| |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Другие имена | |||
| Идентификаторы | |||
3D модель ( JSmol ) | |||
| ЧЭБИ | |||
| ЧЭМБЛ | |||
| ChemSpider | |||
| ECHA InfoCard | 100.028.928  | ||
| Номер E | E514 (i) (регуляторы кислотности, ...) | ||
PubChem CID | |||
| Номер RTECS |
| ||
| UNII |
| ||
CompTox Dashboard ( EPA ) | |||
| |||
| |||
| Характеристики | |||
| Na 2 SO 4 | |||
| Молярная масса | 142,04 г / моль (безводный) 322,20 г / моль (декагидрат) | ||
| Внешность | белое кристаллическое твердое вещество гигроскопично | ||
| Запах | без запаха | ||
| Плотность | 2,664 г / см 3 (безводный) 1,464 г / см 3 (декагидрат) | ||
| Температура плавления | 884 ° C (1623 ° F, 1157 K) (безводный) 32,38 ° C (декагидрат) | ||
| Точка кипения | 1429 ° С (2604 ° F, 1702 К) (безводный) | ||
| безводный: 4,76 г / 100 мл (0 ° C) 28,1 г / 100 мл (25 ° C) [1] 42,7 г / 100 мл (100 ° C) гептагидрат: 19,5 г / 100 мл (0 ° C) 44 г / 100 мл (20 ° C) | |||
| Растворимость | не растворим в этаноле растворим в глицерине , воде и йодистом водороде | ||
| −52,0 · 10 −6 см 3 / моль | |||
Показатель преломления ( n D ) | 1,468 (безводный) 1,394 (декагидрат) | ||
| Структура | |||
Кристальная структура | орторомбический (безводный) [2] моноклинный (декагидратный) | ||
| Фармакология | |||
Код УВД | A06AD13 ( ВОЗ ) A12CA02 ( ВОЗ ) | ||
| Опасности | |||
| Основные опасности | Раздражающий | ||
| Паспорт безопасности | См .: страницу данных ICSC 0952 | ||
| NFPA 704 (огненный алмаз) |  0 1 0 | ||
| точка возгорания | Негорючий | ||
| Родственные соединения | |||
Другие анионы | Селенат натрия Теллурат натрия | ||
Другие катионы | Сульфат лития Сульфат калия Сульфат рубидия Сульфат цезия | ||
Родственные соединения | Бисульфат натрия Сульфит натрия Персульфат натрия | ||
| Страница дополнительных данных | |||
Структура и свойства | Показатель преломления ( n ), диэлектрическая проницаемость (ε r ) и т. Д. | ||
Термодинамические данные | Фазовое поведение твердое тело – жидкость – газ | ||
Спектральные данные | УФ , ИК , ЯМР , МС | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |||
 проверить ( что есть ?)  | |||
| Ссылки на инфобоксы | |||
Сульфат натрия (также известный как сульфат натрия или сульфат соды ) представляет собой неорганическое соединение с формулой Na 2 SO 4, а также несколько родственных гидратов . Все формы представляют собой белые твердые вещества, хорошо растворимые в воде. Декагидрат с годовым производством в 6 миллионов тонн является основным товарным химическим продуктом. Он в основном используется для производства моющих средств и в процессе крафт бумаги варки целлюлозы . [3]
Формы [ править ]
- Безводный сульфат натрия, известный как редкий минерал тенардит , используется в качестве осушителя в органическом синтезе .
- Гептагидрат сульфата натрия, очень редкая форма.
- Декагидрат сульфата натрия, известный как минерал мирабилит , широко используется в химической промышленности . Он также известен как глауберова соль.
