Carbonato de sodio

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carbonato de sodio
General

Nombre sistemático
carbonato de sodio
nombres tradicionales ceniza de sosa, carbonato de sodio; decahidrato - sosa para lavar
química fórmula na2co3 _ _ _ _
Propiedades físicas
Masa molar 105,99 g/ mol
Densidad 2,53 g/cm³
Propiedades termales
La temperatura
 •  fusión 854°C
 • descomposición 1000°C
entalpía
 •  educación -1130,7 kJ/mol
Propiedades químicas
Constante de disociación ácida 10.33
Solubilidad
 • en agua a 20 °C 21,8g/100ml
Clasificación
registro número CAS 497-19-8
PubChem
registro Número EINECS 207-838-8
SONRISAS   C(=O)([O-])[O-].[Na+].[Na+]
InChI   InChI=1S/CH2O3.2Na/c2-1(3)4;;/h(H2,2,3,4);;/q;2*+1/p-2CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L
Codex Alimentarius E500(i) y E500
RTECS VZ4050000
CHEBI 29377
ChemSpider
La seguridad
LD 50 4 g/kg (ratas, oral)
Pictogramas SGA Pictograma "Signo de exclamación" del sistema CGS
NFPA 704 Diamante de cuatro colores NFPA 704 0 una 0
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.
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El carbonato de sodio (ceniza de soda) es un compuesto inorgánico , sal de sodio del ácido carbónico con la fórmula química Na 2 CO 3 . Cristales incoloros o polvo blanco, soluble en agua. El carbonato de sodio es un producto higroscópico; absorbe el vapor de agua y el dióxido de carbono del aire para formar una sal ácida de bicarbonato de sodio y se apelmaza cuando se almacena al aire libre [1] . Producen carbonato de sodio de grado A (granulado), de grado B (en polvo) ya partir de mineral de nefelina ( GOST 10689-75 ) [1] .

En la industria se obtiene principalmente a partir del cloruro de sodio según el método Solvay. Se utiliza en la fabricación de vidrio, para la producción de detergentes, se emplea en el proceso de obtención de aluminio a partir de la bauxita y en la refinación del petróleo.

Propiedades

Aparece como cristales incoloros o polvo blanco. Existe en varias modificaciones diferentes: la modificación α con una red cristalina monoclínica se forma a temperaturas de hasta 350°C, luego, cuando se calienta por encima de esta temperatura y hasta 479°C, pasa a la modificación β, que también tiene una red cristalina monoclínica. La dureza de Mohs del monohidrato de carbonato de sodio es 1,3 [2] A medida que la temperatura sube por encima de los 479 °C, el compuesto sufre una modificación γ con una red hexagonal. Se derrite a 854°C, cuando se calienta por encima de 1000°C, se descompone para formar óxido de sodio y dióxido de carbono [3] [4] .

Los hidratos cristalinos de carbonato de sodio existen en diferentes formas: monoclínico incoloro Na 2 CO 3 10H 2 O, a 32,017 °C se convierte en rómbico incoloro Na 2 CO 3 7H 2 O, este último, al calentarlo a 35,27 °C, incoloro se convierte en rómbico Na 2 CO 3 H 2 O. En el rango de 100-120 °C, el monohidrato pierde agua.

Propiedades del carbonato de sodio
parámetro carbonato de sodio anhidro decahidrato Na 2 CO 3 10H 2 O
masa molecular 105,99 uma 286,14 uma
Temperatura de fusión 854°C 32°C
solubilidad insoluble en acetona y disulfuro de carbono ; escasamente soluble en etanol ; muy soluble en glicerina y agua
densidad 2,53 g/cm³ (a 20 °C) 1,446 g/cm³ (a 17°C)
entalpía estándar de formación ΔH −1131 kJ/mol (t) (a 297 K) −4083,5 kJ/mol ((t) (a 297K)
energía estándar de Gibbs de formación G −1047,5 kJ/mol (t) (a 297 K) −3242,3 kJ/mol ((t) (a 297K)
entropía estándar de la educación S 136,4 J/mol K (t) (a 297K)
capacidad calorífica molar estándar C p 109,2 J/mol K (g) (a 297 K)
Solubilidad del carbonato de sodio en agua
temperatura , ºC 0 diez veinte 25 treinta 40 cincuenta 60 80 100 120 140
solubilidad , g Na 2 CO 3 por 100 g H 2 O 7 12.2 21.8 29.4 39.7 48.8 47.3 46.4 45.1 44.7 42.7 39.3

En una solución acuosa, se hidroliza el carbonato de sodio , lo que proporciona una reacción alcalina del medio ambiente. Ecuación de hidrólisis (en forma iónica):

La primera constante de disociación del ácido carbónico es 4.5⋅10 −7 . Todos los ácidos más fuertes que el carbónico lo desplazan en reacción con el carbonato de sodio. Dado que el ácido carbónico es extremadamente inestable, se descompone inmediatamente en agua y dióxido de carbono:

Hidratos

El carbonato de sodio se puede aislar como tres hidratos diferentes y una sal anhidra:

El decahidrato se forma a partir de soluciones acuosas que cristalizan en el rango de temperatura de -2,1 a +32,0 °C, el heptahidrato en el estrecho rango de 32,0 a 35,4 °C, y por encima de esta temperatura se forma el monohidrato . [5]

En aire seco, el decahidrato y el heptahidrato pierden agua para formar monohidrato. Se han informado otros hidratos, como con 2,5 unidades de agua por unidad de carbonato de sodio ("pentahemihidrato"). [6]

Estar en la naturaleza

En la naturaleza, la soda se encuentra en las cenizas de algunas algas, así como en forma de minerales:

Lagos de soda minerales modernosconocido en Transbaikalia [7] y en Siberia occidental ; El lago Natron en Tanzania y el lago Searles en California son muy famosos [8] . La trona , de importancia industrial, fue descubierta en 1938 como parte de los estratos del Eoceno del río Green ( Wyoming , EE . UU .). Junto con el trono, en este estrato sedimentario se encontraron muchos minerales antes considerados raros, entre ellos la dawsonita , que se considera como materia prima para la producción de soda y alúmina . En los EE. UU., la soda natural es extraída por 4 empresas en Wyoming y una en California, aproximadamente la mitad se exporta [9] . Alrededor de una cuarta parte de los refrescos que se usan en todo el mundo provienen de fuentes naturales, el 90 % de los cuales proviene de los EE . UU. [10] .

Conseguir

Hasta principios del siglo XIX, el carbonato de sodio se obtenía principalmente de las cenizas de algunas algas marinas, plantas costeras y salinas por recristalización del NaHCO 3 relativamente poco soluble en lejía .

Barilla y algas

Algunas especies de plantas halófitas y algas marinas pueden procesarse para producir la forma cruda de carbonato de sodio. Esta fuente industrial de carbonato de sodio dominó Europa y otros países hasta principios del siglo XIX.

Se recolectaron, secaron y quemaron plantas terrestres (generalmente salina inglesa  ) o algas (generalmente especies de Fucus ) . Luego, la ceniza se "lixiviaba" (se lavaba con agua) para formar una solución alcalina. Esta solución se hirvió hasta sequedad para crear el producto final, que se denominó "ceniza de sosa"; este nombre muy antiguo proviene de la palabra árabe "Soda", que a su vez se aplica a "soda salada", uno de los muchos tipos de plantas costeras cosechadas para el cultivo. “ Barilla ” es un término comercial que se aplica a la forma técnica del carbonato de sodio obtenido de las cenizas de plantas costeras o algas [11] . [12]

La concentración de carbonato de sodio en el carbonato de sodio varió ampliamente, desde el 2-3 por ciento para la forma derivada de algas marinas ("kelp") hasta el 30 por ciento para la mejor barilla derivada de salina en  España. Las fuentes de carbonato de sodio y la lejía de "potasa" asociada de plantas y algas marinas se convirtieron en fuentes cada vez menos adecuadas a fines del siglo XVIII, y comenzó una búsqueda de formas comercialmente viables de sintetizar carbonato de sodio a partir de sal de mesa y otros productos químicos comunes. .

Del mineral de nefelina

Científicos rusos han desarrollado un proceso para obtener alúmina a partir de concentrado de nefelina , cuya característica es la ausencia de subproductos [1] . Durante el procesamiento , se obtienen cemento , carbonato de sodio, potasa y alúmina a partir de nefelinas y piedra caliza . La nefelina se sinteriza con piedra caliza y el producto se procesa para extraer alúmina , carbonato de sodio y óxido de potasio. Luego, después de la lixiviación , los lodos de belita se utilizan para producir cemento [1] . Las nefelinas están asociadas a depósitos de apatita , de los que se extrae uranio , y minerales de titanio-niobio.

Como mineral

Trona , bicarbonato de hidrógeno trisódico dihidrato (Na 3 HCO 3 CO 3 2H 2 O) se extrae en Turquía . Eti Soda , que forma parte del grupo Ciner Holding , está desarrollando el depósito de trona más rico en Beypazari , cerca de Ankara . Se recuperaron dos millones de toneladas de carbonato de sodio de un depósito cerca de Ankara.

