Cdtrjyty

Карбонат натрия
	;
Общие
Систематическое; наименование	; Карбонат натрия
Традиционные названия	; кальцинированная сода, углекислый натрий
Хим. формула	; Na2CO3;
Физические свойства
Молярная масса	; 105,99 г/моль;
Плотность	; 2,53 г/см³;
Термические свойства
Т. плав.	; 852 °C;
Т. кип.	; 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;
PubChem	; 10340;
Рег. номер EINECS	; 207-838-8;
SMILES	; ; ; C(=O)([O-])[O-].[Na+].[Na+]; ;
InChI	; ; ; ; 1S/CH2O3.2Na/c2-1(3)4;;/h(H2,2,3,4);;/q;2*+1/p-2; CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L; ; ;
Кодекс Алиментариус	; E500(i);
RTECS	; VZ4050000;
ChEBI	; 29377;
ChemSpider	; 9916;
Безопасность
ЛД50;	; 4 г/кг (крысы, орально)
Пиктограммы СГС	; ;
NFPA 704	; ; ; 0; 1; 0; ;
	Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Карбона́т на́трия Na₂CO₃ (другие названия — кальцинированная сода) — химическое соединение, натриевая соль угольной кислоты.

Содержание

1 Тривиальные названия

2 Оксиды и гидроксиды

3 Нахождение в природе

4 Получение
- 4.1 Способ Леблана
- 4.2 Промышленный аммиачный способ (способ Сольве)
- 4.3 Способ Хоу
  - 4.3.1 Сравнение способов

5 Свойства

6 Безопасность

7 Применение

8 Примечания

9 Литература

Тривиальные названия |

Сода — общее название технических натриевых солей угольной кислоты.

Na₂CO₃ (карбонат натрия) — кальцинированная сода, бельевая 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) — пищевая сода, натрий двууглекислый (устар.), бикарбонат натрия

«Сода» в европейских языках происходит, вероятно, от арабского "suwwad" - общего названия различных видов солянок, растений, из золы которых её добывали в средние века; существуют и другие версии ^[1]. Кальцинированная сода (карбонат натрия) называется так потому, что для получения её из бикарбоната последний "кальцинируют" (лат. calcinatio, от calx, по сходству с процессом обжига извести), то есть прокаливают.

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 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^[2]. 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, прибрежных и солончаковых растений путём перекристаллизации относительно малорастворимого NaHCO₃ из щёлока.

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:

{displaystyle {mathsf {Na_{2}SO_{4}+2Crightarrow Na_{2}S+2CO_{2}}}}

Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция:

{displaystyle {mathsf {Na_{2}S+CaCO_{3}rightarrow Na_{2}CO_{3}+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:

{mathsf {2NaCl+H_{2}SO_{4}rightarrow Na_{2}SO_{4}+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 году 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:

{displaystyle {mathsf {NH_{3}+CO_{2}+H_{2}O+NaClrightarrow NaHCO_{3}+NH_{4}Cl}}}

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:

{displaystyle {mathsf {2NaHCO_{3}{xrightarrow[{}]{^{o}t}}Na_{2}CO_{3}+H_{2}O+CO_{2}uparrow }}}

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

{displaystyle {mathsf {2NH_{4}Cl+Ca(OH)_{2}rightarrow CaCl_{2}+2NH_{3}+2H_{2}O}}}

Полученный NH₃ также возвращают в производственный цикл.

Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция.

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 отказала фирме Solvay в покупке этого завода, разрешив покупку группе Башкирская химия (ей также принадлежит завод Сода).^{[источник не указан 2535 дней]}

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)^[3].

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. В интервале 100-120 °C моногидрат теряет воду. Плавится при 852 °C.

