Как сделать карбонат натрия
Карбонат натрия: способы получения и химические свойства
Карбонат натрия Na2CO3 — соль щелочного металла натрия и угольной кислоты. Белое вещество, плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается.
Относительная молекулярная масса Mr = 105,99; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 2,539; tпл = 851º C;
Способ получения
1. Карбонат натрия можно получить путем взаимодействия оксида натрия и углекислого газа:
2. В результате взаимодействия концентрированного раствора гидроксида натрия и углекислого газа образуется карбонат натрия и вода:
3. При взаимодействии гидрокарбоната натрия и концентрированного раствора гидроксида натрия образуется карбонат натрия и вода:
Качественная реакция
Качественная реакция на карбонат натрия — взаимодействие его с раствором сильных кислот. В результате реакции происходит бурное выделение углекислого газа, образование которого можно проверить, если пропустить его через известковую воду, которая мутнеет из-за образования осадка:
1. При взаимодействии с хлороводородной кислотой, карбонат натрия образует хлорид натрия, углекислый газ и воду:
2. Взаимодействуя с серной кислотой, карбонат натрия образует углекислый газ и воду, а также сульфат натрия:
Химические свойства
1. Карбонат натрия может реагировать с простыми веществами :
Na2CO3 + 2C(кокс) = Na + 3CO
1.2. С хлором концентрированный и горячий раствор карбоната натрия реагирует с образованием хлорида натрия, хлората натрия и углекислого газа:
2. Карбонат натрия вступает в реакцию со многими сложными веществами :
2.1. Насыщенный карбонат натрия реагирует при 30–40º C с водой и углекислым газом, образуя осадок гидрокарбоната натрия:
2.2. Карбонат натрия может реагировать с насыщенным гидроксидом кальция с образованием гидроксида натрия и карбоната кальция:
2.3. При взаимодействии с разбавленной хлороводородной кислотой карбонат натрия образует хлорид натрия, углекислый газ и воду:
Карбонат натрия, характеристика, свойства и получение, химические реакции
Карбонат натрия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Na2CO3.
Краткая характеристика карбоната натрия:
Карбонат натрия (кальцинированная сода) – неорганическое вещество белого цвета.
Химическая формула карбоната кальция Na2CO3.
Карбонат натрия (кальцинированная сода) – неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты.
Карбонат натрия не следует путать с гидрокарбонатом натрия (пищевой содой) NaHCO3 и с гидроксидом натрия (каустической содой) NaOH.
Карбонат натрия – бесцветные кристаллы, в обычных условиях представляет собой порошок белого цвета, которые плавятся при температуре 854 °C без разложения и разлагаются при дальнейшем нагревании – при температуре свыше 1000 °C.
Карбонат натрия имеет три модификации:
Хорошо растворяется в воде, создавая сильнощелочную среду, а также в глицерине. Малорастворим в этаноле. Не растворим в ацетоне и сероуглероде.
В природе карбонат натрия встречается в виде минералов:
Карбонат натрия также встречается в золе некоторых морских водорослей.
Физические свойства карбоната натрия:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Химическая формула | Na2CO3 |
| Синонимы и названия иностранном языке | sodium carbonate (англ.) натрий углекислый (рус.) сода кальцинированная (рус.) |
| Тип вещества | неорганическое |
| Внешний вид | бесцветные моноклинные кристаллы |
| Цвет | бесцветный, белый |
| Вкус | —* |
| Запах | — |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое вещество |
| Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см 3 | 2,53 |
| Температура разложения, °C | 1000 |
| Температура плавления, °C | 854 |
| Растворимость в воде, при 20 0 С, г/100 мл | 21,8 |
| Константа диссоциации кислоты, pKa | 10,33 |
| Молярная масса, г/моль | 105,99 |
Получение карбоната натрия:
В промышленности карбонат натрия получают несколькими способами:
Через насыщенный раствор хлорида натрия пропускают смесь газов, состоящую из аммиака и оксида углерода, в результате образуется малорастворимый гидрокарбонат натрия (9,6 г на 100 г воды при 20 °C), который затем отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140-160 °C. В результате образуется карбонат натрия.
Образовавшийся CO2 возвращают в производственный цикл.
Хлорид аммония NH4Cl обрабатывают гидроксидом кальция Ca(OH)2:
Полученный NH3 также возвращают в производственный цикл.
Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция.
Способ Хоу отличается от процесса Сольве тем, что не используется гидроксид кальция.
