sód

Formuła strukturalna
${\ displaystyle \ mathrm {\ \! \ {\ Biggl [}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {\ \! \ {\ Biggr]}}}$
Ogólny
Nazwisko	Węglan sodu (bezwodny)
inne nazwy	Soda soda kalcynowana (prosty) węglan sodowy Węglan disodowy jako dekahydrat: soda krystaliczna lub soda mineralna E 500 WĘGLAN SODU ( INCI )
Formuła molekularna	Na 2 CO 3
Krótki opis	bezbarwny krystaliczny proszek
Identyfikatory zewnętrzne / bazy danych
numer CAS 497-19-8 (bezwodny) 24551-51-7 (ogólny hydrat) 5968-11-6 (monohydrat) 6132-02-1 (dekahydrat) Numer WE 207-838-8 Karta informacyjna ECHA 100.007.127 PubChem 10340 ChemSpider 9916 DrugBank DB09460 Wikidane Q190227
nieruchomości
Masa cząsteczkowa	105,99 g mol- 1
Stan fizyczny	naprawiony
gęstość	2,53 g cm- 3 (bezwodny) 2,25 g cm- 3 (monohydrat) 1,46 g cm- 3 (dekahydrat)
Temperatura topnienia	854 ° C
temperatura wrzenia	1600 ° C (rozkład)
rozpuszczalność	dobra w wodzie (217 g l -1 w 20 ° C)
instrukcje bezpieczeństwa
Oznakowanie zagrożeń GHS z  rozporządzenia (WE) nr 1272/2008 (CLP) , w razie potrzeby rozszerzone Uwaga Zwroty H i P H: 319 P: 260-305 + 351 + 338
Dane toksykologiczne	4090 mg kg- 1 ( LD 50 ,  szczur ,  doustnie )
Właściwości termodynamiczne
AH f 0	-1130,7 kJ/mol
W miarę możliwości i zwyczajowo stosowane są jednostki SI . O ile nie zaznaczono inaczej, podane dane dotyczą warunków standardowych .

Węglanu sodu (język techniczny, średnia język węglan sodu ) Na ₂ CO ₃ , bezwodny zwany również kalcynowano sodowy , czysty sodowy lub sody , jest sól z kwasem węglowym . Jako dodatek do żywności posiada skrót E 500i .

Występowanie

Występuje jako minerał Natrit w jeziorach sodowych w Egipcie , Turcji ( Jezioro Van ), Afryce Wschodniej (np. Jezioro Natron i inne jeziora szczeliny wschodnioafrykańskiej ), Kalifornii , Meksyku oraz jako Trona [Na (HCO ₃ ) · na ₂ CO ₃  · 2H ₂ o] w stanie Wyoming ( USA ), w Meksyku, Afryce Wschodniej i południowej Sahary .

Bezwodny węglan sodu przyjmuje Natrokarbonatyt -Vulkanen (np. Jak Ol Doinyo Lengai ) jako minerał Gregoryit w magmowym wcześniej, ale w kontakcie z wodą deszczową bardzo szybko przekształca się w sodę .

Historia produkcji sody

Początkowo naturalną sodę pozyskiwano z minerałów w słonych jeziorach, na przykład najbardziej znanej w Egipcie 4000 lat temu jako sodę oczyszczoną jako mieszaninę węglanu sodu i wodorowęglanu sodu , którego używano do produkcji szkła. Później sodę (zwaną też solą popiołową ) pozyskiwano poprzez kremację suszonych roślin ze słonych stepów lub z plaży (o szczególnie wysokiej zawartości sodu), zwłaszcza w rejonie Morza Śródziemnego. Proces przebiegał podobnie jak w przypadku potażu z roślin lądowych, ale w przypadku potażu zawierał głównie potas. Niektóre z najlepszych odmian pochodziły z Alicante i nosiły nazwę Barilla, która później została ogólnie przeniesiona do uprawy sody.

