (dehydreras) genom upphettning till 140–160 ° C, medan det övergår i natriumkarbonat:

Den resulterande CO 2 återförs till produktionscykeln. Ammoniumklorid NH 4 Cl behandlas med kalciumhydroxid Ca (OH) 2 :

Den resulterande NH3 återförs också till produktionscykeln.

Det enda produktionsavfallet är alltså kalciumklorid .

Den första sodafabriken av denna typ i världen öppnades 1863 i Belgien ; Den första anläggningen av denna typ i Ryssland grundades i området i Uralstaden Berezniki av Lyubimov, Solvay och Co. 1883 [17] . Dess produktivitet var 20 tusen ton läsk per år.

Fram till nu är denna metod fortfarande den huvudsakliga metoden för att få läsk i alla länder.

Hou's way

Utvecklad av den kinesiske kemisten Hou Debang på 1930-talet. Skiljer sig från Solvay-processen genom att den inte använder kalciumhydroxid.

Enligt Howes metod tillförs koldioxid och ammoniak till en lösning av natriumklorid vid en temperatur av 40 grader. Det mindre lösliga natriumbikarbonatet fälls ut under reaktionen (som i Solvay-metoden). Därefter kyls lösningen till 10 grader. I detta fall faller ammoniumklorid ut och lösningen återanvänds för att producera nästa portioner soda.

Jämförelse av sätt

Enligt Howe-metoden bildas NH 4 Cl som en biprodukt istället för CaCl 2 enligt Solvay-metoden.

Solvay-processen utvecklades innan Haber-processen kom, på den tiden var ammoniak en bristvara, så det var nödvändigt att regenerera den från NH 4 Cl . Howes metod dök upp senare, behovet av ammoniakregenerering var inte längre så akut, respektive ammoniak kunde inte utvinnas, utan användas som kvävegödsel i form av en NH 4 Cl-förening.

NH 4 Cl innehåller dock klor, vars överskott är skadligt för många växter, så användningen av NH 4 Cl som gödningsmedel är begränsad. Ris tolererar i sin tur överskott av klor bra och i Kina, där NH 4 Cl används för risodling, är Hou-metoden, som producerar NH 4 Cl som en biprodukt, mer utbredd än i andra regioner.

För närvarande, i ett antal länder, produceras nästan allt konstgjort producerat natriumkarbonat med Solvay-metoden (inklusive Howe-metoden som en modifiering), nämligen i Europa 94 ​​% av den konstgjorda sodan, världen över - 84 % (2000) [18] .

Applikation

Tvåltillverkning och tillverkning av tvätt- och rengöringspulver ; emaljer för att få ultramarin . Det används också för avfettning av metaller och avsulfatering av masugnsråjärn . Natriumkarbonat är utgångsprodukten för att erhålla NaOH , Na 2 B 4 O 7 , Na 2 HPO 4 . Kan användas i cigarettfilter [19] .

Inom livsmedelsindustrin är natriumkarbonater registrerade som en livsmedelstillsats E500 , en surhetsreglerande medel, bakpulver som förhindrar klumpar och klumpar. Natriumkarbonat (soda, Na 2 CO 3 ) har koden 500i, natriumbikarbonat (bakpulver, NaHCO 3 ) - 500ii, deras blandning - 500iii.

En av de nyaste teknologierna för förbättrad oljeåtervinning är ASP flooding, som använder soda i kombination med ytaktiva ämnen för att minska gränsytspänningen mellan vatten och olja .

Inom fotografering används det som en del av utvecklare som ett accelererande medel [20] .

Det tillsätts oberoende av motorolja för att förhindra polymerisation. Koncentration 2 g per 1 liter olja.

Glasproduktion

Natriumkarbonat används i glasproduktion . Natriumkarbonat fungerar som ett flussmedel för kiseldioxid, vilket sänker smältpunkten för kiseldioxid från +2500 °C till +500 °C. Det resulterande glaset är lätt lösligt i vatten, så ytterligare ~10% kalciumkarbonat tillsätts till den smälta blandningen för att göra glaset olösligt.

Flask- och fönsterglas (soda-kalkglas) tillverkas genom att smälta dessa blandningar av natriumkarbonat, kalciumkarbonat och kvartssand (kiseldioxid (SiO 2 )). När komponenterna i blandningen värms upp sönderdelas karbonaterna till metalloxider (Na 2 O och CaO) och koldioxid (CO 2 ). Sålunda är natriumkarbonat traditionellt källan till natriumoxid . Sodaglas har varit den vanligaste formen av glas i århundraden [13] .

Minska vattnets hårdhet

Natriumkarbonat används för att mjuka upp vatten i ångpannor och generellt minska vattnets hårdhet . Hårt vatten innehåller lösta föreningar, vanligtvis kalcium- eller magnesiumföreningar. Natriumkarbonat används för att ta bort tillfällig och permanent vattenhårdhet. [21]

Natriumkarbonat är en vattenlöslig källa till karbonatjoner för magnesium Mg 2+ och kalcium Ca 2+ katjoner . Dessa joner bildar olösliga fasta fällningar när de behandlas med karbonatjoner:

På samma sätt mjuknar vatten eftersom det inte längre innehåller lösta kalcium- och magnesiumjoner. [21]

Säkerhet

Den högsta tillåtna koncentrationen av sodaaerosoler i luften i industrilokaler är 2 mg/m 3 [3] . Soda tillhör ämnen i den 3:e faroklassen. En aerosol av soda, om den kommer i kontakt med våt hud och slemhinnor i ögon och näsa, kan orsaka irritation och vid långvarig exponering - dermatit .