По способу Хоу в раствор хлорида натрия при температуре 40 °C 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 °C. При этом выпадает в осадок хлорид аммония, а раствор используют повторно для производства следующих порций соды. Данный способ отличается от процесса Сольве тем, что не использует гидроксид кальция.
Образовавшийся хлорид аммония NH4Cl используют в дальнейшем как самостоятельный продукт в качестве удобрения.
В лаборатории карбонат натрия получают:
Химические свойства карбоната натрия. Химические реакции карбоната натрия:
Карбонат натрия – это средняя соль, образованная слабой кислотой – угольной (H2CO3) и сильным основанием – гидроксидом натрия (NaOH).
Водные растворы Na2CO3 имеют щелочную реакцию.
Для карбоната натрия характерны следующие химические реакции:
1. реакция карбоната натрия и углерода:
Na2CO3 + 2C → 2Na + 3CO (t = 900-1000 o С).
В результате реакции образуются оксид углерода и натрий.
2. реакция карбоната натрия и брома:
В результате реакции образуются бромид натрия, бромат натрия и углекислый газ. В ходе реакции карбонат натрия используется в виде концентрированного горячего раствора.
3. реакция карбоната натрия и йода:
В результате реакции образуются йодид натрия, йодат натрия и углекислый газ. В ходе реакции карбонат натрия используется в виде концентрированного горячего раствора.
4. реакция карбоната натрия и хлора:
В результате реакции образуются хлорид натрия, хлорат натрия и углекислый газ. В ходе реакции карбонат натрия используется в виде концентрированного горячего раствора.
5. реакция карбоната натрия и азотной кислоты:
В результате реакции образуются нитрат натрия, углекислый газ и вода. В ходе реакции азотная кислота используется в виде разбавленного раствора.
6. реакция карбоната натрия и угольной кислоты:
В результате реакции образуется гидрокарбонат натрия.
7. реакция карбоната натрия и ортофосфорной кислоты:
В результате реакции в первом случае образуются гидроортофосфат натрия, углекислый газ и вода, во втором случае – дигидроортофосфат натрия, углекислый газ и вода, в третьем случае – ортофосфат натрия, углекислый газ и вода. В ходе реакции в первом и третьем случае ортофосфорная кислота используется в виде разбавленного раствора, во втором – в виде концентрированного раствора. Карбонат натрия в первой и второй реакциях используется в виде разбавленного раствора, в ходе третьей – в виде концентрированного раствора. Третья реакция протекает при кипении.
Аналогичные реакции протекают и с другими кислотами.
8. реакция карбоната натрия и фтороводорода:
В результате реакции образуются фторид натрия, углекислый газ и вода. В ходе реакции фтороводород используется в виде разбавленного раствора.
9. реакция карбоната натрия и оксида кремния:
В результате реакции образуются углекислый газ и метасиликат натрия.
10. реакция карбоната натрия и оксида серы:
В первом случае в результате реакции образуются углекислый газ и сульфат натрия. В ходе реакции карбонат натрия используется в виде концентрированного раствора. Реакция протекает при комнатной температуре.
В первом случае в результате реакции образуются углекислый газ и дисульфит натрия. В ходе реакции карбонат натрия используется в виде концентрированного раствора. Реакция протекает при температуре 40-60 o С.
11. реакция карбоната натрия и оксида алюминия:
В результате реакции образуются углекислый газ и алюминат натрия.
12. реакция карбоната натрия и оксида железа:
В результате реакции образуются углекислый газ и феррит натрия.
13. реакция карбоната натрия и воды (гидролиза карбоната натрия):
В результате реакции образуются гидрокарбонат натрия и гидроксид натрия. Реакция носит обратимый характер.
14. реакция карбоната натрия, оксида кальция и воды:
В результате реакции образуются карбонат кальция и гидроксид натрия.
15. реакция карбоната натрия, оксида углерода и воды:
В результате реакции образуется гидрокарбонат натрия. Данная реакция представляет собой способ получения питьевой соды путем пропускания оксида углерода через холодный раствор карбоната натрия.
16. реакция карбоната натрия и гидроксида кальция (каустификации соды):
В результате реакции образуются карбонат кальция и гидроксид натрия. Данная реакция представляет собой метод получения гидроксида натрия. Равновесие реакции смещено в сторону образования NaOH за счет плохой растворимости CaCO3.
17. реакция термического разложения карбоната натрия:
В результате реакции образуются углекислый газ и оксид натрия.
Применение и использование карбоната натрия:
Карбонат натрия используется во множестве отраслей промышленности и для бытовых нужд:
286,1416 г / моль (декагидрат)
100 ° C (212 ° F, 373 K)
разлагается (моногидрат)
33,5 ° C (92,3 ° F, 306,6 K)
разлагается (гептагидрат)
34 ° C (93 ° F; 307 К)
(декагидрат)
1,420 (моногидрат)
1,405 (декагидрат)
мм2 (моногидрат)
2 / м 2 / м 2 / м (гептагидрат)
Содержание
Увлажняет
Карбонат натрия получают в виде трех гидратов и безводной соли:
Стиральная сода
Приложения
Некоторые распространенные применения карбоната натрия (или стиральной соды) включают:
Производство стекла
Умягчение воды
Жесткая вода содержит растворенные соединения, обычно соединения кальция или магния. Карбонат натрия используется для снятия временной и постоянной жесткости воды.
Вода смягчается, поскольку в ней больше нет растворенных ионов кальция и ионов магния.
Пищевая добавка и приготовление пищи
Недорогая, слабая база
Карбонат натрия также используется в качестве относительно сильного основания в различных областях. Как обычная щелочь, ее предпочитают во многих химических процессах, потому что она дешевле, чем NaOH, и гораздо безопаснее в обращении. Его мягкость особенно рекомендует использовать его в домашних условиях.
Предшественник других соединений
В родственной реакции карбонат натрия используется для получения бисульфита натрия (NaHSO 3 ), который используется для «сульфитного» метода отделения лигнина от целлюлозы. Эта реакция используется для удаления диоксида серы из дымовых газов на электростанциях:
Это приложение стало более распространенным, особенно там, где станции должны соответствовать строгим ограничениям выбросов.
Карбонат натрия используется в хлопковой промышленности для нейтрализации серной кислоты, необходимой для кислотной очистки нечетких семян хлопка.
Разное
Карбонат натрия используется в кирпичной промышленности в качестве смачивающего агента для уменьшения количества воды, необходимой для экструзии глины. При литье его называют «связующим агентом», и он используется, чтобы дать возможность влажному альгинату прилипнуть к гелеобразному альгинату. Карбонат натрия используется в зубных пастах, где он действует как пенообразователь и абразив, а также для временного повышения pH во рту.
Карбонат натрия также используется при обработке и дублении шкур животных.
Физические свойства
Встречается как природный минерал
Карбонат натрия растворим в воде и может встречаться в естественных условиях в засушливых регионах, особенно в минеральных отложениях ( эвапоритах ), образующихся при испарении сезонных озер. Залежи минерального натрона добывали на дне сухих озер в Египте с древних времен, когда натрон использовался при приготовлении мумий и в раннем производстве стекла.
Производство
Добыча
Барилла и ламинария
Концентрация карбоната натрия в кальцинированной соде варьировалась в очень широких пределах: от 2–3 процентов для формы, полученной из морских водорослей (« ламинария »), до 30 процентов для лучших барилл, произведенных из растений солянки в Испании. Источники кальцинированной соды, а также связанной с ней щелочи « поташ » из растений и морских водорослей становились все более неадекватными к концу 18 века, и поиск коммерчески жизнеспособных путей синтеза кальцинированной соды из соли и других химикатов активизировался.
Процесс Леблана
Сольвеевский процесс
Полученный бикарбонат натрия затем был преобразован в карбонат натрия путем его нагревания с выделением воды и диоксида углерода:
Между тем, аммиак регенерировали из побочного продукта хлорида аммония путем обработки его известью ( оксидом кальция ), оставшейся от образования диоксида углерода:
Процесс Хоу
Этот процесс был разработан китайским химиком Хоу Дэбангом в 1930-х годах. Полученный ранее побочный продукт парового риформинга диоксид углерода прокачивали через насыщенный раствор хлорида натрия и аммиака для получения бикарбоната натрия по следующим реакциям:
Бикарбонат натрия собирали в виде осадка из-за его низкой растворимости, а затем нагревали примерно до 80 ° C (176 ° F) или 95 ° C (203 ° F) с получением чистого карбоната натрия, аналогичного последней стадии процесса Сольвея. К оставшемуся раствору хлоридов аммония и натрия добавляют еще хлорид натрия; Кроме того, в этот раствор перекачивается больше аммиака при 30-40 ° C. Затем температуру раствора понижают до менее 10 ° C. Растворимость хлорида аммония выше, чем хлорида натрия при 30 ° C и ниже при 10 ° C. Из-за этой зависящей от температуры разницы растворимости и эффекта обычных ионов хлорид аммония осаждается в растворе хлорида натрия.
