Из чего делают пищевую соду

Гидрокарбонат натрия
Общие
Систематическое наименование	гидрокарбонат натрия
Традиционные названия	пищевая (питьевая) сода, сода двууглекислая, двууглекислый натрий, бикарбонат натрия, кислый углекислый натрий
Хим. формула	CHNaO₃
Рац. формула	Na H C O 3
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	84,0066 г/моль
Плотность	2,159 г/см³
Термические свойства
Т. разл.	60—200 °C
Химические свойства
Растворимость в воде	9,59 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	144-55-8
PubChem	516892
Рег. номер EINECS	205-633-8
SMILES
Рег. номер EC	205-633-8
Кодекс Алиментариус	E500(ii)
RTECS	VZ0950000
ChEBI	32139
ChemSpider	8609
Безопасность
ЛД50	4220 мг/кг
NFPA 704
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Гидрокарбона́т на́трия (лат. Natrii hydrocarbonas ), другие названия: бикарбона́т на́трия, ча́йная со́да, питьева́я или пищева́я сода, двууглеки́слый натрий — неорганическое соединение, натриевая кислая соль угольной кислоты с химической формулой NaHCO₃.

В обычном виде — мелкокристаллический порошок белого цвета.

Используется в промышленности, пищевой промышленности, в кулинарии, в медицине как нейтрализатор химических ожогов кожи и слизистых оболочек концентрированными кислотами и для снижения кислотности желудочного сока. Также применяется в буферных растворах.

Содержание

Химические свойства [ править | править код ]

Гидрокарбонат натрия — кислая натриевая соль угольной кислоты. Проявляет все свойства соли сильного основания и слабой кислоты. В водных растворах имеет слабощелочную реакцию. В широком диапазоне концентраций в водном растворе pH раствора изменяется незначительно, на этом основано применение раствора вещества в качестве буферного раствора.

Реакция с кислотами [ править | править код ]

Гидрокарбонат натрия реагирует с кислотами с образованием соответствующей кислоте соли, например, хлорида натрия, сульфата натрия и угольной кислоты, которая в процессе реакции распадается на углекислый газ и воду, при этом углекислый газ выделяется из раствора в виде пузырьков:

N a H C O 3 + H C l → N a C l + H 2 C O 3 , <displaystyle <mathsf <3>+HCl
ightarrow NaCl+H_<2>CO_<3>>>,> H 2 C O 3 → H 2 O + C O 2 ↑ , <displaystyle <mathsf <2>CO_<3>
ightarrow H_<2>O+CO_<2>uparrow >>,> 2 N a H C O 3 + H 2 S O 4 → N a 2 S O 4 + 2 H 2 O + 2 C O 2 ↑ . <displaystyle <mathsf <2NaHCO_<3>+H_<2>SO_<4>
ightarrow Na_<2>SO_<4>+2H_<2>O+2CO_<2>uparrow >>.>

В быту обычно применяется реакция «гашения соды» уксусной кислотой, с образованием ацетата натрия или гашение лимонной кислотой с образование цитрата натрия, реакция с уксусной кислотой:

N a H C O 3 + C H 3 C O O H → C H 3 C O O N a + H 2 O + C O 2 ↑ . <displaystyle <mathsf <3>+CH_<3>COOH
ightarrow CH_<3>COONa+H_<2>O+CO_<2>uparrow >>.>

Термическое разложение [ править | править код ]

При температуре выше 60 °C гидрокарбонат натрия начинает распадаться на карбонат натрия, углекислый газ и воду (процесс разложения наиболее эффективен при 200 °C, при более высоких температурах карбонат натрия начинает распадаться на оксид натрия и углекислый газ):

2 N a H C O 3 → 60 − 200 ∘ C N a 2 C O 3 + H 2 O + C O 2 ↑ . <displaystyle <mathsf <2NaHCO_<3><xrightarrow <60-200^<circ >C>>Na_<2>CO_<3>+H_<2>O+CO_<2>uparrow >>.>

При этом процессе выделения воды в виде водяного пара и углекислого газa масса исходного продукта уменьшается примерно на 37 % [ источник не указан 370 дней ] .

