Как сделать карбонат натрия

Обновлено: 06.07.2024

Карбонат натрия (пищевая добавка Е500(i)) — неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты с химической формулой Na₂CO₃. Бесцветные кристаллы или белый порошок, хорошо растворим в воде; нерастворим в этаноле. В промышленности в основном получают из хлорида натрия по методу Солвэ.

Пищевая добавка Е500(i) относится к добавкам препятствующим слёживанию и комкованию, разрыхлителям и регуляторам кислотности искусственного происхождения, используется в технологических целях в процессе производства пищевых продуктов.

Пищевая добавка Е500 включает в себя 3 родственных соединения — натриевые соли угольной кислоты (Sodium salt of carbonic acid):

Е500(i) Карбонат натрия (Sodium Carbonate, кальцинированная сода);
Е500(i) Гидрокарбонат натрия (Sodium Hydrogen Carbonate, бикарбонат натрия, натрий двууглекислый, пищевая или питьевая сода);
Е500(iii) Смесь карбоната и гидрокарбоната натрия (Sodium Sesquicarbonate, секвикарбонат натрия, декагидрат карбоната натрия, кристаллическая сода).

Нахождение в природе

Природный источник — в грунтовых рассолах, рапе соляных озёр. Минералы — натрон, нахколит, трона, натрит (сода), термонатрит.

Получают прокаливанием гидрокарбоната натрия из природных залежей, соляных рассолов.

Современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Сирлс в Калифорнии. Трона, имеющая промышленное значение, открыта в 1938 году в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Вайоминг, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит, который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США природная сода удовлетворяет более 40 % потребности страны в этом полезном ископаемом.

Получение

До начала ⅩⅨ века карбонат натрия получали преимущественно из золы некоторых морских водорослей, прибрежных и солончаковых растений путём перекристаллизации относительно малорастворимого NaHCO₃ из щёлока.

Способ Леблана

Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция:

Полученный расплав обрабатывают водой, при этом карбонат натрия переходит в раствор, сульфид кальция отфильтровывают, затем раствор карбоната натрия упаривают. Сырую соду очищают перекристаллизацией. Процесс Леблана даёт соду в виде кристаллогидрата, поэтому полученную соду обезвоживают кальцинированием.

Сульфат натрия получали обработкой каменной соли (хлорида натрия) серной кислотой:

Выделявшийся в ходе реакции хлороводород улавливали водой с получением соляной кислоты.

Первый содовый завод такого типа в России был основан промышленником М. Прангом и появился в Барнауле в 1864 году.

После появления более экономичного (не остаётся в больших количествах побочный сульфид кальция) и технологичного способа Сольве, заводы, работающие по способу Леблана, стали закрываться. К 1900 году 90 % предприятий производили соду по методу Сольве, а последние фабрики, работающие по методу Леблана, закрылись в начале 1920-х.

Промышленный аммиачный способ (способ Сольве)

В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день.

В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода, то есть как бы вводят гидрокарбонат аммония NH₄HCO₃:

Выпавший остаток малорастворимого (9,6 г на 100 г воды при 20 °C) гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140–160 °C, при этом он переходит в 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.

До сих пор этот способ остаётся основным способом получения соды во всех странах.

Способ Хоу

Разработан китайским химиком Хоу (Hou Debang) в 1930-х годах. Отличается от процесса Сольве тем, что не использует гидроксид кальция.

По способу Хоу в раствор хлорида натрия при температуре 40 °C подаётся 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.

Сравнение способов

По методу Хоу в качестве побочного продукта образуется NH₄Cl вместо CaCl₂ по методу Сольве.

Способ Сольве был разработан до появления процесса Габера, в то время аммиак был в дефиците, поэтому регенерировать его из NH₄Cl было необходимо. Метод Хоу появился позже, необходимость регенерации аммиака уже не стояла так остро, соответственно, аммиак можно было не извлекать, а использовать его как азотное удобрение в виде соединения NH₄Cl.

