- Сульфат натрия
- Содержание
- Свойства
- Нахождение в природе
- Получение
- Применение
- главная > справочник > химическая энциклопедия: Натрия сульфат
- Сульфат натрия — Sodium sulfate
- СОДЕРЖАНИЕ
- Формы
- История
- Химические свойства
- Физические свойства
- Состав
- Производство
- Природные источники
- Химическая индустрия
- Приложения
- Товарные отрасли
- Пищевая промышленность
- Тепловое хранение
- Маломасштабные приложения
- Безопасность
Сульфат натрия
| Сульфат натрия | |
| Общие | |
|---|---|
| Систематическое наименование | сульфат натрия, натрий сернокислый |
| Химическая формула | Na2SO4 |
| Физические свойства | |
| Состояние (ст. усл.) | белые гигроскопичные кристаллы |
| Отн. молек. масса | 142,04 а. е. м. |
| Молярная масса | 142,04 г/моль |
| Плотность | 2,68 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура плавления | 884 °C |
| Энтальпия образования (ст. усл.) | −1387,9 кДж/моль |
| Химические свойства | |
| Растворимость в воде | 19,2 (20 °C), 42,3 (100 °C) |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 7757-82-6 |
Содержание
Свойства
Бесцветные кристаллы. Безводный Na2SO4 устойчив выше температуры 32,384 °C, ниже этой температуры в присутствии воды образуется кристаллогидрат Na2SO4·10H2O.
Нахождение в природе
В природе безводный сульфат натрия встречается в виде минерала тенардита. Кристаллогидрат Na2SO4·10H2O образует минерал мирабилит (глауберову соль). Встречаются также двойные соли сульфата натрия с другими сульфатами, например астраханит Na2SO4·MgSO4·4H2O, глауберит Na2SO4·CaSO4. Значительные количества сульфата натрия содержатся в рапе и донных отложениях солёных озёр хлорид-сульфатного типа и заливе Кара-Богаз-Гол. В них при понижении температуры идёт реакция:
В России крупнейшим производителем природного сульфата натрия является компания ОАО «Кучуксульфат» — 600 тыс. тонн в год.
Получение
Промышленный способ получения сульфата натрия — взаимодействие NaCl с H2SO4 в специальных «сульфатных» печах при 500—550 °C; одновременно получается соляная кислота.
В настоящее время такой способ практически не используется, так как имеются достаточно большие запасы природного сырья. Также сульфат натрия получается как отход (не имеющий запаха) в производстве хромпика.
Применение
В мире большое количество сульфата натрия использовались ранее при производстве синтетических моющих средств, однако во многих странах в последние годы произошёл переход на концентрированные (компактные) стиральные порошки, в которых сульфат либо не используется, либо используется в небольших количествах.
Второе по количеству применение сульфата натрия — стекольное производство. Также это вещество используют для получении сульфатной целлюлозы, в текстильной, кожевенной промышленности и в цветной металлургии.
В медицине и ветеринарии ранее широко использовался в качестве солевого слабительного средства, применяется также как компонент в средствах для промывания носа.
В небольших количествах сульфат натрия находит применение в химических лабораториях — в качестве обезвоживающего средства. Несмотря на то, что он обезвоживает органические растворители медленнее, чем сульфат магния, многие предпочитают именно это средство по двум причинам: дешево и легко отфильтровывать.
Зарегистрирован в качестве пищевой добавки E514.
Источник
главная > справочник > химическая энциклопедия:
Натрия сульфат
Натрия сульфат Na 2 SO 4 , бесцв. кристаллы; известен в четырех полиморфных модификациях (см. табл.); показатели преломления: меньший N p = 1,469, средний N m = 1,476, больший N g = 1,481; кристаллизуется из водных растворов выше 32,384 °С. В интервале от -1,2 до 32,4 °С кристаллизуется декагидрат, от -3,5 до 24,25 °С- также метастабильный гептагидрат. Р-римость безводного натрия сульфата в воде 21,9% по массе (25 °С). Т. кип. насыщ. водного раствора (29,7% по массе натрия сульфата) 102,88°С. Плохо раств. в водно-спиртовых средах; растворимость при 20 °С в этаноле 0,439% по массе, метаноле-2,40%. С K 2 SO 4 , Li 2 SO 4 и рядом др. образует непрерывный ряд твердых растворов, с сульфатами Sc и Y-двойные соли. с SrSO 4 — эвтектику.
Натрия сульфат встречается в природе в виде минералов тенардита Na 2 SO 4 , мирабилита (глауберова соль) Na 2 SO 4 . 10H 2 O, входит в состав астрахонита Na 2 Mg(SO 4 ) 2 . 4H 2 O, вантгоф-фита Na 6 Mg(SO 4 ) 4 , глауберита Na 2 Ca(SO 4 ) 2 и др. Наиб. крупные запасы натрия сульфата в СССР, США, Чили, Испании и др.
Мирабилит выделяют из прир. залежей, из рапы соляных озер и обезвоживают при 100°С. На хим. предприятиях натрия сульфат получают как побочный продукт при произ-ве соляной кислоты, соед. Сr, утилизации сульфатных щелоков в произ-ве искусств. волокна, на металлургич. заводах и т.д. Натрия сульфат — компонент шихты в произ-ве стекла; используется при сульфатной варке целлюлозы. при крашении хл.-бум. тканей; сырье для получения силикатов Na, Na 2 S, H 2 SO 4 , (NH 4 ) 2 SO 4 , соды и др.; компонент осадит. ванны в произ-ве вискозного волокна. глауберова соль — слабит. ср-во. ПДК в воздухе рабочей зоны 10,0 мг/м 3 .
Г и д р о с у л ь ф а т NaHSO 4 -бесцв. кристаллы (см. табл.); претерпевает два полиморфных превращ. при 140 и 170°С; показатели преломления: N p = 1,43, N m = 1,46, N g = 1,47; растворимость в воде 22,2% по массе (25 °С), 33,3% (100 °С), в этаноле-1,4% (25 °С). Образует моногидрат NaHSO 4 x х Н 2 О — бесцв. гигроскопичные кристаллы; при нагр. сначала переходит в безводную соль, а затем в Na 2 S 2 O 7 . Гидрат получают растворением мирабилита в 20%-ной H 2 SO 4 с послед. упариванием на водяной бане и охлаждением, безводную соль — кристаллизацией из расплава смеси натрия сульфата с конц. H 2 SO 4 . Гидросульфат Na-флюс в цветной металлургии, реагент для перевода труднорастворимых оксидов в растворимые сульфаты.
СВОЙСТВА СУЛЬФАТА И ГИДРОСУЛЬФАТА НАТРИЯ
a Т-ра полиморфного перехода. б D H полиморфного перехода. в Т-ра плавления. г Т-ра кипения. д D H 0 пл .
Лит.: Шихеева Л. В., Зырянов В. В., Сульфат натрия. Свойства и производство, Л., 1978. © Н.С. Рукк.
Источник
Сульфат натрия — Sodium sulfate
- 7757-82-6
Y - 7727-73-3 (декагидрат)
Y
- ЧЕБИ: 32149
Y
- ChEMBL233406
Y
- 22844
Y
- 36KCS0R750
Y - 0YPR65R21J (декагидрат
Y
322,20 г / моль (декагидрат)
гигроскопично
1,464 г / см 3 (декагидрат)
32,38 ° C (декагидрат)
4,76 г / 100 мл (0 ° C)
28,1 г / 100 мл (25 ° C)
42,7 г / 100 мл (100 ° C) гептагидрат:
19,5 г / 100 мл (0 ° C)
44 г / 100 мл (20 ° C)
растворим в глицерине , воде и йодистом водороде
1,394 (декагидрат)
моноклинный (декагидрат)
ICSC 0952
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 в качестве наполнителя при производстве порошковых моющих средств для стирки в домашних условиях и в процессе крафт-обработки бумажной массы для получения высокощелочных сульфидов .
СОДЕРЖАНИЕ
Формы
- 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
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 (чудодейственная соль) из-за его лечебных свойств: кристаллы использовались в качестве слабительного общего назначения , пока в 1900-х годах не появились более сложные альтернативы.
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 линейно увеличиваться. Поэтому в 19 веке крупномасштабный процесс Леблана , производящий синтетический сульфат натрия в качестве ключевого промежуточного продукта, стал основным методом производства кальцинированной соды.
Химические свойства
Сульфат натрия — это типичный ионный сульфат с электростатической связью . На наличие свободных сульфат-ионов в растворе указывает легкое образование нерастворимых сульфатов при обработке этих растворов солями Ba 2+ или Pb 2+ :
Сульфат натрия не реагирует с большинством окислителей или восстановителей . При высоких температурах он может быть преобразован в сульфид натрия путем карботермического восстановления (также известного как термохимическое восстановление сульфата (TSR), высокотемпературное нагревание древесным углем и т. Д.):
Эта реакция была использована в процессе Леблана , промышленном способе получения карбоната натрия, который больше не существует .
