Sooda | |||
---|---|---|---|
| |||
Kenraali | |||
Systemaattinen nimi |
Sooda | ||
Perinteiset nimet | sooda, natriumkarbonaatti; dekahydraatti - pesusooda | ||
Chem. kaava | Na 2CO 3 _ _ | ||
Fyysiset ominaisuudet | |||
Moolimassa | 105,99 g/ mol | ||
Tiheys | 2,53 g/cm³ | ||
Lämpöominaisuudet | |||
Lämpötila | |||
• sulaminen | 854 °C | ||
• hajoaminen | 1000°C | ||
Entalpia | |||
• koulutus | -1130,7 kJ/mol | ||
Kemiallisia ominaisuuksia | |||
Hapon dissosiaatiovakio | 10.33 | ||
Liukoisuus | |||
• vedessä 20 °C:ssa | 21,8 g/100 ml | ||
Luokitus | |||
Reg. CAS-numero | 497-19-8 | ||
PubChem | 10340 | ||
Reg. EINECS-numero | 207-838-8 | ||
Hymyilee | 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) ja E500 | ||
RTECS | VZ4050000 | ||
CHEBI | 29377 | ||
ChemSpider | 9916 | ||
Turvallisuus | |||
LD 50 | 4 g/kg (rotta, suun kautta) | ||
GHS-piktogrammit |
![]() |
||
NFPA 704 |
![]() |
||
Tiedot perustuvat standardiolosuhteisiin (25 °C, 100 kPa), ellei toisin mainita. | |||
Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa |
Natriumkarbonaatti (soodatuhka) on epäorgaaninen yhdiste , hiilihapon natriumsuola , jonka kemiallinen kaava on Na 2 CO 3 . Värittömiä kiteitä tai valkoista jauhetta, liukenee veteen. Sodatuhka on hygroskooppinen tuote; se imee vesihöyryä ja hiilidioksidia ilmasta muodostaen natriumbikarbonaatin happaman suolan ja paakkuuntuu, kun sitä säilytetään ulkona [1] . Ne tuottavat soodalaatua A (rakeistettua), luokkaa B (jauhettua) ja nefeliinimalmista ( GOST 10689-75 ) [1] .
Teollisuudessa sitä saadaan pääasiassa natriumkloridista Solvay-menetelmän mukaisesti. Sitä käytetään lasin valmistukseen, pesuaineiden valmistukseen, käytetään alumiinin saamiseksi bauksiitista ja öljynjalostukseen.
Se näyttää värittömiltä kiteiltä tai valkoisena jauheena. Sitä on useissa eri muunnelmissa: α-modifikaatio monokliinisellä kidehilalla muodostuu 350°C:n lämpötiloissa, sitten kun se kuumennetaan tämän lämpötilan yläpuolelle ja 479°C:een asti, se siirtyy β-modifikaatioon, joka myös on monokliininen kidehila. Natriumkarbonaattimonohydraatin Mohsin kovuus on 1,3 [2] Lämpötilan noustessa yli 479°C:een yhdisteessä tapahtuu γ-modifikaatio kuusikulmainen hila. Sulaa 854°C:ssa, yli 1000°C kuumennettaessa se hajoaa muodostaen natriumoksidia ja hiilidioksidia [3] [4] .
Natriumkarbonaatin kiteisiä hydraatteja on eri muodoissa: väritön monokliininen Na 2 CO 3 10H 2 O muuttuu 32,017 °C:ssa värittömäksi rombiseksi Na 2 CO 3 7H 2 O:ksi, jälkimmäinen kuumennettaessa 35,27 °C:seen, väritön muuttuu rombiseksi. Na 2 CO 3 H 2 O. Monohydraatti menettää vettä alueella 100–120 °C.
