Carbonato di sodio

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Carbonato di sodio
nomi
Nome IUPAC
Carbonato di sodio
Altri nomi
Soda, lavaggio a carbonato, cristalli di soda
Identifiers
Numero CAS
  • 497-19-8 (anidro) ☑
  • 5968-11-6 (monoidrato) ☒
  • 6132-02-1 (decaidrato) ☒
Modello 3D (JSmol)
  • Immagine interattiva
ChEBI
  • CHEBI: 29377 ☑
ChEMBL
  • ChEMBL186314 ☑
ChemSpider
  • 9916 ☑
InfoCard dell'ECHA 100.007.127
Numero CE 207-838-8
Numero E E500 (regolatori di acidità, ...)
PubChem CID
  • 10340
Numero RTECS VZ4050000
UNII
  • 45P3261C7T ☑
InChI
  • InChI = 1S / CH2O3.2Na / C2-1 (3) 4 ;; / h (H2,2,3,4) ;; / q; 2 * + 1 / p-2 ☑
    Chiave: CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L ☑
  • InChI = 1 / NaHCO3.2Na / C2-1 (3) 4 ;; / h (H2,2,3,4) ;; / q; 2 * + 1 / p-2
    Chiave: CDBYLPFSWZWCQE-NUQVWONBAP
SORRISI
  • .. [Na +] [Na +] C [O-] ([O -]) = O
Proprietà
Formula chimica
N / a2CO3
Massa molare 105,9888 g / mol (anidro)
286,1416 g / mol (decaidrato)
Aspetto Solido bianco, igroscopico
Odore inodoro
Densità 2,54 g / cm3 (25 ° C, anidro)
1,92 g / cm3 (856 ° C)
2,25 g / cm3 (Monoidrato)[1]
1,51 g / cm3 (Eptaidrato)
1,46 g / cm3 (Decaidrato)[2]
Punto di fusione 851 ° C (1564 ° F, 1.124 K)
si decompone (anidro)
100 ° C (212 ° F, 373 K)
si decompone (monoidrato)
33,5 ° C (92,3 ° F, 306,6 K)
si decompone (eptaidrato)
34 ° C (93 ° F, 307 K)
(Decaidrato)[2][6]
solubilità in acqua
Anidro, g / 100 ml:
7 (0 ° C)
16,4 (15 ° C)
34,07 (27,8 ° C)
48,69 (34,8 ° C)
48,1 (41,9 ° C)
45,62 (60 ° C)
43,6 (100 ° C)[3]
solubilità Solubile in aq. alcali,[3]glicerina
Leggermente solubile in aq. alcool
Insolubile in CS2, acetone, alchil acetati, alcol, benzonitrile, ammoniaca liquida[4]
Solubilità in glicerina 98,3 g / 100 g (155 ° C)[4]
Solubilità in etandiolo 3,46 g / 100 g (20 ° C)[5]
Solubilità in dimetilformammide 0,5 g / kg[5]
Basezza (pKB) 3.67
Suscettibilità magnetica (χ)
−4.1·10−5 centimetro3/ mol[2]
Indice di rifrazione (nD)
1.485 (anidro)
1,420 (monoidrato)[6]
1.405 (decaidrato)
Viscosità 3,4 cP (887 ° C)[5]
Struttura
Struttura di cristallo
Monoclina (forma γ, forma β, forma δ, anidra)[7]
Orthorhombic (monohydrate, heptahydrate)[1][8]
Gruppo spaziale
C2 / m, n. 12 (forma γ, anidra, 170 K)
C2 / m, n. 12 (forma β, anidra, 628 K)
P21/ n, n. 14 (forma δ, anidra, 110 K)[7]
Pca21, N. 29 (monoidrato)[1]
Pbca, n. 61 (eptaidrato)[8]
Gruppo di punti
2 / m (forma γ, forma β, forma δ, anidra)[7]
mm2 (monoidrato)[1]
2 / m 2 / m 2 / m (eptaidrato)[8]
Costante del reticolo
un = 8.920(7) Å, B = 5.245(5) Å, c = 6.050 (5) Å (forma γ, anidra, 295 K)[7]
α = 90°, β = 101.35(8)°, γ = 90°
Geometria di coordinamento
Ottaedrico (Na+, anidro)
Termochimica
Capacità termica specifica (C)
112,3 J / mol · K[2]
Stard molarentropy (So298)
135 J / mol · K[2]
Stdhalpy offormation (ΔfHo298)
-1130,7 kJ / mol[2][5]
Energia libera di Gibbs (Δfsol˚)
-1044,4 kJ / mol[2]
pericoli
Scheda di sicurezza SDS
Pittogrammi GHS [9]
Parola di segnale GHS avvertimento
Indicazioni di pericolo GHS
H319[9]
Dichiarazioni cautelative GHS
P305 + 351 + 338[9]
NFPA 704
[11]
NFPA 704 diamante a quattro colori
0
1
0
Dose o concentrazione letale (LD, LC):
LD50 (dose mediana)
4090 mg / kg (ratto, orale) [10]
Composti correlati
Altri anioni
Bicarbonato di sodio
Altri cationi
Carbonato di litio
Carbonato di potassio
Carbonato di rubidio
Carbonato di cesio
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Sesquicarbonato di sodio
Percarbonato di sodio
Eccetto dove diversamente indicato, i dati vengono forniti per materiali nel loro stato standard (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Riferimenti a Infobox

Carbonato di sodio, Na2CO3, (noto anche come bicarbonato di sodio, carbonato di sodio e cristalli di soda, e nella forma monoidrato come carbonato di cristallo) è il sale di sodio idrosolubile dell'acido carbonico.

Si presenta più comunemente come decaidrato cristallino, che si efflorescenze facilmente per formare una polvere bianca, il monoidrato. Il carbonato di sodio puro è una polvere bianca e inodore che è igroscopica (assorbe l'umidità dall'aria). Ha un sapore fortemente alcalino e forma una soluzione moderatamente basica in acqua. Il carbonato di sodio è noto a livello nazionale per il suo uso quotidiano come addolcitore d'acqua. Storicamente è stato estratto dalle ceneri di piante che crescono in terreni ricchi di sodio, come la vegetazione del Medio Oriente, alghe dalla Scozia e alghe dalla Spagna. Poiché le ceneri di queste piante ricche di sodio erano notevolmente diverse dalle ceneri del legname (utilizzate per la produzione di cloruro di potassio), divennero note come "carbonato di sodio".[12] È prodotto sinteticamente in grandi quantità da sale (cloruro di sodio) e calcare con un metodo noto come processo Solvay.

La fabbricazione del vetro è uno degli usi più importanti del carbonato di sodio. Il carbonato di sodio agisce come un flusso per la silice, riducendo il punto di fusione della miscela a qualcosa che può essere ottenuto senza materiali speciali. Questo "bicarbonato di sodio" è leggermente solubile in acqua, quindi un po 'di carbonato di calcio viene aggiunto alla miscela di fusione per rendere il vetro prodotto insolubile.Questo tipo di vetro è noto come vetro soda-lime: "soda" per il carbonato di sodio e "calce" per il carbonato di calcio. Il vetro a calce sodata è la forma di vetro più diffusa da secoli.

Il carbonato di sodio è anche usato come base relativamente forte in vari contesti. Ad esempio, viene utilizzato come regolatore del pH per mantenere condizioni alcaline stabili necessarie per l'azione della maggior parte degli agenti di sviluppo di pellicole fotografiche. Agisce come un alcali perché quando si dissolve in acqua si dissocia nell'acido debole: acido carbonico e alcali forti: idrossido di sodio. Questo dà al carbonato di sodio in soluzione la capacità di attaccare metalli come l'alluminio con il rilascio di gas idrogeno.[13]

È un additivo comune nelle piscine utilizzate per aumentare il pH che può essere ridotto dalle compresse di cloro e altri additivi che contengono acidi.

In cucina, a volte viene usato al posto dell'idrossido di sodio per la liscivia, in particolare con salatini tedeschi e rotoli di liscivia. Questi piatti sono trattati con una soluzione di una sostanza alcalina per modificare il pH della superficie del cibo e migliorare la doratura.

Nella tassidermia, il carbonato di sodio aggiunto all'acqua bollente rimuoverà la carne dalle ossa delle carcasse di animali per il montaggio dei trofei o l'esposizione educativa.

In chimica, è spesso usato come elettrolita. Gli elettroliti sono di solito a base di sale e il carbonato di sodio agisce come un ottimo conduttore nel processo di elettrolisi. Inoltre, a differenza degli ioni cloruro, che formano gas di cloro, gli ioni di carbonato non sono corrosivi per gli anodi. È anche usato come standard primario per le titolazioni acido-base perché è solido e stabile all'aria, rendendo facile pesare con precisione.

Uso domestico

Il carbonato di sodio è usato come addolcitore d'acqua nel riciclaggio: compete con il magnesio e gli ioni di calcio nell'acqua dura e impedisce loro di legarsi al detersivo utilizzato, ma non impedisce il ridimensionamento.[14] Il carbonato di sodio può essere utilizzato per rimuovere macchie di grasso, olio e vino.

Nella tintura con coloranti reattivi alle fibre, il carbonato di sodio (spesso sotto un nome come fissatore di soda di sodio o attivatore di soda) viene usato per assicurare il legame chimico del colorante con fibre di cellulosa (vegetali), tipicamente prima della tintura (per legare tie) , miscelato con il colorante (per tintura) o dopo la tintura (per la tintura a immersione).

Test del carbonato di sodio

Il test del carbonato di sodio (da non confondere con il test dell'estratto di carbonato di sodio) viene utilizzato per distinguere tra alcuni ioni metallici comuni, che vengono precipitati come rispettivi carbonati. Il test può distinguere tra rame (Cu), ferro (Fe) e calcio (Ca), zinco (Zn) o piombo (Pb). La soluzione di carbonato di sodio viene aggiunta al sale del metallo. Un precipitato blu indica Cu2+ ionico. Un precipitato verde sporco indica Fe2+ ionico. Un precipitato giallo-marrone indica Fe3+ ionico. Un precipitato bianco indica Ca2+, Zn2+o Pb2+ ionico. I composti formati sono, rispettivamente, rame (II) carbonato, ferro (II) carbonato, ferro (III) ossido, calcio carbonato, zinco carbonato e piombo (II) carbonato. Questo test è utilizzato per precipitare lo ione presente in quanto quasi tutti i carbonati sono insolubili. Mentre questo test è utile per distinguere questi cationi, fallisce se sono presenti altri ioni, perché la maggior parte dei carbonati di metallo è insolubile e precipiterà. Inoltre, calcio, zinco e ioni piombo producono tutti precipitati bianchi con carbonato, rendendo difficile distinguerli. Invece di carbonato di sodio, può essere aggiunto idrossido di sodio, questo dà quasi gli stessi colori, eccetto che gli idrossidi di piombo e zinco sono solubili in eccesso di alcali e possono quindi essere distinti dal calcio. Per la sequenza completa di test utilizzati per l'analisi qualitativa dei cationi.

Applicazioni principali

Di gran lunga il più grande consumo di carbonato di sodio è nella produzione di vetro, carta, rayon, saponi e detergenti. È anche usato come addolcitore d'acqua, poiché il carbonato può far precipitare gli ioni di calcio e magnesio presenti nell'acqua "dura".

Il carbonato di sodio è un additivo alimentare (E500) utilizzato come regolatore di acidità, agente antiagglomerante, agente lievitante e stabilizzante. È uno dei componenti di kansui (かん水), una soluzione di sali alcalini utilizzata per dare ai ramen noodles il loro caratteristico sapore e consistenza. Viene anche usato nella produzione di snus (Snuff in stile svedese) per stabilizzare il pH del prodotto finale.

Il carbonato di sodio viene anche utilizzato nella produzione di sorbetto in polvere. La sensazione di raffreddamento e di effervescenza deriva dalla reazione endotermica tra il carbonato di sodio e un acido debole, comunemente acido citrico, che rilascia gas di anidride carbonica, che si verifica quando il sorbetto viene inumidito dalla saliva.

In Cina, è usato per sostituire l'acqua di liscivia nella crosta delle torte tradizionali della luna cantonese e in molti altri panini e noodles cinesi al vapore.

Il carbonato di sodio viene utilizzato dall'industria dei laterizi come agente bagnante per ridurre la quantità di acqua necessaria per estrudere l'argilla.

In colata viene indicato come "agente legante" e viene utilizzato per consentire all'alginato bagnato di aderire all'alginato gelificato.

Il carbonato di sodio viene utilizzato nei dentifrici, dove agisce come agente schiumogeno e abrasivo e per aumentare temporaneamente il pH della bocca.

Il carbonato di sodio viene utilizzato dall'industria del cotone per neutralizzare l'acido solforico necessario per la detersione dell'acido dei semi di cotone fuzzy.

Il carbonato di sodio, in una soluzione con sale comune, può essere usato per la pulizia dell'argento. In un contenitore non reattivo (vetro, plastica o ceramica), il foglio di alluminio e l'oggetto d'argento sono immersi nella soluzione di sale caldo.L'elevato pH scioglie lo strato di ossido di alluminio sul foglio e consente di stabilire una cella elettrolitica. Gli ioni idrogeno prodotti da questa reazione riducono gli ioni solfuro sul metallo argento che ripristina l'argento. Il solfuro può essere rilasciato come piccole quantità di idrogeno solforato. Risciacquare e lucidare delicatamente l'argento ripristina una condizione altamente lucida.[15]

Il carbonato di sodio è usato in alcuni tamponi del pH dell'acqua dell'acquario per mantenere un pH e una durezza carbonatica desiderati (KH).

Proprietà fisiche

L'entalpia integrale di soluzione di carbonato di sodio è -28,1 kJ / mol per una soluzione acquosa al 10% p / p.[16] La durezza Mohs del carbonato di sodio monoidrato è 1,3.[6]

idrata

Il carbonato di sodio cristallizza dall'acqua per formare tre diversi idrati:

  • carbonato di sodio decaidrato (natron), Na2CO3· 10H2O.
  • carbonato di sodio eptaidrato (non noto in forma minerale), Na2CO3· 7H2O.
  • carbonato di sodio monoidrato (termonatrite), Na2CO3· H2O.
  • carbonato di sodio anidro noto anche come soda calcinata si forma riscaldando gli idrati. Si forma anche quando l'idrogeno carbonato di sodio viene riscaldato (calcinato) per es. nella fase finale del processo Solvay. Il decaidrato è formato da soluzioni acquose che cristallizzano nell'intervallo di temperatura da -2,1 a +32,0 C, l'eptaidrato nell'intervallo stretto da 32,0 a 35,4 ° C e al di sopra di questa temperatura si forma il monoidrato.[17] Nell'aria secca il decaidrato e l'eptaidrato perderanno l'acqua formando i cristalli in una polvere bianca monoidrata. Altri idrati sono stati riportati, ad es. con 2,5 unità di acqua per unità di carbonato di sodio ("pentaemidrato").[18]

Evento come minerale naturale

Struttura del monoidrato a 346 K.

Il carbonato di sodio è solubile in acqua e può manifestarsi naturalmente nelle regioni aride, specialmente nei depositi minerali (evaporiti) formato quando i laghi stagionali evaporano. I depositi del natron minerale sono stati estratti dai giacimenti dei laghi secchi in Egitto fin dall'antichità, quando il natron veniva usato nella preparazione delle mummie e nella prima produzione di vetro.

La forma minerale anidra del carbonato di sodio è piuttosto rara e si chiama natrite. Il carbonato di sodio scoppia anche da Ol Doinyo Lengai, il vulcano unico della Tanzania, e si presume che sia scoppiato da altri vulcani in passato, ma a causa dell'instabilità di questi minerali sulla superficie terrestre, è probabile che venga eroso. Tutte e tre le forme mineralogiche di carbonato di sodio, nonché trona, idrogendicarbonato trisodico diidrato, sono anche note da rocce pegmatitiche ultra-alcaline, che si verificano ad esempio nella penisola di Kola in Russia.

Extraterrestre, il carbonato di sodio noto è raro. I depositi sono stati identificati come la fonte di punti luminosi su Cerere, materiale interno che è stato portato in superficie.[19] Mentre su Marte ci sono carbonati, e ci si aspetta che includano carbonato di sodio,[20] i depositi devono ancora essere confermati, questa assenza è spiegata da alcuni come dovuta a una dominanza globale del basso pH nel terreno marziano precedentemente acquoso.[21]

Produzione

Estrazione

Trona, trisodio idrogendicarbonato diidrato (Na3HCO3CO3· 2H2O), viene estratto in diverse aree degli Stati Uniti e fornisce quasi tutto il consumo interno di carbonato di sodio. I grandi giacimenti naturali scoperti nel 1938, come quello vicino a Green River, nel Wyoming, hanno reso l'estrazione mineraria più economica della produzione industriale in Nord America.Ci sono importanti riserve di trona in Turchia; due milioni di tonnellate di carbonato di sodio sono state estratte dalle riserve vicino ad Ankara.È anche estratto da alcuni laghi alcalini come il Lago Magadi in Kenya con il dragaggio. Le sorgenti saline calde riempiono continuamente il sale nel lago in modo che, a condizione che il tasso di dragaggio non sia maggiore del tasso di reintegro, la fonte è pienamente sostenibile.

Barilla e fuco

Diverse specie di piante "alofite" (tolleranti al sale) e alghe possono essere trasformate per produrre una forma impura di carbonato di sodio, e queste fonti predominavano in Europa e altrove fino agli inizi del XIX secolo. Le piante terrestri (tipicamente salicornie o salicornie) o le alghe (tipicamente Fucus specie) sono stati raccolti, essiccati e bruciati. Le ceneri venivano poi "lixiviate" (lavate con acqua) per formare una soluzione alcalina. Questa soluzione è stata fatta bollire a secco per creare il prodotto finale, che è stato definito "soda"; questo nome molto antico si riferisce alla fonte archetipica delle piante per il carbonato di sodio, che era il piccolo arbusto annuale Salsola soda ("impianto barilla").

La concentrazione di carbonato di sodio nelle ceneri di soda variava molto, dal 2-3 percento per la forma derivata dalle alghe ("kelp"), al 30 percento per il miglior barilla prodotto dalle piante di salicornia in Spagna. Le fonti di piante e alghe per la carbonato di sodio, e anche per il relativo "potassio" alcali, divennero sempre più inadeguate alla fine del XVIII secolo e la ricerca di percorsi commercialmente redditizi per la sintesi di carbonato di sodio da sale e altre sostanze chimiche si intensificò.[22]

Processo Leblanc

Articolo principale: processo Leblanc

Nel 1791, il chimico francese Nicolas Leblanc brevettò un processo per la produzione di carbonato di sodio da sale, acido solforico, calcare e carbone. In primo luogo, il sale marino (cloruro di sodio) è stato bollito in acido solforico per produrre solfato di sodio e gas di acido cloridrico, secondo l'equazione chimica

2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl

Successivamente, il solfato di sodio è stato miscelato con calcare frantumato (carbonato di calcio) e carbone, e la miscela è stata bruciata, producendo solfuro di calcio.

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

Il carbonato di sodio fu estratto dalle ceneri con acqua, e poi raccolto permettendo all'acqua di evaporare.

L'acido cloridrico prodotto dal processo Leblanc

4.3
5
12
4
5
3
2
2
2
1
0