کربنات سدیم

کربنات سدیم هشدار خطر سلامتی
نام IUPAC	کربنات سدیم
نامهای دیگر	بشکه; جوش شیرین
شناسه ها
شماره CAS	497-19-8
PubChem	10340
خواص
فرمول مولکولی	Na 2 CO 3
جرم مولی	105.989 گرم در مول (بی آب)؛ 124.00 گرم در مول (مونوهیدرات)؛ 286.14 گرم در مول (دهیدرات)
ظاهر	جامد سفید و شفاف
تراکم	2.54 گرم بر سانتی متر مکعب
نقطه همجوشی	851 ºC (بی آب)
نقطه جوش	1600 درجه سانتیگراد
حلالیت در آب _	30 گرم / 100 میلی لیتر (20 درجه سانتیگراد)
انحلال پذیری	نامحلول در الکل
ترموشیمی
آنتالپی استاندارد سازند Δ f H o 298	-1102 کیلوژول بر مول
آنتروپی مولی استاندارد S o 298	135 J/mol·K
خطرات مرتبط
طبقه بندی اتحادیه اروپا	مزاحم ( XI )
شاخص اتحادیه اروپا	011-005-00-2
NFPA 704	0 1 1
عبارات R	R36 ، R37
عبارات S	S2 ، S22 ، S26
نقطه اشتعال	غیر قابل اشتعال
ترکیبات مرتبط
سایر آنیون ها / آنیون ها	نیترات سدیم سیلیکات سدیم پربورات سدیم اگزالات سدیم فرمت سدیم بی کربنات سدیم
سایر کاتیون ها / کاتیون ها	کربنات لیتیوم کربنات پتاسیم کربنات منیزیم
صفحه داده های تکمیلی
ساختار و خواص	n ، ε r و غیره
داده های ترمودینامیکی	رفتار فاز جامد، مایع، گاز
داده های طیفی	UV ، IR ، NMR ، EM
به جز موارد ذکر شده، داده ها به مواد در شرایط عادی دما و فشار اشاره دارد . مراجع و اطلاعیه های کلی در مورد این جعبه . هشدار در مورد خطرات سلامتی

کربنات سدیم ، Na 2 CO 3 ، یک نمک سفید و نیمه شفاف است . بزرگترین کاربردهای آن عبارتند از: تولید شیشه، کاغذ، ابریشم مصنوعی ، صابون و مواد شوینده . [ 1 ]

به طور مصنوعی در مقیاس بزرگ از نمک خوراکی توسط فرآیند Solvay یا استخراج شده از سنگ معدن ترونا تولید می شود .

تاریخ کربنات سدیم

کربنات سدیم به طور سنتی در اروپا با استخراج آن از خاکستر گیاهان مختلف تولید می شد. تا اواسط قرن هجدهم، زمانی که جنگل زدایی این روش را غیرقابل اجرا کرد، که منجر به نیاز به واردات آن از چندین کشور شد. با توجه به این شرایط، در سال 1783، لوئیس شانزدهم، پادشاه فرانسه ، به همراه آکادمی علوم فرانسه ، به هر کسی که روشی برای تولید کربنات سدیم از نمک دریا ابداع کند، جایزه ای به ارزش 2400 پوند در نظر گرفت .

بنابراین، در سال 1791، Nicolas Leblanc راه حلی را به ثبت رساند و ساخت یک کارخانه صنعتی را در سن دنیس با تولید 320 تن در سال آغاز کرد. با این حال، با انقلاب فرانسه ، ملی شد و آثار Leblanc به مالکیت عمومی تبدیل شد. ناپلئون آن را در سال 1801 بازگرداند، اما، بدون بودجه برای تعمیر آن و ناتوانی در رقابت با دیگر تولیدکنندگان معتبر، لبلان در نهایت در سال 1806 خودکشی کرد.

این صنعت عمدتاً در انگلستان رشد کرد و در دهه 1870 به اوج خود رسید، اما بسیار آلوده کننده بود، با تولید حدود 7 تن زباله بدون ارزش تجاری و 5.5 تن کلرید هیدروژن به شکل گاز (که در تماس با آب تشکیل اسید کلریدریک می دهد ) به ازای هر 8 تن محصول، در نهایت تحت فشار شدید مردم و مجلس قرار گرفت. تا زمان ظهور فرآیند Solvay ، که به طور کامل جایگزین آن شد، زیرا تنها کلرید کلسیم تولید می‌کرد که می‌توان آن را در دریا دور انداخت و از مواد خام ارزان‌تری استفاده کرد، که هنوز هم استفاده می‌شود.