Получение [ править | править код ]

В промышленности гидрокарбонат натрия получают аммиачно-хлоридным способом [1] . В концентрированный раствор хлорида натрия, насыщенный аммиаком, под давлением пропускают углекислый газ. В процессе синтеза происходят две реакции:

N H 3 + C O 2 + H 2 O → N H 4 H C O 3 <displaystyle <mathsf <3>+CO_<2>+H_<2>O
ightarrow NH_<4>HCO_<3>>>> N H 4 H C O 3 + N a C l → N a H C O 3 ↓ + N H 4 C l . <displaystyle <mathsf <4>HCO_<3>+NaCl
ightarrow NaHCO_<3>downarrow +NH_<4>Cl>>.>

В холодной воде гидрокарбонат натрия мало растворим, и его отделяют от охлаждённого раствора фильтрованием, а из полученного после фильтрования раствора хлорида аммония снова получают аммиак, возвращаемый в производство вновь:

2 N H 4 C l + C a ( O H ) 2 → 2 N H 3 ↑ + C a C l 2 + 2 H 2 O . <displaystyle <mathsf <2NH_<4>Cl+Ca(OH)_<2>
ightarrow 2NH_<3>uparrow +CaCl_<2>+2H_<2>O>>.>

Применение [ править | править код ]

Двууглекислый натрий (бикарбонат) применяется в химической, пищевой, лёгкой, медицинской, фармацевтической промышленности, цветной металлургии, в быту. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E500 (ii), входит в состав пищевой добавки E500.

В химической промышленности [ править | править код ]

Применяется для производства красителей, пенопластов и других органических продуктов, фторорганических соединений, продуктов бытовой химии, наполнителей в огнетушителях, Реагент для отделения диоксида углерода, сероводорода из газовых смесей, например, отходящих газов топливосжигающих установок. В этом процессе углекислый газ поглощается раствором гидрокарбоната натрия при повышенном давлении и пониженной температуре, далее поглощённый углекислый газ выделяется из раствора при подогреве и снижении давления;

В лёгкой промышленности — в производстве резины для подошв обуви и в производстве искусственных кож, кожевенном производстве при дублении и нейтрализации кожи после кислого дубления, текстильной промышленности при отделке шёлковых и хлопчатобумажных тканей;

В пищевой промышленности — в хлебопечении, производстве кондитерских изделий, приготовлении газированных напитков.

В кулинарии [ править | править код ]

Основное применение пищевой соды в пищевой промышленности и в быту — кулинария, где применяется, преимущественно, в качестве основного или дополнительного разрыхлителя в составе кислого и пресного теста. При добавлении питьевой соды в кислое тесто происходит реакция с молочной кислотой, продуцированной при заквашивании дрожжевыми микроорганизмами, при этой реакции выделяется углекислый газ, вспучивающий тесто.

При добавлении в пресное тесто углекислый газ выделяется при выпечке из-за термического разложения.

При применении соды в чистом виде важно соблюсти правильную дозировку, так как она оставляет в продукте карбонат натрия, дающий определённый привкус. Порядок замешивания для теста: соду — в муку, кислые компоненты (уксус, кефир и пр.) — в жидкость.

В медицине [ править | править код ]

Традиционно раствор питьевой соды используется для дезинфекции зубов и дёсен при зубных болях [2] и полости рта и горла, при сильном кашле, ангине, фарингите [3] , а также как общепринятое средство от изжоги и болей в желудке.

Применяется при заболеваниях, сопровождающиеся выраженным ацидозом (при диабете, инфекциях и др), для борьбы с ацидозом при хирургических вмешательствах (назначается 3-5 г. внутрь) [4] .

Применяется в качестве антиаритмического средства [4] .

Как антацидное средство (как и все другие щелочи) применяется при язвенной болезни желудка, и двенадцатиперстной кишки, при повышенной кислотности желудочного сока [4] .

Имеются так же данные о применении препарата (в виде капельных и внутривенных вливаний) при гипертонической болезни, симптоматической почечной гипертонии [5] , и хронической почечной недостаточности [6] . Эффект связан с увеличением выделения ионов натрия и хлора и возрастанием осмотического диуреза [4] .

В виде свечей применяется против укачивания при морской и воздушной болезнях [4]

Применяется в качестве отхаркивающего средства, т.к. повышая щелочные резервы крови, сдвигает в щелочную сторону реакцию бронхиальной слизи, делая мокроту менее вязкой [4] .

При ринитах, конъюнктивитах, стоматитах, ларингитах и т.п. применяют для полосканий, промываний, ингаляций 0,5 — 2% р-ры гидрокарбоната натрия [4] .