Rozwój sztucznej sody, zwłaszcza do produkcji mydła, rozpoczął się od analitycznego rozróżnienia między sodą a potażu , dokonaną przez Henri Louisa Duhamela du Monceau około 1730 r. Wykazał on również, że w zasadzie sodę można wytwarzać z soli kuchennej. Sól kuchenna była jednak zbyt droga jako surowiec i opodatkowana zbyt wysoko. Przeprowadzono dalsze badania nad odpowiednim procesem produkcyjnym. Duhamel wyprodukował już sól Glaubera (siarczan sodu) i wykazał, że można z niej zrobić sodę. Metodę udoskonalił Andreas Sigismund Marggraf w Berlinie. Karl Wilhelm Scheele uzyskał sodę w 1772 r. przez podgrzewanie solanki z tlenkiem ołowiu w niewielkich ilościach, która była już wykorzystywana przez niektórych producentów. W 1775 r. przyznano nagrodę Francuskiej Akademii Nauk za produkcję sody, aby zachęcić do zainteresowania się problemem (nie została wypłacona). W 1777 roku Joseph François Malherbe wykorzystał przemysłowo sól Glaubera we Francji do produkcji sody. Jean-Antoine Chaptal produkowany zgodnie z procesem w Montpellier (po 1780) i PL Athénas w Javier pod Paryżem. W 1789 r. Jean-Claude Delamétherie zasugerował rozpalenie soli Glaubera węglem drzewnym, potraktowanie wyniku kwasem octowym i zrobienie z niego sody, co nie było praktyczne, ale miało stymulujący wpływ na lekarza Nicolasa Leblanc'a , który pracował nad tym przez kilka lat. lat. Prawdziwy przełom nastąpił w 1789 r. wraz z procesem Leblanc . W 1791 otworzył fabrykę w imieniu księcia orleańskiego , ale owoców swego odkrycia został pozbawiony przez rewolucję francuską (popełnił zubożałe samobójstwo w 1806). Ponieważ współpracował z księciem Orleanu, proces został wywłaszczony wraz z nim, fabrykę zamknięto w 1794 r., a proces udostępniono bezpłatnie. W 1806 r. zbudowano w ten sposób pod Paryżem fabrykę sody, a w XIX w. wiele innych fabryk wkrótce zbudowano w ten sposób we Francji, Niemczech ( Hermania w Schönebeck koło Magdeburga w 1843 r., a wkrótce potem fabryka chemiczna Rhenania w Akwizgranie ) i Anglii . Fabryki dostarczały nie tylko sodę, ale także kwas solny, metale alkaliczne i chlor. W drugiej połowie XIX wieku został zastąpiony przez proces Solvaya rozwinięty w 1860 roku .

Wydobycie i produkcja

Produkcja sody według Leblanc jako proces etapu chemicznego (! edukuje ,! Produkty pośrednie ,! Produkty )

• Rozbijając naturalnie występujące minerały zawierające węglan sodu (patrz wyżej): Ze względu na różne zanieczyszczenia, wyjściowe minerały są rekrystalizowane przed transportem i dalszym użyciem, a następnie przekształcane w oczyszczoną, bezwodną sodę (np. za pomocą procesu Trona , nazwany od początkowego minerału o tej samej nazwie) .
• Zgodnie z procesem Leblanc (od 1791 r.): Techniczny chlorek sodu poddaje się reakcji z gorącym kwasem siarkowym w celu wytworzenia gazowego chlorowodoru i siarczanu sodu , który pozostaje jako „placek solny”, a w następnym etapie reaguje z węglanem wapnia i węglem, tworząc sód. węglan, dwutlenek węgla i siarczek wapnia . Po tym, jak ten proces produkcji węglanu sodu został zastąpiony procesem Solvaya , nie jest on już stosowany do dziś, ale nadal ma duże znaczenie historyczne, gdyż był to początek rozwoju przemysłu chemicznego na dużą skalę .