جنبه های زیست محیطی

وقتی در محل‌های دفن زباله یا توده‌های آبی دور ریخته می‌شود، تمایل به قلیایی شدن دارد که به شدت بر جانوران و گیاهان محلی تأثیر می‌گذارد.

تولید صنعتی آن دارای کلرید کلسیم به عنوان یک محصول جانبی است که وقتی در آب های بسته یا نیمه بسته دور ریخته می شود، باعث شور شدن قوی می شود و ماهی ها و سایر موجودات زنده را تحت تأثیر قرار می دهد. خسارات قابل توجهی ناشی از دفع آن در اقیانوس وجود ندارد.

خواص شیمیایی کربنات سدیم

واکنش با آب

واکنش هیدراتاسیون این ترکیب به دلیل توانایی یون کربنات در پروتونه شدن در یک محیط آبی با توجه به واکنش های زیر رخ می دهد:

نرااچدبلیو�3+�اچ-+نرا+⇌نرادودبلیو�3+اچدو�

اچدودبلیو�3+�اچ-+نرا+⇌نرااچدبلیو�3+اچدو�

دبلیو�دو↑+اچدو�⇌اچدودبلیو�3

از آنجایی که همه این واکنش ها برگشت پذیر هستند، Na 2 CO 3 می تواند به عنوان یک عامل بافر برای pH های قلیایی استفاده شود، زمانی که در محلول با HCO 3 – در نسبت های مناسب قرار می گیرد.

سایر واکنش ها

به طور کلی، کربنات سدیم در بیشتر واکنش‌ها به عنوان یک پایه رفتار می‌کند و به راحتی توسط گونه‌های اسیدی پروتونه می‌شود.

در محیط های اسیدی، یون CO 3 2- تمایل به پروتونه شدن به شرایط H 2 CO 3 دارد و سپس با توجه به واکنش فوق الذکر به CO 2 و H 2 O تجزیه می شود.

تولید

معدن

به اصطلاح “کربنات سدیم طبیعی” از طریق استخراج ترونا ، (Na 3 HCO 3 CO 3 · 2H 2 O)، عمدتاً در ایالات متحده، جایی که ذخایر بزرگ وجود دارد، تولید می شود.

همچنین می توان آن را از دریاچه های قلیایی قوی استخراج کرد، همانطور که در کنیا اتفاق می افتد. این منابع خودبازسازی می شوند.

استخراج خاکستر

گیاهان مختلف از جمله جلبک ها را می توان برای به دست آوردن کربنات سدیم با خلوص پایین فرآوری کرد. این روند غالب در اروپا تا پایان قرن 18 بود، به ویژه در اسپانیا شدید بود. این فرآیند شامل برداشت گیاهان، خشک کردن و سوزاندن آنها، شستن خاکستر باقیمانده (شستشو) برای تشکیل یک محلول قلیایی است که وقتی به خشکی رسید، کربنات سدیم جامد به وجود آمد.

این فرآیند در پایان قرن هجدهم با جنگل‌زدایی شدید اروپا که جستجو برای روش‌های جدید تولید را تشدید کرد، غیرممکن شد.

فرآیند Leblanc

در سال 1791، شیمیدان فرانسوی ، نیکلاس لبلانک ، روش تولیدی را به ثبت رساند که از نمک دریا، CaCO 3 ، H 2 SO 4 و کک به عنوان مواد خام استفاده می کرد .

ابتدا نمک دریا ( NaCl ) در محلول H 2 SO 4 جوشانده می شود و محلول Na 2 SO 4 تولید می شود و گاز HCl آزاد می شود.

دونرادبلیول+اچدوس�4→نرادوس�4+دواچدبلیول↑

سپس Na 2 SO 4 با CaCO 3 ترکیب می شود و با کک سوزانده می شود که CaS رسوب کرده و CO 2 آزاد می کند.

نرادوس�4+دبلیورادبلیو�3+دودبلیو→نرادودبلیو�3+دودبلیو�دو↑+دبلیوراس↓

از آنجایی که CaCO 3 و CaS نامحلول هستند، Na 2 CO 3 را می توان به راحتی با آب استخراج کرد.

اسید کلریدریک ( HCl) تولید شده توسط فرآیند Leblanc منبع اصلی آلودگی هوا بود و محصول جانبی سولفید کلسیم (CaS) نیز عوارض دفع را به همراه داشت. با این حال، این روش تا پایان دهه 1880 پرکاربردترین روش تولید خاکستر سودا باقی ماند. [ 2 ] [ 3 ]

فرآیند Solvay

این فرآیند در سال 1861 توسط شیمیدان بلژیکی ارنست سولوای ایجاد شد و از نمک دریا، CaCO 3 ، NH 3 و کک استفاده می کند .