Тем не менее NH₄Cl содержит хлор, избыток которого вреден для многих растений, поэтому использование NH₄Cl в качестве удобрения ограничено. В свою очередь рис хорошо переносит избыток хлора, и в Китае, где применяется NH4Cl для рисоводства, метод Хоу, дающий NH₄Cl в качестве побочного продукта, более широко представлен по сравнению с другими регионами.

В настоящее время в ряде стран практически весь искусственно производящийся карбонат натрия вырабатывается по методу Сольве (включая метод Хоу как модификацию), а именно в Европе 94 % искусственно производимой соды, во всём мире — 84 % (2000 год).

Применение

Как пищевая добавка Е500(i)

В качестве стабилизатора продуктов переработки мяса.

Другие сферы применения

Карбонат натрия используют в стекольном производстве; мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков; эмалей, для получения ультрамарина. Также он применяется для смягчения воды паровых котлов и вообще уменьшения жёсткости воды, для обезжиривания металлов и десульфатизации доменного чугуна. Карбонат натрия — исходный продукт для получения NaOH, Na₂B₄O₇, Na₂HPO₄. Может использоваться в сигаретных фильтрах.

Одна из новейших технологий повышения нефтеотдачи пластов — АСП заводнение, в котором применяется сода в сочетании с ПАВ для снижения межфазного натяжения между водой и нефтью.

Применяют при изготовлении стекла, для производства моющих средств, используют в процессе получения алюминия из бокситов и при очистке нефти. В фотографии используется в составе проявителей как ускоряющее средство. Самостоятельно добавляется в моторное масло для предотвращения полимеризации (концентрация 2 г на 1 л масла).

Польза и вред

Карбонаты натрия, благодаря способности нейтрализовать сильные кислоты, могут устранить боль, вызванную гиперацидностью желудочного сока при гастрите, язвенной болезни. Снижает болевые ощущения при нарушении целостности слизистой желудка (гастрит, язва), при тяжёлых пищевых отравлениях, в том числе алкогольных.

При наружном применении карбонаты натрия действуют как антисептик. Нейтрализует патогенную микрофлору, в том числе бактерии, грибки и вирусы.

Проявляет микролитические свойства, что позволяет использовать её в народной медицине для разжижения мокроты, смягчения кашля.

При чрезмерном употреблении карбоната натрия возможны следующие явления: затруднение дыхания, обморок, резкая желудочная боль. Добавка Е500 негативно влияет на печень, может стать причиной появления сыпи на лбу, руках и голове.

LD₅₀ 4 г/кг (крысы, орально).

Беременность и грудное вскармливание

Применение при беременности

Адекватных и хорошо контролируемых исследований о возможности применения карбоната натрия у беременных женщин не проведено.

Применение в период грудного вскармливания

Специальных исследований о возможности применения карбоната натрия в период грудного вскармливания не проведено.

Особые указания

В Российской Федерации, Евросоюзе, на Украине и в большинстве стран мира пищевая добавка Е500(i) разрешена для применения в пищевой промышленности.

Гигиенические нормы

ДСП не ограничено.

Опасности по ГН-98: ПДК в воздухе рабочей зоны 2 мг/м 3 , класс опасности 3.

Codex: разрешён в качестве регулятора кислотности в 3 стандартах на пищевые продукты в количестве 2 г/кг или GMP; в качестве стабилизатора в 14 стандартах на пищевые продукты в количестве 2, 5 или 50 г/кг или GMP.

В Российской Федерации разрешён в продукты из какао и шоколада в количестве до 70 г/кг от сухого обезжиренного вещества в пересчёте на карбонаты кальция (п. 3.1.1. СанПиН 2.3.2.1293-03); в сухое молоко и другие пищевые продукты согласно ТИ в количестве согласно ТИ индивидуально или в комбинации с другими карбонатами (п. п. 3.1.7, 3.2.22 СанПиН 2.3.2.1293-03).