История [ править ]
Декагидрат сульфата натрия известен как глауберова соль в честь голландского / немецкого химика и аптекаря Иоганна Рудольфа Глаубера (1604–1670), который открыл его в 1625 году в австрийской родниковой воде. Он назвал его sal mirabilis (чудесная соль) из-за ее лечебных свойств: кристаллы использовались в качестве слабительного общего назначения , пока в 1900-х годах не появились более сложные альтернативы. [4] [5]
В 18 веке глауберову соль начали использовать в качестве сырья для промышленного производства кальцинированной соды ( карбоната натрия ) путем реакции с калием ( карбонатом калия ). Спрос на кальцинированную соду увеличился, и предложение сульфата натрия должно было увеличиться. Таким образом, в девятнадцатом веке крупномасштабный процесс Leblanc , производящий синтетический сульфат натрия в качестве ключевого промежуточного продукта, стал основным методом производства кальцинированной соды. [6]
Химические свойства [ править ]
Сульфат натрия - это типичный ионный сульфат с электростатической связью . На наличие свободных сульфат-ионов в растворе указывает легкое образование нерастворимых сульфатов, когда эти растворы обрабатывают солями Ba 2+ или Pb 2+ :
- Na 2 SO 4 + BaCl 2 → 2 NaCl + BaSO 4
Сульфат натрия не реагирует с большинством окислителей или восстановителей . При высоких температурах, он может быть превращен в сульфид натрия путем карботермического (высокотемпературного нагрева с древесным углем и т.д.): [7]
- Na 2 SO 4 + 2 C → Na 2 S + 2 CO 2
Эта реакция была использована в процессе Леблана , промышленном пути получения карбоната натрия , который уже не существует .
Сульфат натрия реагирует с серной кислотой с образованием кислой соли бисульфата натрия : [8] [9]
- Na 2 SO 4 + H 2 SO 4 ⇌ 2 NaHSO 4
Сульфат натрия проявляет умеренную тенденцию к образованию двойных солей . Только квасцы , образованные с обычными трехвалентный металлами являются NaAl (SO 4 ) 2 (нестабильным выше 39 ° С) и NaCr (SO 4 ) 2 , в отличии от сульфата калия и сульфата аммония , которые образуют много стабильных квасцов. [10] Известны двойные соли с некоторыми другими сульфатами щелочных металлов, включая Na 2 SO 4 · 3K 2 SO 4, который в природе встречается в виде минерала афтиталита . Формирование глазеритапо реакции сульфата натрия с хлоридом калия был использован в качестве основы для получения сульфата калия , удобрения . [11] Другие двойные соли включают 3Na 2 SO 4 · CaSO 4 , 3Na 2 SO 4 · MgSO 4 ( вантофит ) и NaF · Na 2 SO 4 . [12]
Физические свойства [ править ]
Сульфат натрия имеет необычные характеристики растворимости в воде. [13] Его растворимость в воде повышается более чем в десять раз в диапазоне от 0 ° C до 32,384 ° C, где она достигает максимального значения 49,7 г / 100 мл. В этот момент кривая растворимости меняет наклон, и растворимость становится почти независимой от температуры. Эта температура 32,384 ° C, соответствующая выделению кристаллической воды и плавлению гидратированной соли, служит точным эталоном температуры для калибровки термометра .
Структура [ править ]
Кристаллы декагидрата состоят из ионов [Na (OH 2 ) 6 ] + с октаэдрической молекулярной геометрией . Эти октаэдры имеют общие края, так что восемь из 10 молекул воды связаны с натрием, а две другие являются промежуточными, так как водородные связи связаны с сульфатом. Эти катионы связаны с сульфат-анионами водородными связями . Расстояния Na-O составляют около 240 пм . [14] Кристаллический декагидрат сульфата натрия также необычен среди гидратированных солей тем, что имеет измеряемую остаточную энтропию (энтропию при абсолютном нуле ) 6,32 Дж · К -1 · моль -1.. Это объясняется его способностью распределять воду намного быстрее, чем у большинства гидратов. [15]
Производство [ править ]
Мировое производство сульфата натрия, почти исключительно в форме декагидрата, составляет примерно от 5,5 до 6 миллионов тонн в год (Мт / год). В 1985 году производство составляло 4,5 млн. Т / год, половина из них - из природных источников, а половина - за счет химического производства. После 2000 г., на стабильном уровне до 2006 г., естественная добыча увеличилась до 4 млн т / год, а производство химикатов снизилось до 1,5–2 млн т / год, в общей сложности от 5,5 до 6 млн т / год. [16] [17] [18] [19] Для всех областей применения сульфат натрия природного и химического происхождения практически взаимозаменяем.