También se extrae de algunos lagos alcalinos como el lago Magadi en Kenia mediante dragado. Los manantiales de sal caliente reponen constantemente el suministro de sal del lago, por lo que siempre que la tasa de dragado no exceda la tasa de reposición, el manantial es completamente sostenible. Se extrae en varias áreas de los Estados Unidos y proporciona casi todo el consumo interno de carbonato de sodio. Grandes depósitos naturales descubiertos en 1938, como el que se encuentra cerca de Green River, Wyoming, hicieron que el desarrollo de la trona como mineral fuera más económico que la producción industrial en América del Norte.

Método de Leblanc

En 1791, el químico francés Nicolas Leblanc recibió una patente para el "Método de conversión de la sal de Glauber en soda". Según este método, se cuece una mezcla de sulfato de sodio ("sal de Glauber"), tiza o piedra caliza ( carbonato de calcio ) y carbón vegetal a una temperatura de unos 1000 ° C. El carbón [13] reduce el sulfato de sodio a sulfuro:

El sulfuro de sodio reacciona con el carbonato de calcio:

La masa fundida resultante se trata con agua, mientras que el carbonato de sodio se disuelve, el sulfuro de calcio se filtra y luego la solución de carbonato de sodio se evapora. La soda cruda se purifica por recristalización . El proceso Leblanc produce soda en forma de hidrato cristalino (ver arriba), por lo que la soda resultante se deshidrata por calcinación.

El sulfato de sodio se hizo tratando la sal de roca ( cloruro de sodio ) con ácido sulfúrico :

El cloruro de hidrógeno liberado durante la reacción fue parcialmente capturado por el agua para formar ácido clorhídrico , pero el ácido clorhídrico en sí siguió siendo la principal fuente de contaminación del aire.

La primera planta de soda de este tipo en Rusia fue fundada por el industrial M. Prang y apareció en Barnaul en 1864 .

Después de la llegada de un método Solvay más económico (no quedan grandes cantidades de subproducto de sulfuro de calcio) y tecnológico, las plantas que operan según el método Leblanc comenzaron a cerrar. Hacia 1900, el 90 % de las fábricas producían refrescos con el método Solvay y las últimas fábricas con el método Leblanc cerraron a principios de la década de 1920 [14] [15] .

Método industrial del amoníaco (método Solvay)

En 1861, el ingeniero químico belga Ernest Solvay patentó un método para la producción de soda, que todavía se usa hoy [16] .

Se pasan cantidades equimolares de amoníaco gaseoso y dióxido de carbono a una solución saturada de cloruro de sodio , es decir, como si se introdujera bicarbonato de amonio NH 4 HCO 3 :

El residuo precipitado de bicarbonato de sodio ligeramente soluble (9,6 g por 100 g de agua a 20 ° C) se filtra y se calcina (deshidratación) calentando a 140–160 ° C, mientras pasa a carbonato de sodio:

El CO 2 resultante se devuelve al ciclo de producción. El cloruro de amonio NH 4 Cl se trata con hidróxido de calcio Ca (OH) 2 :

El NH 3 resultante también se devuelve al ciclo de producción.

Así, el único residuo de producción es el cloruro de calcio .

La primera planta de gaseosas de este tipo en el mundo se abrió en 1863 en Bélgica ; La primera planta de este tipo en Rusia fue fundada en el área de la ciudad Ural de Berezniki por Lyubimov, Solvay and Co. en 1883 [17] . Su productividad era de 20 mil toneladas de gaseosa por año.

Hasta ahora, este método sigue siendo el método principal para obtener refrescos en todos los países.

El camino de Hou

Desarrollado por el químico chino Hou Debang en la década de 1930. Se diferencia del proceso Solvay en que no utiliza hidróxido de calcio.

De acuerdo con el método de Howe, el dióxido de carbono y el amoníaco se suministran a una solución de cloruro de sodio a una temperatura de 40 grados. El bicarbonato de sodio menos soluble precipita durante la reacción (como en el método Solvay). Luego la solución se enfría a 10 grados. En este caso, el cloruro de amonio precipita y la solución se reutiliza para producir las siguientes porciones de refresco.

Comparación de caminos

Según el método de Howe, se forma NH 4 Cl como subproducto en lugar de CaCl 2 según el método de Solvay.