Карбона́т на́трия (кальцинированная сода) — неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты с химической формулой Na₂CO₃. Бесцветные кристаллы или белый порошок, хорошо растворимый в воде. Сода кальцинированная — гигроскопичный продукт, на воздухе поглощает водяной пар и углекислоту с образованием кислой соли Гидрокарбоната натрия, слеживается при хранении на открытом воздухе [1] . Выпускают соду кальцинированную марки А (гранулированная), марки Б (порошкообразная) и из нефелиновой руды (ГОСТ 10689-75) [1] .

В промышленности в основном получают из хлорида натрия по методу Сольве. Применяют при изготовлении стекла, для производства моющих средств, используют в процессе получения алюминия из бокситов и при очистке нефти.

Карбонат натрия (кальцинированная сода) — неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты с химической формулой Na ₂ CO ₃. Бесцветные кристаллы или белый порошок, хорошо растворимый в воде. В промышленности в основном получают из хлорида натрия по методу Солвэ. Применяют при изготовлении стекла, для производства моющих средств, используют в процессе получения алюминия из бокситов и при очистке нефти.

Содержание

1 Свойства
2 Нахождение в природе

3 Получение

3.1 Способ Леблана
3.2 Промышленный аммиачный способ (способ Сольве)

3.3 Способ Хоу

3.3.1 Сравнение способов

Свойства

Имеет вид бесцветных кристаллов или белого порошка. Существует в нескольких разных модификациях: α-модификация с моноклинной кристаллической решеткой образуется при температуре до 350 °C, затем, при нагреве выше этой температуры и до 479 °C осуществляется переход в β-модификацию, также имеющую моноклинную кристаллическую решетку. При увеличении температуры выше 479 °C соединение переходит γ-модификацию с гексагональной решеткой. Плавится при 854 °C, при нагреве выше 1000 °C разлагается с образованием оксида натрия и диоксида углерода.

Кристаллогидраты карбоната натрия существуют в разных формах: бесцветный моноклинный Na₂CO₃·10H₂O, при 32,017 °C переходит в бесцветный ромбический Na₂CO₃·7H₂O, последний при нагревании до 35,27 °C бесцветный переходит в ромбический Na₂CO₃·H₂O. В интервале 100—120 °C моногидрат теряет воду.

Свойства карбоната натрия

Параметр	Безводный карбонат натрия	Декагидрат Na₂CO₃·10H₂O
Молекулярная масса	105,99 а. е. м.	286,14 а. е. м.
Температура плавления	854 °C	32 °C
Растворимость	Не растворим в ацетоне, и сероуглероде, малорастворим в этаноле, хорошо растворим в глицерине и воде
Плотность ρ	2,53 г/см³ (при 20 °C)	1,446 г/см³ (при 17 °C)
Стандартная энтальпия образования ΔH	−1131 кДж/моль (т) (при 297 К)	−4083,5 кДж/моль ((т) (при 297 К)
Стандартная энергия Гиббса образования G	−1047,5 кДж/моль (т) (при 297 К)	−3242,3 кДж/моль ((т) (при 297 К)
Стандартная энтропия образования S	136,4 Дж/моль·K (т) (при 297 К)
Стандартная мольная теплоёмкость C_p	109,2 Дж/моль·K (жг) (при 297 К)

Растворимость карбоната натрия в воде

Температура, °C	0	10	20	25	30	40	50	60	80	100	120	140
Растворимость, г Na₂CO₃ на 100 г H₂O	7	12,2	21,8	29,4	39,7	48,8	47,3	46,4	45,1	44,7	42,7	39,3

В водном растворе карбонат натрия гидролизуется, что обеспечивает щелочную реакцию среды. Уравнение гидролиза (в ионной форме):

Первая константа диссоциации угольной кислоты равна 4,5⋅10 −7 . Все кислоты, более сильные, чем угольная, вытесняют её в реакции с карбонатом натрия. Так как угольная кислота крайне нестойкая, она тут же разлагается на воду и углекислый газ:

Нахождение в природе

В природе сода встречается в золе некоторых морских водорослей, а также в виде минералов:

Современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Сирлс в Калифорнии. Трона, имеющая промышленное значение, открыта в 1938 в составе эоценовой толщи Грин-Ривер (Вайоминг, США). Вместе с троной в этой осадочной толще обнаружено много ранее считавшихся редкими минералов, в том числе давсонит, который рассматривается как сырьё для получения соды и глинозёма. В США природная сода удовлетворяет более 40 % потребности страны в этом полезном ископаемом.

