碳酸鈉

 

在人工合成純堿之前，古代就發(fā)現(xiàn)某些海藻晾曬后，燒成的灰燼中含有堿類，用熱水浸取、濾清后可得褐色堿液用于洗滌。大量的天然堿來自礦物，以地下埋藏或堿水湖為主。以沉積層存在的天然堿礦品位最高，分布甚廣。最早發(fā)明人工合成純堿方法是18世紀(jì)末，法國路布蘭用芒硝加石灰石和煤在高溫下還原并進行碳酸化，得到以含Na2CO3為主的粗制品-黑灰，經(jīng)過浸取、蒸發(fā)、精制、再結(jié)晶、烘干，獲得純度約為97%的重質(zhì)純堿。1861年，比利時E.索爾維獨自發(fā)明了純堿并獲得過專利。由于技術(shù)秘密保護一直未能大范圍應(yīng)用，20世紀(jì)20年代才從美國突破，尤其是中國著名的化工專家侯德榜于1932年出版了《純堿制造》一書，將保密70年，索爾維法公布于世。侯德榜還與1939-1942創(chuàng)建了侯氏制堿法，并在 四川建立了中試車間。1952年在大連化工廠設(shè)立了聯(lián)合制堿車間。日本旭硝子公司推出的NA法，實質(zhì)上是聯(lián)堿和氨堿的折中法。可隨意調(diào)節(jié)純堿與氯化銨的比例。

碳酸鈉常溫下為白色無氣味的粉末或顆粒。有吸水性，露置空氣中逐漸吸收 1mol/L水分(約=15%)。其水合物有Na2CO3·H2O，Na2CO3·7H2O和Na2CO3·10H2O。

碳酸鈉易溶于水和甘油。20℃時每一百克水能溶解20克碳酸鈉，35.4℃時溶解度最大，100克水中可溶解49.7克碳酸鈉，微溶于無水乙醇，難溶于丙醇。

溶液顯堿性，能使酚酞變紅。

碳酸鈉的水溶液呈強堿性（pH=11.6）且有一定的腐蝕性，能與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，也能與一些鈣鹽、鋇鹽發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。含有結(jié)晶水的碳酸鈉有3種：Na2CO3·H2O、Na2CO3·7H2O 和 Na2CO3·10H2O。

穩(wěn)定性較強，但高溫下也可分解，生成氧化鈉和二氧化碳：

長期暴露在空氣中能吸收空氣中的水分及二氧化碳，生成碳酸氫鈉，并結(jié)成硬塊：

碳酸鈉的結(jié)晶水合物石堿(Na2CO3·10H2O)在干燥的空氣中易風(fēng)化：

在（298.15K，100k）的熱力學(xué)函數(shù)：

狀態(tài)：s

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成熱ΔfHmθ（kJ·mol-1）：-1130.8 

標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能ΔfGmθ（kJ·mol-1）：-1048.1

標(biāo)準(zhǔn)熵Smθ（J·mol-1·K-1）：138.8 

由于碳酸鈉在水溶液中水解，電離出的碳酸根離子與水中氫離子結(jié)合成碳酸氫根離子，導(dǎo)致溶液中氫離子減少，剩下電離的氫氧根離子，所以溶液pH顯堿性。 

由于碳酸根可以結(jié)合水中的質(zhì)子（即氫離子）生成碳酸氫根和碳酸，并且能結(jié)合酸中的質(zhì)子釋放二氧化碳。所以碳酸鈉在酸堿質(zhì)子理論中屬于布朗斯特堿。

以鹽酸為例。當(dāng)鹽酸足量時，生成氯化鈉和碳酸，不穩(wěn)定的碳酸立刻分

解成二氧化碳和水。這個反應(yīng)可以用來制備二氧化碳：

總的化學(xué)方程式是：

當(dāng)鹽酸少量時發(fā)生如下反應(yīng)：

碳酸鈉與其他種類的酸也能發(fā)生類似的反應(yīng)。

碳酸鈉能和氫氧化鈣、氫氧化鋇等堿發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成沉淀和氫氧化鈉。工業(yè)上常用這種反應(yīng)制備燒堿（俗稱苛化法）：

碳酸鈉能和鈣鹽、鋇鹽等發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成沉淀和新的鈉鹽：

由于碳酸鈉在水中水解生成氫氧化鈉和碳酸，它與某些鹽的反應(yīng)則會推動化學(xué)平衡向正方向移動，生成相應(yīng)的堿和二氧化碳：

蘇打是Soda的音譯，化學(xué)式為Na2CO3。它的名字頗多，學(xué)名叫碳酸鈉，俗名除叫蘇打外，又稱純堿或蘇打粉。帶有結(jié)晶水的叫水合碳酸鈉，有一水碳酸鈉(Na2CO3·H2O)、七水碳酸鈉(Na2CO3·7H2O)和十水碳酸鈉(Na2CO3·10H2O)三種。十水碳酸鈉又叫洗濯蘇打、洗濯堿或晶堿。其其他性質(zhì)詳見本詞條的其他部分。
在三種蘇打中，碳酸鈉的用途最廣。它是一種十分重要的化工產(chǎn)品，是玻璃、肥皂、紡織、造紙、制革等工業(yè)的重要原料。冶金工業(yè)以及凈化水也都用到它。它還可用于其他鈉化合物的制造。早在十八世紀(jì)，它就和硫酸、鹽酸、硝酸、燒堿并列為基礎(chǔ)化工原料--三酸兩堿之一。在日常生活中，蘇打也有很多用途，比如它可以直接作為洗滌劑使用，在蒸饅頭時加一些蘇打，可以中和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)。

小蘇打是白色晶體，溶于水，水溶液呈弱堿性。

在熱空氣中，它能緩慢分解，放出一部分二氧化碳；加熱至270℃時全部分解放出二氧化碳：

它也能與酸(如鹽酸)作用放出二氧化碳：

小蘇打的這些性質(zhì)，使它在生產(chǎn)和生活中有許多重要的用途。在滅火器里，它是產(chǎn)生二氧化碳的原料之一；在食品工業(yè)上，它是發(fā)酵粉的一種主要原料；在制造清涼飲料時，它也是常用的一種原料；在醫(yī)療上，它是治療胃酸過多的一種藥劑。

大蘇打是硫代硫酸鈉的俗名，又叫海波(Hypo的音譯)，帶有五個結(jié)晶水(Na2S2O3·5H2O)，故也叫做五水硫代硫酸鈉。
大蘇打是無色透明的晶體，易溶于水，水溶液顯弱堿性。它在33℃以上的干燥空氣中風(fēng)化而失去結(jié)晶水。 

在中性、堿性溶液中較穩(wěn)定，在酸性溶液中會迅速分解: 

大蘇打具有很強的絡(luò)合能力，能跟溴化銀形成絡(luò)合物。反應(yīng)式：

根據(jù)這一性質(zhì)，它可以作定影劑。洗相時，過量的大蘇打跟底片上未感光部分的溴化銀反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為可溶的Na3[Ag(S2O3)2]，把AgBr除掉，使顯影部分固定下來。

大蘇打還具有較強的還原性，能將氯氣等物質(zhì)還原: 

所以，它可以作為綿織物漂白后的脫氯劑。類似的道理，織物上的碘漬也可用它除去。另外，大蘇打還用于鞣制皮革、電鍍以及由礦石中提取銀等。

從上面的介紹可知，“三姐妹”的名字雖然只有一字之差，但它們的性質(zhì)和用途卻又如此不同。在使用它們時，要名實統(tǒng)一，避免張冠李戴。

以上三種是較常見常用的三種蘇打。除此之外有時”臭蘇打“會提及進來。

”臭蘇打“是硫化鈉的俗名，又稱臭堿、黃堿、硫化堿，具有臭味。

硫化鈉為無機化合物，純硫化鈉為無色結(jié)晶粉末。吸潮性強，易溶于水。水溶液呈強堿性反應(yīng)。觸及皮膚和毛發(fā)時會造成灼傷。故硫化鈉俗稱硫化堿。 

硫化鈉受撞擊或者急劇加熱可能發(fā)生爆炸，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，遇酸會放出有毒的硫化氫氣體：

硫化鈉能用于染料工業(yè)中生產(chǎn)硫化染料，是硫化青和硫化藍的原料。印染工業(yè)用作溶解硫化染料的助染劑。制革工業(yè)中用于水解使生皮脫毛，造紙工業(yè)用作紙張的蒸煮劑。還可用于紡織工業(yè)中棉織物染色的媒染劑、制藥工業(yè)用于生產(chǎn)解熱藥。硫化鈉還可用于直接電鍍中導(dǎo)電層的處理，通過硫化鈉與鈀反應(yīng)生成膠體硫化鈀來達到在非金屬表面形成良好導(dǎo)電層的目的。 

實驗室制取碳酸鈉： 。

最早在1791年，古人就開始用食鹽、硫酸、煤、石灰石為原料生產(chǎn)碳酸鈉，是為呂布蘭法。

此法原料利用不充分、勞動條件惡劣、產(chǎn)品質(zhì)量不佳，逐漸為索爾維法代替。

1859年，比利時人索爾維，用食鹽、氨水、二氧化碳為原料，于室溫下從溶液中析出碳酸氫鈉，將它加熱，即分解為碳酸鈉，人們將此方法稱為索氏制堿法，此法一直沿用至今： [9] 

氨氣與水和二氧化碳反應(yīng)生成一分子的碳酸氫銨，這是第一步：

第二步是：碳酸氫銨與氯化鈉反應(yīng)生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。經(jīng)過濾得到碳酸氫鈉固體：

這兩步總的化學(xué)方程式是：

第三步：加熱分解碳酸氫鈉，生成水、二氧化碳和碳酸鈉即我們要的純堿：

第四步：將第二步中副產(chǎn)的氯化銨和熟石灰混合加熱，得到的氨氣可循環(huán)利用：

1943年中國人侯德榜留學(xué)海外歸來，他結(jié)合中國內(nèi)地缺鹽的國情 ，對索爾維法進行改進，將純堿和合成氨兩大工業(yè)聯(lián)合，同時生產(chǎn)碳酸鈉和化肥氯化銨，大大地提高了食鹽利用率，是為侯氏制堿法：

第一步，氨氣與水和二氧化碳反應(yīng)生成一分子的碳酸氫銨，第二步碳酸氫銨與氯化鈉反應(yīng)生成的碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉之所以沉淀是因為它的溶解度較小。經(jīng)過濾得到碳酸氫鈉固體。（這兩步和上面的索氏制堿法相同）。

第三步，合成的碳酸氫鈉部分可以直接出廠銷售，其余的碳酸氫鈉會被加熱分解，

根據(jù)NH4Cl溶解度比NaCl大，而在低溫下卻比NaCl溶解度小的原理，在 278K～283K(5 ℃～10 ℃） 時，向母液中加入食鹽細(xì)粉，而使NH4Cl單獨結(jié)晶析出供做氮肥。 

索氏制堿法和侯氏制堿法所不同的，是索氏法在整個制取過程中NH3是循環(huán)使用的，而侯氏法在整個制取過程中，CO2被循環(huán)利用，NH4Cl直接作為純堿的副產(chǎn)品----肥料。所以，索氏法的產(chǎn)品是碳酸鈉，副產(chǎn)氯化鈣；而侯氏法的產(chǎn)品是碳酸鈉，副產(chǎn)氯化銨。

此法優(yōu)點：保留了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高到96 %；NH4Cl 可做氮肥；可與合成氨廠聯(lián)合，使合成氨的原料氣CO 轉(zhuǎn)化成CO2，革除了CaCO3制CO2這一工序。

碳酸鈉是重要的化工原料之一，廣泛應(yīng)用于輕工日化、建材、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥等領(lǐng)域， 用作制造其他化學(xué)品的原料、清洗劑、洗滌劑，也用于照相術(shù)和分析領(lǐng)域。其次是冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥及其它工業(yè)。玻璃工業(yè)是純堿的最大消費部門，每噸玻璃消耗純堿0.2噸。在工業(yè)用純堿中,主要是輕工、建材、化學(xué)工業(yè),約占2/3:其次是冶金、紡織、石油、國防、醫(yī)藥及其他工業(yè)。

該品具有弱刺激性和弱腐蝕性。直接接觸可引起皮膚和眼灼傷。生產(chǎn)中吸入其粉塵和煙霧可引起呼吸道刺激和結(jié)膜炎，還可有鼻粘膜潰瘍、萎縮及鼻中隔穿孔。長時間接觸該品溶液可發(fā)生濕疹、皮炎、雞眼狀潰瘍和皮膚松弛。接觸該品的作業(yè)工人呼吸器官疾病發(fā)病率升高。誤服可造成消化道灼傷、粘膜糜爛、出血和休克。

LD50：4090 mg/kg（大鼠經(jīng)口）

LC50：2300mg/m³，2小時（大鼠吸入）

該品不燃，具腐蝕性、刺激性.

皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。

（在實驗里，不小心沾到了堿液的時候，我們要用較多的水去沖洗，然后再涂上硼酸溶液來進行反應(yīng)）

眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。

吸入：脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫(yī)。

食入：用水漱口，給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。

危險特性：具有腐蝕性。未有特殊的燃燒爆炸特性。

有害燃燒產(chǎn)物：自然分解產(chǎn)物未知。

滅火方法：消防人員必須穿全身耐酸堿消防服。滅火時盡可能將容器從火場移至空曠處。

隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。避免揚塵，小心掃起，置于袋中轉(zhuǎn)移至安全場所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。

密閉操作，加強通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學(xué)安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。避免產(chǎn)生粉塵。避免與酸類接觸。搬運時要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時，應(yīng)把堿加入水中，避免沸騰和飛濺。

儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠離火種、熱源。應(yīng)與酸類等分開存放，切忌混儲。儲區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。

【禁配物】強酸、鋁、氟

起運時包裝要完整，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與酸類、食用化學(xué)品等混裝混運。運輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。車輛運輸完畢應(yīng)進行徹底清掃。

初中一般要求掌握有關(guān)碳酸鈉的俗稱（純堿、蘇打），主要用途，化學(xué)式以及一些常用反應(yīng)

如：

要特別注意碳酸鈉雖然俗名純堿但其實是一種鹽。

高中則要求掌握與NaHCO3在性質(zhì)（溶解性、熱穩(wěn)定性、堿性強弱、與酸的反應(yīng)速率等）用途等方面的區(qū)別以及兩者的鑒定方法等。