Węglan sodu - Polski Serwis Naukowy

Węglan sodu (nazwy zwyczajowe: soda, soda kalcynowana Na2C O3) − nieorganiczny związek chemiczny, sól kwasu węglowego i sodu.

W temperaturze pokojowej jest to biała, higroskopijna substancja, która topi się w temperaturze 852 °C i dobrze rozpuszcza się w wodzie. Z roztworu krystalizuje w postaci dużych bezbarwnych kryształów, wietrzejących na powietrzu.

W przyrodzie związek ten występuje w stanie naturalnym tzw. jeziorach sodowych oraz w popiele roślin morskich. Stanowi też ważny składnik wielu minerałów.

Zasady – jedna z podstawowych obok kwasów i soli grup związków chemicznych. Wodne roztwory silnych zasad nieorganicznych są nazywane ługami (np. ług sodowy). Istnieją trzy różne definicje tej grupy związków:

Sole - związki chemiczne powstałe w wyniku całkowitego lub częściowego zastąpienia w kwasach atomów wodoru innymi atomami, bądź grupami o właściwościach elektrofilowych, np. kationy metali, jony amonowe i inne postaci XR4+ (gdzie X = {N, P, As, ...}, R - dowolna grupa organiczna) itp. Sole znalazły liczne zastosowania jako nawozy sztuczne, w budownictwie, komunikacji, przemyśle spożywczym i wielu innych. Sole występują w przyrodzie, jako minerały lub w organizmach żywych w roztworach płynów ustrojowych.

Zastosowanie

Stosuje się go do wyrobu szkła oraz papieru. Wykorzystuje się go również w produkcji mydła i środków piorących. Jest stosowany do zmiękczania wody. Ponadto jest wykorzystywany w garbarstwie, papiernictwie, w syntezach chemicznych i w laboratoriach jako odczynnik chemiczny.

Halit – minerał z gromady halogenków. Nazwa pochodzi od greckich słów halos – sól, słony, oraz lithos – kamień. Minerał znany i używany od czasów starożytnych.

Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

Otrzymywanie

Dawniej węglan sodu otrzymywano metodą Leblanca, działając na sól kamienną kwasem siarkowym, otrzymując siarczan sodu, który następnie prażono z węglem i kamieniem wapiennym. Otrzymywany roztwór ługowano wodą otrzymując roztwór sody.

2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl

Higroskopijność - podatność niektórych substancji na wchłanianie wilgoci lub nawet wiązanie się z wodą. Woda ta może pochodzić z pary wodnej znajdującej się w powietrzu, z wilgoci znajdującej się w gruncie, z rosy osadzającej się na powierzchni substancji itp. Pochłanianie występuje wtedy, gdy woda przenika z miejsca kontaktu z materiałem higroskopijnym do jego wnętrza. Odbywać się to może na różne sposoby.

Mydła – sole metali alkalicznych, głównie sodu, magnezu, litu, potasu i wyższych kwasów tłuszczowych o 12-18 atomach węgla (palmitynowy, stearynowy, oleinowy). Są związkami powierzchniowoczynnymi, zmniejszają napięcie powierzchniowe na granicy faz.

Na2SO4 + 2C + CaCO3 → Na2CO3 + CaS + 2CO2

Ze względu jednak na zbyt duże zużycie energii, proces ten został zastąpiony metodą Solvaya, gdzie surowcami głównymi są węglan wapnia i sól kamienna.

dekarboksylacja kwasów lub soli kwasów:

H3C-COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3

Metoda Solvaya

Osobny artykuł: Metoda Solvaya.

Wytwarzanie węglanu sodu metodą Solvaya

Metoda Solvaya otrzymywania węglanu sodu polega na wykorzystaniu następujących reakcji:

Kalcynowanie, kalcynacja - odmiana prażenia polegająca na ogrzewaniu związku chemicznego poniżej jego temperatury topnienia w celu spowodowania częściowego rozkładu chemicznego tego związku poprzez usunięcie wody (lub innych substancji) z jego sieci krystalicznej, lub przeprowadzenie tego związku do związku prostszego z wydzieleniem lotnych substancji rozkładu.

Minerał (fr. minéral, od celt. mina – kopalnia) – pierwiastek lub związek chemiczny będący normalnie ciałem krystalicznym, którego struktura ukształtowała się w wyniku procesów geologicznych. Do minerałów zalicza się także:

CaCO3 → CaO + CO2
2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O – (kalcynacja)
2NH4Cl + CaO → 2NH3 + H2O + CaCl2

co sumarycznie daje: CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2

Z reakcji sumarycznej wynika, że surowcami są węglan wapnia i sól kamienna (chlorek sodu), amoniak jest surowcem pomocniczym, koks używany jako paliwo do wypalania wapna palonego z wapienia. Natomiast w procesie Leblanca surowcem głównym jest węgiel.

Rozporządzenie CLP (ang. Classification, Labelling and Packaging) – rozporządzenie wprowadzające w Unii Europejskiej nowy system klasyfikacji, oznakowania i pakowania substancji i mieszanin oparty na Globalnie Zharmonizowanym Systemie Klasyfikacji i Oznakowania Chemikaliów opracowanym przez ONZ w 2003 roku. Rozporządzenie CLP uzupełnia Rozporządzenie REACH oraz zastępuje system zawarty w Dyrektywach 67/548/EWG i 1999/45/WE. Rozporządzenie weszło w życie 20 stycznia 2009 i obowiązuje bezpośrednio, bez potrzeby implementacji do prawa polskiego.

Kwas siarkowy(VI) (zwycz. kwas siarkowy), H2SO4 - nieorganiczny związek chemiczny, jeden z najmocniejszych kwasów - wszystkie układy o mocy większej od kwasu siarkowego 100% nazywa się superkwasami. Bywa zwany krwią przemysłu chemicznego, ze względu na to, że używa się go w bardzo wielu kluczowych syntezach. Sole kwasu siarkowego(VI) to siarczany(VI).

Do produkcji 1t sody amoniakalnej zużywa się:

NaCl (w postaci solanki) 1525−1555 kg

CaCO3 (w postaci wapniaka) 1206−1370 kg

oraz, jako materiały pomocnicze:

koks do wypalania wapna 98−105 kg

węgiel do kalcynacji NaHCO3 120−140 kg

woda amoniakalna 4−8 kg

Proces wytwarzania sody amoniakalnej składa się z następujących głównych procesów i operacji:

przygotowanie roztworów soli

nasycanie solanki amoniakiem w celu otrzymania solanki amoniakalnej

wypalanie wapna z kamienia wapiennego z jednoczesnym wytworzeniem gazów zawierających CO2

nasycanie solanki amoniakalnej CO2 (karbonizacja)

oddzielenie kryształów NaHCO3 od ługu macierzystego

suszenie wilgotnego NaHCO3 i jego rozkład termiczny (kalcynacja)

regeneracja NH3 z ługów macierzystych przez zmieszanie z mlekiem wapiennym i ogrzewanie.

Przypisy

Węglan sodu (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-06-24].
↑ Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji wg Rozporządzenia 1272/2008, zał. VI: Węglan sodu (pol.) w bazie European chemical Substances Information System. Instytut Ochrony Zdrowia i Konsumenta. [dostęp 2011-06-24].
Węglan sodu (pol.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Polski. [dostęp 2011-06-24].
Węglan sodu – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
Józef Kępiński: Technologia chemiczna nieorganiczna. Warszawa: PWN, 1984. ISBN 830105574X.
Praca zbiorowa: Technologia sody. Warszawa: Państwowe Wydawnictwa Techniczne, 1958.