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ NaCl + \ H_ {2} SO_ {4} \ longrightarrow \ 2 \ HCl + \ Na_ {2} SO_ {4}}}$

${\ displaystyle \ mathrm {Na_ {2} SO_ {4} + \ CaCO_ {3} +2 \ C \ longrightarrow \ Na_ {2} CO_ {3} + \ CaS + 2 \ CO_ {2}}}$

Produkcja sody wg Solvay jako proces cyklu chemicznego (! edukuje ,! Produkty pośrednie ,! Produkty )

• Zgodnie z procesem Solvaya (również metodą amoniakalno-sodową, od 1863 r.): wprowadzenie amoniaku i dwutlenku węgla do nasyconego roztworu chlorku sodu i ogrzewanie powstałego wodorowęglanu sodu w piecu obrotowym .

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ NaCl + 2 \ CO_ {2} +2 \ NH_ {3} + 2H_ {2} O \ longrightarrow 2 \ NaHCO_ {3} +2 \ NH_ {4} Cl}}$

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ NaHCO_ {3} \ longrightarrow \ Na_ {2} CO_ {3} + \ H_ {2} O + \ CO_ {2}}}$

Powstały dwutlenek węgla i amoniak z reakcji chlorku amonu z tlenkiem wapnia lub wodorotlenkiem wapnia są zawracane do procesu, co czyni go bardzo ekonomicznym (a tym samym jest jednym z pierwszych procesów cyklu chemicznego praktykowanych na dużą skalę).

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ NH_ {4} Cl + \ CaO \ longrightarrow 2 \ NH_ {3} + \ CaCl_ {2} + \ H_ {2} O}}$

• Wprowadzenie dwutlenku węgla do sody kaustycznej (technicznie nieistotne):

${\ displaystyle \ mathrm {2 \ NaOH \ + CO_ {2} \ longrightarrow \ Na_ {2} CO_ {3} + \ H_ {2} O}}$

nieruchomości

Modyfikacje i hydraty

Zdjęcie mikroskopowe kryształów węglanu sodu

Węglan sodu jest polimorficzny , tzn. krystalizuje w różnych strukturach krystalicznych w zależności od ciśnienia i temperatury przy tym samym składzie chemicznym . Istnieje również hydraty , które zawierają krystaliczną wodę.

Bezwodny, Na ₂ CO ₃

Znany jako mineralny Natrit lub pod nazwą czystej lub sodę amoniakalną , biała substancja o temperaturze topnienia 854 ° C i gęstości 2,51 g / cm ³ . Tworzy się w temperaturach powyżej 107 ° C.

Monohydrat Na ₂ CO ₃  .H ₂ O

Znany jako mineralny termonatryt , powstaje z heptahydratu w temperaturach >35,4°C.

Heptahydrat, Na ₂ CO ₃  · 7 H ₂ O

Formy z dekahydratu w temperaturze powyżej 32,5°C.

Dekahydrat, Na ₂ CO ₃  · 10 H ₂ O

Znana jako soda mineralna lub znana jako soda krystaliczna , krystalizuje z nasyconych roztworów węglanu sodu w temperaturze poniżej 32,5°C (gęstość 1,45 g/cm ³ ).

Ponadto węglan sodu występuje w przyrodzie wraz z wodorowęglanem sodu lub węglanem wapnia w następujących minerałach:

Dwuwodzian, Na ₂ Ca (CO ₃ ) ₂  · 2 H ₂ O

Znany jako mineralny pirssonit .

Pentahydrat, Na ₂ Ca (CO ₃ ) ₂  · 5 H ₂ O

Znany jako mineralny gaylusyt lub pod nazwą natrokalcyt .

Wodorowęglan, Na (HCO ₃ ) • Na ₂ CO ₃  • 2 H ₂ O

Znany jako Mineralny Trona .

Właściwości chemiczne

Soda kalcynowana

Jako sól sodowa słabego kwasu węglowego reaguje z mocniejszymi kwasami tworząc dwutlenek węgla (pienienie). Węglan sodu rozpuszcza się w wodzie wraz z wydzielaniem ciepła ( ciepło hydratacji ). Powstaje silnie alkaliczny roztwór, ponieważ anion węglanowy reaguje jako zasada z protonem z równowagi dysocjacji wody rozpuszczalnika, tworząc jon wodorowęglanowy (HCO ₃ ^- ) i powstaje odpowiednio wysokie stężenie jonów wodorotlenowych :

${\ displaystyle \ mathrm {CO_ {3} ^ {2 -} + \ H_ {2} O \ leftrightharpuons \ HCO_ {3} ^ {-} + \ OH ^ {-}}}$

Równowaga dysocjacji jonu węglanowego w wodzie.