Triviala titlar

Soda är det vanliga namnet för tekniska natriumsalter av kolsyra .

  • Na 2 CO 3 (natriumkarbonat) - soda, tvättsoda
  • Na2CO3 10H2O ( natriumkarbonatdekahydrat , innehåller 62,5 % kristallvatten) - tvättsoda ; ibland tillgänglig som Na 2 CO 3 H 2 O eller Na 2 CO 3 7H 2 O
  • NaHCO 3 ( natriumbikarbonat ) - bakpulver, natriumbikarbonat, natriumbikarbonat

"Soda" på europeiska språk kommer förmodligen från det arabiska "suwwad" - det vanliga namnet för olika typer av saltört , växter, från askan som den bröts av under medeltiden; det finns andra versioner [22] . Soda (natriumkarbonat) kallas så eftersom för att få det från bikarbonat "bränns" det senare ( latin  calcinatio , från calx, liknande processen att bränna kalk ), det vill säga den bränns.

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 Mikhail Kolomiets, Lyubov Mikhailova. The Soda Ash Market: Status och prognoser  // The Chemical Journal: journal. - 2005. - November. - S. 28-32 . Arkiverad från originalet den 23 januari 2022.
  2. ↑ Pradyot, Patnaik. Handbok för oorganiska kemikalier. - 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 och A. H. Fiske (1914). "Om övergångstemperaturerna för övergångstemperaturerna för hydraterna av natriumkarbonat som fixpunkter i termometri" . Journal of the American Chemical Society . 36 (3): 485-490. DOI : 10.1021/ja02180a003 . Arkiverad från originalet 2020-06-14 . Hämtad 2021-10-22 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp )
  6. ↑ A. Pabst. På hydraterna av natriumkarbonat . Hämtad 22 oktober 2021. Arkiverad från originalet 3 november 2021.
  7. ↑ B. B. Namsaraev, D. D. Barkhutova. Sodasjöar i södra Transbaikalia - unika ekosystem  // Bulletin of the Buryat State University: Biology. Geografi: journal. - 2018. - Nr 1 . - S. 82-86 . - doi : 10.18101/2587-7143-2018-1-82-86 . Arkiverad från originalet den 12 november 2021.
  8. ↑ Jurij Konstantinov. Sodabehandling. Folkrecept Arkiverade 3 februari 2019 på Wayback Machine - Liter 2019 isbn 5040325053
  9. ↑ Soda Ash Statistics and Information (USGS) Arkiverad 13 november 2021 på Wayback Machine - Sammanfattning av mineralråvaror 2020 Arkiverad 13 juli 2020 på Wayback Machine
  10. ↑ Lazenby, Henry Amerikanska sodaproducenter strävar efter att ta fler marknadsandelar med renare fotavtryck  . Mining Weekly (26 juni 2014). Hämtad 22 augusti 2020. Arkiverad från originalet 20 november 2017.
  11. ↑ Barilla // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 86 volymer (82 volymer och ytterligare 4). - St Petersburg. 1890-1907.
  12. ↑ Hooper, Robert. Lexicon Medicum . - 1848. - London : Longman, 1802. - P. 1198-9.
  13. ↑ 1 2 Christian Thieme (2000), Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry , Weinheim: Wiley-VCH, ISBN 978-3527306732 , DOI 10.1002/14356007.a24_299 . 
  14. ↑ Clow, Archibald och Clow, Nan L. (1952). Chemical Revolution, (Ayer Co Pub, juni 1952), sid. 65–90. ISBN 0-8369-1909-2 .
  15. ↑ Kiefer, David M. (januari 2002). "Det handlade om alkali" . Dagens kemist på jobbet . 11 (1): 45-6. Arkiverad från originalet 2019-04-04 . Hämtad 2021-10-22 . Utfasad parameter används |deadlink=( hjälp )
  16. ↑ Global sodaindustri - framväxande dynamik - Bloggar - TV
  17. ↑ Historia om skapandet och utvecklingen av Berezniki-läskväxten Arkivkopia daterad 19 augusti 2019 på Wayback Machine , State Archive of the Perm Region, 1997
  18. ↑ WebCite-förfrågeresultat
  19. ↑ Patent för en uppfinning (otillgänglig länk) . Hämtad 6 oktober 2013. Arkiverad från originalet 8 juli 2014. 
  20. ↑ Gurlev, 1988 , sid. 298.
  21. ↑ 1 2 Arkiverad kopia . Hämtad 22 oktober 2021. Arkiverad från originalet 7 juli 2021.
  22. ↑ "Soda": En etymologisk "huvudvärk"? . Hämtad 6 februari 2019. Arkiverad från originalet 7 februari 2019.

Litteratur

  • Gurlev D.S. Handbook of photography (bearbetning av fotografiskt material). - K . : Technika, 1988.
  • Rukk N. S. Natriumkarbonat // Chemical Encyclopedia  : i 5 volymer / Kap. ed. I. L. Knunyants . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Koppar - Polymer. - S. 182. - 639 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-039-8 .

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger