سدیم کربنات

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
سدیم کربنات
نام‌های دیگر Soda ash
Washing soda
Soda crystals
شناساگرها
CAS 497-19-8 YesY, 5968-11-6 (monohydrate)
6132-02-1 (decahydrate)
پاب‌کم 10340
کم‌اسپایدر 9916 YesY
UNII 45P3261C7T YesY
شماره EINECS 207-838-8
ChEBI CHEBI:29377 YesY
ChEMBL CHEMBL186314 YesY
شماره RTECS
VZ4050000
Jmol-3D images Image 1
خصوصیات
فرمول شیمیایی
Na2CO3
جرم مولی
‎ 105.9884 g/mol (anhydrous)
124.00 g/mol (monohydrate)
286.14 g/mol (decahydrate)
شکل ظاهری White solid, hygroscopic
بوی Odorless
چگالی 2.54 g/cm3 (anhydrous)
2.25 g/cm3 (monohydrate)
1.46 g/cm3 (decahydrate)
دمای ذوب
‎851 °C (anhydrous)[۱]
100 °C (decomp, monohydrate)
34 °C (decomp, decahydrate)
دمای جوش
‎1600 °C (anhydrous)
محلول در آب 70 g/L (0 °C)
216 g/L (20 °C)[۱]
450 g/L (100 °C)[۲]
محلول نامحلول در اتانول و استون
خاصیت بازی (pKb) 3.67
ضریب شکست (nD) 1.495 (anhydrous)
1.420 (monohydrate)
ساختار
شکل هندسی trigonal planar
خطرات
برگه داده‌های ایمنی ماده MSDS
EU Index 011-005-00-2
طبقه‌بندی EU Irritant (Xi)
شماره ایمنی R۳۶
شماره نگهداری , S۲۲, S26
لوزی آتش
NFPA 704.svg
0
1
1
دمای اشتعال Non-flammable
ترکیبات مرتبط
آنیون‌های دیگر جوش شیرین
کاتیون‌های دیگر لیتیوم کربنات
پتاسیم کربنات
کربنات روبیدیم
کربنات سزیم
ترکیبات مرتبط آمونیوم کربنات
ناترون
سدیم پرکربنات
 YesY (verify) (what is: YesY/N?)
تمامی داده‌ها مربوط به شرایط استاندارد(در  °C۲۵ و  kPa۱۰۰) است، مگر آنکه خلاف آن ذکر شده باشد.
Infobox references

سدیم کربنات، Na2CO3 یک نمک سدیم است که از ترکیب آن با کربنیک اسید تولید می‌شود.

کاربردها[ویرایش]

مهمترین کاربرد سدیم کربنات در تولید شیمیایی شیشه است.چنانچه سدیم کربنات را در دماهای بسیار بالا حرارت دهیم، و آن را با ماسه و کلسیم کربنات ترکیب کنیم و سپس به سرعت آن را سرد کنیم، محصول ما شیشه خواهد بود. سدیم کربنات همچنین به عنوان بک باز نسبتاً قوی در بسیاری از موارد به کار می رود. برای مثال، به عنوان تنظیم کننده PH جهت حفظ پایداری شرایط قلیایی لازم برای عملکرد اکثر عوامل تولید کننده از این ترکیب استفاده می شود. به عنوان یک افزودنی رایج در مخازن شهری جهت خنثی سازی اثر اسیدی کلر و افزایش PH به کار می رود. در آشپزی، گاهی اوقات به عنوان یک جایگزین برای سدیم هیدروکسید برای قلیایی کردن به خصوص در چوب شور (نان نمکی) به کار می رود. این خوراک ها با یک محلول ماده قلیایی عمل آوری می شوند تا PH سطح ماده غذایی را تغییر کند که این سبب برشتگی بیشتر آن می شود. در شیمی این ماده به عنوان یک الکترولیت استفاده می شود و این از آن جهت است که الکتزولیت ها معمولاً بازهای نمکی دارند و از طرفی سدیم کربنات به عنوان یک رسانای خوب در الکترولیز عمل می کند. همچنین به عنوان استاندارد اصلی تیتراسیون اسید و باز به کار می رود و این به دلیل پایداری جامد و گاز این ماده است که سبب سهولت در اندازه گیری دقیق تر جرم می شود. در خانه ها به عنوان نرم کننده ی آب در شست‌وشوی لباس ها به کار می رود. این ماده با یون های منیزیم و کلسیم موجود در آب سخت مقابله می کند و مانع از تشکیل پیوند بین آنها با ماده شوینده به کار رفته می شود. بدون استفاده از سدیم کربنات شوینده اضافی برای خیساندن یون های منیزیم و کلسیم نیاز می شود. سدیم کربنات در بخش شویندهای فروشگاه ها به نام علف شوره (اشنان) دیده می شود و به طور موثری لکه های روغن، گریس، و الکل را از بین می برد. سدیم کربنات همچنین به عنوان عامل ضد رسوبی از جمله رسوب هایی که در کتری ها و ماشین های بخار دیده می شود به کار می رود.

سایر کاربرد ها[ویرایش]

در کارگاه های آجرپزی از سدیم کربنات به عنوان عامل خمیرکننده استفاده می شود تا حجم آب مورد نیاز جهت قالب گیری خاک رس کاهش یابد. همچنین از آن برای تهیه فوری ماکارونی استفاده می شود. سدیم کربنات یک افزودنی غذایی است (E500) که به عنوان تنظیم کننده میزان ترشی و نیز به عنوان پایدار کننده به کار می رود. سدیم کربنات همچنین در تولید بستنی چوبی کاربرد دارد. احساس خنکی و گازدار بودن نتیجهٔ واکنش گرماگیر بین سدیم کربنات و یک اسید ضعیف است (که معمولاً سیتریک اسید انتخاب می شود) و در نتیجهٔ آن کربن دی اکسید تولید می شود؛ یعنی زمانی که بستنی با بزاق دهان خیس می شود. سدیم کربنات همچنین برای از بین بردن کپک چوب یا سایر مواد به کار می رود.

شکل‌گیری[ویرایش]

سدیم کربنات در آب محلول است. اما به طور طبیعی در بخش های خشک، به خصوص در رسوب های معدنی شکل گرفته از تبخیر آب دریاچه ها یافت می شود. رسوبات معدنی نمک های قلیایی طبیعی، ترکیبی از سدیم کربنات و سدیم بی کربنات است که از کف دریاچه های خشک شده موجود در مصر از زمان های گذشته استخراج می شده است تا در تهیه مومیایی و نیز ساخت ابتدایی شیشه استفاده شوند. سدیم کربنات به سه صورت ترکیب هیدراته شناخته شده است: سدیم کربنات 2 آبه، سدیم کربنات 7 آبه و سدیم کربنات تک آبه.

تولید[ویرایش]

Trona یعنی سدیم بی کربنات کربنات 2 آبه، در مناطق مختلفی از ایالات متحده استخراج می شود و تمام سدیم کربنات نیاز داخل را تامین می کند.در ایران نیز مهمترین مکان تولید آن در شهرستان سرخه کارخانه جات کربنات سدیم سرخه می باشد که در جنوب غربی شهرسرخه در شهرستان سرخه ، استان سمنان واقع شده است . رسوبات عظیم و طبیعی از آن در سال 1938 در نزدیکی Green River یافت شد و استخراج معادن در آمریکای شمالی بیشتر با توجه به جنبه اقتصادی و نه تولید صنعتی صورت گرفت. این ماده از دریاچه های قلیایی نیز به دست می آید، همچون دریاچه ی Magadi در کنیا که البته با استفاده از فرایند لاروبی از روش های ابتدایی به دست می آید و به طور طبیعی تجدید می شود و بنابراین هیچ گاه این منبع طبیعی پایان نمی‌پذیرد.

بسیاری از گیاهان شورپسند که در آب های شور زیست می کنند و در مقابل آب شور مقاومند می توانند انواع ناخالص سدیم کربنات را به ما بدهند و این منابع شکل رایج و کنونی مورد استفاده در اروپا و سایر مناطق تا قرن ۱۹ بود. گیاهان خشکی زی مانند درخت اشنا و نیز علف شوره یا خزه و یا نوعی جلبک دریایی به نام کتانجک ابتدا جمع آوری شده و پس از خشک کردن سوزانده می شدند. خاکستر حاصل با آب شسته می شد تا محلول قلیایی تشکیل شود. این محلول پی از جوشانده شدن و خشک شدن محصول نهایی را به ما می دهد که Soda Ash نامیده می شود. این نام قدیمی برگرفته از منبع اولیه گیاهی آن است که یک بوته یک ساله به نام Salsola soda (barilla plant) است. غلظت سدیم کربنات موجود در Soda Ash بازه گسترده‌ای دارد، از 3-2% موجود در کتانجک تا 30% موجود در بهترین “barilla” که از گیاهان علف شوره موجود در اسپانیا به دست می آید. منابع گیاهی و جلبک مورد استفاده برای Soda Ash، و نیز برای پتاس های قلیایی مرتبط، به طور افزاینده ای تا پایان قرن ۱۸ ناکافی به نظر می رسیدند و جستجو برای یافتن راه‌های تجاری و پایدار برای ساخت و سنتز این ماده از نمک ها و سایر مواد شیمیایی روز به روز گسترش می یافت.

فرایند Leblanc[ویرایش]

در سال 1791، شیمیدان فرانسوی نیکلاس لبلنک روشی نوین را برای تولید سدیم کربنات از نمک، سولفوریک اسید، و ذغال سنگ به ثبت رساند. نخست نمک دریایی(سدیم کلرید) در سولفوریک اسید جوشانده می شد تا سدیم سولفور و گاز هیدروژن کلرید تولید شود. همچنان که در واکنش زیر مشاهده می کنید. 2nacl+… سپس، مخلوط سدیم سولفور با سنگ آهک خرد شده( کلسیم کربنات) و ذغال حرارت داده می شد تا سدیم کربنات به همراه کربن دی اکسید و کلسیم سولفور حاصل شود.

سدیم کربنات از عصاره گیری خاکستر و آب به دست می آمد، و با تبخیر آب موجود، جمع آوری می شد. هیدروکلریک اسید حاصل از فرایند لبلنک، یکی از منابع اصلی آلودگی هوا است و کلسیم سولفید که به عنوان یک محصول جانبی تلقی می شود یک فراورده بیهوده می باشد. البته با این توصیفات، روش اصلی تولید سدیم کربنات تا اواخر دهه ی 1880 همین روش فوق‌الذکر بود.[۳][۴]

فرایند سولوای (Solvay)[ویرایش]

در سال 1861، یکی از شیمیدانان صنایع بلژیک، ارنست سولوای، روشی را معرفی کرد که سدیم کلرید با استفاده از آمونیاک به سدیم کربنات تبدیل می شود. این فرایند در یک برج بزرگ میان تهی صورت می گیرد و در انتهای این برج کلسیم کربنات (سنگ آهک) حرارت داده می شود تا کربن دی اکسید به دست آید:

و از قسمت بالای برج، محلول غلیظی از سدیم کلرید و آمونیک وارد آن می شود. به محض این که در میان آن کربن دی اکسید بجوشد، سدیم بی کربنات تهنشین می شود:

سپس سدیم بی کربنات با حرارت دادن در شکل سدیم کربنات ظاهر می شود و آب و کربن دی اکسید سایر فراورده ها را تشکیل می دهند. ضمناً، آمونیاک از فراورده جانبی آمونیوم کلرید مجدداً تولید می شود و این زمانی رخ می دهد که در مجاورت آهک (کلسیم هیدروکسید) باقی‌مانده از واکنش تولید کربن دی کسید قرار گیرد.

به این دلیل که فرایند سولوای آمونیاک مصرف شده را باز می گرداند و تنها آب شور و آهک طی آن به مصرف می رسد و تنها فراورده ی اضافی آن کلسیم کلرید است، اساساً از نظر اقتصادی نسبت به فرایند لبلنک برتری دارد و به سرعت در تولیدات سدیم کربنات به عنوان روشی اصلی و کارامد مطرح شد. تا سال 1900، 90% سدیم کربنات تحت این فرایند تولید شد و آخرین پایگاه تولید سدیم کربنات که با استفاده از روش قبلی یعنی روش لبلنک فعالیت می کرد، در آغاز دهه ی 1920 بسته شد.

فرایند Hou[ویرایش]

توسط شیمی دان چینی به نام Hou Debang در دهه ی 1930 معرفی شد. این فرایند در مراحل اولیه مشابه فرایند سولوای است. اما به جای واکنش دادن محلول باقی‌مانده با آهک، کربن دی اکسید و آمونیاک یک محلول تشکیل می دهند و سدیم کلرید هنگامی که دما به حد 40 درجه سانتیگراد رسید به محلول اضافه می شود. سپس محلول تا 10 درجه سانتیگراد سرد می شود. آمونیوم کلرید تهنشین شده و با فیلترگذاری جدا می شود. و در ادامه محلول مجدداً برای تولید سدیم بی کربنات به کار گرفته می شود. این روش مشکل تولید کلسیم کلرید را حل کرده و از محصول جانبی آمونیوم کلریدnh4cl) نیز جهت کود دهی استفاده می شود. این روش، روش روز تولید سدیم کربنات در صنایع کنونی جهان است.

منابع[ویرایش]

  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Sodium carbonate»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد.

پانویس[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ "Sodium Carbonate". UNEP Publications. 
  2. [۱][پیوند مرده]
  3. ^ a b Clow, Archibald and Clow, Nan L. (1952). Chemical Revolution, (Ayer Co Pub, June 1952), pp. 65–90. ISBN 0-8369-1909-2.
  4. ^ Kiefer, David M. (200 s2). "It was all about alkali," Today's Chemist at Work, Vol. 11, No. 1, pp. 45–6.