Получение

До начала XIX века карбонат натрия получали преимущественно из золы некоторых морских водорослей, прибрежных и солончаковых растений путём перекристаллизации относительно малорастворимого NaHCO₃ из щёлока.

Способ Леблана

Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция:

Полученный расплав обрабатывают водой, при этом карбонат натрия переходит в раствор, сульфид кальция отфильтровывают, затем раствор карбоната натрия упаривают. Сырую соду очищают перекристаллизацией. Процесс Леблана даёт соду в виде кристаллогидрата (см. выше), поэтому полученную соду обезвоживают кальцинированием.

Сульфат натрия получали обработкой каменной соли (хлорида натрия) серной кислотой:

Выделявшийся в ходе реакции хлороводород улавливали водой с получением соляной кислоты.

Промышленный аммиачный способ (способ Сольве)

Выпавший остаток малорастворимого (9,6 г на 100 г воды при 20 °C) гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (обезвоживают) нагреванием до 140—160 °C, при этом он переходит в карбонат натрия:

Полученный NH₃ также возвращают в производственный цикл.

Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция.

До сих пор этот способ остаётся основным способом получения соды во всех странах.

Способ Хоу

По способу Хоу в раствор хлорида натрия при температуре 40 градусов 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 градусов. При этом выпадает в осадок хлорид аммония, а раствор используют повторно для производства следующих порций соды.

Сравнение способов

По методу Хоу в качестве побочного продукта образуется NH₄Cl вместо CaCl₂ по методу Сольве.

Тем не менее NH₄Cl содержит хлор, избыток которого вреден для многих растений, поэтому использование NH₄Cl в качестве удобрения ограничено. В свою очередь рис хорошо переносит избыток хлора, и в Китае, где применяется NH₄Cl для рисоводства, метод Хоу, дающий NH₄Cl в качестве побочного продукта, более широко представлен по сравнению с другими регионами.

Применение

В фотографии используется в составе проявителей как ускоряющее средство.

Самостоятельно добавляется в моторное масло для предотвращения полимеризации. Концентрация 2 г на 1 л масла.

Безопасность

Предельно допустимая концентрация аэрозоли кальцинированной соды в воздухе производственных помещений — 2 мг/м 3 . Кальцинированная сода относится к веществам 3-го класса опасности. Аэрозоль кальцинированной соды при попадании на влажную кожу и слизистые оболочки глаз и носа может вызвать раздражение, а при длительном воздействии ее — дерматит.

Тривиальные названия

Сода — общее название технических натриевых солей угольной кислоты.

Na₂CO₃ (карбонат натрия) — кальцинированная сода, бельевая сода
Na₂CO₃·10H₂O (декагидрат карбоната натрия, содержит 62,5 % кристаллизационной воды) — стиральная сода; иногда выпускается в виде Na₂CO₃·H₂O или Na₂CO₃·7H₂O
NaHCO₃ (гидрокарбонат натрия) — пищевая сода, натрий двууглекислый, бикарбонат натрия

Карбонат натрия – это кальцинированная сода или же безводный карбонат натрия. Когда-то ею мыли посуду, а пищевую соду (гидрокарбонат натрия) добавляли в тесто. Школьники отмывали и той, и другой содой следы чернил с поверхности парт. Каждый узнает о химической формуле и происхождении этого мелкокристаллического порошка белого цвета в школе.