Применяется внутривенно с целью быстрого устранения метаболического ацидоза во время реанимационных мероприятий, заболеваниях почек [4] .

Нужно иметь ввиду, что в результате применения может возникнуть т.н. кислотный рикошет (при реакции содой с соляной кислотой происходит выделение CO₂, который оказывает раздражающее действие на стенку желудка, усиливая выделение гастрина [4] ).

В альтернативной медицине питьевая сода иногда заявляется как «лекарство» от рака, однако, никакой экспериментально подтверждённой эффективности применения такого «лечения» не существует [7] .

Противопоказания к применению в медицинских целях [ править | править код ]

Индивидуальная гиперчувствительность; состояния, сопровождающиеся развитием алкалоза; гипокальциемия, при приеме внутрь усиливает алкалоз и повышает риск развития тетанических судорог, гипохлоремия — снижение концентрации в крови ионов Cl — , в том числе вызванная рвотой, или снижением всасывания в желудочно-кишечном тракте, может привести к тяжёлому алкалозу.

Является источником натрия, тем самым увеличивая объём циркулирующей крови, усугубляя отёки и повышая артериальное давление. Применение при сниженной скорости клубочковой фильтрации может привести к метаболическому алкалозу.

Пожаротушение [ править | править код ]

Гидрокарбонат натрия вместе с карбонатом аммония используется в качестве наполнителя в огнетушителях с сухим наполнением и в стационарных системах сухого пожаротушения. Это применение обусловлено тем, что от воздействия высокой температуры в очаге горения вещество выделяет углекислый газ, атмосфера которого затрудняет доступ кислорода воздуха в очаг горения.

В быту [ править | править код ]

Применяется как безопасное для здоровья средство для чистки поверхностей столовой и кухонной посуды, поверхностей кухонных столов, иных поверхностей, соприкасающихся с пищей, путем протирки их с помощью влажной тряпки с сухим порошком питьевой соды.

В транспорте [ править | править код ]

Применяется для нейтрализации следов электролита — серной кислоты на поверхности пластмассовых корпусов свинцовых аккумуляторов насыщенным водным раствором питьевой соды.

Производство [ править | править код ]

В Российской Федерации двууглекислый натрий выпускается в соответствии с требованиями [8] и техническими условиями [9] , выпускается на предприятиях АО «Башкирская содовая компания» в г. Стерлитамак, Республика Башкортостан, а также на Крымском содовом заводе в г. Красноперекопск, Крымский полуостров [10] .

Хранение [ править | править код ]

Гидрокарбонат натрия хранят в закрытых упаковках, в сухом месте вдали от источников огня. Гарантийный срок хранения натрия двууглекислого — 12 месяцев со дня изготовления. Срок годности не ограничен.

Безопасность [ править | править код ]

Вещество нетоксично, пожаро- и взрывобезопасно.

Имеет солоноватый, мыльный вкус. При попадании пыли вещества на слизистые оболочки глаз и носа вызывает лёгкое раздражение. При частой работе в атмосфере, загрязнённой пылью двууглекислого натрия, может возникнуть раздражение верхних дыхательных путей. Предельно допустимая концентрация пыли бикарбоната натрия в воздухе производственных помещений 5 мг/м 3 [11] .

Различными видами соды приходится пользоваться почти каждый день. А вот из чего делают соду, каким способом ее получают известно не всем. Каждый вид соды: пищевая, кальцинированная и каустическая отличается своими свойствами, назначением и способом получения.

Как начали производить соду?

Человек сталкивался с этим веществом еще в глубокой древности. Ей пользовались, извлекая из содовых озер и небольших минеральных месторождений. В Европе с ее помощью выпускали мыло, краски, стекло и даже лекарства. Зола морских водорослей была источником этого белого порошкообразного вещества. Но для промышленности такого ее количества было недостаточно.

В природе существуют содовые озера в Забайкалье и Западной Сибири.

Известно озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. Большими запасами этого природного вещества владеет США: на свои потребности она использует 40% природной соды и истощения запасов в ближайшие десятилетия не предвидится. Россия не обладает большими месторождениями, поэтому вещество получают только химическими методами.

Одним из первых стал применяться промышленный способ, изобретенный французским химиком Лебланом в 1791 году. Метод основывался на извлечении карбоната натрия из каменной соли. Технология не отличалась совершенством: оставалось значительное количество отходов. Но начало было положено: цена на «белое вещество» снизилась, а необходимость в приобретении − возросла.