Природные источники [ править ]
Две трети мирового производства декагидрата (глауберова соль) приходится на природную минеральную форму мирабилита , которая, например, обнаруживается в озерах на юге Саскачевана . В 1990 году основными производителями природного сульфата натрия в мире были Мексика и Испания (около 500 000 тонн каждая ), а Россия , США и Канада - около 350 000 тонн каждая. [17] Природные ресурсы оцениваются более чем в 1 миллиард тонн. [16] [17]
Основными производителями от 200 000 до 1 500 000 тонн в год в 2006 г. были Searles Valley Minerals (Калифорния, США), Airborne Industrial Minerals (Саскачеван, Канада), Química del Rey (Коауила, Мексика), Minera de Santa Marta и Criaderos Minerales Y Derivados, а также известная как Grupo Crimidesa (Бургос, Испания), Minera de Santa Marta (Толедо, Испания), Sulquisa (Мадрид, Испания), Chengdu Sanlian Tianquan Chemical ( округ Тяньцюань , Сычуань, Китай), Hongze Yinzhu Chemical Group ( район Хунцзе , Цзянсу, Китай), Nafine Chemical Industry Group (Шаньси, Китай), провинция Сычуань Chuanmei Mirabilite (万胜 镇 , Район Донгпо , Мэйшань , провинция Сычуань, Китай) и ООО «Кучуксульфат» (Алтайский край, Сибирь, Россия). [16] [18]
Безводный сульфат натрия встречается в засушливых средах как минерал тенардит . Во влажном воздухе медленно превращается в мирабилит. Сульфат натрия также встречается в виде глауберита , минерала сульфата кальция и натрия. Оба минерала встречаются реже мирабилита. [ необходима цитата ]
Химическая промышленность [ править ]
Около одной трети мирового сульфата натрия производится как побочный продукт других процессов в химической промышленности. Большая часть этого производства химически присуща первичному процессу и лишь незначительно экономична. Таким образом, благодаря усилиям промышленности производство сульфата натрия как побочного продукта сокращается.
Наиболее важное химическое производство сульфата натрия происходит во время производства соляной кислоты либо из хлорида натрия (соли) и серной кислоты в процессе Мангейма , либо из диоксида серы в процессе Харгривса . [20] Получающийся в результате этих процессов сульфат натрия известен как соляной кек .
- Мангейм: 2 NaCl + H 2 SO 4 → 2 HCl + Na 2 SO 4
- Харгривз: 4 NaCl + 2 SO 2 + O 2 + 2 H 2 O → 4 HCl + 2 Na 2 SO 4.
Второе из основных производства сульфата натрия являются процессами , где излишки гидроксид натрия является нейтрализован с помощью серной кислоты, в применении в больших масштабах в производстве вискозы . Этот метод также является регулярно применяемым и удобным лабораторным препаратом.
- 2 NaOH ( водн. ) + H 2 SO 4 (водн.) → Na 2 SO 4 (водн.) + 2 H 2 O ( л ) ΔH = -112,5 кДж (сильно экзотермический)
В лаборатории его также можно синтезировать в результате реакции бикарбоната натрия и сульфата магния .
- 2NaHCO 3 + MgSO 4 → Na 2 SO 4 + Mg (OH) 2 + 2CO 2
Однако, поскольку коммерческие источники легко доступны, лабораторный синтез нечасто практикуется. Раньше сульфат натрия также был побочным продуктом производства дихромата натрия , когда серная кислота добавлялась к раствору хромата натрия, образуя дихромат натрия, или впоследствии хромовую кислоту. Альтернативно, сульфат натрия образуется или образовывался при производстве карбоната лития , хелатирующих агентов , резорцина , аскорбиновой кислоты , кремнеземных пигментов, азотной кислоты и фенола . [16]
Объемный сульфат натрия обычно очищается через декагидратную форму, так как безводная форма имеет тенденцию притягивать соединения железа и органические соединения . Безводную форму легко получить из гидратированной формы путем осторожного нагревания.
