Карбонат натрия | это... Что такое Карбонат натрия? (original) (raw)

Карбонат натрия


Общие
Систематическое наименование	динатрий триоксокарбонат[1]
Традиционные названия	кальцинированная сода, углекислый натрий
Химическая формула	Na2C O3
Физические свойства
Отн. молек. масса	106 а. е. м.
Молярная масса	105,99 г/моль
Плотность	2,53 г/см³
Термические свойства
Температура плавления	852 °C
Температура кипения	1600 °C
Химические свойства
pKa	10,33
Растворимость в воде при 20 °C	21,8 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	497-19-8
Рег. номер EINECS	207-838-8

Карбона́т на́трия Na2C O3 — химическое соединение, натриевая соль угольной кислоты.

Тривиальные названия

Сода — общее название технических натриевых солей угольной кислоты.

Na2CO3 (карбонат натрия) — кальцинированная сода
Na2CO3·10H2O (декагидрат карбоната натрия, содержит 62,5 % кристаллизационной воды) — стиральная сода; иногда выпускается в виде Na2CO3·H2O или Na2CO3·7H2O
NaHCO3 (гидрокарбонат натрия) — питьевая сода, натрий двууглекислый, бикарбонат натрия

Название «сода» происходит от растения Salsola Soda, из золы которого её добывали. Кальцинированной соду называли потому, что для получения её из кристаллогидрата приходилось его кальцинировать (то есть нагревать до высокой температуры).

Каустической содой называют гидроксид натрия (NaOH).

Оксиды и гидроксиды

Вид	Для Na	Для С
Гидроксид	NaOH	H2CO3
Оксид	Na2O	CO2

Нахождение в природе

В природе сода встречается в золе некоторых морских водорослей, а также в виде следующих минералов:

нахколит NaHCO3
трона Na2CO3·NaHCO3·2H2O
натрит (сода) Na2CO3·10H2O
термонатрит Na2CO3·Н2O.

Современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Сирлс в Калифорнии. Трона, имеющая промышленное значение, открыта в 1938 в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Вайоминг, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит, который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США природная сода удовлетворяет более 40 % потребности страны в этом полезном ископаемом.

Получение

До начала XIX века карбонат натрия получали преимущественно из золы некоторых морских водорослей и прибрежных растений.

Способ Леблана

В 1791 году французский химик Никола Леблан получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду». По этому способу при температуре около 1000 °C запекается смесь сульфата натрия («глауберовой соли»), мела или известняка (карбоната кальция) и древесного угля. Уголь восстанавливает сульфат натрия до сульфида:

Na2SO4 + 2C → Na2S + 2CO2↑.

Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция:

Na2S + СаСО3 → Na2CO3 + CaS.

Полученный расплав обрабатывают водой, при этом карбонат натрия переходит в раствор, сульфид кальция отфильтровывают, затем раствор карбоната натрия упаривают. Сырую соду очищают перекристаллизацией. Процесс Леблана даёт соду в виде кристаллогидрата (см. выше), поэтому полученную соду обезвоживают кальцинированием.

Сульфат натрия получали обработкой каменной соли (хлорида натрия) серной кислотой:

2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl↑.

Выделявшийся в ходе реакции хлороводород улавливали водой с получением соляной кислоты.

Первый содовый завод такого типа в России был основан промышленником М. Прангом и появился в Барнауле в 1864 году.

После появления более экономичного (не остаётся в больших количествах побочный сульфид кальция) и технологичного способа Сольве, заводы, работающие по способу Леблана, стали закрываться. К 1900 90 % предприятий производили соду по методу Сольве, а последние фабрики, работающие по методу Леблана закрылись в начале 1920-х.

Промышленный аммиачный способ (способ Сольве)

Карбонат натрия

В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день.

В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода, то есть как бы вводят гидрокарбонат аммония NH4HCO3:

NH3 + CO2 + H2O + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl.

Выпавший остаток малорастворимого (9,6 г на 100 г воды при 20 °C) гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140—160 °C, при этом он переходит в карбонат натрия:

2NaHCO3 →(t) Na2CO3 + CO2↑ + H2O.

Образовавшийся CO2 возвращают в производственный цикл. Хлорид аммония NH4Cl обрабатывают гидроксидом кальция Ca(OH)2:

2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3↑ + 2H2O,

и полученный NH3 также возвращают в производственный цикл.

Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция, не имеющий широкого промышленного применения, кроме использования в качестве противообледеняющего реагента для посыпания улиц.