Методом Леблана пользовались широко, но он позволял производить только кальцинированную соду. Следующим изобретателем стал француз Огюстен Жан Френель, который в 1810 году провел реакцию получения содового порошка, пропустив каменную соль через аммиачный раствор и углекислый газ. Но в производстве эта разработка оказалась неприбыльной. Было неизвестно, как восстановить аммиак, нужный в циклическом процессе производства.
На сегодняшний день производство очищенного бикарбоната натрия происходит двумя способами, «сухим» и «мокрым»
И только в 1861 году бельгиец Эрнест Сольве, опираясь на труды Френеля, провел реакцию по восстановлению аммиака, сделав производство дешевым и заменив метод Леблана. Особенность метода состояла в том, что он позволял помимо кальцинированной, получать соду пищевую.

В России о «белом веществе» узнали во время правления Петра Первого. До 1860 года она была импортной и называлась «зодой» или «зудой». А 1864 году было налажено свое производство этого продукта.

Польза соды в быту и для здоровья

Пищевая сода необходима в кулинарии:

• Она способна размягчить кусок жесткого мяса. Его нужно натереть содовым порошком и оставить в холодильнике на пару часов, а потом вымыть в проточной воде.
• Чтобы качественно вымыть фрукты и овощи, нужно добавлять данное вещество в воду.
• Сода поможет уничтожить неприятный запах, исходящий от рыбы. Нужно всего лишь сделать раствор из 2 ложек соды и литра воды, намочить ним полотенце, в которое следует поместить мясо рыбы и оставить на час в холодильнике. Промойте ее перед приготовлением.
• Щепотка соды поможет сделать омлет пышным.
• Вещество ускоряет процесс варки бобов и делает еду «безопасной» для кишечника.
• Сода и витамин С в пропорции 1:1 заменяют дрожжи в тесте. Выпечка растет исключительно в горячей духовке.
• Если по окончании приготовления блюда с добавлением лука, чеснока, рыбы на руках остался неприятный запах, то его можно уничтожить мытьем рук с содой.

Пищевой содовый порошок в быту также нужен при следующих обстоятельствах:

• Его используют для мытья неделикатных поверхностей, посуды, бытовой техники, сантехники, кафеля в ванной.
• Чтобы качественно очистить ведро для мусора от грязи и запаха, положите на дно кашицу из воды и соды.
• Сода поможет избавиться от насекомых в доме, в том числе муравьев.
• Можно добавить содовый порошок в кошачий наполнитель, чтоб неприятный запах оставался в лотке.
• Легко затираются содой черные полосы на побелке и царапинки.
• Сухая сода отлично чистит ковровые покрытия, потом от нее можно избавиться при помощи пылесоса.

Что стоит сказать о лечебных свойствах пищевого содового порошка. Вот для чего его используют:

• Для профилактики кариеса;
• Для избавления от неприятного запаха ног;
• Для уменьшения зуда при укусе насекомого;
• Для избавления от опрелостей;
• От цистита;
• От солнечных ожогов;
• От запаха из ротовой полости;
• При боли в горле;
• От простуды;
• От головной боли (мигреней);
• Как средство от курения;
• От изжоги;
• При кожных заболеваниях и т.д.

Кальцинированная сода

Кальцинированная сода или натрий двууглекислый, карбонат натрия (Na 2CO3) незаменимый компонент при производстве различных видов стекла, стеклоблоков и керамической плитки. В металлургии: при получении свинца, хрома, вольфрама, стронция, хрома, для очистки выделяемых газов и нейтрализации химических сред. Химическая промышленность тоже не обходится без карбоната натрия, используя его в производстве глицеринов, моющих средств, спиртов, бумажной, красочной и нефтяной промышленности.

Сода бывает в белых гранулах (марка А) или белом порошке (марка Б).

Отличается гигроскопичностью, активно поглощает влагу и углекислый газ, превращаясь в твердое вещество. Быстро слеживается при открытом хранении.

Выработка кальцинированной соды в промышленных масштабах осуществляется несколькими способами:

• Из природной соды;
• Аммиачным способом;
• Из нефелинового сырья;
• Методом карбонизации гидроксида натрия.

В природном состоянии карбонат натрия достаточно распространен. Обнаружен он в соляных озерах и пластах, в золе из морских водорослей, в подземных солях в виде минералов трона, натрона, термонатрита, нахколита.