Zanim pojawiły się większe ilości wodorotlenku sodu , najważniejszą zasadą był węglan sodu, ponieważ rozpuszczony w wodzie zachowuje się jak mieszanina wodorowęglanu sodu i wodorotlenku sodu: Roztwór 50 g węglanu sodu na litr wody ma wartość pH 11,5 .

${\ displaystyle \ mathrm {Na_ {2} CO_ {3} + \ H_ {2} O \ longrightarrow \ NaHCO_ {3} + NaOH}}$

Reakcja węglanu sodu i wody.

Średnia entalpia tworzenia węglanu sodu wynosi Δ _F H ⁰ ₂₉₈  = -1131,7 kJ mol ^-1 The średnia entalpia swobodna tworzenia ΔG ⁰ ₂₉₈  = -1048,4 kJ mol ^-1 , a średnia molowa entropię S ⁰ ₂₉₈  = 136,1 J K- ¹ mol- ¹ .

składowanie

Soda krystaliczna musi być szczelnie zamknięta lub przechowywana w wilgotnej atmosferze, ponieważ w suchym powietrzu wydziela krystaliczną wodę i rozpada się na biały proszek.

I odwrotnie, trzeba kalcynować, tj. H. Przechowuj sodę bezwodną w suchej atmosferze, ponieważ łatwo wchłania wilgoć z powietrza - bez natychmiastowego wilgotnego wyglądu - i wraz z nią przekształca się w monohydrat Na ₂ CO ₃  · H ₂ O ( higroskopia ).

posługiwać się

Węglan sodu jest używany przez ludzi od dawna. Nawet starożytni Egipcjanie używali go do mumifikacji („Nitron”). Od czasów starożytnych był również używany jako środek czyszczący oraz do produkcji szkła. Obecnie węglan sodu jest wykorzystywany przez prawie wszystkie gałęzie przemysłu, co czyni go jednym z najbardziej wszechstronnych produktów chemicznych.

Węglan sodu jest stosowany w technologii żywności jako regulator kwasowości, środek rozsadzający lub nośnik . Wraz z wodorowęglanem sodu jest ogólnie zatwierdzony w UE jako dodatek do żywności pod numerem E 500 bez ograniczeń maksymalnej ilości ( quantum satis ) dla wszystkich środków spożywczych i może być również dodawany do żywności produkowanej ekologicznie zgodnie z rozporządzeniem WE dotyczącym rolnictwa ekologicznego .

W 1997 roku na całym świecie wyprodukowano około 39 milionów ton sody. W Niemczech wielkość rynku w 1999 roku wyniosła około 2,4 miliona ton. Największy udział sody konsumuje pięć następujących sektorów przemysłu:

• Przemysł szklarski wykorzystuje sodę jako surowiec do topienia szkła, co czyni go największym konsumentem sody. Soda działa jak topnik, który zapobiega jego krystalizacji w zestalającym się stopionym szkle, dzięki czemu szkło pozostaje amorficzne . Proporcja sody określa płynność stopu.
• Przemysł chemiczny wykorzystuje sodę do produkcji wybielaczy , boraksu , chromianów takich jak chromian sodu i dichromian sodu , farb , wypełniaczy , pomocniczych środków garbarskich , przemysłowych środków czyszczących , kriolitów , klejów i spoiw , węglanów metali , azotanu sodu , nadboranu , fosforanów sodu takich jak trifosforan pentasodu , krzemiany (szklanki wody), takie jak na przykład metakrzemianu sodu i pentahydratu ortokrzemian sodowy , siarczyn , Ultramarines , szkła wodnego i inne. Chemikalia jeden.
• W hutnictwie żelaza i stali soda wykorzystywana jest do odsiarczania surówki, żeliwa i stali oraz flotacji i topnika .
• W przemyśle detergentów i mydła , detergenty gruboziarniste i inne środki czyszczące są produkowane przy użyciu sody , a tłuszcze są zmydlane . Wcześniej soda była w tym celu kaustyzowana , re . H. poddana reakcji z tlenkiem lub wodorotlenkiem wapnia z wytworzeniem sody kaustycznej .
• W przemyśle papierniczym i celulozowym soda wykorzystywana jest do fermentacji, neutralizacji, czyszczenia i bielenia oraz do przetwarzania makulatury .