Получение вещества

Химическая формула карбоната натрия – Na2CO3 (натриевая соль слабой угольной кислоты). Содой пользовались еще со времен Древнего Египта. Тогда источником кальцинированной соды были естественные месторождения, такие пласты залегали в слоях земной коры. Теперь натрия карбонат выделяют из некоторых минералов. В природе источником соды служат содовые озера, которые расположены в Забайкалье, в США, а самое популярное озеро в Танзании.

Позже научились добывать соду из золы морских водорослей и некоторых прибрежных растений. Благодаря названию растения Salsola Soda (солянка содоносная) карбонат натрия получил свое название в быту. Его добыча из водорослей являлась основным способом производства вплоть до 19 века.

Химическая промышленность не стояла на месте. В 1791 году французский ученый химик Леблан запатентовал метод превращения глауберовой соли в натриевую соль. Так впервые в лабораторных условиях получили кальцинированную соду. Пищевая сода появилась позже. В 1861 году бельгийский инженер-химик Сольве запатентовал промышленный способ создания соды путем соединения хлорида натрия, аммиака и диоксида углерода. Этот метод получения карбоната натрия используют и сейчас.

Видео: получение карбоната натрия из пищевой соды

Применение кальцинированной соды

Карбонат натрия широко применяется в технической и химической промышленности. Его используют при производстве стиральных порошков и чистящих средств, стекла и чугуна. Соду применяют в мыловарении, для смягчения воды, либо для полного устранения ее жесткости. Также ее используют в текстильной и нефтепромышленности. Помогает кальцинированная сода и в быту.

Карбонат натрия в быту

Натрия карбонат замечательно справляется с накипью на посуде. Достаточно в воду добавить 1-2 столовые ложки кальцинированной соды и прокипятить в течение 30 минут, и чайник засияет, как новый. Не забудьте после чистки сполоснуть чайник от содового порошка чистой водой.

Сода избавит от нагара на посуде снаружи. Следует на губку насыпать немного нашего чудо-порошка и потереть поверхность, с которой нужно убрать загрязнение. Эмаль на кастрюлях и чайнике засияет, как новая, а жирные пятна и нагар исчезнут.

Кальцинированная сода поможет чистить унитаз, ванну и умывальник. Убрать загрязнение, плесень, ржавчину и ужасный осадок с сантехники можно при помощи карбоната натрия. Для этого нужно ½ стакана соды всыпать в чашу унитаза, затем туда же влить столько же 9% уксуса, тщательно распределить смесь по внутренней части унитаза туалетным ершиком и дать постоять так от 15 до 30 минут. Время выдержки зависит от степени загрязнения и количества пятен. Затем хорошо промыть поверхность водой.

Чтоб вычистить внешнюю часть унитаза и другую керамику в ванной, смешайте карбонат натрия с водой до состояния мягкой кашицы. Ее следует нанести ее на обрабатываемую поверхность губкой, выдержать от 10 минут или более, а после смыть уксусным раствором. По окончании работ промойте все чистой водой. Помните о мерах предосторожности: проводите манипуляции в хорошо проветриваемом помещении (откройте двери, окно или включите вытяжку), а кожу рук защищайте резиновыми перчатками.

Натрия карбонат замечательно выполняет функции пятновыводителя и деликатного отбеливателя для тканей. Чтоб вывести пятно, следует смешать столовую ложку бельевой соды (она же кальцинированная сода) с водой и нанести на пятно. Через 15 минут смойте раствор. Если пятно не исчезло, процедуру требуется повторить. Желаете усилить эффект – вместо воды добавьте нашатырный спирт или перекись водорода. Чтобы отбелить одежду, замочите ее на 2-5 часов в таком растворе: пять ложек соды и две ложки нашатыря на пять литров чистой воды. Далее белье тщательно прополощите и постирайте, как обычно.

Обратите внимание: этот рецепт поможет устранить желтизну с тканей, если в этом растворе белье прокипятить не менее получаса.

Можно ли кальцинированной содой стирать в машинке? Конечно – загрузите в лоток для порошка полстакана соды и включайте привычную программу.