Сульфат натрия реагирует с серной кислотой с образованием кислой соли бисульфата натрия :
Сульфат натрия проявляет умеренную склонность 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. 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 . Образование глазерита реакцией сульфата натрия с хлоридом калия было использовано в качестве основы способа получения сульфата калия , удобрения . Другие двойные соли включают 3Na 2 SO 4 · CaSO 4 , 3Na 2 SO 4 · MgSO 4 ( вантофит ) и NaF · Na 2 SO 4 .
Физические свойства
Сульфат натрия имеет необычные характеристики растворимости в воде. Его растворимость в воде повышается более чем в десять раз между 0 ° C и 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 .
Состав
Кристаллы декагидрата состоят из ионов [Na (OH 2 ) 6 ] + с октаэдрической молекулярной геометрией . Эти октаэдры имеют общие края, так что 8 из 10 молекул воды связаны с натрием, а 2 других являются промежуточными, будучи водородными связями с сульфатом. Эти катионы связаны с сульфат-анионами водородными связями . Расстояния Na – O составляют около 240 пм . Кристаллический декагидрат сульфата натрия также необычен среди гидратированных солей тем, что имеет измеряемую остаточную энтропию (энтропию при абсолютном нуле ), равную 6,32 Дж / (К · моль). Это объясняется его способностью распределять воду намного быстрее по сравнению с большинством гидратов.
Производство
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 которых была произведена 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 химической продукции снизилось до 1,5–2 млн т / год, с общим объемом от 5,5 до 6 млн т / год. Во всех сферах применения сульфат натрия, полученный естественным и химическим путем, практически взаимозаменяем.
Природные источники
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. Природные ресурсы оцениваются более чем в 1 миллиард тонн.
Основными производителями от 200000 до 1500000 тонн в год в 2006 году 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 [ zh ] (Шаньси, Китай), провинция Сычуань Chuanmei Mirabilite (万胜 镇 [ zh ] , округ Донгпо , Мэйшань , Сычуань, Китай) и Kuchuksulphat JSC (Алтайский край, Сибирь, Россия).
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.
Химическая индустрия
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 важным химическим производством сульфата натрия является производство соляной кислоты либо из хлорида натрия (соли) и серной кислоты в процессе Мангейма , либо из диоксида серы в процессе Харгривса . 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 между бикарбонатом натрия и сульфатом магния .
Однако, поскольку коммерческие источники легко доступны, лабораторный синтез нечасто практикуется. Раньше сульфат натрия был также 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 был образован при производстве карбоната лития , хелатирующих агентов , резорцина , аскорбиновой кислоты , кремнеземных пигментов, азотной кислоты и фенола .
Объемный сульфат натрия обычно очищается через декагидратную форму, поскольку 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).
Приложения
Товарные отрасли
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.
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. 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 году.
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.
Сульфат натрия важен при производстве текстильных изделий , особенно в Японии, где он находит самое широкое применение. Сульфат натрия добавляется для увеличения ионной силы раствора и, таким образом, помогает «выравнивать», уменьшая отрицательные электрические заряды на текстильных волокнах, так что красители могут проникать равномерно (см. Теорию двойного диффузного слоя (DDL), разработанную Гуи и Чепменом). ). 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.
Пищевая промышленность
Сульфат натрия используется как разбавитель пищевых красителей. Он известен как добавка числа E E514 .
Тепловое хранение
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. Фазовый переход позволяет существенно снизить массу материала, необходимую для эффективного аккумулирования тепла (теплота плавления декагидрата сульфата натрия составляет 82 кДж / моль или 252 кДж / кг), с дополнительным преимуществом постоянной температуры до тех пор, пока при наличии достаточного количества материала в соответствующей фазе.
Для охлаждения смесь с поваренной солью хлорида натрия (NaCl) снижает температуру плавления до 18 ° C (64 ° F). Теплота плавления NaCl · Na 2 SO 4 · 10H 2 O фактически незначительно увеличивается до 286 кДж / кг.
Маломасштабные приложения
В лаборатории безводный сульфат натрия широко используется в качестве инертного осушающего агента для удаления следов воды из органических растворов. Он более эффективен, но действует медленнее, чем аналогичный препарат 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 до тех пор, 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 (ацетаминофен), например, после передозировки.
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).
Другие применения сульфата натрия включают размораживание окон, производство крахмала , в качестве добавки к освежителям ковров и в качестве добавки к корму для крупного рогатого скота.
По крайней мере, одна компания, Thermaltake, производит охлаждающий коврик для портативных компьютеров (iXoft Notebook Cooler), используя декагидрат сульфата натрия внутри стеганой пластиковой прокладки. Материал медленно превращается в жидкость и рециркулирует, выравнивая температуру ноутбука и действуя как изоляция.
Безопасность
Хотя сульфат натрия обычно считается нетоксичным, 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.
Источник