parametri | vedetön natriumkarbonaatti | dekahydraatti Na2CO310H2O _ _ _ _ _ |
---|---|---|
molekyylimassa | 105,99 amu | 286.14 amu |
Sulamislämpötila | 854 °C | 32 °C |
liukoisuus | liukenematon asetoniin ja hiilidisulfidiin ; niukkaliukoinen etanoliin ; liukenee hyvin glyseriiniin ja veteen | |
tiheys | 2,53 g/cm³ (20 °C:ssa) | 1,446 g/cm³ (17 °C:ssa) |
muodostumisen standardientalpia ΔH | −1131 kJ/mol (t) (297 K:ssa) | −4083,5 kJ/mol ((t) (297 K:ssa) |
Normaali Gibbsin muodostumisenergia G | −1047,5 kJ/mol (t) (297 K:ssa) | −3242,3 kJ/mol ((t) (297 K:ssa) |
koulutuksen standardientropia S | 136,4 J/mol K (t) (297 K:ssa) | |
standardi molaarinen lämpökapasiteetti C p | 109,2 J/mol K (g) (297 K:ssa) |
lämpötila , °C | 0 | kymmenen | kaksikymmentä | 25 | kolmekymmentä | 40 | viisikymmentä | 60 | 80 | 100 | 120 | 140 |
liukoisuus , 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 |
Vesiliuoksessa natriumkarbonaatti hydrolysoituu , mikä saa aikaan ympäristön alkalisen reaktion. Hydrolyysiyhtälö (ionisessa muodossa):
Hiilihapon ensimmäinen dissosiaatiovakio on 4,5⋅10 −7 . Kaikki hiilihappoa vahvemmat hapot syrjäyttävät sen reaktiossa natriumkarbonaatin kanssa. Koska hiilihappo on erittäin epästabiili, se hajoaa välittömästi vedeksi ja hiilidioksidiksi:
Natriumkarbonaatti voidaan eristää kolmena eri hydraattina ja vedettömänä suolana:
Dekahydraatti muodostuu vesiliuoksista, jotka kiteytyvät lämpötila-alueella -2,1 - +32,0 °C, heptahydraatti kapealla alueella 32,0 - 35,4 °C, ja tämän lämpötilan yläpuolella muodostuu monohydraatti . [5]
Kuivassa ilmassa dekahydraatti ja heptahydraatti menettävät vettä muodostaen monohydraattia. Muita hydraatteja on raportoitu, kuten 2,5 yksikköä vettä per yksikkö natriumkarbonaattia ("pentahemihydraatti"). [6]
Luonnossa soodaa löytyy joidenkin merilevien tuhkasta sekä mineraalien muodossa:
Nykyaikaiset mineraalisoodajärvet _tunnetaan Transbaikaliassa [7] ja Länsi-Siperiassa ; Lake Natron Tansaniassa ja Lake Searles Kaliforniassa ovat erittäin kuuluisia [8] . Trona , jolla on teollinen merkitys, löydettiin vuonna 1938 osana Green Riverin eoseenikerrosta ( Wyoming , USA ). Yhdessä valtaistuimen kanssa tästä sedimenttikerroksesta löydettiin monia aiemmin harvinaisina pidettyjä mineraaleja, mukaan lukien dawsoniitti , jota pidetään soodan ja alumiinioksidin tuotannon raaka-aineena . Yhdysvalloissa luonnonsoodaa louhii 4 yritystä Wyomingissa ja yksi Kaliforniassa, noin puolet viedään [9] . Noin neljännes maailmanlaajuisesti käytetystä soodasta tulee luonnollisista lähteistä, joista 90 % tulee Yhdysvalloista [10] .
1800-luvun alkuun asti natriumkarbonaattia saatiin pääasiassa joidenkin merilevien, rannikko- ja suolakasvien tuhkasta kiteyttämällä uudelleen suhteellisen huonosti liukenevaa NaHC03 : a lipeästä .
Joitakin halofyyttikasveja ja merileviä voidaan käsitellä natriumkarbonaatin raakamuodon tuottamiseksi. Tämä teollinen soodan lähde hallitsi Eurooppaa ja muita maita 1800-luvun alkuun asti.
Maakasvit (yleensä englantilaiset saltwort ) tai levät (yleensä Fucus-lajit ) kerättiin, kuivattiin ja poltettiin. Sitten tuhka "uutotettiin" (pestiin vedellä) alkalisen liuoksen muodostamiseksi. Tämä liuos keitettiin kuiviin lopullisen tuotteen luomiseksi, jota kutsuttiin "soodatuhkaksi"; tämä hyvin vanha nimi tulee arabian sanasta "Soda", jota puolestaan käytetään "suolasoodaan" - yhdestä monista viljelyyn korjatuista rannikkokasveista. " Barilla " on kaupallinen termi, jota käytetään rannikkoalueiden kasvien tai levien tuhkasta saadun natriumkarbonaatin tekniseen muotoon [11] . [12]
Natriumkarbonaatin pitoisuus kalsinoidussa soodassa vaihteli laajasti, 2–3 prosentista merilevästä johdetun muodon ("rakolevä") 30 prosenttiin Espanjan hienoimman suolajuuresta johdetun barillan osalta . Kalsinoidun soodan lähteet ja siihen liittyvä "kaliumlipeä" kasveista ja merilevästä muuttuivat yhä vähemmän riittäviksi 1700-luvun loppuun mennessä, ja kaupallisesti kannattavia tapoja syntetisoida soodaa ruokasuolasta ja muista yleisistä kemikaaleista alettiin etsiä. .