Безводный карбонат натрия представляет собой бесцветный 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, малорастворим в этаноле, хорошо растворим в глицерине и воде
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 C_p	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):

{displaystyle {mathsf {CO_{3}^{2-}+H_{2}Orightleftarrows HCO_{3}^{-}+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:

{displaystyle {mathsf {Na_{2}CO_{3}+H_{2}SO_{4}rightarrow Na_{2}SO_{4}+H_{2}O+CO_{2}uparrow }}}

Безопасность |

Кальцинированная сода относится к веществам 3-го класса опасности. Аэрозоль кальцинированной соды при попадании на влажную кожу и слизистые оболочки глаз и носа может вызвать раздражение, а при длительном воздействии ее – дерматит. Предельно допустимая концентрация аэрозоли кальцинированной соды в воздухе производственных помещений - 2 мг/м³.

Применение |

.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты{background:#f8f9fa;border:1px solid #a2a9b1;clear:right;float:right;font-size:90%;margin:0 0 1em 1em;padding:.5em .75em}.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты th,.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты td{padding:.25em 0;vertical-align:middle}.mw-parser-output .ts-Родственные_проекты td{padding-left:.5em}

	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 уменьшения жёсткости воды, для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна. Карбонат натрия — исходный продукт для получения NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄. Может использоваться в сигаретных фильтрах^[4].

В пищевой промышленности карбонаты натрия зарегистрированы в качестве пищевой добавки E500, — регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию. Карбонат натрия (кальцинированная сода, Na₂CO₃) имеет код 500i, гидрокарбонат натрия (пищевая сода, NaHCO₃) — 500ii, их смесь — 500iii.

Одна из новейших технологий повышения нефтеотдачи пластов — АСП заводнение, в котором применяется сода в сочетании с ПАВ для снижения межфазного натяжения между водой и нефтью

Также используется для приготовления фотографических проявителей как ускоряющее средство^[5].

Самостоятельно добавляется в моторное масло для предотвращения полимеризации. Концентрация 2 г на 1л масла.

Примечания |

↑ “Soda”: An etymological “headache”?

↑ https://books.google.ru/books?id=p4p0DQAAQBAJ&pg=PT5&lpg=PT5&dq=%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE+%D0%A1%D0%B8%D1%80%D0%BB%D1%81+%D0%B2+%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B8.&source=bl&ots=L9JFwBw9I9&sig=ACfU3U2QQGTyDReRRJ-TMQ-NJhbBAPIq-w&hl=ru&sa=X&ved=2ahUKEwj-oubK_5zgAhUKKywKHQzTC8oQ6AEwBXoECAMQAQ#v=onepage&q=%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE%20%D0%A1%D0%B8%D1%80%D0%BB%D1%81%20%D0%B2%20%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B8.&f=false

↑ WebCite query result

↑ Патент на изобретение

↑ Гурлев, 1988, с. 298.

Литература |

Гурлев Д.С. Справочник по фотографии (обработка фотоматериалов). — К.: Тэхника, 1988.

ГОСТ 5100-85 Сода кальцинированная техническая. Технические условия (с Изменением N 1)

[Сода._Этимология.-1] “Soda”: An etymological “headache”?

[2] ttps://books.google.ru/books?id=p4p0DQAAQBAJ&pg=PT5&lpg=PT5&dq=%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE+%D0%A1%D0%B8%D1%80%D0%BB%D1%81+%D0%B2+%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B8.&source=bl&ots=L9JFwBw9I9&sig=ACfU3U2QQGTyDReRRJ-TMQ-NJhbBAPIq-w&hl=ru&sa=X&ved=2ahUKEwj-oubK_5zgAhUKKywKHQzTC8oQ6AEwBXoECAMQAQ#v=onepage&q=%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE%20%D0%A1%D0%B8%D1%80%D0%BB%D1%81%20%D0%B2%20%D0%9A%D0%B0%D0%BB%D0%B8%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BD%D0%B8%D0%B8.&f=false

[3] WebCite query result

[4] Патент на изобретение

[_1e4ac4f19483faf0-5] Гурлев, 1988, с. 298.

搜尋此網誌