Основные производители побочного продукта сульфата натрия с производительностью 50–80 Мт / год в 2006 г. включают Elementis Chromium (хромовая промышленность, Castle Hayne, Северная Каролина, США), Lenzing AG (200 Мт / год, районная промышленность, Ленцинг, Австрия), Addiseo (ранее Rhodia, метиониновая промышленность, Ле-Рош-Руссильон, Франция), Elementis (хромовая промышленность, Стоктон-он-Тис, Великобритания), Shikoku Chemicals (Токусима, Япония) и Visko-R (районная промышленность, Россия). [16]
Приложения [ править ]
Товарные отрасли [ править ]
При ценах в США на уровне 30 долларов за тонну в 1970 году, до 90 долларов за тонну для соляного жмыха и 130 долларов за более качественные сорта сульфат натрия является очень дешевым материалом. Чаще всего используется в качестве наполнителя в порошковых стиральных порошках для бытовой стирки, расход прибл. 50% мирового производства. Это использование сокращается, поскольку домашние потребители все чаще переходят на компактные или жидкие моющие средства, не содержащие сульфата натрия. [16]
Еще одно ранее основное применение сульфата натрия, особенно в США и Канаде, - это крафт-процесс для производства древесной массы . Органические вещества, присутствующие в «черном щелоке» этого процесса, сжигаются для получения тепла, необходимого для восстановления сульфата натрия до сульфида натрия . Однако благодаря достижениям в области термической эффективности процесса извлечения крафт-бумаги в начале 1960-х годов было достигнуто более эффективное извлечение серы, и потребность в подпитке сульфатом натрия резко снизилась [21] . Следовательно, использование сульфата натрия в целлюлозной промышленности США и Канады снизилось с 1 400 000 тонн в год в 1970 г. до всего лишь прибл. 150 000 тонн в 2006 г. [16]
Стекла промышленность обеспечивает еще одно существенного применение для сульфата натрия, в качестве второго по величине применения в Европе. Сульфат натрия используется в качестве осветлителя , помогающего удалить мелкие пузырьки воздуха из расплавленного стекла. Он придает стеклу флюс и предотвращает образование накипи от расплава стекла во время рафинирования. Стекольная промышленность Европы потребляла с 1970 по 2006 год стабильно 110 000 тонн в год. [16]
Сульфат натрия важен при производстве текстильных изделий , особенно в Японии, где он наиболее широко применяется. Сульфат натрия помогает «выравнивать», уменьшая отрицательные заряды на волокнах, так что красители могут проникать равномерно. В отличие от альтернативного хлорида натрия , он не вызывает коррозии сосудов из нержавеющей стали, используемых при крашении. Это приложение в Японии и США потребило в 2006 г. около 100 000 тонн. [16]
Пищевая промышленность [ править ]
Сульфат натрия используется в качестве разбавителя пищевых красителей. [22] Он известен как добавка числа E E514 .
Тепловые накопители [ править ]
Высокая теплоемкость при фазовом переходе от твердого тела к жидкости и выгодная температура фазового перехода 32 ° C (90 ° F) делают этот материал особенно подходящим для хранения низкопотенциального солнечного тепла для последующего выделения в системах отопления помещений. В некоторых приложениях материал включается в тепловые плитки, которые размещаются на чердаке, в то время как в других случаях соль вводится в ячейки, окруженные водой, нагретой солнечными батареями. Фазовое превращение позволяет существенно снизить массу материала, необходимую для эффективного аккумулирования тепла (теплота плавления декагидрата сульфата натрия составляет 82 кДж / моль или 252 кДж / кг [23] ), с дополнительным преимуществом консистенции температуры, пока имеется достаточное количество материала в соответствующей фазе.
Для охлаждения смесь с обычной солью хлорида натрия (NaCl) понижает температуру плавления до 18 ° C (64 ° F). Теплота плавления NaCl · Na 2 SO 4 · 10H 2 O фактически незначительно увеличивается до 286 кДж / кг. [24]
Маломасштабные приложения [ править ]
В лаборатории безводный сульфат натрия широко используется в качестве инертного сушильного агента для удаления следов воды из органических растворов. [25] Он более эффективен, но действует медленнее, чем аналогичный агент сульфат магния . Он эффективен только при температуре ниже 30 ° C, но его можно использовать с различными материалами, поскольку он химически довольно инертен. К раствору добавляют сульфат натрия, пока кристаллы не перестанут слипаться; два видеоклипа (см. выше) демонстрируют, как кристаллы слипаются, когда они еще влажные, но некоторые кристаллы текут свободно, когда образец высыхает.
Глауберова соль, декагидрат, используется как слабительное . Он эффективен для выведения из организма некоторых лекарств, таких как парацетамол ( парацетамол ), например, после передозировки. [26] [27]
В 1953 году сульфат натрия был предложен для аккумулирования тепла в системах пассивного солнечного отопления . Это позволяет использовать его необычные свойства растворимости и высокую теплоту кристаллизации (78,2 кДж / моль). [28]
Другие применения сульфата натрия включают размораживание окон, производство крахмала , в качестве добавки к освежителям ковров и в качестве добавки к корму для скота.
По крайней мере, одна компания, Thermaltake, производит охлаждающий коврик для портативных компьютеров (iXoft Notebook Cooler), используя декагидрат сульфата натрия внутри стеганой пластиковой подушки. Материал медленно превращается в жидкость и рециркулирует, выравнивая температуру ноутбука и действуя как изоляция. [29]
Безопасность [ править ]
Хотя сульфат натрия обычно считается нетоксичным [22], с ним следует обращаться осторожно. Пыль может вызвать временную астму или раздражение глаз; этот риск можно предотвратить, используя защитные очки и бумажную маску. Транспортировка не ограничена, и фраза риска или фраза безопасности не применяются. [30]
Ссылки [ править ]
- ^ Национальный центр биотехнологической информации. Краткое описание соединения PubChem для CID 24436, сульфат натрия. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Sodium-sulfate . Доступ 2 ноября 2020 г.
- ^ Захариасен, WH; Циглер, Г.Е. (1932). «Кристаллическая структура безводного сульфата натрия Na2SO4». Zeitschrift für Kristallographie, Kristallgeometrie, Kristallphysik, Kristallchemie . Висбаден: Akademische Verlagsgesellschaft. 81 : 92–101. DOI : 10.1524 / zkri.1932.81.1.92 . S2CID 102107891 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Helmold Plessen (2000). «Сульфаты натрия». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a24_355 . ISBN 978-3527306732.
- ^ Szydlo, Збигнев (1994). Вода, не смачивающая руки: Алхимия Михаила Сендивогия . Лондон – Варшава: Польская академия наук.
- ^ Westfall, Ричард С. (1995). «Глаубер, Иоганн Рудольф» . Проект Галилео. Архивировано 18 ноября 2011 года.
- ^ Aftalion, Фред (1991). История международной химической промышленности . Филадельфия: Университет Пенсильвании Press. С. 11–16. ISBN 978-0-8122-1297-6.
- ^ Справочник по химии и физике (71-е изд.). Анн-Арбор , Мичиган : CRC Press . 1990 г.
- ^ The Merck Index (7-е изд.). Рэуэй, Нью-Джерси, США: Merck & Co., 1960.
- ^ Нечамкин, Говард (1968). Химия элементов . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл .
- ^ Липсон, Генри ; Биверс, Калифорния (1935 г.). «Кристаллическая структура квасцов» . Труды Королевского общества А . 148 (865): 664–80. Bibcode : 1935RSPSA.148..664L . DOI : 10.1098 / RSPA.1935.0040 .
- ^ Гарретт, Дональд Э. (2001). Сульфат натрия: справочник по месторождениям, обработке, свойствам и применению . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 978-0-12-276151-5.
- ^ Меллор, Джозеф Уильям (1961). Подробный трактат Меллора по неорганической и теоретической химии . Том II (под ред. Нового впечатления). Лондон: Лонгманс. С. 656–673. ISBN 978-0-582-46277-9.
- ^ Линке, WF; А. Зайдель (1965). Растворимость неорганических и металлоорганических соединений (4-е изд.). Ван Ностранд. ISBN 978-0-8412-0097-5.
- ^ Хелена В. Рубен, Дэвид Х. Темплтон, Роберт Д. Розенштейн, Ивар Оловссон "Кристаллическая структура и энтропия декагидрата сульфата натрия" J. Am. Chem. Soc. 1961, том 83, стр 820–824. DOI : 10.1021 / ja01465a019
- ^ Brodale, G .; WF Giauque (1958). «Теплота гидратации сульфата натрия. Низкотемпературная теплоемкость и энтропия декагидрата сульфата натрия». Журнал Американского химического общества . 80 (9): 2042–2044. DOI : 10.1021 / ja01542a003 .
- ^ Б с д е е г ч я Suresh, Bala; Казутеру Йокосе (май 2006 г.). Сульфат натрия . Отчет о маркетинговых исследованиях CEH . Цюрих: Справочник по химической экономике SRI Consulting. pp. 771.1000A – 771.1002J. Архивировано 14 марта 2007 года.
- ^ a b c «Статистический сборник сульфата натрия» . Рестон, Вирджиния: Геологическая служба США , информация о полезных ископаемых. 1997. Архивировано 07 марта 2007 года . Проверено 22 апреля 2007 .
- ^ a b Экономика сульфата натрия (Восьмое изд.). Лондон: Информационные службы Роскилла. 1999 г.
- ^ Бизнес сульфата натрия . Лондон: Chem Systems International. Ноябрь 1984 г.
- Перейти ↑ Butts, D. (1997). Кирк-Отмер Энциклопедия химической технологии . v22 (4-е изд.). С. 403–411.
- ^ Smook, Гэри (2002). Справочник для технологов целлюлозы и бумаги . п. 143. Архивировано 7 августа 2016 года.
- ^ a b «Сульфат натрия (серия пищевых добавок ВОЗ 44)» . Всемирная организация здравоохранения . 2000. Архивировано 4 сентября 2007 года . Проверено 6 июня 2007 .
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2015-09-24 . Проверено 19 июня 2014 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
- ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2015-09-24 . Проверено 19 июня 2014 . CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) стр.8
- ^ Фогель, Артур I .; Б.В. Смит; Н. М. Уолдрон (1980). Элементарная практическая органическая химия Фогеля 1 Препараты (3-е изд.). Лондон: Longman Scientific & Technical.
- ^ Коккетто, DM; Г. Леви (1981). «Абсорбция перорально вводимого сульфата натрия у людей». J Pharm Sci . 70 (3): 331–3. DOI : 10.1002 / jps.2600700330 . PMID 7264905 .
- ^ Прескотт, LF; Critchley, JAJH (1979). «Лечение отравления ацетаминофеном». Ежегодный обзор фармакологии и токсикологии . 23 : 87–101. DOI : 10.1146 / annurev.pa.23.040183.000511 . PMID 6347057 .
- ^ Telkes, Мария (1953). Улучшения в устройстве и составе материала для аккумулирования тепла или относящиеся к ним . Патент Великобритании № GB694553 .
- ^ «Спецификация IXoft» . Thermaltake Technology Co., Ltd. Архивировано 12 марта 2016 года . Проверено 15 августа 2015 .
- ^ "MSDS сульфат натрия безводный" . Джеймс Т. Бейкер. 2006. Архивировано 19 июня 2003 года . Проверено 21 апреля 2007 .
Внешние ссылки [ править ]
- Калькуляторы: поверхностное натяжение , плотность, молярность и моляльность водного раствора сульфата натрия.