این فرآیند با سوزاندن کربنات کلسیم با کمک کک آغاز می شود.

دبلیورادبلیو�3→دبلیورا�+دبلیو�دو

CO 2 به دست آمده سپس در یک برج کربناته، به طور همزمان با آمونیاک، در محلول سرد NaCl حباب می شود. این NaHCO 3 تولید می کند که در یک محیط قلیایی و در دماهای پایین، در نهایت رسوب می کند.

نرادبلیول+دبلیو�دو+ناچ3+اچدو�→نرااچدبلیو�3↓+ناچ4دبلیول

بی کربنات سدیم با فیلتراسیون جدا شده و حرارت داده می شود، به طوری که به Na 2 CO 3 ، CO 2 و آب تجزیه می شود .

دونرااچدبلیو�3→نرادودبلیو�3+دبلیو�دو↑+اچدو�

به موازات آن، CaO تولید شده در مرحله اول با آب واکنش داده و Ca(OH) 2 را تشکیل می دهد و سپس برای بازسازی آمونیاک با NH 4 Cl .

دبلیورا�+اچدو�→دبلیورا(�اچ)دو دبلیورا(�اچ)دو+دوناچ4دبلیول→دوناچ3↑+دبلیورادبلیولدو+دواچدو�

فرآیند Solvay مزیت بازیافت آمونیاک مورد استفاده را دارد. به این ترتیب، فقط آب نمک مصرف می کند و تنها 1 محصول جانبی دارد: کلرید کلسیم . از آنجایی که فقط 1 محصول جانبی دارد، به جای 2 محصول فرعی Leblanc ، فرآیند Solvay اقتصادی تر است. به سرعت به شکل اصلی تولید کربنات کلسیم تبدیل شد. آخرین مرکز تولید برای فرآیند Leblanc در اوایل دهه 1920 بسته شد و در دهه 1990، 90٪ تولید از طریق فرآیند Solvay بود . [ 1 ]

فرآیند هو

در دهه 1930 توسط هو دبانگ ، دانشمند چینی ساخته شد . مشابه فرآیند Solvay، تفاوت آن در عدم استفاده از کربنات کلسیم در تولید است. در عوض، CO 2 و NH 3 به طور مستقیم در محلول در دمای 40 درجه سانتیگراد حباب می شوند و NaCl تا زمان اشباع اضافه می شود . سپس محلول تا دمای 10 درجه سانتیگراد خنک می‌شود که NH 4 Cl را رسوب می‌دهد و در نتیجه امکان استخراج NaHCO 3 از محلول باقی‌مانده را فراهم می‌کند. این فرآیند تولید CaCl 2 را با NH 4 Cl به عنوان یک محصول جانبی که می تواند تصفیه یا به عنوان کود استفاده شود حذف می کند.

استفاده می کند

مهمترین کاربرد آن در صنعت شیشه است، جایی که به صورت گرم با SiO 2 (به شکل سیلیس ) و CaCO 3 (معمولاً به عنوان سنگ آهک آسیاب شده ) ترکیب می شود و سپس به طور ناگهانی سرد می شود تا شیشه “سودا آهک” تولید شود. در بسته بندی

در صنایع شیمیایی، از آن در سنتزهای مختلف ترکیبات معدنی مانند: NaHCO 3 , Na 2 CrO 4 , Na 3 PO 4 , Na 2 SiO 3 و غیره استفاده می شود.

در صابون ها و شوینده ها به عنوان امولسیفایر، قلیایی کننده و کاهش دهنده سختی آب عمل می کند که می تواند کارایی آن را کاهش دهد. برای افزایش PH آب برای مصارف خانگی، شهری و صنعتی استفاده می شود .

و در کاربردهای متنوع دیگر، از جمله در آزمایشگاه ها که به عنوان یک الکترولیت عمل می کند ، در تاکسیدرمی برای حذف گوشت از استخوان، در محلول های بافر ، افزودنی های غذایی که به عنوان یک تثبیت کننده عمل می کنند و غیره.

امنیت

در صورت خوردن یا استنشاق به مقدار زیاد یا تماس طولانی مدت با پوست باعث تحریک می شود. در صورت تماس با چشم می تواند باعث سوختگی جدی شود. هیچ خطری در آتش سوزی ایجاد نمی کند و حتی به عنوان یک عامل ضد حریق استفاده می شود.