Venäläiset tutkijat ovat kehittäneet prosessin alumiinioksidin saamiseksi nefeliinirikasteesta , jonka ominaisuus on sivutuotteiden puuttuminen [1] . Jalostuksen aikana nefeliineistä ja kalkkikivestä saadaan sementtiä , soodaa, potaskaa ja alumiinioksidia . Nefeliini sintrataan kalkkikiven kanssa ja tuote käsitellään alumiinioksidin , soodan ja kaliumoksidin uuttamiseksi. Sitten liuottamisen jälkeen beliittilieteestä valmistetaan sementtiä [1] . Nefeliinit liittyvät apatiittiesiintymiin , joista uraania uutetaan , ja titaani-niobiummalmeihin.
Trona , trinatriumvetydikarbonaattidihydraatti (Na 3 HCO 3 CO 3 2H 2 O) louhitaan Turkissa . Ciner Holding -konserniin kuuluva Eti Soda kehittää rikkainta tronaesiintymää Beypazarissa lähellä Ankaraa . kaksi miljoonaa tonnia soodaa löydettiin Ankaran lähellä sijaitsevasta esiintymisestä.
Sitä louhitaan myös joistakin alkalisista järvistä, kuten Kenian Magadijärvestä ruoppauksella. Kuumat suolalähteet täydentävät jatkuvasti järven suolavarastoja, joten niin kauan kuin ruoppausnopeus ei ylitä täydennysmäärää, lähde on täysin kestävä. Sitä louhitaan useilla alueilla Yhdysvalloissa ja se tarjoaa lähes kaiken kotimaisen natriumkarbonaatin kulutuksen. Vuonna 1938 löydetyt suuret luonnonesiintymät, kuten Green Riverin lähellä Wyomingissa, teki tronan kehittämisestä mineraalina taloudellisempaa kuin teollisen tuotannon Pohjois-Amerikassa.
Vuonna 1791 ranskalainen kemisti Nicolas Leblanc sai patentin "Menetelmälle Glauberin suolan muuntamiseksi soodaksi ". Tämän menetelmän mukaan natriumsulfaatin ("Glauberin suola"), liidun tai kalkkikiven ( kalsiumkarbonaatti ) ja puuhiilen seos paistetaan noin 1000 ° C :n lämpötilassa. Hiili [13] pelkistää natriumsulfaatin sulfidiksi:
Natriumsulfidi reagoi kalsiumkarbonaatin kanssa:
Syntynyt sulate käsitellään vedellä, natriumkarbonaatin liukeneessa, kalsiumsulfidi suodatetaan pois, sitten natriumkarbonaattiliuos haihdutetaan. Raakasooda puhdistetaan uudelleenkiteyttämällä . Leblanc-prosessi tuottaa soodaa kiteisen hydraatin muodossa (katso edellä), joten tuloksena oleva sooda dehydratoidaan kalsinoinnin avulla.
Natriumsulfaatti valmistettiin käsittelemällä kivisuolaa ( natriumkloridia ) rikkihapolla :
Reaktion aikana vapautunut kloorivety vangittiin osittain veteen muodostaen suolahappoa , mutta kloorivetyhappo itse pysyi pääasiallisena ilmansaasteen lähteenä.
Ensimmäisen tämäntyyppisen soodatehtaan Venäjällä perusti teollisuusmies M. Prang, ja se ilmestyi Barnauliin vuonna 1864 .
Taloudellisemman (kalsiumsulfidin sivutuotteena ei jää suuria määriä) ja teknologisen Solvay-menetelmän käyttöönoton jälkeen Leblanc-menetelmän mukaan toimivat laitokset alkoivat sulkea. Vuoteen 1900 mennessä 90 % tehtaista tuotti soodaa Solvay-menetelmällä, ja viimeiset Leblanc-menetelmää käyttävät tehtaat suljettiin 1920-luvun alussa [14] [15] .
Vuonna 1861 belgialainen kemianinsinööri Ernest Solvay patentoi menetelmän soodan tuotantoon, jota käytetään edelleen [16] .
Ekvimolaariset määrät kaasumaista ammoniakkia ja hiilidioksidia johdetaan kyllästettyyn natriumkloridiliuokseen , toisin sanoen ikään kuin lisättäisiin ammoniumbikarbonaattia NH 4 HCO 3 :
Heikosti liukenevan (9,6 g/100 g vettä 20 °C:ssa) natriumbikarbonaatin saostunut jäännös suodatetaan pois ja kalsinoidaan (dehydratoidaan) kuumentamalla 140–160 °C:seen, samalla kun se muuttuu natriumkarbonaatiksi:
Syntynyt CO 2 palautetaan tuotantokiertoon. Ammoniumkloridi NH 4 Cl käsitellään kalsiumhydroksidilla Ca (OH) 2 :
Tuloksena oleva NH3 palautetaan myös tuotantosykliin.
Siten ainoa tuotantojäte on kalsiumkloridi .
Ensimmäinen tämäntyyppinen soodatehdas maailmassa avattiin vuonna 1863 Belgiassa ; Lyubimov, Solvay ja Co. perustivat ensimmäisen tämäntyyppisen tehtaan Venäjällä Uralin Bereznikin kaupungin alueelle vuonna 1883 [17] . Sen tuottavuus oli 20 tuhatta tonnia soodaa vuodessa.
Tähän asti tämä menetelmä on edelleen pääasiallinen menetelmä soodan saamiseksi kaikissa maissa.
Kiinalaisen kemistin Hou Debangin 1930-luvulla kehittämä. Se eroaa Solvay-prosessista siinä, että siinä ei käytetä kalsiumhydroksidia.
Howen menetelmän mukaan hiilidioksidia ja ammoniakkia syötetään natriumkloridiliuokseen 40 asteen lämpötilassa. Vähemmän liukeneva natriumbikarbonaatti saostuu reaktion aikana (kuten Solvayn menetelmässä). Sitten liuos jäähdytetään 10 asteeseen. Tässä tapauksessa ammoniumkloridi saostuu, ja liuosta käytetään uudelleen seuraavien sooda-annosten valmistukseen.
TapavertailuHowen menetelmän mukaan NH 4 Cl muodostuu sivutuotteena Solvayn menetelmän mukaisen CaCl 2 :n sijasta .
Solvay-prosessi kehitettiin ennen Haber-prosessin tuloa , tuolloin ammoniakkia oli pulaa, joten se oli tarpeen regeneroida NH 4 Cl :sta . Howen menetelmä ilmestyi myöhemmin, ammoniakin uudistamisen tarve ei ollut enää niin akuutti, vastaavasti, ammoniakkia ei voitu uuttaa, vaan sitä käytettiin typpilannoitteena NH 4 Cl -yhdisteen muodossa.
NH 4 Cl sisältää kuitenkin klooria, jonka ylimäärä on haitallista monille kasveille, joten NH 4 Cl:n käyttö lannoitteena on rajoitettua. Riisi puolestaan sietää hyvin ylimääräistä klooria, ja Kiinassa, jossa riisinviljelyyn käytetään NH 4 Cl:a, on NH 4 Cl:a sivutuotteena tuottava Hou-menetelmä yleisempää kuin muilla alueilla.
Tällä hetkellä useissa maissa lähes kaikki keinotekoisesti tuotettu natriumkarbonaatti tuotetaan Solvay-menetelmällä (mukaan lukien Howe-menetelmä muunneltuna), nimittäin Euroopassa 94 % keinotekoisesti tuotetusta soodasta, maailmanlaajuisesti 84 % (2000) [18] .
Saippuan valmistus ja pesu- ja puhdistusjauheiden valmistus ; emalit ultramariinin saamiseksi . Sitä käytetään myös metallien rasvanpoistoon ja masuuniharkkoraudan sulfaation poistamiseen . Natriumkarbonaatti on lähtötuote NaOH :n , Na 2 B 4 O 7 :n , Na 2 HPO 4 :n saamiseksi . Voidaan käyttää savukkeiden suodattimissa [19] .
