Карбонат натрію

Сода - загальна назва технічних натрієвих солей вугільної кислоти.

• Na₂CO₃ (карбонат натрію) – кальцинована сода
• Na₂CO₃·10H₂O (декагідрат карбонату натрію, містить 62,5% кристалізаційної води) - пральна сода;₂CO₃·H₂O або Na₂CO₃·7H₂O
• NaHCO₃ (гідрокарбонат натрію) - питна сода, натрій двовуглекислий, бікарбонат натрію

Назва «сода» походить від рослини Salsola Soda, із золи якої її видобували.

Каустичною содою називають гідроксид натрію (NaOH).

Оксиди та гідроксиди

Знаходження у природі

У природі сода зустрічається у золі деяких морських водоростей, а також у вигляді наступних мінералів:

Сучасні содові озера відомі в Забайкаллі і в Західному Сибіру; цієї осадової товщі виявлено багато раніше вважалися рідкісними мінералів, у тому числі давсоніт, який розглядається як сировина для одержання соди та глинозему.

Отримання

До початку XIX століття карбонат натрію отримували переважно із золи деяких морських водоростей та прибережних рослин.

Спосіб Леблана

У 1791 році французький хімік Нікола Леблан отримав патент на «Спосіб перетворення глауберової солі на соду».За цим способом при температурі близько 1000 °C запікається суміш сульфату натрію («глауберової солі»), крейди або вапняку (карбонату кальцію) і вугілля відновлює вугілля.

Сульфід натрію реагує з карбонатом кальцію:

Отриманий розплав обробляють водою, при цьому карбонат натрію переходить в розчин, сульфід кальцію відфільтровують, потім розчин карбонату натрію упарюють.

Сульфат натрію отримували обробкою кам'яної солі (хлориду натрію) сірчаною кислотою:

хлороводень, що виділявся в ході реакції, вловлювали водою з отриманням соляної кислоти.

Перший содовий завод такого типу в Росії був заснований промисловцем М. Пранг і з'явився в Барнаулі в 1864 році.

Після появи більш економічного (не залишається у великих кількостях побічний сульфід кальцію) і технологічного способу Сольве, заводи, що працюють за способом Леблану, стали закриватися. на початку 1920-х.

Промисловий аміачний спосіб (спосіб Сольве)

1861 року бельгійський інженер-хімік Ернест Сольве запатентував метод виробництва соди, який використовується і донині.

У насичений розчин хлориду натрію пропускають еквімолярні кількості газоподібних аміаку та діоксиду вуглецю, тобто як би вводять гідрокарбонат амонію NH₄HCO₃:

Залишок малорозчинного (9,6 г на 100 г води при 20 °C) гідрокарбонату натрію відфільтровують і кальцинують (зневоднюють) нагріванням до 140—160 °C, при цьому він переходить в карбонат натрію:

CO, що утворився₂ повертають у виробничий цикл. Хлорид амонію NH₄Cl обробляють гідроксидом кальцію Ca(OH)₂:

та отриманий NH₃ також повертають у виробничий цикл.

Таким чином, єдиним відходом виробництва є хлорид кальцію, що не має широкого промислового застосування, крім використання як протиобледенюючий реагент для посипання вулиць.

Перший содовий завод такого типу у світі був відкритий у 1863 р. у Бельгії; Перший завод такого типу в Росії було засновано в районі уральського міста Березники фірмою «Любимов, Сольве та Ко» у 1883 році. Його продуктивність становила 20 тисяч тонн соди на рік. У 2010 році ФАС Росії відмовив фірмі Solvay у купівлі цього заводу, дозволивши купівлю групі Башкирська хімія (їй також належить завод Сода). [джерело не вказано 293 дні]

До цих пір цей спосіб залишається основним способом отримання соди у всіх країнах.

Спосіб Хоу

Розроблений китайським хіміком Хоу (Hou Debang) у 1930-х роках. Відрізняється від процесу Сольве тим, що не використовує гідроксид кальцію.

За способом Хоу розчин хлориду натрію при температурі 40 градусів подається діоксид вуглецю і аміак. Менш розчинний гідрокарбонат натрію в ході реакції випадає в осад (як і метод Сольве). Потім розчин охолоджують до 10 градусів. При цьому випадає осад хлорид амонію, а розчин використовують повторно для наступних порцій соди.

Порівняння способів

За методом Хоу як побічний продукт утворюється NH₄Cl замість CaCl₂ методом Сольве.

Спосіб Сольве був розроблений до появи процесу Габера, тоді аміак був у дефіциті, тому регенерувати його з NH₄Cl було потрібно. Метод Хоу виник пізніше, необхідність регенерації аміаку не стояла так гостро, відповідно, аміак можна було не витягувати, а використовувати його як азотне добриво як сполуки NH₄Cl.

Проте NH₄Cl містить хлор, надлишок якого шкідливий для багатьох рослин, тому використання NH₄Cl як добрива обмежено. У свою чергу рис добре переносить надлишок хлору і в Китаї, де застосовується NH₄Cl для рисівництва, метод Хоу, що дає NH₄Cl як побічний продукт, більш широко представлений у порівнянні з іншими регіонами.

В даний час в ряді країн практично весь карбонат натрію, що штучно виробляється, виробляється за методом Сольве (включаючи метод Хоу як модифікацію), а саме в Європі 94% штучно виробленої соди, у всьому світі - 84% (2000 рік) [2] .

Властивості

Кристаллогідрати карбонату натрію існують у різних формах: безбарвний моноклінний Na₂CO₃·10H₂O, при 32,017 °C переходить у безбарвний ромбічний Na₂CO₃·7H₂O, останній при нагріванні до 35,27 °C безбарвний переходить у ромбічний Na₂CO₃·H₂O.

Безводний карбонат натрію є безбарвним кристалічним порошком.

У водному розчині карбонат натрію гідролізується, що забезпечує лужну реакцію середовища. Рівняння гідролізу (в іонній формі):

Перша константа дисоціації вугільної кислоти дорівнює 4,5 · 10-7. Усі кислоти, сильніші, ніж вугільна, витісняють їх у реакції з карбонатом натрію. Так як вугільна кислота вкрай нестійка, вона відразу розкладається на воду і вуглекислий газ:

Застосування

Карбонат натрію використовують у скляному виробництві, миловаренні та виробництві пральних та чистячих порошків, емалей, для отримання ультрамарину. Також він застосовується для пом'якшення води парових котлів та взагалі усунення жорсткості води, для знежирення металів та десульфатизації доменного чавуну. Карбонат натрію - вихідний продукт для отримання NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄. Карбонат натрію (кальцинована сода) Назва та функція речовини:

Карбонат натрію (кальцинована сода) – регулятор кислотності; окислювач. Є у складі рідини для миття посуду, сигарет, пестицидів.

У харчовій промисловості зареєстрований як харчова добавка E500, регулятора кислотності, розпушувача, що перешкоджає комкованню та злежуванню.

Примітки