На планете насчитывается порядка 60 источников соды, которые находятся в Канаде, США, Кении, России, Мексике, ЮАР.

Соду из пластовых минералов получают прокаливанием, а из соленых озер путем кристаллизации.

Наиболее освоенным в промышленных масштабах является аммиачный способ, что объясняется доступностью технологии, малыми затратами и высоким качеством готовой соды.

Раствор хлористого натрия при низкой температуре проходит насыщение аммиаком и двуокисью углеводорода. В результате химической реакции выпадает осадок бикарбоната натрия, его отфильтровывают и прокаливают (кальцинируют). Так получается кальцинированная сода.

Карбонизация гидроксида натрия имела популярность в 60-70-х годах XX в., когда спрос на кальцинированную соду увеличился, а каустической было в избытке. Сейчас способ не применяется из-за высокозатратной технологии.

На бытовом уровне кальцинированной содой стирают грязную одежду, чистят посуду, сантехнику, кафель, удаляют налет и накипь.

Состав пищевой соды

Разновидностей «белого вещества» не так уж и мало:

• существует кальцинированная сода или углекислый натрий: Nа2СО3;
• есть еще двууглекислая сода (питьевая сода) или бикарбонат натрия NаНСО3;
• кристаллическая сода Nа2СО3*10Н2О;
• каустическая сода, которая к пищевой имеет весьма отдаленное отношение, это NаОН.

Исходя из метода синтеза, она делится на леблановскую и аммиачную, вторая получается более чистой.

«Белое вещество» в природе встречается редко и к тому же не в чистом виде. Этого количества недостаточно, чтобы удовлетворить мировые потребности. В год производство соды достигает нескольких миллионов тонн.

Пищевая сода имеет химическое название − двууглекислый натрий или гидрокарбонат натрия с формулой NаНСО3. Она содержится в виде растворенного вещества в примесях соленых озер и морской воде, есть в составе горных пород.

Процесс производства из поваренной соли

Получение соды по настоящий день базируется на методе Сольве. По-другому этот метод называют аммиачно-хлоридным. Концентрированный раствор хлорида натрия насыщают аммиаком, затем воздействуют на него углекислым газом.

Образовавшийся гидрокарбонат натрия плохо растворим в холодной воде и его можно легко выделить фильтрованием. Затем проводят процесс кальцинирования с образованием содового порошка.
Производство кальцинированной соды осуществляется аммиачным методом путем взаимодействия насыщенного водного раствора хлористого натрия и углекислого газа в присутствии аммиака с образованием бикарбоната натрия и последующей его кальцинацией
Поэтапно процесс выглядит так:

1. NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3 +NH4Cl (образование конечного продукта идет в воде при t=+30 − +40 градусов).
2. 2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2 + H2O (СО2 не выводится из циклически повторяющегося процесса). Это реакция кальцинирования соды.
3. 2NH4Cl +CaO = CaCl2 + H2O + 2NH3. Так восстанавливается аммиак. Он продолжает участвовать в производстве снова и снова, находя применение в дальнейшем производстве.

По этому методу получают как кальцинированную, так и пищевую соду. Оба вещества востребованы в получении различных продуктов. Метод Сольве дает возможность синтезировать два вида содового порошка одновременно. Теперь становится понятно, из чего делают соду, и какие компоненты участвуют в химических реакциях.

В России вещество производится на двух предприятиях – на заводе «Сода» в г. Стерлитамаке (Республика Башкортостан) и предприятии «Крымский содовый завод» в г. Красноперекопске (Республика Крым). Это продукты высокого качества, соответствующие требованиям ГОСТа.

Процесс производства из природных минералов

Поскольку существуют страны, богатые минералами, в состав которых входит интересующее нас вещество (например, США, Уганда, Турция, Мексика), то известен и более простой способ производства соды из минералов нахколита и трона. Из них можно сделать кальцинированный содовый порошок, а затем превратить его в пищевой.

Трон добывают разными способами:

• Вырезают подземные комнаты, которые поддерживаются специальными приспособлениями. Минерал берут на стенках комнат, а затем по конвейеру перемещают наверх.
• Под землю заливается горячая вода, чтобы растворить минерал. Откачанную жидкость выпаривают и полученные деминерализованные кристаллы обрабатывают.

Кристаллы дробят, нагревают, чтобы удалить ненужные газы, и превращают минерал в содовый порошок. Но в нем еще много примесей, которые удаляют путем добавления воды и последующим фильтрованием. Полученное вещество просушивают, просеивают и уже на предприятии фасуют в подготовленную тару.

Применение кальцинированного содового порошка достаточно широкое. Он нужен для изготовления стекла, мыла, бумаги. С его помощью очищают воду. Использование гидрокарбоната натрия необходимо в медицине и пищевой индустрии.

Как и при любом химическом производстве, получение содового порошка не является экологически чистым. Но разрушительное воздействие на природу было бы значительно более сильным, если бы начали производить те синтетические вещества, которые с успехом может заменить сода.

Каустическая сода: из чего производят и каким путем?

Существуют такие химические методы изготовления гидроксида натрия: пиролитический, известковый и ферритный. У химических методов получения каустической соды имеются значительные изъяны. Речь идет о значительном расходе энергоносителей, в получаемом едком натрии содержится много примесей. На сегодняшний день заводы почти целиком перешли на электрохимические способы производства. Существует три электрохимических метода выработки едкой щелочи и хлора: диафрагменный и мембранный методы (электролиз с твердым катодом), ртутный метод (электролиз с применением жидкого ртутного катода). Электрохимически каустическую соду добывают с помощью электролиза растворов галита (это минерал, основная часть которого — поваренная соль), при этом параллельно получают водород и хлор.

Стоит упомянуть, что увеличивается доля мембранного электролиза. В Российской Федерации примерно 35 % от всей изготавливаемой каустической соды добывается ртутным способом, а 65 % — мембранным и диафрагменным.

Польза каустической соды

Каустическая сода может быть полезна:

• Если нужно очистить сливные трубы и канализацию;
• При чистке кастрюль;
• При изготовлении мыла;
• При дезинфекции.

Производство соды в России

На территории Российской Федерации расположены природные содовые озера в Западной Сибири и в Забайкалье.

А крупные содовые предприятия находятся на территории Крыма в г. Красноперекопск и в Башкортостане г. Стерлитамак, рядом с месторождениями известняка и соли.

На выпуске каустической соды специализируются такие предприятия: «Каустик» (г. Волгоград), «Азот» (г.Новомосковск), «Саянскхимпласт», «Усольехимпром», «Химпром» (г.Волгоград).

Вредна ли сода?

Можно непрерывно рассказывать о пользе пищевой соды для человека. Но следует помнить, что при некоторых обстоятельствах она может быть вредной для организма.

• Если у водного содового раствора слабая щелочная реакция, то вред гидрокарбоната натрия в порошке может оказаться достаточно серьезным, потому что это сильная щелочь. Следует оберегаться контакта данного вещества с кожным покровом в течение длительного периода, а также необходимо следить, чтоб оно не попало на слизистые оболочки или в глаза, так как это может спровоцировать появление раздражения или даже получения обжога.
• Если доктор назначил диету с низким содержанием натрия, то нужно осторожно применять соду в разнообразных целях.
• Сода может вступить в реакцию с разнообразными лекарствами. Если вы пьете таблетки, то попросите о врачебной консультации касательно данного вопроса.
• Беременные женщины, кормящие мамы и дети до 5 лет не должны добавлять это вещество в свой рацион.
• Если говорить о кальцинированной и каустической соде, то они еще более опасны, и перед их использованием нужно ознакомиться с инструкцией по применению и мерами предосторожности.

Карбонат натрия
Общие
Систематическое наименование	Карбонат натрия
Традиционные названия	кальцинированная сода, углекислый натрий
Хим. формула	Na 2 C O 3
Физические свойства
Молярная масса	105,99 г/моль
Плотность	2,53 г/см³
Термические свойства
Т. плав.	854 °C
Т. разл.	1000 °C
Химические свойства
pKa	10,33
Растворимость в воде при 20 °C	21,8 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	497-19-8
PubChem	10340
Рег. номер EINECS	207-838-8
SMILES
Кодекс Алиментариус	E500(i)
RTECS	VZ4050000
ChEBI	29377
ChemSpider	9916
Безопасность
ЛД50	4 г/кг (крысы, орально)
Пиктограммы СГС
NFPA 704
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Карбона́т на́трия (кальцинированная сода) — неорганическое соединение, натриевая соль угольной кислоты с химической формулой Na ₂ C O 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

Свойства [ править | править код ]

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 [1] [2] .

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 Cp	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):

C O 3 2 − + H 2 O ⇄ H C O 3 − + O H − <displaystyle <mathsf <3>^<2->+H_<2>O
ightleftarrows HCO_<3>^<->+OH^<->>>>

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:

N a 2 C O 3 + H 2 S O 4 → N a 2 S O 4 + H 2 O + C O 2 ↑ <displaystyle <mathsf <2>CO_<3>+H_<2>SO_<4>
ightarrow Na_<2>SO_<4>+H_<2>O+CO_<2>uparrow >>>

Нахождение в природе [ править | править код ]

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 [3] [ неавторитетный источник? ] . 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 [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

В 1791 году французский химик Никола Леблан получил патент на «Способ превращения глауберовой соли в соду». По этому способу при температуре около 1000 °C запекается смесь сульфата натрия («глауберовой соли»), мела или известняка (карбоната кальция) и древесного угля. Уголь восстанавливает сульфат натрия до сульфида:

N a 2 S O 4 + 2 C → N a 2 S + 2 C O 2 <displaystyle <mathsf <2>SO_<4>+2C
ightarrow Na_<2>S+2CO_<2>>>>

Сульфид натрия реагирует с карбонатом кальция:

N a 2 S + C a C O 3 → N a 2 C O 3 + C a S <displaystyle <mathsf <2>S+CaCO_<3>
ightarrow Na_<2>CO_<3>+CaS>>>

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:

2 N a C l + H 2 S O 4 → N a 2 S O 4 + 2 H C l <displaystyle <mathsf <2NaCl+H_<2>SO_<4>
ightarrow Na_<2>SO_<4>+2HCl>>>

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) [ править | править код ]

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:

N H 3 + C O 2 + H 2 O + N a C l → N a H C O 3 + N H 4 C l <displaystyle <mathsf <3>+CO_<2>+H_<2>O+NaCl
ightarrow NaHCO_<3>+NH_<4>Cl>>>

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:

2 N a H C O 3 → o t N a 2 C O 3 + H 2 O + C O 2 ↑ <displaystyle <mathsf <2NaHCO_<3><xrightarrow[<>]<^t>>Na_<2>CO_<3>+H_<2>O+CO_<2>uparrow >>>

Образовавшийся CO₂ возвращают в производственный цикл. Хлорид аммония NH₄Cl обрабатывают гидроксидом кальция Ca(OH)₂:

2 N H 4 C l + C a ( O H ) 2 → C a C l 2 + 2 N H 3 + 2 H 2 O <displaystyle <mathsf <2NH_<4>Cl+Ca(OH)_<2>
ightarrow CaCl_<2>+2NH_<3>+2H_<2>O>>>

Полученный NH₃ также возвращают в производственный цикл.

Таким образом, единственным отходом производства является хлорид кальция.

Первый содовый завод такого типа в мире был открыт в 1863 в Бельгии; первый завод такого типа в России был основан в районе уральского города Березники фирмой «Любимов, Сольве и Ко» в 1883 году. Его производительность составляла 20 тысяч тонн соды в год. В 2010 году ФАС России отказала фирме Solvay в покупке этого завода, разрешив покупку группе Башкирская химия (ей также принадлежит завод Сода). [ источник не указан 2812 дней ]

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

Способ Хоу [ править | править код ]

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 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 [ править | править код ]

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 всем мире — 84 % (2000 год) [4] .

Применение [ править | править код ]

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 [5] .

В пищевой промышленности карбонаты натрия зарегистрированы в качестве пищевой добавки E500, — регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию. Карбонат натрия (кальцинированная сода, Na₂CO₃) имеет код 500i, гидрокарбонат натрия (пищевая сода, NaHCO₃) — 500ii, их смесь — 500iii.

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.

В фотографии используется в составе проявителей как ускоряющее средство [6] .

Самостоятельно добавляется в моторное масло для предотвращения полимеризации. Концентрация 2 г на 1 л масла. [ источник не указан 19 дней ]

Безопасность [ править | править код ]

Предельно допустимая концентрация аэрозоли кальцинированной соды в воздухе производственных помещений — 2 мг/м 3 [1] . 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 [ править | править код ]

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

«Сода» в европейских языках происходит, вероятно, от арабского «suwwad» — общего названия различных видов солянок, растений, из золы которых её добывали в средние века; существуют и другие версии [7] . Кальцинированная сода (карбонат натрия) называется так потому, что для получения её из бикарбоната последний «кальцинируют» (лат. calcinatio, от calx, по сходству с процессом обжига извести), то есть прокаливают.