Elintarviketeollisuudessa natriumkarbonaatit on rekisteröity elintarvikelisäaineeksi E500 , happamuudensäätöaineeksi, leivinjauheeksi, joka estää paakkuuntumisen ja paakkuuntumisen. Natriumkarbonaatin (soodatuhka, Na 2 CO 3 ) koodi on 500i, natriumbikarbonaatti (ruokasooda, NaHCO 3 ) - 500ii, niiden seos - 500iii.
Yksi uusimmista tekniikoista öljyn talteenoton tehostamiseksi on ASP-tulva, joka käyttää soodaa yhdessä pinta-aktiivisten aineiden kanssa vähentämään veden ja öljyn välistä rajapintajännitystä .
Valokuvauksessa sitä käytetään osana kehittimiä kiihdyttävänä aineena [20] .
Sitä lisätään itsenäisesti moottoriöljyyn polymeroitumisen estämiseksi. Pitoisuus 2 g / 1 litra öljyä.
Natriumkarbonaattia käytetään lasin valmistuksessa. Natriumkarbonaatti toimii piidioksidin juoksutteena alentaen piidioksidin sulamispisteen +2500 °C:sta +500 °C:seen. Tuloksena oleva lasi on lievästi veteen liukeneva, joten sulaan seokseen lisätään vielä ~10 % kalsiumkarbonaattia lasin tekemiseksi liukenemattomaksi.
Pullo- ja ikkunalasi (sooda-kalkkilasi) valmistetaan sulattamalla näitä natriumkarbonaatin, kalsiumkarbonaatin ja kvartsihiekan (piidioksidi (SiO 2 )) seoksia. Kun seoksen komponentteja kuumennetaan, karbonaatit hajoavat metallioksideiksi (Na 2 O ja CaO) ja hiilidioksidiksi (CO 2 ). Siten natriumkarbonaatti on perinteisesti natriumoksidin lähde . Sodalasi on ollut yleisin lasimuoto vuosisatojen ajan [13] .
Natriumkarbonaattia käytetään veden pehmentämiseen höyrykattiloissa ja yleensä veden kovuuden alentamiseen . Kova vesi sisältää liuenneita yhdisteitä, yleensä kalsium- tai magnesiumyhdisteitä. Natriumkarbonaattia käytetään väliaikaisen ja pysyvän veden kovuuden poistamiseen. [21]
Natriumkarbonaatti on vesiliukoinen karbonaatti-ionien lähde magnesium-Mg 2+ - ja kalsium Ca 2+ -kationeille . Nämä ionit muodostavat liukenemattomia kiinteitä saostumia, kun niitä käsitellään karbonaatti-ioneilla:
Samoin vesi pehmenee, koska se ei enää sisällä liuenneita kalsium- ja magnesiumioneja. [21]
Suurin sallittu soodaaerosolipitoisuus teollisuustilojen ilmassa on 2 mg/m 3 [3] . Sodatuhka kuuluu 3. vaaraluokan aineisiin. Sodan aerosoli, jos se joutuu kosketuksiin märän ihon sekä silmien ja nenän limakalvojen kanssa, voi aiheuttaa ärsytystä ja pitkäaikaisessa altistumisessa - ihotulehdusta .
Soda on hiilihapon teknisten natriumsuolojen yleinen nimi .
"Soda" eurooppalaisilla kielillä tulee luultavasti arabian sanasta "suwwad" - yleinen nimi erityyppisille suolajuurille , kasveille, joiden tuhkasta se louhittiin keskiajalla; on muitakin versioita [22] . Sodatuhkaa (natriumkarbonaattia) kutsutaan niin, koska sen saamiseksi bikarbonaatista jälkimmäinen "kalsinoidaan" ( latinaksi calcinatio , sanasta calx, samanlainen kuin kalkin polttoprosessi ), eli se kalsinoidaan.
![]() |
|
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |
Ravintolisät | |
---|---|
|
Valokuvausreagenssit | |||||
---|---|---|---|---|---|
Kehittyvät agentit |
| ||||
Anti-hunnut | |||||
pH:n säätelijät |
| ||||
Säilöntäaineet | |||||
Vedenpehmennysaineet | |||||
Valkaisuaineet | |||||
Kiinnityskomponentit | |||||
Väriä muodostavat komponentit |
| ||||
Väriainekomponentit | uranyylinitraatti | ||||
Vahvistimen komponentit | |||||
Herkkyyttä vähentävät aineet | |||||
Herkistävät aineet |