Первый содовый завод такого типа в мире был открыт в 1863 в Бельгии; первый завод такого типа в России был основан в районе уральского города Березники фирмой «Любимов, Сольве и Ко» в 1883 году. Его производительность составляла 20 тысяч тонн соды в год. В 2010 году ФАС России отказал фирме Solvay в покупке этого завода, разрешив покупку группе Башкирская химия (ей также принадлежит завод Сода).[источник не указан 293 дня]

До сих пор этот способ остаётся основным способом получения соды во всех странах.

Способ Хоу

Разработан китайским химиком Хоу (Hou Debang) в 1930-х годах. Отличается от процесса Сольве тем, что не использует гидроксид кальция.

По способу Хоу в раствор хлорида натрия при температуре 40 градусов подается диоксид углерода и аммиак. Менее растворимый гидрокарбонат натрия в ходе реакции выпадает в осадок (как и в методе Сольве). Затем раствор охлаждают до 10 градусов. При этом выпадает в осадок хлорид аммония, а раствор используют повторно для производства следующих порций соды.

Сравнение способов

По методу Хоу в качестве побочного продукта образуется NH4Cl вместо CaCl2 по методу Сольве.

Способ Сольве был разработан до появления процесса Габера, в то время аммиак был в дефиците, поэтому регенерировать его из NH4Cl было необходимо. Метод Хоу появился позже, необходимость регенерации аммиака уже не стояла так остро, соответственно, аммиак можно было не извлекать, а использовать его как азотное удобрение в виде соединения NH4Cl.

Тем не менее NH4Cl содержит хлор, избыток которого вреден для многих растений, поэтому использование NH4Cl в качестве удобрения ограничено. В свою очередь рис хорошо переносит избыток хлора, и в Китае, где применяется NH4Cl для рисоводства, метод Хоу, дающий NH4Cl в качестве побочного продукта, более широко представлен по сравнению с другими регионами.

В настоящее время в ряде стран практически весь искусственно производящийся карбонат натрия вырабатывается по методу Сольве (включая метод Хоу как модификацию), а именно в Европе 94 % искусственно производимой соды, во всем мире — 84 % (2000 год)[2].

Свойства

Кристаллогидраты карбоната натрия существуют в разных формах: бесцветный моноклинный Na2CO3·10H2O, при 32,017 °C переходит в бесцветный ромбический Na2CO3·7H2O, последний при нагревании до 35,27 °C бесцветный переходит в ромбический Na2CO3·H2O.

Безводный карбонат натрия представляет собой бесцветный кристаллический порошок.

Свойства карбоната натрия

Параметр	Безводный карбонат натрия	Декагидрат Na2CO3·10H2O
Молекулярная масса	105,99 а. е. м.	286,14 а. е. м.
Температура плавления	852 °C (по другим источникам, 853 °C)	32 °C
Растворимость	Не растворим в ацетоне, и сероуглероде, мало растворим в этаноле хорошо растворим в глицерине, и воде (см. таблицу ниже)	растворим в воде, не растворим в этаноле
Плотность ρ	2,53 г/см³ (при 20 °C)	1,446 г/см³ (при 17 °C)
Стандартная энтальпия образования ΔH	−1131 кДж/моль (т) (при 297 К)	−4083,5 кДж/моль ((т) (при 297 К)
Стандартная энергия Гиббса образования G	−1047,5 кДж/моль (т) (при 297 К)	−3242,3 кДж/моль ((т) (при 297 К)
Стандартная энтропия образования S	136,4 Дж/моль·K (т) (при 297 К)
Стандартная мольная теплоёмкость Cp	109,2 Дж/моль·K (жг) (при 297 К)

Растворимость карбоната натрия в воде

Температура, °C	0	10	20	25	30	40	50	60	80	100	120	140
Растворимость, г Na2CO3 на 100 г H2O	7	12,2	21,8	29,4	39,7	48,8	47,3	46,4	45,1	44,7	42,7	39,3

В водном растворе карбонат натрия гидролизуется, что обеспечивает щелочную реакцию среды. Уравнение гидролиза (в ионной форме):

CO32− + H2O ↔ HCO3− + OH−

Первая константа диссоциации угольной кислоты равна 4,5·10−7. Все кислоты, более сильные, чем угольная, вытесняют её в реакции с карбонатом натрия. Так как угольная кислота крайне нестойкая, она тут же разлагается на воду и углекислый газ:

Na2CO3 + H2SO4 → Na2SO4 + CO2↑ + H2O

Применение

	Карбонат натрия на Викискладе?