Бельевая сода используется и для ручной стирки. На пять литров чистой воды добавьте 5 столовых ложек содового порошка и раствор готов для стирки. Такие рецепты стирки, отбеливания не подойдут для деликатных тканей – шелка, шерсти, кашемира и др.

Ремонтные работы

Сода – превосходная помощница во время ремонта. Если требуется обновить покрытие пола, а тратить время на скобление от старой краски нет времени и сил, тогда заранее посыпьте карбонатом натрия поверхность, накройте влажной мешковиной, и через 12 часов снять старую краску не составит труда.

Если желаете избавиться от засора в трубах, то с этой задачей легко справится натрия карбонат. Достаточно полстакана соды залить 2-3 литрами кипятка, чтобы устранить проблему. Засыпаем соду в слив, заливаем кипяток, оставляем на тридцать минут, через полчаса смываем большим количеством воды.

Водный раствор кальцинированной соды легко отчистит бытовую технику от пыли, грязи, жира и других загрязнений. При въевшихся пятнах рекомендуется потереть влажной губкой с нанесенной на нее кашицей из соды и воды. Точно так можно проводить влажную уборку в доме добавляя немного карбоната натрия в воду.

Работая с карбонатом натрия, помните о безопасности. Предохраняйте от попадания вещества и раствора слизистую глаз, рта, открытую кожу, защищайте руки перчатками, избегайте отравления и аллергических реакций (возможны зуд, жжение и покраснение). Держите порошок подальше от детей. Все работы проводите в хорошо проветриваемых помещениях.

Использование соды в кулинарии

Карбонат натрия (кальцинированную соду) в кулинарии применять нельзя. Для пищевых продуктов используют только гидрокарбонат натрия (пищевая сода, NaHCO₃), он входит в состав многих продуктов, разрыхлителей, применяется для улучшения вкуса мяса и рыбы, добавляет воздушности тесту. Многие рецепты не обходятся без пищевой соды.

Важно! В кулинарии применяют только пищевую соду – бикарбонат натрия.

Видео: отличия кальцинированной и пищевой соды

Польза и вред карбонатов натрия

Использование питьевой соды (пищевой, гидрокарбоната натрия, бикарбоната натрия, натрия двууглекислого) способно улучшить состояние здоровья. Доказано, что пищевая сода

снижает артериальное давление;
исключает дефицит натрия в организме;
применяется для похудения;
улучшает обмен веществ;
способствует расщеплению жиров;
выводит токсины из организма;
оказывает положительный эффект на состояние кожи и волос;
борется с грибковыми заболеваниями, простудой, ангиной, стоматологическими проблемами.

Чрезмерное использование NaHCO₃ (бикарбоната натрия, пищевой соды) может повысить кислотность желудка вследствие инверсных реакций. Перед использованием того или иного метода лечения натрием двууглекислым обязательно проконсультируйтесь со своим семейным доктором.

А вот карбонат натрия (соду кальцинированную) внутрь применять нельзя. При использовании этого вещества для уборки всегда помните о мерах предосторожности и дозировке. Кальцинированная сода не просто вызывает раздражение, а разъедает кожу, поэтому если она попала туда, необходимо как можно скорее смыть порошок или его раствор большим количеством воды.

Карбонат натрия (кальцинированная сода) обладает сильным разъедающим действием.

Упаковывается кальцинированная сода чаще всего в плотный полиэтилен, масса колеблется от 125 грамм в упаковке до мешков весом в 25 килограмм. Транспортировка не требует специальных условий, поэтому перевозят карбонат натрия обычным способом. Но помните о высокой гигроскопичности соды, поэтому нужно предупредить попадание влаги при хранении и транспортировке.

Не стоит путать кальцинированную соду с пищевой. Для стирки и уборки применяется и та, и другая разновидность соды. А вот в пищевых целях используют исключительно натрий двууглекислый, поэтому будьте внимательны!

Читайте также: