Карбонат натрия, характеристика, свойства и получение, химические реакции.
Карбонат натрия – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Na2CO3.
Краткая характеристика карбоната натрия
Физические свойства карбоната натрия
Химические свойства карбоната натрия
Химические реакции карбоната натрия
Применение и использование карбоната натрия
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:
– α-модификация. Имеет моноклинную кристаллическую решетку, образуется при температуре до 350 °C;
– β-модификация. Образуется при нагреве свыше 350 °C и до 479 °C. Также имеет моноклинную кристаллическую решетку;
– γ-модификация. Образуется при нагреве свыше 479 °C. Имеет гексагональную кристаллическую решетку.
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:
– нахколита, имеющего химическую формулу NaHCO3. Нахколит – минерал подкласса карбонатов, кристаллическая форма бикарбоната натрия. Название образовано по первым буквам символов химических элементов, входящих в его состав: Na, H, C и О;
– трона, имеющего химическую формулу Na2CO3·NaHCO3·2H2O. Название трон происходит от арабского названия природной соли. Другое название трона – египетская соль;
– натрита, имеющего химическую формулу Na2CO3·10H2O. Натрит – это декагидрат карбоната натрия. Другое название натрита – натрон, кристаллическая сода или сода;
– термонатрита, имеющего химическую формулу Na2CO3·Н2O. Термонатрит – моногидрат карбоната натрия. Образуется при дегидратации декагидрата карбоната натрия Na2CO3·10H2O. Другое название термонатрита – сода или кристаллическая сода.
Карбонат натрия также встречается в золе некоторых морских водорослей.
В пищевой промышленности используется 3 типа карбоната натрия:
– добавка Е500(i) – карбонат натрия (Sodium Carbonate) с химической формулой Na2CO3;
– добавка Е500(ii) – гидрокарбонат натрия (Sodium bicarbonate, Sodium hydrogen carbonate) с химической формулой NaHCO3. Гидрокарбонат натрия именуется также питьевой содой, пищевой содой, двууглекислой содой, натрием двууглекислым, бикарбонатом натрия.
– добавка Е500(iii) – смесь карбоната и гидрокарбоната натрия (Sodium Sesquicarbonate).
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/см3 | 2,53 |
Температура разложения, °C | 1000 |
Температура плавления, °C | 854 |
Растворимость в воде, при 20 0С, г/100 мл | 21,8 |
Константа диссоциации кислоты, pKa | 10,33 |
Молярная масса, г/моль | 105,99 |
* Примечание:
— нет данных.
Получение карбоната натрия:
В промышленности карбонат натрия получают несколькими способами:
- 1. способом Сольве (аммиачный способ):
NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl;
NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O (t = 140-160 °C).
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:
NH4Cl + Са(ОН)2 → СаCl2 + 2NH3 + 2H2O.
Полученный NH3 также возвращают в производственный цикл.
Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция.
- 2. способом Хоу.
NaCl + H2O + NH3 + CO2 → NaHCO3 + NH4Cl;
NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O (t = 140-160 °C).
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:
- 3. в результате реакции взаимодействия карбоната кальция с сульфидом натрия:
Na2S + CaCO3 → Na2CO3 + CaS (t = 1200 oС).
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 oС).
В результате реакции образуются оксид углерода и натрий.
2. реакция карбоната натрия и брома:
3Br2 + 3Na2CO3 → 5NaBr + NaBrO3 + 3CO2.
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:
3Na2CO3 + 3I2 → 5NaI + NaIO3 + 3CO2.
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:
3Na2CO3 + 3Cl2 → 5NaCl + NaClO3 + 3CO2.
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:
Na2CO3 + 2HNO3 → 2NaNO3 + CO2 + H2O.
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:
H2CO3 + Na2CO3 → 2NaHCO3.
В результате реакции образуется гидрокарбонат натрия.
7. реакция карбоната натрия и ортофосфорной кислоты:
Na2CO3 + H3PO4 → Na2HPO4 + H2O + CO2,
Na2CO3 + 2H3PO4 → 2NaH2PO4 + H2O + CO2,
3Na2CO3 + 2H3PO4 → 2Na3PO4 + 3H2O + 3CO2 (to).
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:
Na2CO3 + 2HF → 2NaF + CO2 + H2O.
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:
Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2 (t = 1150 oС).
В результате реакции образуются углекислый газ и метасиликат натрия.
10. реакция карбоната натрия и оксида серы:
SO2 + Na2CO3 → Na2SO3 + CO2,
2SO2 + Na2CO3 → Na2S2O5 + CO2 (t = 40-60oС).
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 40-60oС.
11. реакция карбоната натрия и оксида алюминия:
Al2O3 + Na2CO3 → 2NaAlO2 + CO2 (t = 1000-1200 oС).
В результате реакции образуются углекислый газ и алюминат натрия.
12. реакция карбоната натрия и оксида железа:
Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2 (t = 800-900 oС).
В результате реакции образуются углекислый газ и феррит натрия.
13. реакция карбоната натрия и воды (гидролиза карбоната натрия):
Na2CO3 + H2O ⇄ NaHCO3 + NaOH.
В результате реакции образуются гидрокарбонат натрия и гидроксид натрия. Реакция носит обратимый характер.
14. реакция карбоната натрия, оксида кальция и воды:
Na2CO3 + CaO + H2O → CaCO3 + 2NaOH.
В результате реакции образуются карбонат кальция и гидроксид натрия.
15. реакция карбоната натрия, оксида углерода и воды:
Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3.
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):
Na2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2NaOH.
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:
Na2CO3 → Na2O + CO2 (t = 1000 oС).
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:
– в стекольном производстве;
– в бытовой химии: в стиральных и чистящих порошках;
– в мыловарении;
– в производстве эмалей для получения ультрамарина;
– для смягчения воды паровых котлов;
– для уменьшения жёсткости воды;
– для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна;
– в пищевой промышленности в качестве пищевой добавки E500 – регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию;
– в нефтяной промышленности в сочетании с поверхностно-активными веществами для снижения межфазного натяжения между водой и нефтью;
– в химической промышленности как исходный продукт для получения NaOH, Na2B4O7, Na2HPO4;
– в табачной промышленности (в сигаретных фильтрах);
– в фотографии в составе проявителей как ускоряющее средство;
– в моторном масле для предотвращения полимеризации (концентрация 2 г на 1 л масла).
Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com
карбонат натрия реагирует кислота 1 2 3 4 5 вода
уравнение реакций соединения масса взаимодействие карбоната натрия
реакции