Карбонат натрия используют в стекольном производстве, мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков, эмалей, для получения ультрамарина. Также он применяется для смягчения воды паровых котлов и вообще устранения жёсткости воды, для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна. Карбонат натрия — исходный продукт для получения NaOH, Na2B4O7, Na2HPO4. Карбонат натрия (кальцинированная сода) Название и функция вещества:

Карбонат натрия (кальцинированная сода) — регулятор кислотности; окислитель. Имеется в составе жидкости для мытья посуды, сигарет, пестицидов.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E500, регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию.

Примечания

Растворимость кислот, оснований и солей в воде
H+ Li+ K+ Na+ NH4+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Al3+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+ Mn2+ Zn2+ Ag+ Hg2+ Hg22+ Pb2+ Sn2+ Cu+ Cu2+ OH− P P P — P М Н М Н Н Н — Н Н Н Н Н — — Н Н Н Н F− P Н P P Р М Н Н М Р Н Н Н Р Р М Р Р М М Н Р Н Р Cl− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р Н М — Н Р Br− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М Н М Р H Р I− P P P P Р Р Р Р Р Р ? Р — Р Р Р Р Н Н Н Н М Н — S2− P P P P — Р М Н Р — — Н — Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н SO32− P P P P Р М М М Н ? ? М ? Н Н Н М Н Н Н Н ? Н ? SO42− P P P P Р Н М Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М — Н Н Р Р Р NO3− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р — Р — Р Р NO2− P P P P Р Р Р Р Р ? ? ? ? Р М ? ? М ? ? ? ? ? ? PO43− P Н P P — Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ? Н Н Н Н CO32− М Р P P Р Н Н Н Н — — Н — Н Н — Н Н — Н — — ? — CH3COO− P Р P P Р Р Р Р Р — Р Р — Р Р Р Р Р Р М Р — Р Р CN− P Р P P Р Р Р Р Р ? Н Н — Н Н Н Н Н Р Н Р — — Н SiO32− H Н P P ? Н Н Н Н ? ? Н ? ? ? Н Н ? ? ? Н ? ? ?

Растворимость кислот, оснований и солей в воде

H+ Li+ K+ Na+ NH4+ Ba2+ Ca2+ Mg2+ Sr2+ Al3+ Cr3+ Fe2+ Fe3+ Ni2+ Co2+ Mn2+ Zn2+ Ag+ Hg2+ Hg22+ Pb2+ Sn2+ Cu+ Cu2+ OH− P P P — P М Н М Н Н Н — Н Н Н Н Н — — Н Н Н Н F− P Н P P Р М Н Н М Р Н Н Н Р Р М Р Р М М Н Р Н Р Cl− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н Р Н М — Н Р Br− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Н М Н М Р H Р I− P P P P Р Р Р Р Р Р ? Р — Р Р Р Р Н Н Н Н М Н — S2− P P P P — Р М Н Р — — Н — Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н SO32− P P P P Р М М М Н ? ? М ? Н Н Н М Н Н Н Н ? Н ? SO42− P P P P Р Н М Р Н Р Р Р Р Р Р Р Р М — Н Н Р Р Р NO3− P P P P Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р Р — Р — Р Р NO2− P P P P Р Р Р Р Р ? ? ? ? Р М ? ? М ? ? ? ? ? ? PO43− P Н P P — Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н Н ? Н Н Н Н CO32− М Р P P Р Н Н Н Н — — Н — Н Н — Н Н — Н — — ? — CH3COO− P Р P P Р Р Р Р Р — Р Р — Р Р Р Р Р Р М Р — Р Р CN− P Р P P Р Р Р Р Р ? Н Н — Н Н Н Н Н Р Н Р — — Н SiO32− H Н P P ? Н Н Н Н ? ? Н ? ? ? Н Н ? ? ? Н ? ? ?