• Inne zastosowania:
  • Przemysł skórzany
  • Oczyszczanie wody
  • Wewnętrzne uzdatnianie wody zasilającej w kotłach parowych
  • Produkcja ceramiki i emalii
  • Przemysł włókienniczy
  • Odsiarczanie spalin
  • Substancja o mianie podstawowym według farmakopei
  • Detoksykacja środków nerwowych
  • Wzrost wartości pH w wodzie pitnej i na basenach („pH plus proszek” i granulat to zazwyczaj węglan sodu)
  • Dodatek do rozwiązań deweloperskich

linki internetowe

Indywidualne dowody

1. ↑ ^{a b c} węglan sodu, E 500 , W: Lebensmittellexikon.de
2. ↑ Wpis dotyczący E 500: Węglany sodu w europejskiej bazie danych dodatków do żywności, dostęp 11 sierpnia 2020 r.
3. ↑ Wpis dotyczący WĘGLANU SODU w bazie danych CosIng Komisji UE, dostęp 26 lutego 2020 r.
4. ↑ ^{b c d e f g} wejście na węglan sodu w bazie substancji GESTIS o w IFA , dostępnym w dniu 21 lutego 2017 r. (wymagany JavaScript)
5. ↑ ^{a b c d} Karta danych węglanu sodu (PDF) firmy Merck , dostęp 18 marca 2012 r.
6. ^ Ray E. Bolz: CRC Handbook of Tables for Applied Engineering Science . CRC Press, 1973, ISBN 978-0-8493-0252-7 , s. 482 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book). 
7. ↑ Wpis na węglanu sodu w wykazie klasyfikacji i oznakowania w Europejskiej Agencji Chemikaliów (ECHA), dostępne w dniu 1 lutego 2016 roku producenci lub dystrybutorzy mogą rozwinąć się zharmonizowanej klasyfikacji i oznakowania .
8. ↑ David R. Lide (red.): CRC Handbook of Chemistry and Physics . Wydanie 90. (Wersja internetowa: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton, FL, Standardowe właściwości termodynamiczne substancji chemicznych, s. 5-20.
9. ↑ Wyjaśnienie różnic między sodą a sodą oczyszczoną, dostęp w czerwcu 2016 r.
10. ↑ Otto Krätz , Początki chemii technicznej, w: Armin Hermann , Charlotte Schönbeck, Technologia i nauka, VDI Verlag 1991, s. 308.
11. ↑ Bernhard Neumann (red.), Podręcznik technologii chemicznej i metalurgii, tom 1, Springer 1939, s. 364.
12. ^ Arnold F. Holleman, Egon Wiberg: Podręcznik chemii nieorganicznej . Walter de Gruyter, 1995, ISBN 978-3-11-012641-9 , s. 1182 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book). 
13. ↑ ^{a b c} R. E. Dickerson, HB Gray, H.-W. Sighting, MY Darensbourg: „Principles of Chemistry”, Verlag Walter de Gruyter 1988, ISBN 9783110099690 , s. 976. ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce Google Book)
14. ^ Hermann Schelenz: Historia farmacji . wydawnictwo Springer. Berlin, Heidelberg. 1904. s. 41. ISBN 978-3-642-52552-0 .
15. ↑ Wejście na strumień. W: Rompp Online . Georg Thieme Verlag, dostęp 22 marca 2011 r.