El proceso Solvay se desarrolló antes de la llegada del proceso Haber , en ese momento el amoníaco escaseaba, por lo que era necesario regenerarlo a partir de NH 4 Cl . El método de Howe apareció más tarde, la necesidad de regeneración de amoníaco ya no era tan aguda, respectivamente, el amoníaco no se podía extraer, sino que se usaba como fertilizante nitrogenado en forma de un compuesto NH 4 Cl.

Sin embargo, NH 4 Cl contiene cloro, cuyo exceso es dañino para muchas plantas, por lo que el uso de NH 4 Cl como fertilizante es limitado. A su vez, el arroz tolera bien el exceso de cloro, y en China, donde se utiliza NH 4 Cl para el cultivo de arroz, el método Hou, que produce NH 4 Cl como subproducto, está más extendido que en otras regiones.

Actualmente, en varios países, casi todo el carbonato de sodio producido artificialmente se produce mediante el método Solvay (incluido el método Howe como una modificación), es decir, en Europa el 94% de la soda producida artificialmente, en todo el mundo - 84% (2000) [18] .

Aplicación

Fabricación de jabones y producción de detergentes y detergentes en polvo ; esmaltes para obtener ultramar . También se utiliza para desengrasar metales y desulfatar arrabio de alto horno . El carbonato de sodio es el producto de partida para la obtención de NaOH , Na 2 B 4 O 7 , Na 2 HPO 4 . Se puede utilizar en filtros de cigarrillos [19] .

En la industria alimentaria, los carbonatos de sodio están registrados como aditivo alimentario E500 , regulador de la acidez, polvo de hornear que evita la formación de grumos y apelmazamientos. El carbonato de sodio (ceniza de soda, Na 2 CO 3 ) tiene el código 500i, bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio, NaHCO 3 ) - 500ii, su mezcla - 500iii.

Una de las tecnologías más nuevas para la recuperación mejorada de petróleo es la inundación ASP, que utiliza soda en combinación con surfactantes para reducir la tensión interfacial entre el agua y el petróleo .

En fotografía, se utiliza como parte de los reveladores como agente acelerador [20] .

Se agrega de forma independiente al aceite de motor para evitar la polimerización. Concentración 2 g por 1 litro de aceite.

Producción de vidrio

El carbonato de sodio se utiliza en la producción de vidrio . El carbonato de sodio sirve como fundente para la sílice, reduciendo el punto de fusión de la sílice de +2500 °C a +500 °C. El vidrio resultante es ligeramente soluble en agua, por lo que se agrega otro ~10 % de carbonato de calcio a la mezcla derretida para que el vidrio sea insoluble.

El vidrio de botellas y ventanas (vidrio de cal sodada) se fabrica fundiendo estas mezclas de carbonato de sodio, carbonato de calcio y arena de cuarzo (dióxido de silicio (SiO 2 )). Cuando los componentes de la mezcla se calientan, los carbonatos se descomponen en óxidos metálicos (Na 2 O y CaO) y dióxido de carbono (CO 2 ). Así, el carbonato de sodio es tradicionalmente la fuente de óxido de sodio . El vidrio de soda ha sido la forma más común de vidrio durante siglos [13] .

Reducción de la dureza del agua

El carbonato de sodio se utiliza para ablandar el agua en las calderas de vapor y, en general, para reducir la dureza del agua . El agua dura contiene compuestos disueltos, generalmente compuestos de calcio o magnesio. El carbonato de sodio se utiliza para eliminar la dureza del agua temporal y permanente. [21]

El carbonato de sodio es una fuente soluble en agua de iones de carbonato para cationes de magnesio Mg 2+ y calcio Ca 2+ . Estos iones forman precipitados sólidos insolubles cuando se tratan con iones de carbonato:

De manera similar, el agua se ablanda ya que ya no contiene iones de calcio y magnesio disueltos. [21]

Seguridad

La concentración máxima permisible de aerosoles de carbonato de sodio en el aire de las instalaciones industriales es de 2 mg/m 3 [3] . La ceniza de soda pertenece a las sustancias de la 3ra clase de peligro. Un aerosol de carbonato de sodio, si entra en contacto con la piel húmeda y las membranas mucosas de los ojos y la nariz, puede causar irritación y, con una exposición prolongada, dermatitis .

Títulos triviales

Soda es el nombre común de las sales técnicas de sodio del ácido carbónico .