Соединения натрия
Азид натрия (NaN3) • Альгинат натрия • Алюминат натрия (NaAlO2) • Амид натрия (NaNH2) • Арсенат натрия (Na3AsO4) • Бензилнатрий (NaCH2C6H5) • Бензоат натрия (NaC6H5CO2) • Борогидрид натрия (NaBH4) • Бромат натрия (NaBrO3) • Бромид натрия (NaBr) • Висмутат натрия (NaBiO3) • Вольфрамат натрия (Na2WO4) • Гексагидроксостаннат(IV) натрия (Na2[Sn(OH)6]) • Гексагидроксохромат (III) натрия (Na3[Сr(OH)6]) • Гексанитрокобальтат(III) натрия (Na3[Co(NO2)6]) • Гексафтороалюминат натрия (Na3[AlF6]) • Гексафторосиликат натрия (Na2[SiF6]) • Гексафторостибат натрия (Na[SbF6]) • Гексафторофосфат(V) натрия (Na[PF6]) • Гексахлороиридат(III) натрия (Na3[IrCl6]) • Гексахлорородат(III) натрия (Na3[RhCl6]) • Германат натрия (Na2GeO3) • Гидрид натрия (NaH) • Гидрокарбонат натрия (NaHCO3) • Гидроксид натрия (NaOH) • Гидросульфат натрия (NaHSO4) • Гидросульфид натрия (NaHS) • Гидросульфит натрия (NaHSO3) • Гидрофосфат натрия (Na2HPO4) • Гипонитрит натрия (Na2N2O2) • Гипофосфит натрия (Na(PH2O2)) • Гипохлорит натрия (NaOCl) • Глутамат натрия (C5H8NNaO4) • Дигидропирофосфат натрия (Na2H2P2O7) • Дигидроортопериодат натрия (Na3H2IO6) • Дигидрофосфат натрия (NaH2PO4) • Диоксоферрат(III) натрия (NaFeO2) • Дитионат натрия (Na2S2O6) • Дитионит натрия (Na2S2O4) • Дихромат натрия (Na2Cr2O7) • Диэтилдитиокарбамат натрия (C5H10NS2Na) • Инозинат натрия (C10H11N2Na2O8P) • Иодат натрия (NaIO3) • Иодид натрия (NaI) • Карбонат натрия (Na2CO3) • Лаурилсульфат натрия (C12H25SO4Na) • Метаарсенит натрия (NaAsO2) • Метаборат натрия (NaBO2) • Метаванадат натрия (NaVO3) • Метадисульфит натрия (Na2S2O5) • Метасиликат натрия (Na2SiO3) • Метафосфат натрия (NaPO3) • Надпероксид натрия (NaO2) • Нитрат натрия (NaNO3) • Нитрид натрия (Na3N) • Нитрит натрия (NaNO2) • Нонагидридоренат(VII) натрия (Na2[ReH9]) • Оксид натрия (Na2O) • Ортованадат натрия (Na3VO4) • Ортосиликат натрия (Na4SiO4) • Ортотеллурат натрия (Na6TeO6) • Ортофосфат натрия (Na3PO4) • Пентаборат натрия (NaB5O8) • Периодат натрия (NaIO4) • Перманганат натрия (NaMnO4) • Пероксид натрия (Na2O2) • Перосмат натрия (Na2[OsO2(OH)4]) • Пиросульфат натрия (Na2S2O7) • Пирофосфат натрия (Na4P2O7) • Полисульфид натрия (Na2Sn) • Сегнетова соль (KNaC4H4O6•4H2O) • Селенат натрия (Na2SeO4) • Селенид натрия (Na2Se) • Селенит натрия (Na2SeO3) • Тиоантимонат натрия (Na3[SbS4]•9H2O) • Сульфат натрия (Na2SO4) • Сульфид натрия (Na2S) • Сульфит натрия (Na2SO3) • Тартрат натрия (Na2C4H4O6) • Теллурит натрия (Na2TeO3) • Теллурид натрия (Na2Te) • Тетраборат натрия (Na2B4O7) • Тетрагидроксоцинкат(II) натрия (Na2[Zn(OH)4]) • Тетраоксоманганат(V) натрия (Na3MnO4) • Тетратиоарсенат натрия (Na3[AsS4]) • Тиосульфат натрия (Na2S2O3) • Тиоцианат натрия (NaSCN) • Тритиостибат натрия (Na3[SbS3]) • Трифосфат натрия (Na5P3O10) • Фенилнатрий (NaC6H5) • Формиат натрия (HCOONa) • Фосфид натрия (Na3P) • Фосфит натрия (Na2(PHO2)) • Фторид натрия (NaF) • Хлорид натрия (NaCl) • Хлорат натрия (NaClO3) • Хлорит натрия (NaClO2) • Цианат натрия (NaNCO) • Этилнатрий (NaC2H5)

Соединения натрия

Пищевые добавки
Пищевые красители E1xx \| Консерванты E2xx	Антиокислители и регуляторы кислотности E3xx	Стабилизаторы, загустители и эмульгаторы E4xx	Регуляторы рН и вещества против слёживания E5xx	Усилители вкуса и аромата, ароматизаторы E6xx	Антибиотики E7xx	Резерв E8xx	Прочие E9xx	Дополнительные вещества E1xxx Прочие: Воск (E900—909) • Глазурь (E910—919) • Восстановитель (E920—929) • Газ для упаковки (E930—949) • Заменители сахара (E950—969) • Вспениватель (E990—999)