Китайское название процесса Хоу, lianhe zhijian fa ( 联合 制碱 法 ), означает «комбинированный щелочной метод производства»: процесс Хоу связан с процессом Хабера и обеспечивает лучшую атомную экономию за счет исключения производства хлорида кальция, поскольку аммиак больше не нужен быть восстановленным. Побочный продукт хлорида аммония может быть продан как удобрение.
Содержание
Номенклатура
Использует
Готовка
Закваска
При добавлении кислоты в выпечку часто добавляют щелочные ингредиенты, такие как цельное молоко или какао, обработанное по-голландски, чтобы избежать чрезмерно кислого вкуса от добавленной кислоты.
Порошок для выпечки
Пиротехника
Мягкое дезинфицирующее средство
Он обладает слабыми дезинфицирующими свойствами и может быть эффективным фунгицидом против некоторых организмов. Поскольку пищевая сода впитывает затхлый запах, она стала надежным методом для продавцов подержанных книг, чтобы сделать книги менее неприятными.
Огнетушитель
Нейтрализация кислот
Бикарбонат натрия самопроизвольно реагирует с кислотами, выделяя газообразный CO 2 в качестве продукта реакции. Он обычно используется для нейтрализации нежелательных кислотных растворов или разливов кислоты в химических лабораториях. Нецелесообразно использовать бикарбонат натрия для нейтрализации основания, даже если он амфотерный и реагирует как с кислотами, так и с основаниями.
Использование в медицине и здоровье
NaHCO 3 + HCl → NaCl + H 2 O + CO 2 (г)
Смесь бикарбоната натрия и полиэтиленгликоля, такого как PegLyte, растворенная в воде и принимаемая перорально, является эффективным препаратом для промывания желудочно-кишечного тракта и слабительным средством перед операциями на желудочно-кишечном тракте, гастроскопией и т. Д.
Было высказано предположение, что кислая диета ослабляет кости. Один систематический мета-анализ исследования не показывает такого эффекта. Другой также обнаружил, что нет никаких доказательств того, что щелочные диеты улучшают здоровье костей, но предполагает, что щелочные диеты «могут иметь некоторую ценность» по другим причинам.
Растворы антацидов (например, пищевой соды) были приготовлены и использованы протестующими для смягчения последствий воздействия слезоточивого газа во время протестов.
Личная гигиена
Ветеринарное использование
Чистящее средство
Контроль запаха
Часто утверждают, что пищевая сода является эффективным средством для удаления запаха, и часто рекомендуется хранить открытую коробку в холодильнике, чтобы она впитывала запах. Эта идея была продвинута ведущим американским брендом пищевой соды Arm & Hammer в рекламной кампании, начавшейся в 1972 году. Хотя эта кампания считается классикой маркетинга, в течение года она привела к тому, что более половины американских холодильников содержали коробку пищевая сода, мало доказательств того, что она действительно эффективна в этом приложении.
Химия
Бикарбонат натрия можно использовать в качестве промывки для удаления любых кислотных примесей из «сырой» жидкости, что позволяет получить более чистый образец. Взаимодействие бикарбоната натрия и кислоты дает соль и угольную кислоту, которая легко разлагается на диоксид углерода и воду:
Бикарбонат натрия реагирует с основаниями, такими как гидроксид натрия, с образованием карбонатов:
Термическое разложение
При температуре 80–100 ° C (176–212 ° F) бикарбонат натрия постепенно разлагается на карбонат натрия, воду и двуокись углерода. Преобразование происходит быстрее при 200 ° C (392 ° F):
История
Производство
Бикарбонат натрия промышленным способом производится из карбоната натрия :
Хотя не имеет практического значения, NaHCO 3 может быть получен реакцией диоксида углерода с водным раствором гидроксида натрия:
Добыча полезных ископаемых
Ограниченные количества продукта дополнительно получают путем добычи раствора, прокачки нагретой воды через ранее добытые пласты нахколита и восстановления растворенного нахколита над землей посредством процесса кристаллизации с естественным охлаждением. В настоящее время только компания Genesis Alkali (ранее Tronox, ранее FMC) в бассейне реки Грин-Ривер, штат Вайоминг, успешно добыла этот продукт в промышленных условиях.