  • Na 2 CO 3 (carbonato de sodio) - ceniza de soda, soda para lavar
  • Na 2 CO 3 10H 2 O (carbonato de sodio decahidratado, contiene 62,5% de agua de cristalización) - soda de lavado; a veces disponible como Na 2 CO 3 H 2 O o Na 2 CO 3 7H 2 O
  • NaHCO 3 ( bicarbonato de sodio ) - bicarbonato de sodio, bicarbonato de sodio, bicarbonato de sodio

"Soda" en los idiomas europeos probablemente proviene del árabe "suwwad", el nombre común de varios tipos de sal , plantas, de cuyas cenizas se extrajo en la Edad Media; hay otras versiones [22] . El carbonato de sodio (carbonato de sodio) se llama así porque para obtenerlo a partir del bicarbonato, este último se “calcina” ( del latín  calcinatio , de calx, similar al proceso de quemar la cal ), es decir, se calcina.

Notas

  1. 1 2 3 4 Mikhail Kolomiets, Lyubov Mikhailova. El mercado de la ceniza de sosa: estado y pronósticos  // The Chemical Journal: Journal. - 2005. - Noviembre. - S. 28-32 . Archivado desde el original el 23 de enero de 2022.
  2. Pradyot, Patnaik. Manual de productos químicos inorgánicos. - The McGraw-Hill Companies, Inc., 2003. - Pág. 861. - ISBN 978-0-07-049439-8 .
  3. 1 2 Rukk, 1992 .
  4. Alikberova .
  5. T. W. Richards y A. H. Fiske (1914). “Sobre las temperaturas de transición de las temperaturas de transición de los hidratos de carbonato de sodio como puntos fijos en termometría” . Diario de la Sociedad Química Americana . 36 (3): 485-490. DOI : 10.1021/ja02180a003 . Archivado desde el original el 14 de junio de 2020 . Consultado el 22 de octubre de 2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  6. A. Past. Sobre los hidratos de carbonato de sodio . Consultado el 22 de octubre de 2021. Archivado desde el original el 3 de noviembre de 2021.
  7. B. B. Namsaraev, D. D. Barkhutova. Lagos de soda del sur de Transbaikalia - ecosistemas únicos  // Boletín de la Universidad Estatal de Buryat: Biología Geografía: revista. - 2018. - Nº 1 . - S. 82-86 . -doi : 10.18101 / 2587-7143-2018-1-82-86 . Archivado desde el original el 12 de noviembre de 2021.
  8. Yuri Konstantinov. Tratamiento de soda. Recetas populares Archivado el 3 de febrero de 2019 en Wayback Machine - Litros 2019 isbn 5040325053
  9. Información y estadísticas de ceniza de soda (USGS) Archivado el 13 de noviembre de 2021 en Wayback Machine - Resumen de productos minerales de 2020 Archivado el 13 de julio de 2020 en Wayback Machine
  10. Lazenby, Henry Los productores de carbonato de sodio de EE . UU. tienen como objetivo capturar más participación de mercado con una huella más limpia  . Semanario Minero (26 de junio de 2014). Consultado el 22 de agosto de 2020. Archivado desde el original el 20 de noviembre de 2017.
  11. Barilla // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
  12. Hooper, Roberto. Léxico Medicum . - 1848. - Londres: Longman, 1802. - P. 1198-9.
  13. 1 2 Christian Thieme (2000), Enciclopedia de química industrial de Ullmann , Weinheim: Wiley-VCH, ISBN 978-3527306732 , DOI 10.1002/14356007.a24_299 . 
  14. Clow, Archibald y Clow, Nan L. (1952). Chemical Revolution, (Ayer Co Pub, junio de 1952), págs. 65–90. ISBN 0-8369-1909-2 .
  15. Kiefer, David M. (enero de 2002). “Todo se trataba de álcali” . El químico de hoy en el trabajo . 11 (1): 45-6. Archivado desde el original el 4 de abril de 2019 . Consultado el 22 de octubre de 2021 . Parámetro obsoleto utilizado |deadlink=( ayuda )
  16. Industria mundial del carbonato de sodio - dinámica emergente - Blogs - Televisory
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  20. Gurlev, 1988 , pág. 298.
  21. 1 2 Copia archivada . Consultado el 22 de octubre de 2021. Archivado desde el original el 7 de julio de 2021.
  22. "Soda": ¿Un "dolor de cabeza" etimológico? . Consultado el 6 de febrero de 2019. Archivado desde el original el 7 de febrero de 2019.

Literatura

  • Gurlev D.S. Manual de fotografía (procesamiento de materiales fotográficos). - K. : Technika, 1988.
  • Rukk N. S. Carbonato de sodio // Enciclopedia química  : en 5 volúmenes / Ch. edición I. L. Knunyants . - M .: Gran Enciclopedia Rusa , 1992. - T. 3: Cobre - Polímero. - S. 182. - 639 pág. - 48.000 ejemplares.  — ISBN 5-85270-039-8 .

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